ÉLET A NAPRENDSZERBEN
(2024 augusztus)
Abstract
Lényeges állítás: nem valószínű, hogy akár csak néhány spóra (mikroorganizmus, baktérium, vírus) is átjuttathasson csillagközi távolságokon keresztül a Földre, de igen valószínű, hogy a Naprendszeren belül bárhova eljuthatott. A részecske- és elektromágneses sugárzások roncsoló hatása miatt tetszhalott, lappangó állapotban is csak bizonyos nagyságú dózist (=teljes sugárzásmennyiség) viselnek el az élő szervezetek. Ha túl nagy a roncsolás a sejtekben, illetve azok genetikai anyagában, akkor kedvező körülmények között sem lesz működőképes. A sugárdózist a világűrben eltöltött idő, valamint a mikroorganizmust övező sugárvédő kőzetborítás együttesen határozzák meg. A lito-pánspermia elmélet (= életformák mesterséges kis meteoritokban, kőzetszemcsékben terjednek, https://en.wikipedia.org/wiki/Pseudo-panspermia), valószínű változatait vizsgáltuk. // LIFE IN THE SOLAR SYSTEM: We investigated probable variants of the litho-panspermia theory (= life forms spread in artificial small meteorites, rock particles, https://en.wikipedia.org/wiki/Pseudo-panspermia). One of the main claims is that it is unlikely that even a few spores (microorganisms, bacteria, viruses) could have been transported across interstellar distances to Earth, but it is very likely that they could have reached anywhere in the solar system. Because of the destructive effects of particle and electromagnetic radiation, living organisms can only tolerate a certain dose (= total radiation dose) even in a lethargic state. If the damage to the cell or its genetic material is too great, it will not be able to function under favourable conditions. The radiation dose is determined by the time spent in space and the radioprotective rock cover surrounding the micro-organism.
Bevezetés
Lehet, hogy a Földről terjedt el, és terjed ma is az élet a Naprendszerben, de az is lehetséges, hogy valahonnan a Naprendszerből érkezett az élet a Földre. Elterjedhetett spontán, vagy mi is terjesztjük akarva, akaratlanul.
Igen nagy valószínűséggel már többször kihalt az élet a Naprendszerben. A lito-pánspermia elmélet (= életformák mesterséges meteoritokban, kőzetszemcsékben terjednek, https://en.wikipedia.org/wiki/Pseudo-panspermia), valószínű változatait vizsgáljuk. A kérdésekre, hogy a Földön, vagy máshol, a Naprendszerben alakult ki az élet, és arra a kérdésre, hogy hányszor történt meg, nem kerestünk válaszokat.
A lito-pánspermia elméletről
Lényeges állítás: valószínűtlen, hogy akár csak néhány spóra (mikroorganizmus, baktérium, vírus) is átjuttathasson csillagközi távolságokon a Földre, de igen valószínű, hogy a Naprendszeren belül bárhova eljuthatott. A spontán utazásnál nemcsak a távolságot (a csillagközi esetben fényévek*), hanem az utazási időt is figyelembe kell venni. A kozmikus részecskesugárzás, az elektromágneses sugárzás időarányosan pusztítanak, és nagyon pusztítanak. Újabb kísérletek (2024) szerint, ha kőzetszemcsékkel (litopánspermia) kevertek össze spórákat, 50-90% között volt a túlélési arány a Föld közelben. Kőzet szemcsék esetén a mágneses mezők szerencsés esetben segíthetik is az utazást. Azt a lehetőséget vizsgáljuk, hogy az extrém viszonyokat is túlélő egysejtű, esetleg sejtmag nélküli életformák, mikroorganizmusok meteoritokban, kőzetszemcsék között mennyire maradhatnak életképesek?
Korábban Kelvin (1871) és Helmholtz (1879) munkáiban bukkant fel modern természettudományos megközelítéssel az elmélet, (https://hu.wikipedia.org/wiki/P%C3%A1nspermia). Elgondolásuk lényege szerint meteoritok belsejében az űrben is utazhatnak egyszerű élőlények. A baktériumok, vírusok terjedését meteoritok belsejében, kőzetdarabokon külön elnevezéssel is jelölik, ez a litopánspermia (a görög lithosz = kőzet szóból) elmélet. Az utazás végén, ha egy kisbolygón megfelelő körülmények közé kerülnek, ismét életképessé válhatnak, újraélednek. A tetszhalott állapotra nincs megfelelő kifejezés, (angolul dead-alive), talán a lappangó állapotú (látens, inaktív) élet kifejezés használható, a rejtett, lappangó állapot kifejezést fogjuk használni. Az elméletekben élesen elkülönítjük a Naprendszeren belüli és az azon kívüli utazásokat, ténylegesen csak a Naprendszeren belüli terjedés a kérdéses. A lappangó állapottal kapcsolatban rövidebb, néhány hetes időtartamot sok mikroorganizmus bír ki úgy a világűrben, hogy utána ismét életképes lehet, de kiemelten fontos a vízmentes állapot, amikor nincsenek jelen H2O molekulák, amelyek a nagyenergiájú sugárzások miatt felbomlanak, aktív gyököket hoznak létre, melyek roncsolják a sejtek anyagát.
Napjainkban a lito-pánspermia elmélet kísérleti ellenőrzése történik, ami három fő területen zajlik: mérik a lappangó élet extra körülmények közötti túlélőképességét, pl. a "kilövés" és a "landolás" pillanatában. Az utazási túlélőképesség megismerése Föld körüli pályán és szimulációs kamrákban lehetséges. Japán kutatók a radioaktivitásnak legjobban ellenálló Deinococcus radiodurans baktériumot a Nemzetközi Űrállomáson kívül helyezték el, 400 kilométernyire a Földtől. A világűr szélsőséges körülményeinek, nagy hőingadozásnak kitéve, erős UV-sugárzásban három évvel később is életben voltak a mikroorganizmusok.
Egy másik eredményt sejtető kutatási irány az UV sugárzást jól viselő cianobaktériumok vizsgálata, amelyek oxigéntermelésükkel egykor nagyban hozzájárultak ahhoz, hogy a korai Föld alkalmassá váljon az élet számára. De lehetséges, hogy az életképes lappangó életű organizmusok egy része alig hasonlít majd az ismert mikroorganizmusra.
Egy vulkán robbanás centrumában túl magas a hőmérséklet, ezért az attól távolabbi, de elég nagy sebességgel kilökődő kőzetdarabok az érdekesek. A test sebességének meg kell haladnia 11 kilométer/másodpercet a gyorsulási szakasz után, hogy a Föld környezetét végleg elhagyja. Fontos, hogy ezek a kiklökődő törmelékek a felszínközeli rétegből származzanak: mélyebben a kilökődés pillanatában túl nagy nyomás lép fel.
Elméletileg más folyamat is juttathat apró élőlényeket a világűrbe. Első lépésben a szelek 10-50 kilométeres magasságba szállíthatnak mikroorganizmusokat a felszínről. A sejtek a felületükön megtapadó töltött részecskék révén kölcsönhatásba lépnek a földi mágneses térrel, az erő meghaladhatja a gravitációs erőt szerencsés esetben, és tovább emelkedhetnek.
A túlélés feltétele a lappangó állapot, baktériumok esetén ideális a spóraállapot: ekkor inaktív, betokozódott fázisba kerülnek, és szélsőséges állapotokat (hideg, szárazság, erős sugárzások) is képes úgy túlélni, hogy utána, kedvező körülmények között, ismét életfolyamatokat mutassanak. Mai ismereteink szerint spóraállapotban rendkívüli hideget és teljes szárazságot is kibírnak. A sugárzásokkal roncsoló hatása miatt tetszhalott, lappangó állapotban is csak bizonyos nagyságú dózist (=teljes sugárzásmennyiség) viselnek el az élő szervezetek. Ha túl nagy a roncsolás a sejtben, illetve annak genetikai anyagában, akkor az már kedvező körülmények között sem lesz működőképes. A sugárdózist a világűrben eltöltött idő, valamint az élőlényt övező sugárvédő kőzetborítás, és annak saját sugárzása együtt határozza meg. Rövid idő alatt akár védelem nélkül sem szenved túl sok károsodást az élőlény, elegendően vastag kőzetréteg pedig elhanyagolható szintre is csökkentheti a sugárdózist. Durva közelítéssel egymillió éves űrbeli tartózkodáshoz egy 1 méter vastag kőzetréteg nyújthat megfelelő védelmet. Hosszú időskálán azonban már a kőzet saját radioaktivitása is veszélyforrás lehet, az összetételtől függően.
Néhány kutatási eredmény
Kutatási céllal elindították az LDEF műholdat, amelyen spórákat is elhelyeztek, és amely 1984-1990 között keringett a Föld körül. Az űreszköz hazaszállítása után a baktériumspórák közel kétharmada életképesnek bizonyult (Bacterium subtilis, NASA). Az orosz FOTON műholdak fedélzetén elhelyezett BIOPAN kísérletek: két hétig vákuumnak, a világűr sugárzásainak és extrém hőmérsékletének tettek ki élőlényeket (főleg mikrobákat, növényi magvakat), valamint szerves anyagokat. A tetszhalott, lappangó állapot után a Földön érdekes eredményeket adtak a Bacterium subtilis képviselői, amelyeket agyagban, vörös homokkőben, valamint a Millbillillie meteorit és a Zagami marsi meteorit anyagában, továbbá szimulált marstalaj mintákban helyeztek el. A világűr körülményeinek közvetlenül kitett példányoknak közel egymilliomod része maradt csak életképes. De azoknál az egyedeknél, amelyeket kőzetszemcsékkel kevertek össze, 50-90% között volt a túlélési arány. Kiderült továbbá, hogy nem csupán a spóraképzésre képes élőlények élhetnek túl egy űrbeli utazást, hanem megemlíthető a Synechococcus cianobaktérium, amely populációjának közel negyede életképes maradt, mert a cianobaktériumok jól ellenállnak az UV sugárzásnak. Lehetséges, hogy különleges szerepük volt.
A BIOPAN kísérlethez hasonló a MarsTox kisérlet, amelyben szimulált marsi regolitmintába (szimulált marsi talajba) helyeztek baktériumokat. Ezeket szerény sugárzásvédelemmel is ellátták a Föld körüli pályán, amely a Mars felszínéhez közeli sugárdózist eredményezett a mintánál. Itt a marstalaj mérgező hatását és az erős ultraibolya sugárzás következményeit együttesen vizsgálták. A MarsTox I. a FOTON M-2 kísérlet keretében 2005-ben, a MarsTox II. a FOTON M-3 fedélzetén 2007. szeptember 14. és 26. között üzemelt a Föld körüli pályán. Utóbbinál már a Mars légköri portartalmának következményét is megpróbálták figyelembe venni a teszt kialakításakor. A várakozásoknak megfelelően a marsihoz hasonló körülmények között jobban túlélték a baktériumok az űrutazást, mint a vákuumnak közvetlen kitett esetben, és a minta kémiai mérgező hatása nem volt kimutatható (https://www.origo.hu/tudomany/2009/01/panspora-panspermia-elmeletek-elet-a-vilagurbol?page=2).
A baktériumok űrbeli túlélési képességéről véletlenül a Surveyor-3 holdszonda is szolgált ismeretekkel. Ez az űreszköz 1967. április 17-én landolt a Holdon, kameráját később az Apollo-12 expedíció visszahozta a Földre. A felbocsátás során nem sterilizált szondán baktériumok is maradtak, amelyek két és fél évet töltöttek el égi kísérőnkön, változóan alacsony és magas hőmérséklet között, a vákuumnak és az erős sugárzásoknak kitéve. A földi vizsgálatok során a kamera belsejében lévő fóliában életképes Streptococcus mitis baktériumokat azonosítottak, amelyek a hosszú űrbeli tartózkodás után is életképesek maradtak (https://hu.wikipedia.org/wiki/Cianobakt%C3%A9riumok).
Leszálláskor, légköri belépéskor lezajló események függenek a test tömegétől, sebességétől, érkezési szögétől és a légköri sűrűség függőleges eloszlásától. A kis tömegű, nagy felületű organizmusok jelentős súrlódás nélkül már a magasban lelassulnak, majd lassan süllyednek a légkörben, de nagy sugárterhelést kapnak, a kisérő kőzetanyag mennyiségének függvényében. A nagyobb testek a légkörben felizzanak és gyakran teljesen megsemmisülnek, esetleg felrobbannak.
Az egyik kísérletsorozat a STONE-1 kísérlettel kezdődött még 1999-ben. A vizsgálatok során egy-egy kapszula tért vissza a Föld körüli pályáról bolygónkra, ennek során 7-8 kilométer/másodperces sebességgel lépett be a légkörbe. Ez nem sokkal maradt el a természetes meteoritoknál jellemző 12-20 kilométer/másodperces átlagsebességtől. A visszatérő egység külső felületére különböző kőzetmintákat rögzítettek, és a landolás után a légköri súrlódás, valamint a magas hőmérséklet hatását vizsgálták rajtuk. Egyes minták hátoldala (amely a szonda testével, és nem a légkörrel érintkezett) Chroococcidiopsis cianobaktériumokat is tartalmazott. A STONE-6 kísérletben kiderült, hogy miközben körülbelül 1700 Celsius-fok lépett fel a minták felületén, az organizmusokat a körülbelül 2 centiméter vastag kőzetréteg még nem tudta megvédeni a magas hőmérséklettől. A cianobaktériumok nem élték túl a visszatérést a minta belső oldalán.
Kiderült az is, hogy a korábbi feltételezésekkel ellentétben a földihez hasonló üledékes eredetű kőzetek is egyben maradhatnak a légköri belépés során. Eddig ilyen marsi meteoritokat nem találtak, ezért azt feltételezték, hogy az üledékes marsi kőzetek teljesen felizzanak és szétdarabolódnak a légkörben. Hiányukat az eddig felfedezett meteoritok között talán az magyarázza, hogy könnyen lebomlanak.
A marsi meteoritok származási helyével kapcsolatban: többségük valamiért a kiemelkedő Tharsis-hátság vidékéről származik, ahol nem üledékek, hanem vulkáni kőzetek jellemzőek. Mivel bolygónk gravitációs tere erősebb a Marsénál, kevesebb földi meteorit landolt a vörös bolygón, mint fordítva. A "bolygóközi anyagcserére" főleg a Naprendszer korai időszakában került sor, amikor gyakoribbak voltak a becsapódások. Érdekes belegondolni, hogy a gyorsabban hűlő Marson talán korábban volt folyékony víz.
Az organizmusok inaktív, lappangó állapotában eltölthető maximális időt tekintve nincs egyetértés a kutatók között. A néhány millió éves tetszhalott állapot utáni "feléledést" már széles körben elfogadják, de azon még vitatkoznak, hogy 30-40 millió éves, földi kőzetekben talált baktériumokat sikerül-e a kísérletek során feléleszteni, a mérések kivitelezése ugyanis igen nehéz, és az eredmény bizonytalan. (Egy új-mexikói sókristályban talált 250 millió éves baktériumok egy kutatócsoport szerint életképesek voltak, csak a laboratóriumi eredmény bizonytalan).
Amikor a földi élet eredetét az űrből érkezett organizmusokkal magyarázzuk, azzal még nem adtunk választ az életnek az egyszeri (vagy többszöri?) kialakulására. Napjainkra elfogadott tény, hogy az ősi Földre nagy mennyiségben hullottak szerves anyagot, köztük aminosavakat is tartalmazó meteoritok a világűrből, melyek feltehetően közreműködtek az élet létrejöttében a Földön is, és talán más bolygókon is. Az élet fennmaradásának valószínűleg egészen más kémiai, környezeti feltetélei vannak, mint a keletkezésének voltak. (Az emberré válás módja lehet véletlen génváltozás, az élet keletkezéséhez több véletlen szükséges.)
*
A Vénusz a második bolygó a Naptól, és körülbelül 6 percig tart, amíg a napfény eléri. A harmadik bolygó a Naptól a Föld, és a napfénynek körülbelül 8,3 percbe telik, mire elér a napfény. A Mars a negyedik bolygó a Naprendszerben, és körülbelül 12,6 perc alatt éri el a napfény a vörös bolygót.