Είναι οι άνθρωποι μόνοι στον Γαλαξία;
Συνοπτικά
- Με τόσους πολλούς εξωπλανήτες εκεί έξω στον γαλαξία, φαίνεται λογικό να ελπίζουμε ότι η ζωή μπορεί να επικρατεί. Αλλά μια σειρά από ασυνήθιστες συμπτώσεις συνέβησαν για να δημιουργήσουν τον ευφυή πολιτισμό μας, και είναι μάλλον απίθανο να έχει συμβεί κάπου αλλού μια τέτοια ειρήνη.
- Ο χρόνος γέννησης του ηλιακού μας συστήματος στην ιστορία του γαλαξία ήταν τυχαία, για παράδειγμα, όπως είναι η θέση μας στον Γαλαξία. Επιπλέον, αρκετά χαρακτηριστικά του πλανήτη μας είναι πολύ σπάνια και οι συνθήκες που πυροδότησαν την εξέλιξη της ζωής εδώ μπορεί να είναι μη αναπαραγώγιμες.
- Ίσως το πιο απίθανο από όλα ήταν η εξέλιξη του τεχνολογικού μας είδους από εκείνες τις πρώτες σπίθες της ζωής—ένα κατόρθωμα που είναι πιθανώς μοναδικό.
Θα μπορούσε. Η αισιοδοξία για τις δυνατότητες της ευφυούς εξωγήινης ζωής αγνοεί όσα γνωρίζουμε για το πώς δημιουργήθηκαν οι άνθρωποι. Βρισκόμαστε εδώ λόγω μιας μεγάλης αλυσίδας απίθανων συμπτώσεων—πολλά, πολλά, πολλά πράγματα έπρεπε να γίνουν σωστά για να καταλήξουμε στην κατάσταση στην οποία βρισκόμαστε. Αυτή η αλυσίδα είναι τόσο απίθανη, στην πραγματικότητα, που υπάρχει καλός λόγος να συμπεράνουμε ότι οι άνθρωποι πιθανότατα είναι ο μόνος τεχνολογικός πολιτισμός στον γαλαξία. (Ας αφήσουμε στην άκρη τους άλλους αμέτρητους γαλαξίες στον κόσμο γιατί, όπως λέει και η παροιμία, "σε ένα άπειρο σύμπαν, όλα είναι δυνατά.")
Ειδικός χρόνος
Οι συμπτώσεις ξεκινούν με την κατασκευή βαρέων στοιχείων, που περιλαμβάνουν οτιδήποτε βαρύτερο από το υδρογόνο και το ήλιο. Τα πρώτα αστέρια γεννήθηκαν σε σύννεφα από αυτά τα δύο ελαφρύτερα στοιχεία, τα υπολείμματα της Μεγάλης Έκρηξης, πριν από περισσότερα από 13 δισεκατομμύρια χρόνια. Δεν μπορεί να είχαν πλανήτες, γιατί δεν υπήρχε τίποτα από το οποίο να φτιάχνονταν πλανήτες—κανένας άνθρακας, οξυγόνο, πυρίτιο, σίδηρος ή άλλα μέταλλα (με βαριά αδιαφορία για τις χημικές λεπτότητες, οι αστρονόμοι αποκαλούν όλα τα στοιχεία βαρύτερα από τα μέταλλα υδρογόνου και ηλίου).
Τα μέταλλα δημιουργούνται μέσα στα αστέρια και εξαπλώνονται στο διάστημα όταν τα αστέρια πετούν υλικό καθώς πεθαίνουν, μερικές φορές σε θεαματικές εκρήξεις σουπερνόβα. Αυτό το υλικό εμπλουτίζει τα διαστρικά σύννεφα, έτσι κάθε διαδοχική γενιά αστεριών που φτιάχνονται από τα σύννεφα θα έχει μεγαλύτερη μεταλλικότητα από αυτή που προηγήθηκε. Όταν ο ήλιος εμφανίστηκε πριν από περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, αυτός ο εμπλουτισμός γινόταν για δισεκατομμύρια χρόνια στη γαλαξιακή μας γειτονιά. Ακόμα κι έτσι, ο ήλιος περιέχει περίπου 71 τοις εκατό υδρογόνο, 27 τοις εκατό ήλιο και μόλις 2 τοις εκατό μέταλλα. Η σύνθεσή του αντικατοπτρίζει εκείνη του νέφους που δημιούργησε το ηλιακό σύστημα, έτσι οι βραχώδεις πλανήτες, συμπεριλαμβανομένης της Γης, σχηματίστηκαν μόνο από αυτή τη μικροσκοπική ποσότητα στοιχειώδους δομικού υλικού. Τα αστέρια παλαιότερα από τον ήλιο έχουν ακόμη λιγότερα μέταλλα και, αντίστοιχα, λιγότερες πιθανότητες να δημιουργήσουν βραχώδεις πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη (οι γιγάντιοι αέριοι πλανήτες, όπως ο Δίας, σχηματίζονται ευκολότερα αλλά όχι τόσο πιθανό να φιλοξενήσουν ζωή). Αυτό σημαίνει ότι ακόμα κι αν δεν είμαστε ο μόνος τεχνολογικός πολιτισμός στον γαλαξία, πρέπει να είμαστε από τους πρώτους.
ειδική τοποθεσία
Η θέση μας στο Milky Way είναι επίσης ευνοϊκή. Ο ήλιος βρίσκεται σε ένα λεπτό δίσκο αστεριών πλάτους περίπου 100.000 ετών φωτός. απέχει περίπου 27.000 έτη φωτός από το γαλαξιακό κέντρο, λίγο περισσότερο από τα μισά του δρόμου μέχρι το χείλος. Σε γενικές γραμμές, τα αστέρια πιο κοντά στο κέντρο περιέχουν περισσότερα μέταλλα και υπάρχουν περισσότερα παλιά αστέρια εκεί. Αυτή η κατάσταση είναι χαρακτηριστική για τους γαλαξίες δίσκων, οι οποίοι φαίνεται να έχουν αναπτυχθεί προς τα έξω από το κέντρο.
Περισσότερα μέταλλα ακούγονται καλό από την άποψη της κατασκευής βραχωδών πλανητών, αλλά μπορεί να μην είναι τόσο καλό για τη ζωή. Ένας λόγος για την επιπλέον μεταλλικότητα είναι ότι τα αστέρια συσσωρεύονται πιο πυκνά προς το κέντρο, έτσι υπάρχουν πολλές σουπερνόβα, που παράγουν ενεργητική ακτινοβολία -ακτίνες Χ και φορτισμένα σωματίδια γνωστά ως κοσμικές ακτίνες- που είναι επιβλαβής για τους πλανήτες των κοντινών αστεριών. Το γαλαξιακό κέντρο φιλοξενεί επίσης μια πολύ μεγάλη μαύρη τρύπα, τον Τοξότη Α*, η οποία παράγει έντονες εκρήξεις ακτινοβολίας από καιρό σε καιρό.
Έπειτα υπάρχει το πρόβλημα των ακόμη πιο ενεργητικών γεγονότων που ονομάζονται εκρήξεις ακτίνων γάμμα. Χρησιμοποιώντας μελέτες βαρυτικών κυμάτων, οι αστρονόμοι έμαθαν ότι ορισμένες από αυτές τις εκρήξεις προκαλούνται από τη συγχώνευση άστρων νετρονίων. Οι παρατηρήσεις των εκρήξεων ακτίνων γάμμα σε άλλους γαλαξίες δείχνουν ότι είναι πιο συχνές στις πολυσύχναστες εσωτερικές περιοχές των γαλαξιών. Μια μόνο έκρηξη θα μπορούσε να αποστειρώσει τον πυρήνα του Γαλαξία και οι στατιστικές που βασίζονται σε μελέτες άλλων γαλαξιών υποδηλώνουν ότι μία εμφανίζεται στον δικό μας κάθε ένα εκατομμύριο έως 100 εκατομμύρια χρόνια.
Μακριά από το κέντρο, όλα αυτά τα καταστροφικά γεγονότα έχουν μικρότερο αντίκτυπο, αλλά τα αστέρια είναι πιο αραιά και η μεταλλικότητα χαμηλότερη, επομένως υπάρχουν λιγότεροι βραχώδεις πλανήτες, αν υπάρχουν. Λαμβάνοντας τα πάντα υπόψη, αστρονόμοι όπως ο Charles H. Lineweaver του Εθνικού Πανεπιστημίου της Αυστραλίας συμπεραίνουν ότι υπάρχει μια «γαλαξιακή κατοικήσιμη ζώνη» που εκτείνεται από περίπου 23.000 έως 30.000 έτη φωτός από το γαλαξιακό κέντρο—μόνο περίπου το 7 τοις εκατό της γαλαξιακής ακτίνας. περιέχει λιγότερο από το 5 τοις εκατό των αστεριών λόγω του τρόπου με τον οποίο είναι συγκεντρωμένα προς τον πυρήνα. Αυτή η περιοχή εξακολουθεί να περιλαμβάνει πολλά αστέρια, αλλά αποκλείει τη ζωή για τα περισσότερα από αυτά στον γαλαξία μας.
Ο ήλιος βρίσκεται κοντά στο μέσο της κατοικήσιμης ζώνης, αλλά άλλες αστρονομικές ιδιοσυγκρασίες διακρίνουν το ηλιακό μας σύστημα. Για παράδειγμα, υπάρχουν κάποιες ενδείξεις ότι μια τακτική διάταξη πλανητών σε σχεδόν κυκλικές τροχιές που παρέχει μακροπρόθεσμη σταθερότητα είναι ασυνήθιστη και τα περισσότερα πλανητικά συστήματα είναι χαοτικά μέρη, χωρίς την ηρεμία που έχει προσφέρει η Γη για την εξέλιξη της ζωής.
Ειδικός πλανήτης
Όλη η συζήτηση για πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη συσκοτίζει μια άλλη κρίσιμη διάκριση. Οι αστρονόμοι έχουν βρει πολλούς τέτοιους κόσμους, αλλά όταν λένε «πλανήτη σαν τη Γη», το μόνο που εννοούν είναι ένας βραχώδης πλανήτης στην κατοικήσιμη ζώνη που έχει περίπου το ίδιο μέγεθος με τον δικό μας. Με αυτό το κριτήριο, ο πλανήτης που μοιάζει περισσότερο με τη Γη είναι η Αφροδίτη — αλλά δεν θα μπορούσατε ποτέ να ζήσετε εκεί. Το γεγονός ότι μπορείτε να ζήσετε στη Γη είναι αποτέλεσμα τυχαίων περιστάσεων.
Οι δύο πλανήτες διαφέρουν με πολλούς σημαντικούς τρόπους. Η Αφροδίτη έχει παχύ φλοιό, κανένα σημάδι τεκτονικής πλάκας και ουσιαστικά κανένα μαγνητικό πεδίο. Η Γη έχει ένα λεπτό, κινητό φλοιό όπου η τεκτονική δραστηριότητα, ειδικά γύρω από τα όρια των πλακών, φέρνει υλικό στην επιφάνεια μέσω του ηφαιστειακού. Κατά τη διάρκεια της μακράς ιστορίας της Γης, αυτή η δραστηριότητα έχει μεταφέρει μεταλλεύματα μέχρι εκεί που οι άνθρωποι μπορούν να τα εξορύξουν για να παρέχουν τις πρώτες ύλες για τον τεχνολογικό μας πολιτισμό. Η τεκτονική των πλακών έχει επίσης φέρει θρεπτικά συστατικά στην επιφάνεια για να αναπληρώσει αυτά που εξαντλούνται από τα κύτταρα που ζουν εκεί και είναι ζωτικής σημασίας για την ανακύκλωση του άνθρακα και τη σταθεροποίηση της θερμοκρασίας σε μεγάλα χρονικά διαστήματα. Η Γη έχει επίσης έναν μεγάλο μεταλλικό (με την καθημερινή έννοια της λέξης) πυρήνα που, σε συνδυασμό με την ταχεία περιστροφή της, παράγει ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο για να προστατεύσει την επιφάνειά της από την επιβλαβή κοσμική ακτινοβολία. Χωρίς αυτήν την οθόνη, η ατμόσφαιρά μας πιθανότατα θα διαβρωνόταν και οποιοδήποτε ζωντανό πλάσμα στην επιφάνεια θα τηγανιζόταν.
Όλα αυτά τα χαρακτηριστικά του πλανήτη μας σχετίζονται άμεσα με το φεγγάρι μας - ένα άλλο χαρακτηριστικό που στερείται η Αφροδίτη και πολλοί άλλοι πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη. Η καλύτερη εικασία των επιστημόνων είναι ότι το φεγγάρι σχηματίστηκε νωρίς στην ιστορία του ηλιακού συστήματος, όταν ένα αντικείμενο στο μέγεθος του Άρη χτύπησε την εκκολαπτόμενη Γη ένα χτύπημα που προκάλεσε την τήξη και των δύο πρωτοπλανήτων. Το μεταλλικό υλικό από τα δύο αντικείμενα εγκαταστάθηκε στο κέντρο της Γης και μεγάλο μέρος του αρχικού ελαφρύτερου βραχώδους υλικού του πλανήτη μας εκτοξεύτηκε για να γίνει το φεγγάρι, αφήνοντας τη Γη με λεπτότερο φλοιό από πριν. Χωρίς αυτή την πρόσκρουση, η Γη θα ήταν ένα αποστειρωμένο κομμάτι βράχου όπως η Αφροδίτη, χωρίς μαγνητικό πεδίο και τεκτονικές πλάκες. Η παρουσία ενός τόσο μεγάλου φεγγαριού έχει επίσης λειτουργήσει ως σταθεροποιητής για τον πλανήτη μας. Κατά τη διάρκεια των χιλιετιών η Γη ταλαντεύτηκε στον άξονά της καθώς γυρνούσε γύρω από τον ήλιο, αλλά χάρη στη βαρυτική επίδραση της σελήνης, δεν μπορεί ποτέ να ανατραπεί μακριά από την κατακόρυφο, όπως φαίνεται να συνέβη με τον Άρη. Είναι αδύνατο να πούμε πόσο συχνά συμβαίνουν τέτοιες κρούσεις για να σχηματίσουν διπλά συστήματα όπως η Γη και το φεγγάρι της. Αλλά σαφώς, είναι σπάνια και χωρίς τον δορυφόρό μας πιθανότατα δεν θα ήμασταν εδώ.
Special Life
Μόλις το σύστημα Γης-Σελήνης εγκαταστάθηκε, η ζωή εμφανίστηκε με σχεδόν απρεπή ταχύτητα. Αφήνοντας κατά μέρος αμφιλεγόμενους ισχυρισμούς για αποδείξεις ακόμη προγενέστερων πλασμάτων, οι επιστήμονες βρήκαν απολιθώματα μονοκύτταρων οργανισμών σε βράχους ηλικίας 3,4 δισεκατομμυρίων ετών—μόλις περίπου ένα δισεκατομμύριο χρόνια νεότερους από την ίδια τη Γη. Στην αρχή, αυτό ακούγεται σαν καλά νέα για όποιον ελπίζει να βρει εξωγήινους - σίγουρα αν η ζωή ξεκινούσε στη Γη τόσο σύντομα, θα μπορούσε να προκύψει με την ίδια ευκολία και σε άλλους πλανήτες; Το εμπόδιο είναι ότι αν και ξεκίνησε, δεν έκανε πολλά για τα επόμενα τρία δισεκατομμύρια χρόνια. Πράγματι, μικρόβια που είναι ουσιαστικά πανομοιότυπα με αυτά τα αρχικά βακτηριακά κύτταρα εξακολουθούν να ζουν στη Γη σήμερα - αναμφισβήτητα το πιο επιτυχημένο είδος στην ιστορία της ζωής στον πλανήτη μας και ένα κλασικό παράδειγμα του «αν δεν έχει σπάσει, μην το διορθώσεις. ”
Αυτά τα απλά κύτταρα, γνωστά ως προκαρυώτες, είναι κάτι περισσότερο από σάκους ζελέ, που περιέχουν τα βασικά μόρια της ζωής (όπως το DNA), αλλά χωρίς τον κεντρικό πυρήνα και εξειδικευμένες δομές όπως τα μιτοχόνδρια, τα οποία χρησιμοποιούν χημικές αντιδράσεις για να παράγουν την ενέργεια που χρειάζεται ο κύτταρα στο σώμα σας. Τα πιο πολύπλοκα κύτταρα, τα υλικά των ζώων και των φυτών, είναι γνωστά ως ευκαρυώτες, και όλα προέρχονται από μια ενιαία συγχώνευση κυττάρων που συνέβη πριν από περίπου 1,5 δισεκατομμύρια χρόνια.
Η συγχώνευση αφορούσε δύο τύπους αρχέγονων μονοκύτταρων οργανισμών:τα βακτήρια και τα αρχαία. Τα τελευταία ονομάζονται έτσι επειδή κάποτε θεωρούνταν παλαιότερα από τα βακτήρια. Τα στοιχεία δείχνουν τώρα ότι και οι δύο μορφές εμφανίστηκαν περίπου την ίδια στιγμή, όταν εμφανίστηκε για πρώτη φορά η ζωή στη Γη - πράγμα που σημαίνει ότι όσο κι αν ξεκίνησε η ζωή, στην πραγματικότητα εμφανίστηκε δύο φορές. Μόλις ήταν εδώ, έκανε τις δραστηριότητές του σε μεγάλο βαθμό αμετάβλητο για περίπου δύο δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτή η επιχείρηση περιλάμβανε, μεταξύ άλλων, «τρώγοντας» άλλους προκαρυώτες καταποντίζοντάς τους και χρησιμοποιώντας τις πρώτες ύλες τους.
Έπειτα ήρθε η δραματική καμπή:Ένας αρχαιώνας κατέκλυσε ένα βακτήριο αλλά δεν το «πέψε». Το βακτήριο έγινε κάτοικος του νέου κυττάρου, του πρώτου ευκαρυωτικού, και εξελίχθηκε για να εκτελεί εξειδικευμένα καθήκοντα μέσα σε αυτό, αφήνοντας τον υπόλοιπο ξενιστή ελεύθερο να αναπτυχθεί χωρίς να ανησυχεί για το πού αντλούσε την ενέργειά του. Στη συνέχεια, το κελί επανέλαβε το τέχνασμα, και έγινε πιο περίπλοκο.
Οι ομοιότητες μεταξύ των κυττάρων όλων των προηγμένων μορφών ζωής στη Γη δείχνουν ότι προέρχονται από ένα μονό μονοκύτταρος πρόγονος — όπως λατρεύουν οι βιολόγοι να λένε, στο επίπεδο ενός κυττάρου δεν υπάρχει διαφορά ανάμεσα σε εσάς και ένα μανιτάρι. Φυσικά, το κόλπο μπορεί να είχε συμβεί περισσότερες από μία φορές, αλλά αν γινόταν, οι άλλοι πρωτοευκαρυώτες δεν άφησαν απογόνους (μάλλον επειδή φαγώθηκαν). Είναι ένα μέτρο του πόσο απίθανη ήταν μια τέτοια ενιαία σύντηξη κυττάρων που χρειάστηκαν δύο δισεκατομμύρια χρόνια εξέλιξης για να συμβεί.
Ακόμη και τότε, δεν συνέβησαν πολλά για άλλα δισεκατομμύρια χρόνια περίπου. Οι πρώιμοι ευκαρυώτες συγκεντρώθηκαν για να δημιουργήσουν πολυκύτταρους οργανισμούς, αλλά στην αρχή αυτοί δεν ήταν τίποτα άλλο από επίπεδα πλάσματα με μαλακό σώμα που έμοιαζαν με τη δομή ενός παπλώματος. Ο πολλαπλασιασμός των πολυκύτταρων μορφών ζωής που οδήγησε στην ποικιλία της ζωής στη Γη σήμερα ξεκίνησε μόλις πριν από περίπου 550 εκατομμύρια χρόνια, σε ένα ξέσπασμα γνωστό ως έκρηξη της Κάμβριας. Αυτό ήταν ένα τόσο θεαματικό γεγονός που εξακολουθεί να είναι το πιο σημαντικό στο αρχείο απολιθωμάτων. Κανείς όμως δεν ξέρει γιατί συνέβη - ή πόσο πιθανό είναι να συμβεί αλλού. Τελικά αυτή η έκρηξη ζωής δημιούργησε ένα είδος ικανό να αναπτύξει τεχνολογία και να αναρωτηθεί από πού προήλθε.
Ειδικά είδη
Η εξέλιξη από τα πρωτόγονα σε προηγμένα είδη δεν ήταν εύκολη. Η ιστορία της ανθρωπότητας είναι γραμμένη στα γονίδιά μας, με τόση λεπτομέρεια που είναι δυνατό να προσδιοριστεί από την ανάλυση DNA όχι μόνο από πού προέρχονταν οι διαφορετικοί πληθυσμοί αλλά και πόσοι από αυτούς ήταν γύρω. Ένα από τα εκπληκτικά συμπεράσματα από αυτό το είδος ανάλυσης είναι ότι οι ομάδες χιμπατζήδων που ζουν ο ένας κοντά στον άλλο στην κεντρική Αφρική είναι πιο διαφορετικοί γενετικά από τους ανθρώπους που ζουν σε αντίθετες πλευρές του κόσμου. Αυτό μπορεί να σημαίνει μόνο ότι όλοι προερχόμαστε από έναν μικροσκοπικό πληθυσμό ανθρώπων, πιθανώς τους επιζώντες από κάποια καταστροφή ή καταστροφές.
Τα στοιχεία του DNA επισημαίνουν συγκεκριμένα δύο εξελικτικά εμπόδια. Λίγο περισσότερο από 150.000 χρόνια πριν ο ανθρώπινος πληθυσμός μειώθηκε σε όχι περισσότερο από μερικές χιλιάδες —ίσως μόνο μερικές εκατοντάδες— αναπαραγωγικά ζεύγη. Και πριν από περίπου 70.000 χρόνια, ολόκληρος ο ανθρώπινος πληθυσμός έπεσε σε περίπου 1.000. Αν και αυτή η ερμηνεία των αποδείξεων αμφισβητήθηκε από ορισμένους ερευνητές, αν είναι σωστή, όλα τα δισεκατομμύρια των ανθρώπων που υπάρχουν τώρα στη Γη κατάγονται από αυτήν την ομάδα, η οποία ήταν τόσο μικρή που ένα είδος που έχει μειωθεί σε τέτοιους αριθμούς σήμερα θα μπορούσε να θεωρηθεί ως απειλούμενο .
Το ότι το είδος μας επέζησε -και μάλιστα άκμασε, αυξήθηκε τελικά σε σχεδόν οκτώ δισεκατομμύρια και εξελίχθηκε σε μια τεχνολογική κοινωνία- είναι εκπληκτικό. Αυτό το αποτέλεσμα δεν φαίνεται καθόλου σίγουρο.
Καθώς τα βάζουμε όλα μαζί, τι να πούμε; Είναι πιθανό να υπάρχει ζωή αλλού στον γαλαξία; Σχεδόν σίγουρα ναι, δεδομένης της ταχύτητας με την οποία εμφανίστηκε στη Γη. Είναι πιθανό να υπάρχει άλλος τεχνολογικός πολιτισμός σήμερα; Σχεδόν σίγουρα όχι, δεδομένης της αλυσίδας των συνθηκών που οδήγησαν στην ύπαρξή μας. Αυτές οι σκέψεις υποδηλώνουν ότι είμαστε μοναδικοί όχι μόνο στον πλανήτη μας αλλά σε ολόκληρο τον Γαλαξία μας. Και αν ο πλανήτης μας είναι τόσο ιδιαίτερος, γίνεται ακόμη πιο σημαντικό να διατηρήσουμε αυτόν τον μοναδικό κόσμο για εμάς, τους απογόνους μας και τα πολλά πλάσματα που αποκαλούν τη Γη πατρίδα.
Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά με τον τίτλο "Μόνος στον Γαλαξία" στο Scientific American 319, 3, 94-99 (Σεπτέμβριος 2018)
doi:10.1038/scientificamerican0918-94
