Αστροβιολογία και Ζωή αλλού

   Αν όλα πάνε καλά, το σκάφος της NASA θα προσεδαφιστεί τα ξημερώματα στον Αρη με στόχο να συλλέξει δείγματα του Κόκκινου Πλανήτη και με την ελπίδα να βρει ίχνη ζωής. Ποιο το νόημα της αναζήτησης και γιατί η διαστημική βιολογία έχει σημασία για τη ζωή μας εδώ, πάνω στη Γη;

Δεν είναι ότι λύσαμε όλα τα προβλήματα της Γενετικής στη Γη και αναζητούμε τη Γενετική του Διαστήματος· είναι πού με την «απογείωση» της Γενετικής κατακτώνται βήμα βήμα χρήσιμες γνώσεις, αξιοποιήσιμες στο «έδαφος», στο χρηματιστήριο της φύσης και της ανθρώπινης υγείας. Η «βάση εκτόξευσης» βέβαια είναι η πρόοδος της γήινης Γενετικής, της Βιολογίας και Βιοϊατρικής γενικότερα που ουσιαστικοποιεί το ταξίδι της διαπλανητικής Γενετικής.

Στο πλαίσιο αυτό αναζητούνται νέοι μηχανισμοί που ενεργοποιούνται σε ακραίες διαστημικές συνθήκες βαρύτητας, ακτινοβολίας, θερμοκρασίας κ.ά.· όπως κατ’ αναλογίαν σε ακραίες γήινες θερμοκρασιακές και χημικές καταστάσεις όπου καταφέρνει να επιβιώσει κάποια μορφή ζωής. Οι γνώσεις αυτές δεν συμβάλλουν μόνο στη βαθύτερη κατανόηση του φαινομένου της ζωής, της προέλευσής της, της λειτουργίας και της εξέλιξής της, αλλά και στην καλύτερη διαχείρισή της· ή ακόμη στην ανίχνευση των δρόμων εξωπλανητικής επέκτασής της ή και προέλευσής της.

Υπογραμμίζουμε ότι η συνδυασμένη διεπιστημονική γενετική και αστροβιολογική έρευνα είναι ιδιαίτερης σημασίας, τόσο για να ικανοποιηθούν ορισμένες υπαρξιακές περιέργειές μας όσο και για να κατακτήσουμε νέες γνώσεις βαθύτερης κατανόησης της ζωής και αποτελεσματικότερης αντιμετώπισης των αδυναμιών του ανθρώπου· όπως είναι οι ασθένειες ή η αντίδραση σε φάρμακα κ.ά.

Με τις προαναφερθείσες διεπιστημονικές προσεγγίσεις πλησιάζουμε ήδη τις πιθανότητες ύπαρξης εξωγήινης ζωής που σημαίνει ότι πιθανόν δεν είμαστε μόνοι· αν και απομονωμένοι με τον τρόπο ζωής μας σε έναν όμορφο πλανήτη, που αντί να τον προστατεύουμε, τον απειλούμε. Τώρα όμως ξέρουμε καλά ότι δεν υπάρχει τόσο φιλόξενο μέρος τουλάχιστον στην ηλιακή ή και γαλαξιακή γειτονιά μας όσο στον ταπεινό πλανήτη μας· το αντίθετο συμβαίνει, το άκρως αφιλόξενο στοιχείο επικρατεί εκεί έξω από την πόρτα μας.

Πειράματα εν πτήσει
Στο στόχαστρο αυτό έχουν μπει δύο κύριοι στόχοι· βιολογικά πειράματα εν διαστημική πτήσει και πλανήτες ή δορυφόροι τους, με πιθανή ανίχνευση βιοτικών συνθηκών στην παρελθούσα ιστορία τους. Ο Αρης, λ.χ., έχει μια λεπτή ατμόσφαιρα με πολύ Διοξείδιο του άνθρακα CO2 (95%) και ίχνη Ο2 (Οξυγόνου), Η2Ο (Νερού), CH4 (μεθανίου), εκτός άλλων οργανικών χημικών ενώσεων, όπως, λ.χ., το CO (μονοξείδιο του άνθρακα). Η πλούσια σε CO2 λεπτή ατμόσφαιρα του Αρη και η μεγάλη απόστασή του από τον Ηλιο επιφέρει μεγάλη θερμοκρασιακή απόκλιση· από -133C στους Πόλους έως 37C στο Νότιο Ημισφαίριό του. Παρ’ όλα αυτά δεν υπάρχει ένδειξη για την ύπαρξη ζωής τώρα ή ακόμη και στο παρελθόν, εκτός της ανίχνευσης του βιολογικά παραγόμενου αερίου μεθανίου.

Η ανακάλυψη χημειοσυνθετικών οργανισμών βαθύτερα στον φλοιό της Γης πιθανόν να σημαίνει και την ύπαρξη κάποιας ζωής κάτω από την επιφάνεια του Αρη, που θα μπορούσε να έχει κάποιες ομοιότητες με αυτήν της Γης. Λιγότερα στοιχεία αλλά και πιθανότητες ζωής υπάρχουν για τον δορυφόρο του Δία, Ευρώπη, με την πιθανότητα η φωτοσυνθετική ζωής να είναι πολύ μικρή λόγω των ακραίων συνθηκών ακτινοβολιών.

Τα όρια της ζωής
Προσγειωμένοι λοιπόν στο ερώτημα «τι είναι η ζωή(;)», μια «γήινη» γενική απάντηση αναφέρεται στο ότι: «ζωή θεωρείται μια διεργασία που εμπεριέχει τον μεταβολισμό, την κληρονομική αναπαραγωγή και την εξέλιξη». Η απάντηση όμως αυτή σε «απογειωμένο» τόνο δεν μας δίνει τα όρια της ζωής, το πλαίσιο λ.χ. των θερμοκρασιών στο οποίο μπορεί να υπάρχει ή το ελάχιστο μέγεθος εμβίου όντος ή τη φύση της ζωής αυτής καθεαυτή· ή, αν βάλουμε παρονομαστή το DNA, τα ελάχιστα απαιτούμενα γονίδια.

Οι γήινες συνθήκες μέσα στις οποίες μπορεί να αναπτύσσεται ζωή, να υπάρχει μεταβολισμός και να εκτυλίσσονται εξελικτικά γεγονότα, ποικίλλουν από πολύ χαμηλές θερμοκρασίες (<15 C) ως πολύ ύψηλές (>80 C), με απαραίτητη προϋπόθεση το νερό. Οι γνώσεις μας όμως για τα πρώιμα κυρίως στάδια της ζωής στη Γη είναι φτωχές. Γι’ αυτό αναζητούνται στοιχεία και σε άλλους πλανήτες. Τι γίνεται λ.χ. με τον Αρη και την Ευρώπη που πιθανόν έχουν υποεπιφανειακό παγωμένο νερό; Πόσο κατάλληλα είναι έστω και κάποια υποεπιφανειακά μικροπεριβάλλοντά τους τώρα ή ήταν στο παρελθόν για να έχουν αναπτύξει ζωή;

Μια προσέγγιση τού αν υπάρχει εξωγήινη ζωή επηρεάζεται πολύ από το τι γνωρίζουμε για τη ζωή της Γης· όπως λ.χ. από τη γενετική της σύστασης με βάση το DNA ή ακόμη από βακτήρια που βρέθηκαν σε πηγές με νερό που «βράζει» ή είναι παγωμένο, ή σε άλλα αφιλόξενα περιβάλλοντα τοξικών μετάλλων. Τέτοιες παρατηρήσεις εξάπτουν την περιέργεια των επιστημόνων για τη ζωή κάπου αλλού στο ηλιακό μας σύστημα ή και στο Σύμπαν γενικότερα. Υπάρχουν μάλιστα και θεωρητικές εκτιμήσεις για τον υπολογισμό των προχωρημένων πολιτισμών στο Σύμπαν! Οπως και ότι η ζωή στη Γη προήλθε απ’ έξω, από το Διάστημα, και προσαρμόστηκε στον πλανήτη μας εξελισσόμενη ως τον Homo sapiens, που αναζητεί με τη σειρά του τις βαθιές ρίζες του· είτε λ.χ. στη γήινη «λάσπη» όπου, όπως εκτιμάται, πρωτοεμφανίστηκε το πρωτοκύτταρο 3,8 δισ. χρόνια πριν, είτε στα αστέρια, άγνωστο πότε και πώς.

 Το μέγεθος της ζωής
Ενα άλλο σχετικό όριο που χαρακτηρίζει τη ζωή είναι το ελάχιστο δυνατό μέγεθός της. Πρόσφατες θεωρητικές έρευνες προσδιορίζουν την ελάχιστη διάμετρο ενός βιώσιμου κυττάρου, ενός απλού βακτηρίου, λ.χ., σε 250-300 νανόμετρα (ένα νανόμετρο είναι ίσον με ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου), φέροντας 250-450 ουσιαστικά γονίδια. Ωστόσο μερικά μικροαπολιθώματα (μεγέθους 10-20 νανομέτρων) είναι πολύ μικρότερα των σύγχρονων μικρότερων προκαρυωτικών κυττάρων.

Επειδή όμως οι πρώτες μορφές ζωής στη Γη, όπως υποθέτουμε, έφεραν RNA ως κληρονομικό και συνάμα καταλυτικό υλικό, αντί DNA, το μέγεθός τους ίσως δεν χρειαζόταν να είναι όσο των σημερινών προκαρυωτικών DNA κυττάρων· γι’ αυτό οι απόλυτες συγκρίσεις δεν είναι αξιόπιστες. Μάλιστα τελευταία αυξάνονται οι ερευνητικές ενδείξεις για οργανισμούς όπως τα νανοβακτήρια και τα νανοαρχαία, το μέγεθος των οποίων πρέπει να πέφτει κάτω από το κατώτερο θεωρητικό όριο· τα νανοβακτήρια συνδέονται με σοβαρές ασθένειες του ανθρώπου όπως ανευρύσματα, καρκίνους των ωοθηκών κ.ά.

Αποκαλύπτοντας βέβαια πολύ ακραία όρια γενετικής και βιολογικής δραστηριότητας στη Γη, επαναπροσδιορίζονται και οι δυνατότητες ύπαρξης ζωής σε άλλους πλανήτες. Τέτοια όρια αφορούν, λ.χ., υπερβολικά υψηλά pH με τιμή 11 και συνθήκες πίεσης 1.000 φορές υψηλότερης της μέσης ατμοσφαιρικής πίεσης στην επιφάνεια της θάλασσας· όπως και θερμοκρασιακά πλαίσια επιβίωσης, όχι όμως αναγκαστικά και μεταβολικής δραστηριότητας, που κυμαίνονται από 110-121C έως -17 με -20C. Ο υπερθερμόφιλος οργανισμός Pyrolobus fumarii, λ.χ., αναπτύσσεται σε θερμοκρασία πάνω από 80ΨC, ένας αλκαλόφιλος βάκιλος σε pH πάνω από 9, το οξυδόφιλο Cyanidium caldarium σε pH μικρότερο του 5 και το πιεσόφιλο Pyrococcus sp. σε πολύ υψηλή πίεση.

Διαστημικά πειράματα και γήινη εμπειρία
Το ζητούμενο όμως δεν είναι η εκτίμηση ή η υπόθεση αλλά η σχετική ανακάλυψη. Ενας στόχος που προσεγγίζεται βήμα βήμα στο πλαίσιο της Βιολογίας του Διαστήματος· πεδίο που αφορά τη μελέτη της ζωής στο περιβάλλον το οποίο δημιουργείται κατά την πτήση ενός διαστημοπλοίου με διαφοροποιημένες συνθήκες βαρύτητας και ακτινοβολιών. Υπό το πρίσμα αυτό και σε γενικό τόνο, τα πειράματα βιολογίας στο Διάστημα αφορούν την επιδίωξη παρατηρήσεων σε οργανισμούς ή κυτταροκαλλιέργειες σχετικά με βασικά βιολογικά χαρακτηριστικά τους, όπως είναι οι αλλαγές στη μορφολογία τους, στη γενετική, στη φυσιολογία, στη βιοχημεία, στη σύσταση των πρωτεϊνών και στη συμπεριφορά τους· τέτοια πειράματα πρέπει να συμπληρώνονται και με αντίστοιχο γήινο μάρτυρα, με έλεγχο λ.χ. της μικροβαρύτητας σε ανάλογο τεχνικό περιβάλλον, σε μια φυγόκεντρο π.χ.

Τα κύτταρα, ως γνωστόν, έχουν μια ευαισθησία στα μηχανικά ερεθίσματα εξαιτίας των υποκυττάριων δομών τους, με αποτέλεσμα οι μικροσωληνίσκοι τους, τα ινίδιά τους, ο κυτταροσκελετός τους γενικότερα να αλλάζει με τη βαρύτητα ή ακόμη και τις δονήσεις· αλλαγή όμως του κυτταροσκελετού μπορεί να προκαλέσει την αντίδραση του κυττάρου για να αλλάξει τη δομή του και τη λειτουργία, την έκφραση των γονιδίων του, μέσα από τα προκλητά σήματα της βαρύτητας, η οποία επηρεάζει τον μεταβολισμό, τα αναπτυξιακά πρότυπα και τις σχέσεις μεταξύ των οργανισμών.

Στο βακτήριο Escherichia coli π.χ. παρατηρήθηκε σμίκρυνση της φάσης ανάπτυξής του, εκτεταμένη αναπαραγωγή και διπλασιασμός της πυκνότητας του πληθυσμού του, σε σχέση με το γήινο πείραμα-μάρτυρα. Σχετικές παρατηρήσεις έχουν γίνει και σε άλλα πειράματα αξιοποιώντας οργανισμούς όπως το φυτό Arabidopsis thaliana, ο κύαμος σόγιας, ο ζυμομύκητας· αλλά και ο άνθρωπος, με τους κοσμοναύτες να είναι και πειραματόζωα.

Βαρύτητα και μικροβαρύτητα
Βιολογικές αλλαγές κατά τη διαστημική πτήση μπορεί να εξηγηθούν με την επίδραση γήινης κλίμακας δυνάμεων, όπως η μικροβαρύτητα που παίζει πιθανόν σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη και εξέλιξη της ζωής. Η μικροβαρύτητα μπορεί να προκαλέσει αλλαγές στο κυτταρικό σχήμα, στην επικοινωνία των κυττάρων, στην ανάπτυξη των πολυκύτταρων οργανισμών, ακόμη και στον ρυθμό αντιγραφής του DNA προς RNA. Μια τέτοια πιθανή επίπτωση της μικροβαρύτητας θα μπορούσε να τροποποιήσει όλα τα μακροσκοπικά χαρακτηριστικά ενός οργανισμού· όπως, λ.χ., συμβαίνει με την αλλαγή του συστήματος αντίληψης της βαρύτητας από τη φρουτόμυγα Δροσόφιλα μετά την επίδραση βαρύτητας.

Μερικά φυτά, όμως, όπως το Arabidopsis thaliana και ο κύαμος της σόγιας δεν επηρεάστηκαν από τη διαστημική πτήση, καθώς αναπτύχθηκαν σε συνθήκες μικροβαρύτητας και συνέχισαν να αναπτύσσονται στο έδαφος, χωρίς παρατηρήσιμες ανωμαλίες. Η σόγια έχει ιδιαίτερη σημασία καθώς είναι κοινή τροφή και μπορεί να αξιοποιηθεί και για μεγάλα διαστημικά ταξίδια ή παραμονή του ανθρώπου στο Διάστημα. Σχετικό πείραμα με τη σόγια κατέδειξε ότι σε μια διαστημική αποστολή φυτεύτηκαν σπόροι που φύτρωσαν, αναπτύχθηκαν σε φυτά, άνθισαν και παρήγαγαν νέους σπόρους στο Διάστημα· ολοκλήρωσαν δηλαδή όλον τον κύκλο ανάπτυξης. Με τέτοια πειράματα μπορεί επίσης να προκύψει και γενετική βελτίωση ποικιλιών, ανοίγοντας νέες λεωφόρους καινοτομίας.

Η προσπάθεια αποκάλυψης προσαρμογών σε ακραίες διαστημικές συνθήκες συμβάλλει στην κατανόηση της ζωής στη Γη και στην αναζήτησή της εκτός του πλανήτη μας (δυνατότητα αποδεκτή πρόσφατα και από το Βατικανό). Τέτοιες προσαρμογές αφορούν, λ.χ., αλλαγές της ενδοκυτταρικής χημείας, των μεμβρανών και των πρωτεϊνών, την έκταση των δυνατοτήτων του συστήματος επιδιόρθωσης του DNA σε υψηλά επίπεδα ακτινοβολίας κ.ά.

Σύνδρομο προσαρμογής
Η επίπτωση της διαστημικής πτήσης στον άνθρωπο αφορά πολλές αλλαγές, γνωστές ως Σύνδρομο Προσαρμογής στο Διάστημα· όπως, λ.χ., επηρεασμό των νευροαγγειακών οργάνων και της ισορροπίας, δυσκολία προσανατολισμού, ναυτία κ.ά.· συμπτώματα που υποχωρούν έπειτα από μερικές ημέρες προσαρμογής· ενώ άλλα συνεχίζουν να υπάρχουν, όπως, λ.χ., μετακίνηση των υγρών του σώματος προς το κεφάλι λόγω έλλειψης βαρύτητας, μείωση του μεγέθους της καρδιάς, του αριθμού των ερυθροκυττάρων και των ανοσοκυττάρων, ατροφία των μυών του σώματος, αύξηση του κινδύνου καρκινογένεσης και πιθανών νευρολογικών επιπτώσεων. Τα συμπτώματα για παραμονή στο Διάστημα πάνω από έναν χρόνο δεν είναι γνωστά.

Η αεροδιαστημική βιοϊατρική έρευνα όμως στοχεύει και στη βελτίωση της ανθρώπινης ζωής στη Γη· με προσεγγίσεις αντιμετώπισης της γήρανσης, της οστεοπόρωσης, του ανοσοποιητικού, του διαβήτη, των καρκίνων, των καρδιαγγειακών παθήσεων κ.ά.· με την έρευνα να προχωρεί, λ.χ., ως την αναγνώριση γονιδιακής παραλλαγής για την ορθοστατική υπόταση. Η ανάπτυξη επίσης σχετικής τεχνολογίας (π.χ. εξελιγμένος βηματοδότης, τεχνητή καρδιά, άλλες έξυπνες συσκευές) βασίζεται σε προηγηθείσα διαστημική τεχνολογία της NASA.

Παρά τις σημαντικές και εντυπωσιακές πληροφορίες και κατακτήσεις, η γενετική – βιολογική και βιοϊατρική εξερεύνηση στο Διάστημα προχωρεί αργά· με περίπου 100 μόνο σχετικές διαπλανητικές πτήσεις μεταξύ 1962 και 2005, λόγω οικονομικού κόστους· βέβαια, έχει ανοίξει νέος δρόμος διεπιστημονικής και διαθεματικής έρευνας, πλουσιοπάροχος και ελπιδοφόρος· αρκεί να μην υπερακοντίζουμε πάλι τη φαντασία μας, να μην πετάμε πάνω από τα σύννεφα, αλλά να μάθουμε να πατάμε πιο γερά τα πόδια μας στη Γη.

του Σταμάτη Αλαχιώτη

Πηγές 1 2