من خلال إعادة التفكير في افتراضاتنا حول الحياة خارج الأرض، يتحدانا عالمان للنظر في إمكانية وجود موائل مكتفية ذاتيًا في بيئات خارج كوكب الأرض. في دراسة نشرت مؤخرا، يستكشف العالمان فكرة أن النظم البيئية يمكن أن تولد وتحافظ على الظروف اللازمة لبقائها. وهذا يعني أن الحياة لا تحتاج إلى كوكب.
ويرى المؤلفون أن الحواجز والهياكل البيولوجية يمكن أن تحاكي الظروف الكوكبية التي تمكن الحياة، مما يسمح لحياة التمثيل الضوئي بالازدهار في فراغ الفضاء. وهذا المفهوم رائع، لأنه يفتح إمكانيات جديدة للحياة خارج كوكب الأرض ويثير أسئلة مهمة حول القيود المفروضة على الحياة خارج كوكبنا.
محتويات المقال :
حدود صلاحية الكواكب للسكن
ما الذي يجعل الكوكب صالحًا للسكن؟ نحن نميل إلى التفكير في الكواكب باعتبارها الموائل النهائية للحياة، ولكن هل هذا هو الحال حقا؟ تستوفي الكواكب شروطًا محددة ضرورية لبقاء الحياة على قيد الحياة، مثل الماء السائل، ودرجة الحرارة والضغط المناسبين، والحماية من الإشعاع الضار. ومع ذلك، قد لا تكون هذه الظروف مقتصرة على الكواكب. ماذا لو كانت البيئات الأخرى، حتى تلك التي تحتفظ بها الكائنات الحية نفسها، قادرة على توفير هذه الضروريات؟
تقدم الأرض مزيجًا فريدًا من العوامل الأساسية للحياة. فهي توفر الماء السائل والحماية من الإشعاع الضار ومصدرًا وفيرًا للطاقة من الشمس. سطح الكوكب غني بالعناصر الضرورية للحياة، مثل الكربون والهيدروجين والنيتروجين والأكسجين والفوسفور والكبريت. يتم إعادة تدوير هذه العناصر باستمرار من خلال العمليات الجيولوجية مثل البراكين والصفائح التكتونية. تدعم البيئات المتنوعة للأرض، بما في ذلك مناطق الأكسدة والاختزال، مجموعة واسعة من الأنشطة الأيضية.
وبينما يركز علم الأحياء الفلكي غالبًا على الأقمار الجليدية ذات المحيطات المحتملة تحت السطح، فقد تفتقر هذه الأجرام السماوية إلى دورات المغذيات المعقدة ومصادر الطاقة اللازمة للحياة كما نعرفها. تتعرض الأجسام الموجودة في النظام الشمسي الخارجي، على الرغم من مساحتها السطحية الشاسعة، لأشعة الشمس الضعيفة، مما يجعل من الصعب الحفاظ على الغلاف الجوي المستقر والمياه السائلة. بالإضافة إلى ذلك، فهي عرضة للإشعاع الضار.
ما الذي يتطلبه الأمر لتزدهر الحياة خارج الأرض؟
أثناء مغامرتنا في المناطق المجهولة في الكون، نواجه سؤالًا أساسيًا: ما الذي يتطلبه الأمر لتزدهر الحياة خارج الأرض؟ تكمن الإجابة في فهم الظروف التي تدعم الحياة على كوكبنا.
في جوهرها، تتطلب الحياة على الأرض ثلاثة عناصر أساسية: الماء السائل، ودرجة الحرارة والضغط المناسبين، والحماية من الإشعاع الضار. ولكن ماذا لو لم تكن هذه الظروف خاصة بالكواكب؟ ماذا لو كانت بيئات أخرى، مثل النظم البيئية، قادرة أيضًا على توفير هذه الضروريات؟
أدلة على أن الحياة لا تحتاج كوكب
ضغط مناسب
لضمان البقاء على قيد الحياة على المدى الطويل خارج الأرض، يتعين على الكائنات الحية أن تتكيف مع الظروف القاسية في الفضاء. ولحسن الحظ، فقد أثبتت المواد البيولوجية الموجودة على الأرض بالفعل مثل هذه القدرة على التكيف. ومن المتصور أن تتطور النظم البيئية لخلق بيئات ذاتية الاستدامة، حتى في الفضاء. وسوف يكون هذا بمثابة تقدم كبير في مجال استكشاف الفضاء.
يعتبر الماء السائل متطلبًا أساسيًا للحياة. وتحدد النقطة الثلاثية للمياه ظروف الضغط ودرجة الحرارة اللازمين لوجوده. وعند ضغوط أعلى من النقطة الثلاثية (611.6 باسكال عند 0 درجة مئوية)، يمكن للماء السائل أن يستمر. ويمكن لبعض الكائنات الحية، مثل البكتيريا الزرقاء، أن تزدهر في بيئات ذات ضغوط جوية منخفضة تصل إلى 10 كيلو باسكال، في ظل ظروف الإضاءة ودرجة الحرارة والحموضة المثلى.
ويكمن التحدي الرئيسي في الحفاظ على هذه البيئات ذات الضغط المنخفض. ومن اللافت للنظر أن المواد البيولوجية على الأرض يمكنها بسهولة تحمل فروق الضغط بهذا الحجم. على سبيل المثال، يمكن أن يختلف ضغط الدم في جسم الإنسان بحوالي 15 كيلو باسكال من الرأس إلى أخمص القدمين. وعلى نحو مماثل، تستطيع الأعشاب البحرية أن تتحمل ضغوطاً داخلية تتراوح بين 15 و25 كيلو باسكال داخل عقيداتها العائمة من خلال إطلاق ثاني أكسيد الكربون أثناء عملية التمثيل الضوئي. وتسلط هذه الأمثلة الضوء على قدرة الأنظمة البيولوجية على خلق الظروف اللازمة للحياة في الفضاء والحفاظ عليها.
درجات حرارة ثابتة
لقد طورت بعض الكائنات الحية بالفعل استراتيجيات مبتكرة لإدارة درجات الحرارة القصوى. على سبيل المثال، تكيفت نمل الفضي الصحراوي على قيد الحياة في ظروف الصحراء الحارقة من خلال عكس ضوء الشمس وإشعاع الحرارة بكفاءة. كما طور البشر مواد متقدمة مثل هلاميات هوائية من السيليكا، التي تمتلك خصائص عزل استثنائية.
ومن المثير للاهتمام أن بعض الكائنات الحية، مثل الدياتومات، تنتج هياكل معقدة من السيليكا. تشير هذه القدرة إلى أن الكائنات الحية قد تخلق مواد عازلة من مصادر حيوية. ومن خلال الجمع بين هذه القدرات البيولوجية ومبادئ الهندسة المتقدمة، قد يكون من الممكن بناء موائل يمكنها الحفاظ على درجة حرارة مناسبة للمياه السائلة، حتى في الظروف القاسية للفضاء.
وقد حسب الباحثون أن مثل هذه الموائل قد تعمل بشكل فعال في نطاق واسع من المسافات المدارية. وسواء كانت عائمة بحرِّية أو مثبتة في جرم سماوي، فإن هذه الموائل سوف تحتاج إلى تحقيق التوازن بين الطاقة الواردة والصادرة لضمان درجة حرارة داخلية مستقرة.
تطاير المواد
إن التحدي الكبير الآخر الذي يواجه الموائل خارج الأرض هو فقدان المواد المتطايرة في فراغ الفضاء. إن جميع المواد تتمتع بقدر من النفاذية للذرات والجزيئات الصغيرة، وعلى مدى فترات زمنية طويلة، يمثل فراغ الفضاء بالوعة دائمة للأنواع المتطايرة. مما يعرض قدرة الموائل على الحفاظ على درجة الحرارة والضغط اللازمين للمياه السائلة للخطر.
ولحسن الحظ، فإن نفس المكونات البنيوية التي تساعد في الحفاظ على الضغط ودرجة الحرارة يمكن أن تعمل أيضًا كحواجز فعالة ضد فقدان المواد المتطايرة. ومن خلال التصميم الدقيق لجدران الموائل، من الممكن تقليل تسرب الغازات الأساسية، مما يضمن استمرارية النظام البيئي على المدى الطويل.
الأشعة فوق البنفسجية
في حين تشكل الأشعة فوق البنفسجية تهديدًا كبيرًا للحياة، طورت الكائنات الحية على الأرض استراتيجيات للتخفيف من آثارها الضارة. على سبيل المثال، تستخدم الكائنات الحية مثل تلك الموجودة في الأغشية الحيوية السليكونية والستروماتوليت مركبات مثل السيليكا غير المتبلورة والحديد المختزل لامتصاص الأشعة فوق البنفسجية مع السماح بمرور الضوء المرئي اللازم لعملية التمثيل الضوئي.
تتوفر الطاقة الشمسية بوفرة في العديد من أجزاء النظام الشمسي، حتى في البيئات القاسية مثل القطب الشمالي، حيث يمكن للطحالب أن تزدهر في ظل ظروف الإضاءة المنخفضة. ومع ذلك، فإن الحفاظ على الحياة على مدى فترات طويلة يتطلب نظامًا بيئيًا مغلق الحلقة يمكنه إعادة تدوير العناصر الغذائية والنفايات بكفاءة. وتوفر الحرارة الداخلية للأرض الطاقة لهذه العمليات، ولكن في الفضاء، ستكون هناك حاجة إلى آليات بديلة.
ولمعالجة هذا التحدي، يقترح المؤلفون نظامًا مقسمًا إلى أقسام مع كائنات متخصصة قادرة على تحلل المواد العضوية المعقدة. وهذا من شأنه أن يضمن إمدادًا مستمرًا بالعناصر الغذائية ويمنع تراكم النفايات الضارة.
كما يستكشف المؤلفون أيضًا القيود المفروضة على حجم الكائن الحي وإمكانية الموائل ذاتية الإصلاح. يزعمون أن الهياكل البيولوجية، مثل تلك التي تنتجها الكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي، يمكن أن تكون بمثابة لبنات بناء لموائل ذاتية الاستدامة. حيث يمكن أن تنمو هذه الهياكل وتتجدد، مما يخلق بيئة ديناميكية ومرنة.
ومن المهم أن نلاحظ أن الحياة خارج الأرض قد لا تتبع نفس المسار التطوري للحياة على الأرض. يمكن أن تؤدي الظروف البيئية الفريدة إلى ظهور أشكال الحياة ذات تكيفات غير العادية. من خلال دراسة إمكانية ازدهار الحياة في البيئات القاسية، يمكننا اكتساب رؤى قيمة حول أصول وتنوع الحياة في الكون.
الآثار المترتبة على الحياة التي لا تحتاج لكوكب
يمكن لهذه الدراسة أن تمهد الطريق لوجود بشري مستدام في الفضاء، مما يمكننا من استكشاف الكون واستيطانه بشكل لم يسبق له مثيل.
وتتحدى النتائج التي توصل إليها المؤلفون أيضًا فهمنا الحالي لقابلية الحياة، مما يشجعنا على إعادة التفكير في تعريف “المنطقة الصالحة للسكن”. وقد يؤدي ذلك إلى إعادة تقييم البحث عن الحياة خارج الأرض، حيث نبدأ في النظر في إمكانية وجود حياة في بيئات كان يُعتقد في السابق أنها غير مضيافة.
علاوة على ذلك، فإن تطوير موائل ذاتية الاستدامة يمكن أن يكون له آثار مهمة على فهمنا لأصول الحياة على الأرض. ومن خلال استكشاف إمكانية ظهور الحياة في بيئات بديلة، قد نكشف عن رؤى جديدة حول المسارات التطورية التي أدت إلى تنوع الحياة على كوكبنا.
المصادر
Does life really need planets? Maybe not | phys.org
Self-Sustaining Living Habitats in Extraterrestrial Environments | astrobiology
Author: أخبار علمية
سعدنا بزيارتك، جميع مقالات الموقع هي ملك موقع الأكاديمية بوست ولا يحق لأي شخص أو جهة استخدامها دون الإشارة إليها كمصدر. تعمل إدارة الموقع على إدارة عملية كتابة المحتوى العلمي دون تدخل مباشر في أسلوب الكاتب، مما يحمل الكاتب المسؤولية عن مدى دقة وسلامة ما يكتب.
التعليقات :