Eesti Looduse fotov�istlus
2006/3



   Eesti Looduse
   viktoriin


   Eesti Looduse
   fotovõistlus 2012




   AIANDUS.EE

Eesti Loodus
Artikkel EL 2006/3
Astrobioloogia elu ltete otsingul

Astrobioloogia on noor, kuid kiirelt arenev teadusharu, mille huvifookuses on elu teke, Maa-vline elu ning elu tulevik Maal ja mujal.

Miste astrobioloogia veti esimest korda kasutusele juba 1957. aastal Nukogude Liidus kirjeldamaks teadust, mis tegeles elu otsingutega vljaspool Maad. Lnes kasutati veel 1990. aasta esimesel poolel sama uurimisvaldkonna kohta terminit eksobioloogia. Hiljem, kui elu tekke ja arengu uuringuid Maal hakati ha enam seostama elu otsingutega vljaspool meie koduplaneeti, sai kogu maailmas populaarseks termin astrobioloogia, mille all meldi elu tekke ja evolutsiooni uurimist kogu Universumis.

Taas trkas huvi elu otsingute vastu Marsil ja Jupiteri kaaslasel Europal. Ameerika kosmoseagentuur (NASA) li 1998. aastal esimese astrobioloogia instituudi (NAI) [4], mis hendas teadlasi tosinast likoolist ja uurimiskeskusest nii NASA-st kui ka vljastpoolt seda. Jrgnenud kaheksa tegevusaasta jooksul on NAI programmidega liidetud mitu teiste maade astrobioloogiaga tegelevat institutsiooni Austraalias ja Euroopas (peale Euroopa keskse vrgustiku EANA eraldi keskused Hispaanias, Inglismaal ja Prantsusmaal).

Usutavasti on praeguseks paljude teadlaste suhtumine astrobioloogiasse muutunud: esialgsest skepsisest on saanud tunnustus. Astrobioloogia tunnustamisele on kaasa aidanud 2001. ja 2002. aastast ilmuvad rahvusvahelised teadusajakirjad Astrobiology ja International Journal of Astrobiology ning NASA ja Euroopa kosmoseagentuuri (ESA) uurimisprogrammid ja konverentsid. Esimene suur rahvusvaheline astrobioloogiakonverents peeti 2000. aasta aprillis NASA Amesi uurimiskeskuses Californias, osavtjaid oli 600. ESA korraldatud konverents samal teemal peeti 2001. aasta mais Itaalias. 2006. aasta mrtsis toimub Washingtonis juba neljas suur NASA astrobioloogiakonverents (4th Astrobiology Science Conference) [6]. Hea levaate astrobioloogia uurimisvaldkondadest annab nendest konverentsidest osa vtnute kirjutatud mahukas artiklikogumik [3].


Uued vaatenurgad igihaljastele probleemidele. pikutes on tavakohaste elu tekke ksitluste aluseks Aleksandr Oparini (1924) ja John Haldanei (1929) hpoteesid elu tekke kohta elutust ainest ning nendest inspireeritud Stanley Milleri (1953) ja Sindney Foxi (1960) katsed. Oluliseks astrobioloogia lhtekohaks peetakse ka Sir Fred Hoylei antroopsusprintsiipi ning 1957. aastal ilmunud td, mis nitas, et kik eluks vajalikud keemilised elemendid vivad tekkida thtede sees. Hilisemad avastused kinnitasid keerukamate elusaine komponentide teket vljaspool Maad ning vimalust, et need on Maale kandunud meteoriitidega. Niteks on 1969. aastal Austraaliasse kukkunud Murchisoni meteoriidist leitud le 90 aminohappe, nii maiseid kui ka Maal tundmatuid. Peale nende on meteoriidist eraldatud suhkruid ja muid orgaanilisi aineid.

Juba eeltoodud vike valik fakte ja hpoteese on inspireerinud mitut elu tekke ja arengu hpoteesi. Astrobioloogia on seadnud endale ambitsioonika sihi prgida selles vallas uute avastuste poole, rakendades laia ksitlusviiside ja meetodite spektrit, mis on tuttavad fsikutele, keemikutele, bioloogidele ja geoloogidele.


NASA astrobioloogia teejuht on esitanud seitse probleemideringi, millele astrobioloogia peaks thelepanu prama [5].


1. Asustusklblike keskkondade olemus ja levik Universumis. Eesmrk on kirjeldada vljaspool Pikesessteemi asuvaid asustamisklblikke planeete ja selgitada vlja nende asustuspotentsiaal. Selleks tuleks kindlaks teha Pikesessteemi-vliste planeedissteemide elamisklblik tsoon, selliste planeetide tekke ja arengu mudelid ning planeedissteemidega thtede ja planeedikandidaatide omadused. Esimese sammuna on aga vaja selgitada vlja, milliseid otseseid ja kaudseid astronoomilisi vaatlusi on vaja teha, et vaadelda eeltoodud omadusi.


2. Praeguste ja varasemate asustusklblike keskkondade ja elu tunnuste otsimine Pikesessteemist. Selle uurimissuuna siht on leida nii iidseid kui ka ndisaegseid asustusklblikke keskkondi meie lhimatelt naabritelt, ehk siis planeetidelt ja nende kaaslastelt meie Pikesessteemis, kus on olnud elu tekkeks sobilikud keemilised tingimused. Selle raames kirjeldada vljasurnud eluvorme ning nende potentsiaalseid leiukohti nii Marsil kui ka Pikesessteemi vlimistel aladel. Kesksel kohal on vee uurimine: vesi on meile tuntud elu eeltingimus. Seni on Maa-vlise mikroobse elu otsinguil olnud huvipakkuvad avastused vee-erosiooni jljed Marsi pinnal, lmmastikjd, metaani ja vett sisaldav ookean Jupiteri kaaslasel Europal ning vimalik lmmastikuga segunenud vesi Saturni kaaslase Titani sisemistes kihtides.

Hea alus Maa-vlise (mikroobse) elu otsinguteks vib olla Maal asuvate ekstreemsete elamistingimustega paikade uurimine. Nii niteks vivad igikeltsa ning teiste klmade keskkondade mikroobikoosluste uuringud Antarktikas, Grnimaal ja Siberis anda informatsiooni mikroorganismide eksistentsivimaluste ja ainevahetuse kohta madalatel temperatuuridel.

Tugev vulkanism ja sage meteoriitide langemine varajasele Maale tenoliselt ei suutnud hvitada sel ajal juba eksisteerinud varajast elu. Seega pidid tolleaegsed eluvormid olema vastupidavad krgetele temperatuuridele. Kuna he hpoteesi jrgi on ks varajase Maa vimalik elukeskkond just kuumaveeallikaid ookeanide phjas, on krgeid temperatuure taluvaid baktereid ja arhebaktereid (hpertermofiile) peetud rgse Maa varajaste organismide headeks kandidaatideks. Hpertermofiilide uuringud vivad mngida vtmerolli ka Marsi eluvormide otsingutel.


3. Elu vimalik teke kosmilisest ja planetaarsest lhtematerjalist. Puhtalt maise algmaterjali krval kaalutakse tsiselt ka vimalusi, mille jrgi elu vis/vib tekkida kosmilisest vi planetaarsest materjalist. Selle probleemistiku raames tehakse mitmesuguseid vaatlusi ning eksperimentaalseid ja teoreetilisi uurimistid, et mista philisi elu tekke fsikalisi ja keemilisi seadusprasusi. Olulised aspektid selles vallas on prebiootilise materjali ja katalsi allikad; funktsioneerivate biomolekulide teke ja evolutsioon ning rakulisuse ja protobioloogiliste ssteemide pritolu thtedevahelises ja thti mbritsevas ruumis, protoplaneetide rngastes, komeetides ja meteoriitide orgaanilises aines.


4. Eelajaloolise elu ja Maa vastastikmju pidevalt muutuvas planetaarses keskkonnas. Eesmrk on vtta vaatluse alla ajaloolised suhted Maa ja selle elustiku vahel geoloogiliste ja biomolekulaarsete faktide integreerimise kaudu, uurides Maa varajast biosfri ning maavliste sndmuste mju sellele. Vastastikune mju vljendub peamiselt geofsikaliste mehhanismide (elektromagnetvlja, kiirguse) ja elu omavahelise mjutuste ning seostena. Nii niteks pakub Marsi elu otsingutega seoses huvi kunagise tugeva magnetvlja olemasolu sel planeedil. Tugeval magnetvljal olnuks suurem mju Marsi tihedama atmosfri kujunemisele ning htlasi oleks see vhendanud vee lendumist kosmosesse. Evolutsiooni seisukohalt pakub veel huvi, milline oli Pikese ultraviolettkiirguse bioloogiline mju Arhaikumiaegsele Maale ning kas neid kiirguse tingimusi on vimalik vrrelda oludega varajasel Marsil. Samuti on oluline uurida bioloogilisi kaitsemehhanisme kosmosest tuleva kiirguse (ultraviolett-, kosmilise, rntgen- ja gammakiirguse) vastu, pidades silmas vimalikku elusainese ellujmist kosmoses planeetidel ja/vi nende kaaslastel, mida atmosfr kaitseb vhe.

Thtsat rolli Maa geokeemilises ja bioloogilises evolutsioonis on mnginud gravitatsioonivli. Peale erisuguste keskkonnatingimuste loomise on Maa gravitatsioonivljal psiv mju organismide arengule, niteks raskusju mju raku tasemel; mikroorganismid, taimed ja loomad tajuvad ja kasutavad raskusjudu, niteks navigatsiooniks.


5. Evolutsioonilised mehhanismid ja elu arengut piiravad keskkonnatingimused. Selle valdkonna uurimistde siht on teha kindlaks molekulaarsed, geneetilised ja biokeemilised mehhanismid, mis kontrollivad ja limiteerivad evolutsiooni kulgu, ainevahetuse mitmekesisust ning elu kohanemis- ja kohastumusvimalusi. Siia alla kuuluvad: keskkonnast olenev molekulaarne evolutsioon mikroorganismides; mikrobioloogiliste koosluste koevolutsioon; biokeemilised kohanemised ja kohastumused ekstreemsete keskkondadega. Siin on olulised geokeemilised ja bioloogilised uuringud selgitamaks vlja vimalikud Maa-vlise mikroobse elu tbid ning keskkonnatingimused varajasel Maal.


6. Loodusseadused, mis vormivad elu tulevikus nii Maal kui ka vljaspool seda. Selleks et teada saada ja mista, mis ootab meid tulevikus ees, on oluline tunda kossteemi muutuste kivitumise phjusi ja mjusid. Selle phjal saab luua kmnete ja miljonite aastate prast aset leidvate muutuste tenolised stsenaariumid. Siin on niteks vaatluse all mikroobse elu vimalik areng ja keskkonnaga kohastumine vljaspool tekkeplaneeti: elustiku, koosluste ja kossteemide phjustatud keskkonnamuutused; elementide ringlus ning elu kohanemine, kohastumine ja evolutsioon vljaspool Maad. htlasi uuritakse, kas on vimalik elu levik Pikesessteemis mikroorganismide planeetidevahelise siirde kaudu, arvestades vaakumit, kosmilist ja ultraviolettkiirgust, helt taevakehalt vlja psemise ning teisel maandumise protsesse ning organismide ellujmisvimalusi nendes protsessides.


7. Elu tunnuste kindlakstegemine varajasel Maal ja vljaspool meie koduplaneeti. Eesmrk on selgitada, millised on elu tunnused ehk bioloogilised signatuurid, mis vimaldaksid kindlaks teha minevikus eksisteerinud vi praegust elu iidsetes Maa kivimiproovides, kohapeal mdetavates Maa-vlistes proovides, kosmosesondidega Maale toodud proovides vi planeetide atmosfride kaugmdistamise abil saadud andmetes. Huvi keskmes on elu tunnuste otsingud Pikesessteemist ja lhedal asuvatest planeedissteemidest.


Faktid, hpoteesid, spekulatsioonid: niteid pevateemadest. Illustreerimaks eeltoodud probleemide uurimist sobib valik artikleid teadusajakirja Astrobiology vrskest numbrist. NASA teadlaste artikkel [1] annab levaate Marsi-konverentsi peateemadest: Marsi varajane hdrosfr, soodsaimad elukeskkonnad, vimalik mikroorganismide eksisteerimine varajasel Marsil ning selle silimise vimalused praeguseni. Teises artiklis [2] on kirjeldatud eksperimenti kunstliku meteoriidiga. Graniidiproovide sisemusse paigutati mikroobid liigist Bacillus subtilis ning lkitati raketiga kosmosesse. Sisenedes atmosfri kiirusel kuni 1,2 km/s ja temperatuuril kuni 145 C, jid mikroobid ellu, kuid 4% neist andsid mutante, kes ei olnud paljunemisvimelised. See pakub huvi nn. litopanspermia hpoteesi seisukohalt; litopanspermia uurib mikroorganismide kosmosereiside vimalusi eri taevakehade vahel. Hpoteeside rubriigis avaldatud artikkel [8] ksitleb elu otsingute kavandamist Veenusel ja Marsil ning Merkuuril ja Kuul leitud jkihi piirkondades. Lende planeerides on lhtutud komplekssest uurimisprogrammist, mis algab orbiidil ja atmosfris tehtavate vaatlustega, jtkub planeedi pinna uuringutega kulguri abil ning planeedi sisemuse uuringutega georadari ja puurimise abil.


Kas ja miks huvituda astrobioloogiast? Astrobioloogia pakub traditsioonilisemate loodusteaduste esindajatele vimalust teha avastusi nii uute empiiriliste faktide kui ka hpoteeside toel, laskmata silmast tervikpilti. Mneti on need vrreldavad vimalustega, mida pakkusid 17., 18. ja 19. sajand maadeavastajatele, natuurfilosoofidele ja loodusteadlastele.

Isegi kui astrobioloogia ei kinnita kanda iseseisva teadusdistsipliinina, on selle valdkonna entusiastid teinud suure teene, ratades huvi loodusteaduste vastu. See teadusvaldkond pole elitaarne ning on vimaldanud doktorantidel ja lipilastel juurdepsu uusimatele avastustele. Viimastel aastatel on Euroopas ESA algatusel ning koosts Suurbritannia, Soome, Taani ja Rootsi teadlastega korraldatud doktorantidele ja lipilastele meldud astrobioloogiakursusi ja loengusarju. 2006. aasta algust mrkis Lapimaal peetud Euroopa esimene astrobioloogia talvekool, millest vttis osa 15 ppejudu ja 30 lipilast (neist 2 Eestist). Osalejad esindasid eri uurimisvaldkondi: astrofsikat, astronoomiat, (mikro)bioloogiat, geokeemiat, geoloogiat, mineraloogiat ja geomikrobioloogiat [7].


Eesti teadlased osalevad aktiivselt nii Universumi, varajase elu kui ka meteoriidikraatrite uuringutes, tehes koostd NASA ja ESA uurimisprogrammide raames. Need vimalused on tekkinud tnu uurijate mitmeklgsetele teadmistele fsika, keemia, bioloogia, geoloogia jt. distsipliinide vallas. Et Eesti saaks ka edaspidi uute maailmade avastamisel kaasa rkida, peaks haridusssteem senisest rohkem toetama ulatuslikku loodusteaduste petamist.


Evelin Ver (1979) on Tartu likooli geoloogia ja mineraloogia doktorant.

Ivar Puura (1961) ttab Tartu likooli geoloogia instituudi paleontoloogia ja stratigraafia ppetooli teadurina.


Kirjandus:

1. Beaty, David W. et al. 2005. Key Science Questions from the Second Conference on Early Mars: Geologic, Hydrologic, and Climatic Evolution and the Implications for Life. Astrobiology 5 (6): 663689.

2. Fajardo-Cavazos, Patricia et al. 2005. Bacillus subtilis Spores on Artificial Meteorites Survive Hypervelocity Atmospheric Entry: Implications for Lithopanspermia. Astrobiology 5 (6): 726736.

3. Horneck, Gerda; Baumstark-Khan, Christa (eds.) 2002. Astrobiology The Quest for the Conditions of Life. Springer-Verlag Berlin and Heidelberg GmbH & Co. K.; http://www.eid.dlr.de/internet/me/Institut/Abteilungen/Strahlenbiologie/pdf/astrobiologie

4. NASA astrobioloogia instituut (NAI) http://nai.arc.nasa.gov/

5. NASA astrobioloogia teejuht http://astrobiology.arc.nasa.gov/roadmap/

6. Neljas astrobioloogia konverents http://abscicon2006.arc.nasa.gov/abscicon2006.html

7. Phjamaade astrobioloogia talvekool 2006 http://www.nordita.dk/conference/AstroBioSchool/

8. Schulze-Makuch, Dirk et al. 2005. Venus, Mars, and the Ices on Mercury and the Moon: Astrobiological Implications and Proposed Mission Designs Astrobiology 5 (6): 778795.



Evelin Ver, Ivar Puura
28/11/2012
26/11/2012
05/10/2012
09/07/2012
26/06/2012
26/06/2012
22/05/2012