Biologia w kosmosie?

co nowego w biologii?
Biologia w kosmosie?
Kosmos od zawsze wyzwalał w człowieku nadzieję spotkania braci
w rozumie. Do dziś filmy science fiction straszą widzów obcymi. Lubimy
się bać, kochamy bajki, a że skrzatów, elfów i smoków jakby ostatnio
brakuje, to trzeba sięgnąć po coś z zewnątrz, a z im większej odległości
przybywa, tym trudniej zarzucić autorom scenariusza fałsz. Rzecz w tym,
że być może obcy są bliżej nas, niż sądzimy. Nie, nie chodzi o rozumne
ośmiornice z Marsa, ale raczej o mikroby mogące egzystować na innych
ciałach niebieskich w warunkach, które dla przeciętnego Ziemianina
wydają się zupełnie nieodpowiednie do życia. Czy jednak naprawdę
takie są? Pamiętajmy o ekstremofilach…
<red>
n URSZULA CZYŻEWSKA
Organizacja Narodów Zjednoczonych
podczas 62. Zgromadzenia Ogólnego, które odbyło się w grudniu 2007 roku, ogłosiła
rok 2009 Międzynarodowym Rokiem
Astronomii (MRA2009). Wniosek został
zgłoszony przez Włochy, a inicjatorką
MRA2009 jest Międzynarodowa Unia
Astronomiczna (IAU)1. Z tej okazji nie
sposób nie wspomnieć, jakie korzyści dla
ludzkości niesie ze sobą eksploracja kosmosu przez… biologów!
Najlepszym przykładem „swoistej fuzji”
biologii z astronomią jest astrobiologia
określana mianem nauki kompleksowej,
inaczej – multidyscyplinarnej2. Współcześnie stanowi ona rodzaj współpracy naukowej, w której naukowcy za pomocą podejść
typowych dla swoich dyscyplin starają się
doprecyzować wstępnie sformułowany problem. W wyniku badań interdyscyplinarnych powstaje specyficzna, nowa wiedza
przedstawiająca podobne podejście do
problemu, potwierdzające wyniki uzyskane
przez poszczególne dyscypliny lub, co bardziej pożądane dla wiedzy naukowej, odmienne od reprezentowanych przez dziedziny, na których się opiera. Astrobiologia
łączy m.in. nauki biologiczne, chemiczne,
paleontologię, geologię, fizykę i astronomię planetarną. Skupia światowych ekspertów z każdej z tych dyscyplin, aby zapewnić
najbardziej wszechstronny zakres badań.
Ponadto jako kompleksowa dziedzina generuje interdyscyplinarne prace naukowe.
W rezultacie może to stać się cechą wyróżniającą ją wśród wszystkich dyscyplin nauk biologicznych.
Prezentowane multidysciplinarne podejście nie jest czymś nowym. Novum stanowi poszukiwanie takiego „pola naukowego”, na którym możliwe jest raczej
stworzenie sieci połączeń międzydyscyplinarnych niż dążenie do specjalizacji kolejnej nauki biologicznej.
1
http://www.astronomia2009.pl/1/
Termin „multidyscyplinarny” nie jest synonimiczny do terminu „interdyscyplinarny” (między dyscyplinami) – dyscypliny są multidyscyplinarne (wielodyscyplinowe), natomiast badania są interdyscyplinarne, zwłaszcza gdy rozstrzygamy złożone problemy (Z. Hajduk, Ogólna metodologia nauk, RW KUL, Lublin 2001, s. 125).
2
28
biologia w szkole
co nowego w biologii?
Rys. 1. Graficzne przedstawienie multidyscyplinarności astrobiologii
Rosyjski astronom G. A. Tikhov był jednym z głównych prekursorów astrobiologii.
Jego badania wniosły nowe spojrzenie
na przyszłe odkrycia planet poza układem
słonecznym. Niektórzy badacze uważają, że
samo słowo „astrobiologia” jest starsze niż
podana później, najprawdopodobniej po raz
3
pierwszy przez L. J. Lafleur’a (1941), definicja, która określiła je jako „rozważanie życia
we Wszechświecie, w innym miejscu niż na
ziemi”3. Termin „astrobiologia” został później wykorzystany przez astronoma O. Struve’a (1955), a następnie w 1995 roku został
ostatecznie przyjęty przez NASA (ang.
L.J. Lafleur, Astrobiology. Astronomical Society of the Pacific, Leaflets 143 (January 1941), s. 333.
6/2009
29
co nowego w biologii?
Tabela 1. Terminologiczne próby ujęcia nauki o aspektach życia we wszechświecie*
Autor
Rok
Charakterystyka
Lafleur L. J.
1941
określenie astrobiologii jako „rozważania życia we Wszechświecie”, poza Ziemią;
Tikhov G. A.
1947
ustalenie dziedziny łączącej astronomię i botanikę: astrobotanika; publikacja
książki „Astrobotanika”;
Bernal J. D.
1952
spekulowanie o roli biologii we wszechświecie (powstaniu życia): określenie
„kosmobiologia”;
Tikhov G. A.
1953
opublikowanie książki „Astrobiologia”;
Struve O.
1955
użycie słowa „astrobiologia” dla określenia szerszego pola badań, poszukiwań
życia poza Ziemią;
Pereira F. A.
1956
opublikowanie książki „Introdução à Astrobiologia” (Wstęp do astrobiologii);
Lederberg J.
1960
użycie słowa „egzobiologia” dla określenia pozaziemskich początków życia;
Oliver B. M.,
Billingham J.
1972
użycie terminu „biokosmologia” na określenie idei wszechświata pełnego życia
* Na podstawie: G. Lemarchand, s. 7–9; L. J. Lafleur, s. 333.
National Aeronautics and Space Administration – NASA)4. Wcześniej w USA do opisywania badania kosmosu przez biologów najczęściej był używany termin „egzobiologia”.
Stosował go w swoich pracach biolog J. Lederberg (1960). Nadal, acz sporadycznie, jest
używany przez NASA, a w szerszym znaczeniu – przez Europejską Agencję Kosmiczną
(ang. European Space Agency – ESA).
Egzobiologia była krytykowana przez
biologa G. G. Simpsona (1964) z uwagi
na fakt, że powstawająca wówczas nauka jako jedna z niewielu nie potrafiła wskazać realnego podmiotu swoich badań5. Wcześniej
O. Struve sugerował, że przypuszczalnie nie
był to odpowiedni czas na powstanie nowej
dyscypliny astronomii o takiej nazwie. Jeśli
egzobiologia (lub astrobiologia) była rozumiana wyłącznie przez pryzmat badań pozaziemskiego życia – czym nie jest – krytyka
Simpsona byłaby w pełni uzasadniona, co
jednak może się wydawać niezrozumiałe dla
wielu astronomów i fizyków. Wśród innych
synonimicznych terminów pojawiła się ta-
kże, użyta przez J. D. Bernala podczas odczytu dla Brytyjskiego Towarzystwa Międzyplanetarnego (ang. British Interplanetary Society – BIS, 1952), nazwa „kosmobiologia”
określająca „biologię kosmosu”. Być może
jest ona najlepsza dla nauki zajmującej się
życiem we wszechświecie. Niestety obecnie
jest ona rzadko używana. Wreszcie można
spotkać się z, rzadko stosowanym poza projektami realizowanymi przez IAU, terminem „bioastronomia”.
Wszystkie powyżej wymienione terminy
można potraktować jako synonimy pod warunkiem zastosowania ich w odpowiednim
kontekście. Zawsze można wykazać różnice
pomiędzy dwoma synonimami, np. w powszechności ich stosowania lub w używaniu
przez różne grupy społeczne czy naukowców. Takie rozróżnienia terminologiczne
czy przedkładanie jednego terminu nad inny miało miejsce już w 1963 roku. Podczas
jednego z sympozjów powiedziano: „Biologię poza środowiskiem ziemskim prof.
J. Lederberg ze Stanford University nazwał
4
http://astrobiology.nasa.gov/nai/about/
G. Lemarchand, A New Era in the Search for Life in the Universe, A New Era in Bioastronomy, ASP
Conference Series 213, 2000, s. 8.
5
30
biologia w szkole
co nowego w biologii?
egzobiologią, podczas gdy inni wolą używać
terminu „kosmobiologia”, oznaczającego
biologię układu słonecznego, galaktyki,
a nawet systemy pozagalaktyczne”6.
Historycznie rzecz ujmując, podane synonimy mogły kiedyś posiadać nieco różne
znaczenia, jednak współcześnie ich sens
uległ ujednoliceniu, co jest tendencją charakterystyczną dla synonimów.
Czym więc zajmuje się astrobiologia?
Astrobiologia transcenduje większość nauk
zajmujących się szeroko rozumianym „życiem”, co stwarza unikalne możliwości poznawcze. Jej dziedzina jest znacznie szersza
niż przykładowo biologii, która koncentruje
się wyłącznie na badaniu życia na Ziemi.
Astrobiologia przeciwnie – stara się szukać
odpowiedzi na pytania dotyczące spraw
przekraczających granicę naszej planety.
Gdyby biologom zadać pytanie, czym jest
życie, ich odpowiedzi byłyby ograniczane
przez znane formy życia na Ziemi7.
Astrobiologia bada pochodzenie i historię życia na Ziemi, planety i księżyce, gdzie
mogło powstać życie, a także poszukuje go
w kosmosie. Pytania astrobiologii nie są
nowe. Od zarania dziejów zastanawiano
się, jak powstało życie, jak ewaluowało, czy
istnieje życie pozaziemskie, jeśli tak, to
gdzie i w jakiej formie. Pomimo ogromnego postępu w nauce w ciągu ostatniego
wieku nadal jesteśmy daleko od zrozumienia pochodzenia życia8. Powyższe pytania
zadano dawno temu. I nadal nadzieja
na szybką odpowiedź jest niewielka. To, co
nowego wnosi astrobiologia do poszukiwań
tych odpowiedzi, to nowoczesne narzędzia
i metodologia badawcza, począwszy od wypraw kosmicznych, przez techniki sekwen-
cjonowania genomów, po użycie mikroskopów elektronowych i radioteleskopów9.
Próby uściślenia przedmiotu badań
astrobiologii wymagają także nawiązania
do możliwości powstania i trwania we
wszechświecie życia. Przyjmijmy, że zdolność do życia (zamieszkania) w danym środowisku (ang. habitable10) z biologicznego
punktu widzenia nie jest łatwym zadaniem.
Biolodzy przy rozważaniu tejże kwestii ściśle wiążą ją z koncepcją życia, co już samo
w sobie jest przedmiotem dyskusji. Ponadto,
jeśli niektóre systemy mogą być sklasyfikowane jednoznacznie jako żywe, to w przypadku innych naukowcy zajmują niejednoznaczne stanowisko. W praktyce określenie
„zdolność do życia (zamieszkania)” nie jest
często stosowane w biologii. Ogólnie można
stwierdzić, że praca biologów polega na obserwacji życia, które już istnieje. W konsekwencji biologów interesują bardziej siedliska i nisze ekologiczne niż możliwość
pojawienia się życia (zapoczątkowania życia). Niemniej odkrycie drobnoustrojów żyjących w warunkach ekstremalnych pozwoliło na sformuowanie na nowo pytania
o środowiska, które mogą być zamieszkałe,
tj. skolonizowane przez znane formy życia.
Pytanie dotyczy nie tylko lądowych siedlisk,
które przez długi czas były określane jako
jałowe, ale również planet lub ich satelitów
oferujących podobne warunki do tych panujących na Ziemi w miejscach, gdzie życie,
szczególnie reprezentowane przez mikroorganizmy, bujnie się pleni11.
Koncepcję zdolności do zamieszkania, podatności na nie wprowadził w 1960 roku S. H.
Dole, aby określić warunki stwarzające człowiekowi możliwość przeżycia. Jednak z cza-
6
G. Lemarchand, A New Era in the Search for Life in the Universe, A New Era in Bioastronomy, ASP
Conference Series 213, 2000.
7
J. T. Staley, Astrobiology, the transcendent science: the promise of astrobiology as an interative approach for
science and engineering education and research, Current Opinion in Biotechnology 14, 3, 2003, s. 347–348.
8
R. Popa, Between Necessity and Probability: Searching for the Definition and Origin of Life, Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2004, s. 161.
9
Tamże (przedmowa, s. VII).
10
http://www.merriam-webster.com/dictionary/habitable
11
M. Garguad, H. Martin, P. Claeys, Lectures in Astrobiology (tom II), Berlin: Springer-Verlag, 2007, s. 221–224.
6/2009
31
co nowego w biologii?
sem termin ten stał się mniej antropocentryczny i obecnie w praktyce odnosi się
do możliwości wystąpienia na powierzchni
planety wody w postaci stabilnej. Potencjalne
strefy zamieszkania zostały zdefiniowane jako obszary wokół gwiazdy, gdzie na powierzchni krążących tam planet temperatura
i ciśnienie umożliwiają występowanie ciekłej
wody. Definicja taka zmieniła się, ponieważ
stabilna ciekła woda może znajdować się
w podziemnej biosferze. W tym ostatnim
przypadku źródła ciepła umożliwiające występowanie ciekłej wody będą obejmować nie
tylko gwiazdę, wokół której krąży planeta,
ale także źródła ciepła znajdujące się w niej
samej, np. ciepło jądra planety czy złoża izotopów promieniotwórczych. Dla utrzymania
wody na planecie istotne znaczenie ma również siła grawitacji. Przykładami ciał niebieskich, gdzie może znajdować się woda w stanie ciekłym, jest Europa (satelita Jowisza)
– spekuluje się o istnieniu oceanu pod pokrywą lodową, oraz Mars, na którym ciekła woda może występować pod powierzchnią planety. Zarówno Europa, jak i Mars mogą być
traktowane jako strefy zamieszkania.
Jak już wspomniałam, w biologii pojęcie
„zamieszkania” nie jest używane. Niemniej,
posługując się terminologią biologiczną,
można spróbować je sprecyzować w bardzo
instynktowny sposób. Zamieszkanie powinno dotyczyć zestawu warunków niezbędnych, a zarazem wystarczających dla istnienia życia w formie aktywnej (nie wliczamy tu
różnych form anabiozy i uśpienia). Należy
dodać, że niezamieszkane środowiska mogą
stać się zamieszkałe, jeśli zostaną zasiedlone
i skolonizowane przez zewnętrzną formę życia (np. w wyniku panspermii). Powstaje pytanie, czy „zamieszkałe” planety muszą powstawać z niezamieszkałych, czy też nie, lub
innymi słowy – czy konieczność panuje
nad przypadkiem. W każdym razie określenie zamieszkania wymaga zdefiniowania
warunków życia. Tylko wtedy będziemy mogli: określić istoty żywe, ustalić ich wspólne
cechy i własności oraz określić, które z nich
są minimalne i konieczne do istnienia życia.
Jaki zasięg ma astrobiologia? Niewątpliwie duży i z roku na rok liczba osób nią zainteresowanych wzrasta. Istnieją międzynarodowe i krajowe organizacje, a także instytuty
uniwersyteckie specjalizujące się w wybranej
dziedzinie badań. Wymienię tylko niektóre
z nich: Instytut Astrobiologii NASA (1996)
przy Ames Center w Mountain View; Carnegie Institution (ewolucja systemów hydrotermalnych); Harvard University (geochemia
i paleontologia), Scripps Research Institute,
University of California (chemia prebiotyczna, systemy samoreplikujące się); University
of Colorado (kataliza RNA, planetarne strefy zamieszkania)12; University of Hawaii (np.
techniki obliczeniowe w astrobiologii, kosmochemia)13; University of Washington
(np. modelowanie dynamiki wczesnego układu słonecznego, badanie meteorytów i międzyplanetarnych cząstek pyłu w poszukiwaniu związków organicznych)14.
O „potędze” astrobiologii w USA niech
świadczy chociażby poniższy wykres pokazujący procentowy rozkład członkostwa
w komitetach organizacyjnych konferencji
bioastronomicznych organizowanych przez
IAU. Stany Zjednoczone „górują” także
pod względem liczby programów edukacyjnych na różnych szczeblach – od zajęć pozaszkolnych dla 4–12-latków, poprzez zajęcia zintegrowane z innymi przedmiotami
w szkołach średnich (np. dwuletni program
nauczania Voyages Through Time: a High
School Integrated Science Curriculum, oraz
Astrobiology: an Integrated Science Approach)15, szkolnictwo wyższe, programy sty-
12
H. Rauchfuss, Chemical Evolution and the Origin of Life, Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2008,
s. 283–284.
13
http://www.ifa.hawaii.edu/UHNAI/researches.htm
14
http://depts.washington.edu/astrobio/research/
15
T. I. Woodruff, J. Baross, Planets and Life. The Emerging Science of Astrobiology, Cambridge: Cambridge University Press, 2007, s. 557.
32
biologia w szkole
co nowego w biologii?
Rys. 2. Dane na podstawie: Commission 51 Members Międzynarodowej Unii Astronomicznej organizującej spotkania
bioastronomiczne (http://www. ifa. hawaii. edu/~meech/iau/C51list. html)
pendialne dla doktorantów, szkolenia dla
nauczycieli astrobiologii itp.16
W Europie również znajdują się ośrodki
prowadzące badania z zakresu astrobiologii. Najbardziej znane to: Centro de Astrobiología – CAB (Madryt, Hiszpania)17,
Cardiff Centre for Astrobiology18, Europejska Sieć Stowarzyszeń Astrobiologicznych (EANA)19, Europejska Agencja Kosmiczna (ESA), Nordic Network of
Astrobiology Graduate Schools.
Polski akcent to Centrum Badań w Zakresie Astrobiologii i Dziedzin Pokrewnych
(CASA) z grupami badawczymi skupionymi w ośrodkach uniwersyteckich o różnych
specjalnościach20. „Idea powołania Cen-
trum narodziła się we wrześniu 2003 roku
z inicjatywy prof. A. Wolszczana, odkrywcy
pierwszych planet poza naszym Układem
Słonecznym” – podkreśla prof. E. Szuszkiewicz z Instytutu Fizyki Uniwersytetu Szczecińskiego, koordynator CASA i reprezentant Polski w EANA. „Impulsem dla
rozwoju astrobiologii stały się, obok odkryć
prof. Wolszczana, także osiągnięcia genetyki, wyjaśniające molekularne podstawy życia” – dodaje21.
W Polsce przedmiot „astrobiologia” pojawia się kilkakrotnie w kanonie programów
studiów wyższych systemu trzystopniowego
w takich placówkach, jak np. Uniwersytet
Szczeciński (studia I i III stopnia), Katolicki
16
http://education.nasa.gov/divisions/informal/overview/R_NASA_and_Afterschool_Programs.html
http://cab.inta.es/
18
http://www.astrobiology.cf.ac.uk/
19
EANA została założona w maju 2001 roku podczas pierwszych europejskich warsztatów astrobiologicznych we Frascati we Włoszech.
20
http://www.astrobiologia.pl/d1.htm
21
http://www.biolog.pl/article206.html
17
6/2009
33
co nowego w biologii?
Uniwersytet Lubelski Jana Pawła II (od roku akademickiego 2009/10, studia I stopnia), Środowiskowe Studium Doktoranckie
GEOBIOS (studia III stopnia) przy Instytucie Paleobiologii PAN w Warszawie.
W roku 2007 istniało pięć anglojęzycznych podręczników akademickich z astrobiologii. Cztery z nich, przeznaczone dla
studentów kierunków innych niż ścisłe, zredagowali: Jakosky (1998), Goldsmith
i Owen (2002), Bennett i Shostak (2007),
Gilmour i Sephton (2003).
Znów podkreślam polski akcent w tej
materii: Szuszkiewicz i Ferrari, Astrobiologia: poprzez pył kosmiczny do DNA, Wyd.
Nauk. Uniwersytetu Szczecińskiego, Szczecin 2006. Jest to przypuszczalnie jedyna książka na polskim rynku wydawniczym,
poświęcona astrobiologii.
Zainteresowanie biologów astronomią
widoczne jest również na polu innych tzw.
Space Life Sciences, takich jak: medycyna
kosmiczna, radiobiologia czy biologia grawitacyjna.
Podsumowując, można stwierdzić, że
astrobiologia jest zdecydowanie nauką
multidyscyplinarną, której sukces zależy
od umiejętnego połączenia oraz zarządza-
nia wynikami uzyskanymi przez różne dyscypliny nauki i programy badawcze, włączając oczywiście misje kosmiczne.
mgr URSZULA CZYŻEWSKA
Katedra Filozofii Biologii
Katolicki Uniwersytet Lubelski Jana Pawła II
P
IŚMIENNICTWO
 Dick S., Cultural Aspects of Astrobiology: A Preliminary Reconnais-









sance at the Turn of the Millenium, A New Era in Bioastronomy, ASP
Conference Series 213, 2000, s. 649–59.
Garguad M., Martin H. Claeys P., Lectures in Astrobiology (tom II),
Berlin: Springer-Verlag, 2007.
Habitable, 2009. Pobrano maj 24, 2009 z lokalizacji Merriam-Webster Online Dictionary: http://www.merriam-webster.com/dictionary/habitable.
Hajduk Z., Ogólna metodologia nauk, RW KUL, Lublin 2001.
Lafleur L. J., Astrobiology. Astronomical Society of the Pacific, Leaflets 143 (January 1941), 333–40.
Lemarchand G., A New Era in the Search for Life in the Universe, A New
Era in Bioastronomy, ASP Conference Series 213, 2000, s. 7–18.
Popa R., Between Necessity and Probability: Searching for the Definition and Origin of Life, Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2004.
Rauchfuss H., Chemical Evolution and the Origin of Life, Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2008.
Staley J. T., Astrobiology, the transcendent science: the promise of astrobiology as an interative approach for science and engineering education
and research, Current Opinion in Biotechnology 14, 3, 2003, s. 347–54.
Woodruff T. I., Baross J., Planets and Life. The Emerging Science of
Astrobiology, Cambridge: Cambridge University Press, 2007.
Pasjonatów fotografii przyrodniczej
zapraszamy do współpracy!
Najlepsze zdjęcia opublikujemy w naszym czasopiśmie
jako „Zdjęcia numeru”.
Prosimy je przesyłać w formacie JPG (300 dpi, min. 1800×1200) na adres:
[email protected]
34
biologia w szkole