영화“아바타”에서, 우리는 외계인 달 판도라가 외계인의 삶으로 가득 차 있었다는 것을 한눈에 알 수있었습니다. 단일 그램의 토양에는 5 천만 개의 박테리아 유기체가 있으며, 전세계 박테리아 바이오 매스는 모든 식물과 동물의 박테리아를 초과합니다. 미생물은 온도, 염분, 산도, 방사선 및 압력의 극한 환경에서 자랄 수 있습니다. 우리가 태양계의 다른 곳에서 생명을 만날 가능성이 가장 높은 형태는 미생물입니다.
우주 생물 학자들은 외계 미생물 생명체의 존재 또는 화석화 된 유골을 유추하기위한 전략이 필요하다. 그들은 가까운 미래에 우주선으로 탐험하기에는 너무 멀리 떨어져있는 다른 별들의 먼 행성들에서 외계 생명체의 존재를 유추하기위한 전략이 필요하다. 이러한 일을하기 위해, 그들은 삶의 정의를 갈망하며, 이는 생명과 비 생명을 확실하게 구별하는 것을 가능하게합니다.
불행하게도, 우리가이 시리즈의 첫 번째 기사에서 보았 듯이, 생물에 대한 지식이 엄청나게 성장 했음에도 불구하고 철학자와 과학자들은 그러한 정의를 만들 수 없었습니다. 우주 생물 학자들은 부분적이고 예외적 인 정의로 가능한 한 최선을 다합니다. 그들의 탐색은 현재 우리가 알고있는 유일한 삶인 지구상의 삶의 특징에 맞춰져 있습니다.
첫 번째 기사에서 우리는 지상 생활의 구성이 외계 생명체 탐색에 어떤 영향을 미치는지 보았습니다. 우주 생물 학자들은 한때 액체 수를 포함했거나 현재 포함하고 있으며 탄소에 기초한 복잡한 분자를 포함하고있는 환경을 검색합니다. 그러나 많은 과학자들은 삶의 본질적인 특징이 그 구성 대신에 그 능력과 관련이 있다고 생각합니다.
1994 년, NASA위원회는 Carl Sagan의 제안에 따라“다윈의 진화가 가능한 자립 화학 시스템”으로 삶의 정의를 채택했습니다. 이 정의에는 일반적으로 삶의 정의에서 언급되는 신진 대사와 진화의 두 가지 특징이 있습니다.
신진 대사는 생명체가 에너지를 적극적으로 사용하여 스스로를 유지하고 성장하며 발전시키는 일련의 화학 과정입니다. 열역학 제 2 법칙에 따르면, 외부 환경과 상호 작용하지 않는 시스템은 시간이 지남에 따라 더욱 조직화되고 균일해질 것입니다. 생물은 외부 환경에서 에너지 원을 이용하여 신진 대사를 강화하기 때문에 불가능하고 고도로 조직화 된 상태를 구축하고 유지합니다.
식물과 일부 박테리아는 햇빛의 에너지를 사용하여 간단한 하위 단위에서 더 큰 유기 분자를 만듭니다. 이 분자들은 나중에 다른 화학 반응에 의해 추출되어 신진 대사를 강화할 수있는 화학 에너지를 저장합니다. 동물과 일부 박테리아는 음식으로 식물이나 다른 동물을 소비합니다. 그들은 저장된 화학 에너지를 추출하기 위해 음식에서 복잡한 유기 분자를 더 간단한 것으로 분해합니다. 일부 박테리아는 화학 합성 과정에서 비 생물 공급원에서 추출한 화학 물질에 포함 된 에너지를 사용할 수 있습니다.
2014 년 기사에서 천문학하버드 진화 생물학자인 루카스 존 믹스 (Lucas John Mix)는 생명의 대사 정의를 다음과 같이 언급했다. 할데 인 생활 선구적인 생리 학자 J. B. S. Haldane. 할데 인 생활 정의에는 문제가 있습니다. 목성의 그레이트 레드 스팟과 같은 토네이도와 소용돌이는 환경 에너지를 사용하여 질서있는 구조를 유지하지만 살아 있지는 않습니다. 화재는 환경의 에너지를 사용하여 자립하고 성장하지만 살아 있지는 않습니다.
그 단점에도 불구하고, 우주 생물 학자들은 할데 인 정의를 사용하여 실험을 고안했다. 바이킹 화성 착륙선은 화성 미생물의 추정 대사 활동을 감지하여 외계 생명체를 직접 테스트하려는 유일한 시도를했습니다. 그들은 화성의 신진 대사가 지상파와 화학적으로 유사하다고 가정했다.
한 실험은 영양소가 에너지를 추출하기 위해 더 간단한 분자로 대사 분해되는 것을 감지하려고했습니다. 두 번째는 광합성의 폐기물로 산소를 검출하는 것이었다. 세 번째는 더 간단한 하위 단위에서 복잡한 유기 분자의 제조를 보여 주려고 시도했는데, 이는 또한 광합성 중에 발생합니다. 세 가지 실험 모두 긍정적 인 결과를 가져 왔지만 많은 연구자들은 토양에서 화학적 산화제를 사용하여 생물학없이 상세하게 발견 할 수 있다고 생각합니다.
바이킹 결과 중 일부는 오늘날 논란의 여지가 있습니다. 당시 많은 연구자들은 화성의 토양에서 유기 물질을 찾지 못하면 대사 결과에 대한 생물학적 해석이 배제되었다고 생각했습니다. 화성 토양에 실제로 바이킹 분석 중에 과염소산 염에 의해 파괴되었을 수있는 유기 분자가 포함되어 있으며, 한때 화성 표면에 액체 물이 풍부하다는 발견은 바이킹이 실제로 검출에 성공했다는 주장에 새로운 가능성을 부여합니다. 생명. 그러나 바이킹 결과만으로는 생명이 화성에 존재하거나 배제한다는 사실을 입증하지 못했습니다.
생명의 신진 대사 활동은 또한 행성 대기의 구성에 자국을 남길 수 있습니다. 2003 년에 유럽 Mars Express 우주선은 화성 대기에서 미량의 메탄을 감지했습니다. 2014 년 12 월 NASA 과학자 팀은 호기심 화성 탐사선이 화성 표면에서 대기 중 메탄을 탐지하여이 결과를 확인했다고보고했습니다.
지구 대기권에있는 대부분의 메탄은 살아있는 유기체 나 그 잔해에 의해 방출됩니다. 화학 합성을 에너지 원으로 사용하는 지하 박테리아 생태계가 일반적이며, 대사 폐기물로 메탄을 생성합니다. 불행하게도, 메탄을 생산할 수있는 비 생물학적 지질 화학 공정도 있습니다. 따라서, 다시 한 번 화성 메탄은 인생의 징조로 실망 스럽습니다.
다른 별들을 공전하는 외계 행성들은 가까운 미래에 우주선을 방문하기에는 너무 멀다. 우주 생물 학자들은 여전히 할데 인 정의를 사용하여 생명체를 찾고자합니다. 가까운 미래의 우주 망원경으로, 천문학 자들은 대기에 의해 반사되거나 투과되는 광 파장의 스펙트럼을 분석함으로써이 행성들의 대기 구성을 배우기를 희망합니다. 2018 년에 출시 예정인 James Webb Space Telescope가이 프로젝트에서 가장 유용 할 것입니다. 우주 생물 학자들은 대기 바이오 마커를 찾고자한다. 살아있는 유기체의 대사 폐기물 인 가스.
다시 한 번이 퀘스트는 현재 보유하고있는 생명을 지니는 행성의 유일한 예에 의해 이루어집니다. 지구. 우리 지구 대기의 약 21 %는 산소입니다. 산소는 다른 물질과 화학적 조합으로 들어가는 경향이있는 반응성이 높은 가스이기 때문에 놀랍습니다. 자유 산소는 우리의 공기에서 빨리 사라져야합니다. 손실은 광합성의 대사 폐기물로 방출하는 식물과 박테리아로 끊임없이 대체되기 때문에 존재합니다.
화학 합성 박테리아 때문에 지구 대기 중에 미량의 메탄이 존재합니다. 메탄과 산소가 서로 반응하기 때문에 살아있는 유기체가 지속적으로 공급을 보충하지 않는 한 오래 머 무르지 않을 것입니다. 지구 대기에는 대사 부산물 인 다른 가스도 포함되어 있습니다.
일반적으로 생물은 에너지를 사용하여 지구의 대기를 생명이없는 열역학적 평형에서 멀리 떨어진 상태로 유지합니다. 우주 생물 학자들은 생명체가 비슷한 상태의 대기를 가진 행성을 의심 할 것입니다. 그러나 다른 경우와 마찬가지로 비 생물학적 가능성을 완전히 배제하기는 어렵다.
신진 대사 외에도 NASA위원회는 진화를 생명체의 기본 능력으로 확인했습니다. 진화 과정이 일어나려면 각각의 시스템이 안정적으로 재생산 할 수있는 시스템 그룹이 있어야합니다. 생식에 대한 일반적인 신뢰성에도 불구하고, 생식 과정에서 때때로 무작위 복제 오류가 발생하여 시스템이 다른 특성을 갖도록해야합니다. 마지막으로, 시스템은 자신의 환경에서 독특한 특성의 이점 또는 책임에 따라 생존 및 재생 능력이 달라야합니다. 이 과정이 여러 세대에 걸쳐 반복 될 때, 시스템의 특성은 환경에 더 잘 적응할 것입니다. 매우 복잡한 특성은 때때로 단계별로 진화 할 수 있습니다.
이 이름을 믹스 다윈 생활 19 세기 자연 학자 찰스 다윈 (Charles Darwin)은 진화론을 공식화했다. 할데 인의 정의와 마찬가지로 다윈의 삶의 정의에는 중요한 결점이 있습니다. 우리가 살아있는 것으로 생각할 수있는 모든 것을 포함하여 문제가 있습니다. 예를 들어 노새는 재현 할 수 없으므로이 정의에 따라 살아있는 것으로 간주되지 않습니다.
이러한 결점에도 불구하고, 다윈의 삶의 정의는 생명의 기원을 연구하는 과학자들과 우주 생물 학자 모두에게 매우 중요합니다. 다윈 이론의 현대판은 다양한 형태의 복잡한 삶의 형태가 초기의 단순한 형태에서 어떻게 진화 할 수 있는지 설명 할 수있다. 최초의 단순 형태가 어떻게 진화 할 수있는 능력을 처음에 획득했는지 설명하기 위해서는 생명의 기원 이론이 필요합니다.
우리 태양계의 다른 행성이나 달에서 발견되는 화학 시스템 또는 생명 형태는 너무 간단하여 다윈 정의가 정한 생명과 비 생명의 경계에 가깝습니다. 이 정의는 그들이 발견 한 화학 시스템이 실제로 생명체로서 자격이되는지 여부를 결정하려는 우주 생물 학자에게 결정적인 것으로 판명 될 수 있습니다. 생물 학자들은 여전히 삶의 기원을 모릅니다. 우주 생물 학자들이 다윈 경계 근처에서 시스템을 찾을 수 있다면, 그 발견은 생명의 기원을 이해하는 데 중추적 일 수 있습니다.
우주 생물 학자들은 다윈의 정의를 사용하여 외계 생명체를 찾고 연구 할 수 있습니까? 방문 우주선이 진화 과정 자체를 감지 할 가능성은 거의 없습니다. 그러나 진화 과정에 참여하기 위해 살아있는 유기체가 필요로하는 분자 구조를 감지 할 수있을 것입니다. 철학자 Mark Bedau는 진화를 겪을 수있는 최소한의 시스템에는 1) 화학적 대사 과정, 2) 세포막과 같은 용기, 시스템의 경계를 설정하는 용기, 3) 화학 물질이 필요하다고 제안했다. 대사 활동을 지시 할 수있는“프로그램”.
여기 지구에서 화학 프로그램은 유전자 분자 DNA를 기반으로합니다. 많은 생명 이론가들은 초기의 지상 생물 형태의 유전자 분자가 단순한 분자 리보 핵산 (RNA) 일 것이라고 생각합니다. 유전자 프로그램은 생식 복제 과정을 가끔씩 만 오류없이 안정적으로 만들기 때문에 진화 과정에 중요합니다.
DNA와 RNA는 모두 바이오 폴리머입니다. 많은 반복 서브 유닛을 갖는 장 쇄형 분자. 이들 분자에서 뉴클레오티드 염기 서브 유닛의 특정 서열은 그들이 보유하는 유전 정보를 암호화한다. 분자가 가능한 모든 유전 정보 서열을 암호화 할 수 있도록, 서브 유닛이 임의의 순서로 발생할 수 있어야한다.
전산 유전체학 연구원 인 Steven Benner는 외계인 유전자 바이오 폴리머를 탐지하기 위해 우주선 실험을 개발할 수 있다고 생각합니다. 그는 DNA와 RNA는 매우 특이한 바이오 폴리머이며, 소단위가 발생하는 순서를 바꾸는 것은 화학적 성질을 변화시키지 않기 때문이라고 지적했다. 이러한 분자가 가능한 유전자 코드 서열의 안정적인 운반체가 될 수있게하는 것은이 특이한 특성입니다.
DNA와 RNA는 모두 고분자 전해질입니다. 음전하가 규칙적으로 반복되는 분자. Benner는 이것이 놀라운 안정성을 설명하는 것이라고 생각합니다. 그는 외계인 유전자 바이오 폴리머도 고분자 전해질이어야하며 우주선이 그러한 고분자 전해질 분자를 탐지 할 수있는 화학적 시험이 고안 될 수 있다고 생각한다. DNA의 외계인을 찾는 것은 매우 흥미로운 전망이며 외계 생명체를 식별하는 퍼즐의 또 다른 부분입니다.
1996 년 클린턴 대통령은 화성에서의 삶의 발견을 극적으로 발표했다. 클린턴의 연설은 Alan Hills 운석과 David McKay 팀의 연구 결과에 동기를 부여했습니다. 실제로 맥케이의 발견은 화성의 가능한 삶의 더 큰 퍼즐의 한 조각으로 밝혀졌습니다. 외계인이 언젠가 대기중인 카메라를 지나치지 않는 한 외계 생명체의 존재 여부에 대한 질문은 단일 실험이나 갑작스러운 극적인 돌파로 해결되지 않을 것입니다. 철학자와 과학자들은 인생에 대한 단 하나의 확실한 정의를 가지고 있지 않습니다. 결과적으로 천문학 자들은이 문제를 해결할 단일 확실한 테스트를하지 않습니다. 화성 또는 태양계의 다른 곳에 단순한 형태의 생명체가 존재하는 경우, 이제 많은 수렴 증거에 근거하여 그 사실이 점진적으로 나타날 것으로 보인다. 우리는 그것을 찾을 때까지 우리가 무엇을 찾고 있는지 실제로 알지 못합니다.
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NASA 로버는 2014 년 12 월 16 일 캘리포니아 공과 대학 (California Institute of Technology)의 제트 추진 연구소 (Mars, Jet Propulsion laboratory)에서 활성 및 고대 유기 화학을 발견했습니다.
