Panspermia: czy życie przyleciało z kosmosu?

Układ Słoneczny wraz z Ziemią uformował się ok. 4,5 mld lat temu. Budulcem był dysk gazu i pyłu, którego ogromna większość dała początek Słońcu. Niecały miliard lat później nasza planeta gościła już pierwsze organizmy. Aby dotrzeć do Wielkiego Wybuchu, czyli początku wszechświata (albo naszej jego ery), musielibyśmy się cofnąć o ok. 13,8 mld lat. Znane są planety starsze niż Ziemia, a Słońce prawdopodobnie należy do trzeciego pokolenia gwiazd. Ziemskie życie nie musi więc wcale być pierwszym, jakie powstało w historii wszechświata – było wystarczająco dużo czasu, by narodziło się w innym miejscu.

Więcej: Ziemia nie musi być kolebką „ziemskiego” życia. Mogła zostać nim „zarażona”.

Czy życie miało korzenie

Taką hipotezę w nauce nazywa się ­panspermią (od starogreckich słów pan – wszystko i sperma – nasienie). Zgodnie z nią organizmy żywe mogły trafić na Ziemię z innych części kosmosu. Dzięki meteorytom, asteroidom, a nawet ciśnieniu wywieranemu przez promieniowanie elektromagnetyczne.

Pozaziemskie pochodzenie organizmów żywych może sugerować ich skład pierwiastkowy. Wśród ponad setki pierwiastków opisanych w tablicy Mendelejewa tylko ok. 25 proc. występuje w komórkach. Co więcej, te podstawowe jednostki życia w ogromnej mierze składają się z zaledwie czterech pierwiastków: tlenu, azotu, węgla i wodoru.

Tymczasem skorupa ziemska charakteryzuje się innym składem pierwiastkowym. Występują w niej przede wszystkim: tlen, krzem, glin oraz sód. Niektórzy zwolennicy panspermii pytają więc, czy proporcje pierwiastków w organizmach nie powinny odpowiadać tym, które charakterystyczne są dla miejsca, gdzie miały się rozwijać? Jeśli tak, to ziemskie życie powinno wyglądać inaczej. Co ciekawe, skład pierwiastkowy Układu Słonecznego z grubsza przypomina właśnie ten spotykany w komórkach. Odróżniają go jednak proporcje pierwiastków i dodatkowa obecność helu.

Hipoteza panspermii zawdzięcza swoją nazwę XIX-wiecznemu niemieckiemu lekarzowi Hermannowi Richterowi, który próbował uzupełnić teorię ewolucji Darwina. Ta ostatnia wyjaśniała powstawanie gatunków, czyli to, jak doszło do obserwowanej dzisiaj bioróżnorodności – ale nie tłumaczyła, w jaki sposób życie się narodziło. Richter uznał, że rozwiązanie tego problemu może przyjść z kosmosu – zarodki życia mogły zostać przyniesione na Ziemię wraz z meteorytami, a potem już ewoluować zgodnie z zasadami opisanymi przez Darwina.

Koncepcja kosmosu rozsiewającego życie jest starsza niż nazwa „panspermia”. Pojawiała się w różnych odsłonach od wielu wieków – m.in. w starożytnym Egipcie czy Indiach. Odnaleźć ją można też w kilku zachowanych fragmentach pism greckiego filozofa Anaksagorasa z Kladzomen, żyjącego w V w. p.n.e., który wspomina o nasionach (gr. spermata) obecnych w całym wszechświecie. Późniejsi autorzy twierdzą, że według tego filozofa nasiona te spadły na ziemię i zapuściły korzenie, dając początek organizmom. Anaksagoras mógł sobie też wyobrażać, że przynajmniej niektóre z nasion przyniesione zostały na meteorytach, bo wiemy, że te ostatnie go fascynowały.

Panspermia obecna jest także w nauce czasów nowożytnych. W XVIII w. nad pozaziemskim pochodzeniem życia rozmyślał m.in. Benoît de Maillet, dyplomata i historyk przyrody. W książce „Telliamed” zamieścił fikcyjną rozmowę między francuskim misjonarzem i hinduskim filozofem. Przedstawił w niej koncepcję pierwotnej Ziemi pokrytej wielkim oceanem, którego odparowywanie było przyczyną wszelkich obserwowanych cech geologicznych planety. Wspomina też o krążących wśród globów nasionach, które częściej można spotkać w akwenach wodnych niż przestrzeni kosmicznej. Są one zarodkami różnych typów gatunków. Część z nich wykiełkowała na Ziemi, rodząc florę i faunę.

Podróż na promieniu światła

Także dziś hipoteza panspermii pojawia się w literaturze naukowej i filozoficznej, zarówno w rozważaniach teoretycznych, jak i badaniach obserwacyjnych oraz ­eksperymentalnych. Przez lata ­doczekała się wielu wariantów. Do niektórych trudno odnieść się na płaszczyźnie naukowej. Przykładowo, „panwitalizm” zakłada, że życie istniało od zawsze. Z kolei wersja zwana „teorią śmietnika” mówi, że ziemskie życie jest tylko odpadem tego, co stworzyła obca cywilizacja gdzieś w odległym kosmosie. Według „kierowanej panspermii” zaś inteligentne istoty celowo zainicjowały biologiczną ewolucję na naszej planecie.

Istnieją też mniej spekulatywne warianty. Jeden z nich przedstawił na początku XX w. Svante Arrhenius, noblista i współtwórca chemii fizycznej. Głosił, że ziemskie organizmy wyewoluowały z bakterii podróżujących przez kosmos pod wpływem wiatru słonecznego (tzn. ciśnienia wywieranego przez światło). Pomysł ten – zwany radiopanspermią – oparty został na badaniach rosyjskiego fizyka Piotra Lebiediewa, który udowodnił, że światło może ­wywierać nacisk na ciała stałe – a więc potencjalnie wprawiać je w ruch w przestrzeni kosmicznej. Wyliczenia pozwalały przyjąć, że siła tego ciśnienia wystarczałaby do przemieszczenia organizmów o rozmiarze poniżej 1,5 mikro­metra (jednej tysięcznej milimetra). Ta koncepcja ma jednak słabą stronę – musielibyśmy przyjąć, że takie organizmy byłyby w stanie przetrwać długą podróż w zabójczym kosmicznym środowisku.

Ten problem częściowo rozwiązuje wersja hipotezy zwana litopanspermią. Popierał ją wspomniany wcześniej Herman Richter. Kilkanaście lat później pozytywnie wypowiadał się też o niej fizyk i matematyk sir William Thompson, znany jako lord Kelvin, na cześć którego nazwano jednostkę temperatury. Twierdził on, że Ziemia została zarażona przez drobnoustroje znajdujące się w meteorytach.

Możemy tu rozważać dwie możliwości. Po pierwsze, takie obiekty przelatując blisko planety mógłyby muskać jej atmosferę i zabierać drobne formy życia w kosmiczną podróż. A potem zanieść je na inny glob. W drugiej wersji uderzenie asteroidy w planetę, na której istnieje życie, mogło skutkować wyrzuceniem fragmentów skał z drobnoustrojami w przestrzeń kosmiczną i ich transfer na inne miejsce.

Problem w tym, że w obu wersjach mikroorganizmy miałyby największe szanse przetrwać, gdyby znajdowały się nie na powierzchni meteorytu, ale w jego wnętrzu. Wynika to z prowadzonych przez Europejską Agencję Kosmiczną badań, które pokazują, że osłonięcie bakterii sproszkowanym meteorytem może być skuteczną ochroną przed niekorzystnymi warunkami kosmicznymi. Ale i tak finałowi takiej podróży towarzyszyłyby wysokie ciśnienie, silne wstrząsy i ekstremalne temperatury. Czy jakiś organizm mógłby to przetrwać?

Warunki konieczne do rozsiewania mikroorganizmów, które zakłada litopanspermia, nie byłyby bezpieczne dla wszystkich znanych drobnoustrojów. Wartość ciśnień uderzeniowych dla meteorytów marsjańskich wynosi nawet 55 gigapaskali (GPa). To znacznie więcej, niż jest w stanie przeżyć np. fotosyntetyzujący Chroococcidiopsis. Ta wytrzymała – odporna na wysychanie, niskie temperatury i promieniowanie jonizujące – bakteria ginęła przy ciśnieniu powyżej 10 GPa.

Ale nawet tak potężne zderzenie mogłyby w teorii przeżyć tzw. spory bakteryjne (inaczej nazywa się je formami przetrwalnikowymi). Powstają one w niekorzystnych warunkach dla życia mikroorganizmu. Charakteryzują się grubymi osłonkami, pokrywającymi uśpiony organizm. Wytwarza je m.in. bakteria występująca w glebie, znana jako Bacillus subtilis. Tworzone przez nią formy przetrwalnikowe mogą wytrzymać ciśnienie nawet 78 GPa.

Tu jednak pojawia się kolejny problem. Gdyby spory bakteryjne faktycznie przeżyły transfer w przestrzeni kosmicznej, to aby powrócić do aktywnej formy i sprawnie funkcjonować, wymagałyby specyficznych warunków panujących w nowo zasiedlonym środowisku. Te wymagania zmniejszają prawdopodobieństwo tego, że zaszczepienie życia się powiedzie. Nawet więc jeśli bakterie mogłyby podróżować w ten sposób w kosmosie, nie powinniśmy się spodziewać, że życie będzie we wszechświecie czymś całkowicie powszechnym.

A może coś prostszego?

W rozważaniach o pochodzeniu życia zawsze pojawia się określenie „zupy pierwotnej”. To nazwa hipotetycznej mieszaniny związków chemicznych, w której miało dojść do syntezy składników, z jakich zbudowane są organizmy żywe. „Zupa pierwotna” zrobiła karierę po roku 1953, gdy Stanley Miller i Harold Urey przeprowadzili głośny eksperyment. Pokazali w laboratorium, że w pewnych warunkach, z udziałem wody, amoniaku, wodoru i metanu, mogą spontanicznie powstawać bardziej złożone związki organiczne. Były nimi m.in. glicyna, alanina i kwas asparaginowy, które są budulcem białek. W kolejnych odsłonach tego eksperymentu inni badacze uzyskiwali mieszaninę jeszcze innych złożonych związków. Można zatem było założyć, że ­ przynajmniej niektóre składniki potrzebne do przyrządzenia żywego organizmu mogły powstać na Ziemi pokrytej zupą pierwotną – płytkim oceanem bardzo prostych związków.

Ale mamy już też dowody na to, że reakcje chemiczne konieczne do wyprodukowania podstawowych cegiełek życia mogą zachodzić w przestrzeni kosmicznej. I to przybycie tych cegiełek na Ziemię wraz z meteorytami mogło przygotować odpowiednie podłoże do narodzin życia. Właśnie to głosi hipoteza pseudopanspermii.

Ważnych argumentów na obecność związków organicznych w kosmosie dostarczył najsłynniejszy meteoryt znaleziony na Ziemi, który w 1969 r. spadł niedaleko miasta Murchison w Australii. Po uderzeniu zebrano ok. 100 kg fragmentów. Ich chemiczna analiza m.in wykazała ślady takich cząsteczek jak ryboza (rodzaj cukru) czy uracyl (zasada azotowa). Oba są podstawowymi składnikami RNA – materiału genetycznego obecnego w każdej żywej komórce.

W meteorycie zidentyfikowano też aminokwasy będące budulcem białka: glicynę, alaninę czy kwas glutaminowy, a w 2011 r. znaleziono inne związki obecne w materiale genetycznym – adeninę i guaninę. Kolejne ważne dla życia cząsteczki udało się uzyskać w eksperymentach laboratoryjnych, gdy badacze zasymulowali warunki zbliżone do tych panujących w kosmosie. Okazało się też, że w takich warunkach mogą tworzyć się połączenia między aminokwasami, które są niezbędne do powstania białek.

W ostatnich tygodniach zespół japońskich badaczy ogłosił zaś, że odnalazł uracyl na asteroidzie Ryugu. To niewielkie i bardzo ciemne ciało niebieskie odkryliśmy w 1999 r., a parę lat temu sonda ­Hayabusa 2 dotarła na nie i pobrała stamtąd próbkę materii. To już bezpośredni dowód na to, że składniki RNA mogą powstać w kosmosie. W przypadku badań meteorytów takich jak ten z Murchison, których fragmenty zbieramy już z ziemi, zawsze istnieje ryzyko, że odkryte na nich substancje są jedynie ziemskim zanieczyszczeniem.

Jeszcze innych dowodów na złożoność kosmicznej materii dostarczyła misja Rosetta, której zadaniem było zbadanie składu chemicznego komety ­ 67P/Churyumov-Gerasimenko, powiązanej z Jowiszem. W jej gazowej otoczce odkryto najprostszy aminokwas: glicynę, a także inne związki organiczne: metyloaminę i etyloaminę.

Co ciekawe, złożona chemia może nawet poprzedzać narodziny planet. Do takich wniosków doszli astronomowie, którzy obserwowali obszar gwiazdotwórczy Rho Ophiuchi za pomocą sieci radioteleskopów ALMA. Fotografia w świetle podczerwonym ujawniła obecność aldehydu glikolowego w chmurze gazu i pyłu, który otacza młodą, zbliżoną do Słońca gwiazdę. Ta cząsteczka także może stać się elementem budulcowym RNA.

Już wcześniej znaleziono ją w innych miejscach kosmosu, ale w tym obszarze jest szczególnie interesująca. Wspomniana chmura gazu znajduje się w takiej odległości od swojej gwiazdy, jaka dzieli Słońce od Urana. Poza tym przemieszcza się w takim kierunku, że może spaść na planety, jakie powstaną wokół młodej gwiazdy.

Bez rozstrzygnięcia

Wśród zwolenników jakiejś wersji hipotezy panspermii możemy wskazać wiele innych ważnych nazwisk badaczy i naukowych celebrytów – m.in. Francisa Cricka, czyli współodkrywcę struktury DNA, a także Stephena Hawkinga czy Richarda Dawkinsa. Ale argument autorytetu w nauce nigdy nie działa. Liczą się fakty i ich prawidłowa interpretacja. Czy one przemawiają za panspermią? Nie do końca.

Wspomnianą na początku różnicę w składzie pierwiastkowym między komórkami organizmów a ziemską skorupą można łatwo wytłumaczyć. Węgiel, wodór, tlen oraz azot to pierwiastki zdolne do tworzenia między sobą najmocniejszych wiązań. Dodatkowo atomy węgla mogą się wiązać z sobą w długie łańcuchy, z których powstaje szkielet dla wielu następnych związków chemicznych. Każdy z atomów w takim łańcuchu może oddziaływać z innymi pierwiastkami lub ich grupami, co umożliwia powstanie rozmaitych cząsteczek o bogatych strukturach i kształtach. A ponieważ to budowa przestrzenna cząsteczki warunkuje jej funkcję, więc to właśnie chemia oparta na tych pierwiastkach ma największe szanse dać początek życiu. Znajdujące się w dużym stężeniu w litosferze atomy krzemu mogłyby w teorii stworzyć podobne cząsteczki, ale w obecności tlenu szybko uległyby zniszczeniu. Natura wybrała optymalną opcję.

Do udowodnienia którejś z silniejszych wersji hipotezy panspermii nie wystarczy również wykazanie, że jakieś organizmy mogą przetrwać podróż w kosmosie. Musielibyśmy potwierdzić obecność takich pasażerów na meteorytach. Jak dotąd, rzecz jasna, się to nie udało.

Najmniej kontrowersji budzi dziś hipoteza pseudopanspermii – można ją już w zasadzie uważać za udowodnioną. Choć nadal nie wiemy, w jakim stopniu do powstania życia na Ziemi przyczyniły się przywleczone wraz z meteorytami, powstałe na obrzeżach kosmosu związki chemiczne, a w jakim warunki panujące lokalnie na młodej planecie.©