علم الأحياء الفلكي: التاريخ ، موضوع الدراسة والأهمية - مادة الاحياء - 2026

و بيولوجيا الفضاء أو علم الأحياء الخارجية هو فرع من فروع علم الأحياء أن يتعامل مع الأصل، وتوزيع وديناميكية الحياة في سياق من كل من كوكبنا، والكون كله. يمكننا القول بعد ذلك ، أن علم الأحياء الفلكي بالنسبة للكون هو علم الأحياء بالنسبة لكوكب الأرض.

نظرًا للطيف الواسع من عمل علم الأحياء الفلكي ، تتقارب فيه العلوم الأخرى مثل: الفيزياء والكيمياء وعلم الفلك والبيولوجيا الجزيئية والفيزياء الحيوية والكيمياء الحيوية وعلم الكونيات والجيولوجيا والرياضيات والحوسبة وعلم الاجتماع والأنثروبولوجيا وعلم الآثار ، من بين أمور أخرى.

الشكل 1. التفسير الفني للعلاقة بين الحياة واستكشاف الفضاء. المصدر: ناسا / شيريز تريانو

علم الأحياء الفلكية يتصور الحياة كظاهرة يمكن أن تكون "عالمية". يتعامل مع سياقاتهم أو سيناريوهاتهم المحتملة ؛ متطلباته وشروطه الدنيا ؛ العمليات المعنية ؛ عملياته التوسعية من بين مواضيع أخرى. لا يقتصر الأمر على الحياة الذكية ، ولكنه يستكشف كل أنواع الحياة الممكنة.

تاريخ علم الأحياء الفلكي

ربما يعود تاريخ علم الأحياء الفلكية إلى بدايات البشرية كنوع وقدرته على سؤال نفسه عن الكون والحياة على كوكبنا. من هناك تنشأ الرؤى والتفسيرات الأولى التي لا تزال موجودة في أساطير العديد من الشعوب اليوم.

الرؤية الأرسطية

اعتبرت الرؤية الأرسطية الشمس والقمر وبقية الكواكب والنجوم مجالات مثالية تدور حولنا ، مكونة دوائر متحدة المركز من حولنا.

شكلت هذه الرؤية نموذج مركزية الأرض للكون وكان المفهوم الذي ميز الإنسانية خلال العصور الوسطى. ربما لم يكن من المنطقي في ذلك الوقت ، مسألة وجود "سكان" خارج كوكبنا.

وجهة نظر كوبرنيكوس

في العصور الوسطى ، اقترح نيكولاس كوبرنيكوس نموذجه الشمسي ، والذي وضع الأرض ككوكب آخر ، يدور حول الشمس.

أثر هذا النهج بعمق على الطريقة التي ننظر بها إلى بقية الكون وحتى ننظر إلى أنفسنا ، لأنه وضعنا في مكان ربما لم يكن "مميزًا" كما كنا نعتقد. ثم إمكانية وجود كواكب أخرى شبيهة بكوكبنا ومعها حياة مختلفة عن التي نعرفها.

الشكل 2. نظام هيليوسنتريك كوبرنيكوس. المصدر: المجال العام ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

الأفكار الأولى للحياة خارج كوكب الأرض

اقترح الكاتب والفيلسوف الفرنسي برنار لو بوفير دي فونتينيل في نهاية القرن السابع عشر أن الحياة يمكن أن توجد على كواكب أخرى.

في منتصف القرن الثامن عشر ، كان العديد من العلماء المرتبطين بالتنوير يكتبون عن الحياة خارج كوكب الأرض. حتى علماء الفلك البارزون في ذلك الوقت مثل رايت وكانط ولامبرت وهيرشل افترضوا أن الكواكب والأقمار وحتى المذنبات يمكن أن تكون مأهولة.

هذه هي الطريقة التي بدأ بها القرن التاسع عشر مع غالبية العلماء الأكاديميين والفلاسفة وعلماء الدين ، الذين يتشاركون في الاعتقاد بوجود حياة خارج كوكب الأرض على جميع الكواكب تقريبًا. كان هذا يعتبر افتراضًا سليمًا في ذلك الوقت ، بناءً على فهم علمي متزايد للكون.

تم تجاهل الفروق الهائلة بين الأجرام السماوية للنظام الشمسي (فيما يتعلق بالتركيب الكيميائي والغلاف الجوي والجاذبية والضوء والحرارة).

ومع ذلك ، مع زيادة قوة التلسكوبات وظهور التحليل الطيفي ، تمكن علماء الفلك من البدء في فهم كيمياء الغلاف الجوي للكواكب القريبة. وبالتالي ، يمكن استبعاد أن الكواكب القريبة كانت مأهولة بكائنات مشابهة للكائنات الأرضية.

موضوع دراسة علم الأحياء الفلكي

يركز علم الأحياء الفلكي على دراسة الأسئلة الأساسية التالية:

• ما هي الحياة؟
• كيف نشأت الحياة على الأرض؟
• كيف تتطور الحياة وتتطور؟
• هل توجد حياة في مكان آخر من الكون؟
• ما هو مستقبل الحياة على الأرض وفي أي مكان آخر في الكون ، إذا كانت موجودة؟

من هذه الأسئلة تنشأ العديد من الأسئلة الأخرى المتعلقة بموضوع دراسة علم الأحياء الفلكي.

المريخ كنموذج للدراسة واستكشاف الفضاء

كان الكوكب الأحمر ، المريخ ، آخر معقل لفرضيات الحياة خارج كوكب الأرض داخل النظام الشمسي. جاءت فكرة وجود الحياة على هذا الكوكب في البداية من الملاحظات التي قام بها علماء الفلك في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين.

لقد جادلوا بأن العلامات الموجودة على سطح المريخ هي في الواقع قنوات بنتها مجموعة من الكائنات الحية الذكية. تعتبر هذه الأنماط الآن من نتاج الريح.

المهمات

تمثل مجسات مارينر الفضائية مثالاً على عصر الفضاء الذي بدأ في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي ، وقد أتاح هذا العصر تصور وفحص الأسطح الكوكبية والقمرية داخل النظام الشمسي. وبالتالي استبعاد ادعاءات وجود أشكال الحياة خارج كوكب الأرض متعددة الخلايا والتي يسهل التعرف عليها في النظام الشمسي.

في عام 1964 ، أرسلت بعثة Mariner 4 التابعة لناسا أول صور عن قرب لسطح المريخ ، تظهر كوكبًا صحراويًا بشكل أساسي.

ومع ذلك ، سمحت البعثات اللاحقة إلى المريخ والكواكب الخارجية برؤية تفصيلية لتلك الأجسام وأقمارها ، وخاصة في حالة المريخ ، وفهمًا جزئيًا لتاريخها المبكر.

في البيئات الغريبة المختلفة ، وجد العلماء بيئات لا تختلف عن البيئات المأهولة على الأرض.

كان أهم استنتاج لهذه المهمات الفضائية الأولى هو استبدال الافتراضات التخمينية بالأدلة الكيميائية والبيولوجية ، مما يسمح بدراستها وتحليلها بموضوعية.

هل هناك حياة على المريخ؟ المهمة

في المقام الأول ، تدعم نتائج مهمات مارينر فرضية عدم وجود حياة على المريخ. ومع ذلك ، يجب أن نعتبر أنه تم البحث عن الحياة العيانية. ألقت البعثات اللاحقة بظلال من الشك على غياب الحياة المجهرية.

الشكل 3. المسبار المداري والأرضي لبعثة الفايكنج. المصدر: دون ديفيس ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

على سبيل المثال ، من بين التجارب الثلاث المصممة لاكتشاف الحياة ، التي أجراها المسبار الأرضي لبعثة فايكنغ ، كانت اثنتان إيجابية والأخرى سلبية.

على الرغم من ذلك ، يتفق معظم العلماء المشاركين في تجارب مسبار الفايكنج على أنه لا يوجد دليل على وجود حياة بكتيرية على المريخ وأن النتائج غير حاسمة رسميًا.

الشكل 4. مسبار الهبوط (Lander) الخاص بمهمة الفايكنج. المصدر: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

المهمات

بعد النتائج المثيرة للجدل لبعثات الفايكنج ، أطلقت وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) مهمة Mars Express في عام 2003 ، المصممة خصيصًا للدراسات الخارجية والجيوكيميائية.

تضمنت هذه المهمة مسبارًا يسمى Beagle 2 (مرادف للسفينة التي سافر فيها تشارلز داروين) ، مصمم للبحث عن علامات الحياة على سطح المريخ الضحل.

ولسوء الحظ فقد هذا المسبار الاتصال بالأرض ولم يتمكن من تنفيذ مهمته بشكل مرض. وكان مصير مماثل لمسبار ناسا "Mars Polar Lander" عام 1999.

مهمة

بعد هذه المحاولات الفاشلة ، في مايو 2008 ، وصلت بعثة فينيكس التابعة لوكالة ناسا إلى المريخ ، وحصلت على نتائج استثنائية في غضون 5 أشهر فقط. كانت أهدافه البحثية الرئيسية خارجية ومناخية وجيولوجية.

تمكن هذا المسبار من إثبات وجود:

• ثلوج في الغلاف الجوي للمريخ.
• ماء على شكل جليد تحت الطبقات العليا لهذا الكوكب.
• التربة الأساسية ذات الأس الهيدروجيني بين 8 و 9 (على الأقل في المنطقة القريبة من المنحدر).
• الماء السائل على سطح المريخ في الماضي

يستمر استكشاف المريخ

يستمر استكشاف المريخ اليوم باستخدام أدوات روبوتية عالية التقنية. قدمت بعثات روفرز (MER-A و MER-B) أدلة مثيرة للإعجاب على وجود نشاط مائي على المريخ.

على سبيل المثال ، تم العثور على أدلة على وجود مياه عذبة ، وينابيع غليان ، وجو كثيف ودورة مياه نشطة.

الشكل 5. رسم المركبة الجوالة MER-B (الفرصة) على سطح المريخ. المصدر: NASA / JPL / Cornell University، Maas Digital LLC، via Wikimedia Commons

على المريخ ، تم الحصول على أدلة على أن بعض الصخور قد تم تشكيلها في وجود الماء السائل ، مثل جاروسيت ، الذي اكتشفه روفر MER-B (الفرصة) ، والذي كان نشطًا من 2004 إلى 2018.

قامت Rover MER-A (Curiosity) بقياس التقلبات الموسمية في الميثان ، والتي كانت مرتبطة دائمًا بالنشاط البيولوجي (البيانات المنشورة في 2018 في مجلة Science). وقد وجد أيضًا جزيئات عضوية مثل الثيوفين والبنزين والتولوين والبروبان والبيوتان.

الشكل 6. التقلبات الموسمية لمستويات الميثان على سطح المريخ ، والتي تم قياسها بواسطة Rover MER-A (كيوريوسيتي). المصدر: NASA / JPL-Caltech

كان هناك ماء على كوكب المريخ

على الرغم من أن سطح المريخ غير مضياف حاليًا ، إلا أن هناك دليلًا واضحًا على أنه في الماضي البعيد ، سمح مناخ المريخ للماء السائل ، وهو مكون أساسي للحياة كما نعرفها ، بالتراكم على السطح.

تكشف بيانات Rover MER-A (Curiosity) أنه منذ مليارات السنين ، كانت بحيرة داخل فوهة Gale تحتوي على جميع المكونات الضرورية للحياة ، بما في ذلك المكونات الكيميائية ومصادر الطاقة.

النيازك المريخية

يعتبر بعض الباحثين النيازك المريخية مصادر جيدة للمعلومات حول الكوكب ، حتى أنهم يقترحون أنها تحتوي على جزيئات عضوية طبيعية وحتى أحافير دقيقة للبكتيريا. هذه الأساليب هي موضوع النقاش العلمي.

الشكل 7. منظر مجهري للهيكل الداخلي للنيزك ALH84001 ، يُظهر هياكل مشابهة للعصيات. المصدر: NASA، via Wikimedia Commons

هذه النيازك من المريخ نادرة جدًا وتمثل العينات الوحيدة القابلة للتحليل المباشر للكوكب الأحمر.

Panspermia والنيازك والمذنبات

يُطلق على إحدى الفرضيات التي تفضل دراسة النيازك (وكذلك المذنبات) اسم بانسبيرميا. يتكون هذا من الافتراض بأن استعمار الأرض حدث في الماضي بواسطة الكائنات الحية الدقيقة التي دخلت داخل هذه النيازك.

اليوم ، هناك أيضًا فرضيات تشير إلى أن المياه الأرضية جاءت من المذنبات التي قصفت كوكبنا في الماضي. بالإضافة إلى ذلك ، يُعتقد أن هذه المذنبات قد تكون قد جلبت معها جزيئات أولية ، مما سمح بتطور الحياة أو حتى تطوير الحياة الموجودة داخلها.

في الآونة الأخيرة ، في سبتمبر 2017 ، أكملت وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) بنجاح مهمة روسيتا ، التي تم إطلاقها في عام 2004. وتألفت هذه المهمة من استكشاف المذنب 67P / Churyumov-Gerasimenko مع مسبار فيلة الذي وصل ودور حوله ، ثم تنزل. نتائج هذه المهمة لا تزال قيد الدراسة.

أهمية علم الأحياء الفلكي

مفارقة فيرمي

يمكن القول أن السؤال الأصلي الذي يحفز دراسة Aastrobiology هو: هل نحن وحدنا في الكون؟

يوجد في مجرة ​​درب التبانة وحدها مئات المليارات من الأنظمة النجمية. تشير هذه الحقيقة ، إلى جانب عمر الكون ، إلى أن الحياة يجب أن تكون ظاهرة شائعة في مجرتنا.

حول هذا الموضوع ، السؤال الذي طرحه الفيزيائي الحائز على جائزة نوبل إنريكو فيرمي مشهور: "أين الجميع؟" ، الذي طرحه في سياق مأدبة غداء ، حيث تمت مناقشة حقيقة أن المجرة يجب أن تكون ممتلئة. من الحياة.

انتهى السؤال بظهور المفارقة التي تحمل اسمه والتي ترد بالطريقة التالية:

برنامج SETI والبحث عن ذكاء خارج الأرض

قد تكون إحدى الإجابات المحتملة لمفارقة فيرمي هي أن الحضارات التي نفكر فيها موجودة بالفعل ، لكننا لم نبحث عنها.

في عام 1960 ، بدأ فرانك دريك مع علماء فلك آخرين برنامج البحث عن ذكاء خارج كوكب الأرض (SETI).

بذل هذا البرنامج جهودًا مشتركة مع وكالة ناسا ، في البحث عن علامات على وجود حياة خارج كوكب الأرض ، مثل إشارات الراديو والميكروويف. لقد أدت الأسئلة المتعلقة بكيفية ومكان البحث عن هذه الإشارات إلى تقدم كبير في العديد من فروع العلم.

الشكل 8. التلسكوب الراديوي المستخدم من قبل SETI في أريسيبو ، بورتوريكو. المصدر: JidoBG ، من ويكيميديا ​​كومنز

في عام 1993 ، ألغى الكونجرس الأمريكي تمويل وكالة ناسا لهذا الغرض ، نتيجة لمفاهيم خاطئة حول معنى ما يعنيه البحث. اليوم يتم تمويل مشروع SETI بأموال خاصة.

حتى أن مشروع SETI أنتج أفلام هوليوود ، مثل Contact ، بطولة الممثلة جودي فوستر والمستوحاة من الرواية التي تحمل الاسم نفسه والتي كتبها عالم الفلك الشهير كارل ساجان.

معادلة دريك

قدر فرانك دريك عدد الحضارات ذات مهارات الاتصال ، مستخدمًا التعبير الذي يحمل اسمه:

N = R * xf _p xn _e xf _l xf _i xf _c x L

حيث يمثل N عدد الحضارات ذات القدرة على التواصل مع الأرض ويتم التعبير عنها كدالة لمتغيرات أخرى مثل:

• R *: معدل تكون النجوم مشابه لشمسنا
• f _p: جزء هذه الأنظمة النجمية ذات الكواكب
• n _e: عدد الكواكب الشبيهة بالأرض لكل نظام كوكبي
• f _l: الجزء الذي تتطور فيه الحياة من هذه الكواكب
• f _i: الجزء الذي ينشأ فيه الذكاء
• و _ج: جزء من الكواكب الملائمة للتواصل
• لام: متوسط ​​"العمر" المتوقع لهذه الحضارات.

صاغ دريك هذه المعادلة كأداة "لحجم" المشكلة ، وليس كعنصر لعمل تقديرات ملموسة ، حيث يصعب تقدير العديد من مصطلحاتها. ومع ذلك ، هناك إجماع على أن الرقم الذي تميل إلى رميها كبير.

سيناريوهات جديدة

يجب أن نلاحظ أنه عندما تمت صياغة معادلة دريك ، كان هناك القليل جدًا من الأدلة على وجود كواكب وأقمار خارج نظامنا الشمسي (الكواكب الخارجية). في التسعينيات ظهر أول دليل على الكواكب الخارجية.

الشكل 9. تلسكوب كبلر. المصدر: NASA، via Wikimedia Commons

على سبيل المثال ، اكتشفت بعثة كبلر التابعة لوكالة ناسا 3538 كوكبًا خارجيًا مرشحًا ، منها 1000 على الأقل تعتبر في "المنطقة الصالحة للسكن" في النظام قيد الدراسة (المسافة التي تسمح بوجود الماء السائل).

علم الأحياء الفلكي واستكشاف أطراف الأرض

تتمثل إحدى مزايا علم الأحياء الفلكي في أنه قد ألهم ، إلى حد كبير ، الرغبة في استكشاف كوكبنا. هذا على أمل فهم عملية الحياة في أماكن أخرى عن طريق القياس.

على سبيل المثال ، سمحت لنا دراسة الفتحات الحرارية المائية في قاع المحيط أن نلاحظ ، لأول مرة ، الحياة غير المرتبطة بعملية التمثيل الضوئي. أي أن هذه الدراسات أظهرت لنا أنه يمكن أن تكون هناك أنظمة لا تعتمد فيها الحياة على ضوء الشمس ، والذي كان يعتبر دائمًا مطلبًا لا غنى عنه.

يسمح لنا هذا بافتراض السيناريوهات المحتملة للحياة على الكواكب حيث يمكن العثور على الماء السائل ، ولكن تحت طبقات سميكة من الجليد ، مما يمنع وصول الضوء إلى الكائنات الحية.

مثال آخر هو دراسة الوديان الجافة في أنتاركتيكا. هناك حصلوا على بكتيريا التمثيل الضوئي التي تعيش داخل الصخور (البكتيريا الانحلالية).

في هذه الحالة ، تعمل الصخرة كدعم وكحماية من الظروف المعاكسة للمكان. تم اكتشاف هذه الاستراتيجية أيضًا في المسطحات الملحية والينابيع الساخنة.

الشكل 10. وديان ماكموردو الجافة في أنتاركتيكا ، أحد أكثر الأماكن تشابهًا مع المريخ. المصدر: وزارة الخارجية الأمريكية من الولايات المتحدة ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

وجهات نظر علم الأحياء الفلكي

لم ينجح البحث العلمي عن حياة خارج كوكب الأرض حتى الآن. لكنها أصبحت أكثر تعقيدًا حيث تنتج الأبحاث البيولوجية الفلكية رؤى جديدة. سيشهد العقد القادم من الاستكشاف البيولوجي الفلكي ما يلي:

• جهود أكبر لاستكشاف المريخ والأقمار الجليدية لكوكب المشتري وزحل.
• قدرة غير مسبوقة على مراقبة وتحليل الكواكب خارج المجموعة الشمسية.
• إمكانية أكبر لتصميم ودراسة أشكال الحياة الأبسط في المختبر.

كل هذه التطورات ستزيد بلا شك من احتمالية إيجاد حياة على كواكب شبيهة بالأرض. ولكن ربما لا توجد حياة خارج كوكب الأرض أو أنها مشتتة في جميع أنحاء المجرة بحيث لا توجد لدينا أي فرصة تقريبًا للعثور عليها.

حتى لو كان السيناريو الأخير صحيحًا ، فإن البحث في علم الأحياء الفلكي يوسع بشكل متزايد منظورنا للحياة على الأرض ومكانها في الكون.

المراجع

1. شيلا فلوريس ، ج. (1985). التطور كظاهرة جماعية. مجلة علم الأحياء النظري ، 117 (1) ، 107-118. دوى: 10.1016 / s0022-5193 (85) 80166-1
2. Eigenbrode، JL، Summons، RE، Steele، A.، Freissinet، C.، Millan، M.، Navarro-González، R.،… Coll، P. (2018). مادة عضوية محفوظة في أحجار طينية عمرها 3 مليارات سنة في حفرة غيل ، المريخ. علم، 360 (6393) ، 1096-1101. دوى: 10.1126 / science.aas9185
3. جولدمان ، م (2015). علم الأحياء الفلكي: نظرة عامة. في: كولب ، فيرا (محرران). ASTROBIOLOGY: نهج تطوري CRC Press
4. Goordial، J.، Davila، A.، Lacelle، D.، Pollard، W.، Marinova، MM، Greer، CW،… Whyte، LG (2016). الاقتراب من الحدود الباردة القاحلة للحياة الميكروبية في التربة الصقيعية في أعلى وادي جاف ، أنتاركتيكا. مجلة ISME ، 10 (7) ، 1613-1624. دوى: 10.1038 / ismej.2015.239
5. كراسنوبولسكي ، فيرجينيا (2006). تتعلق بعض المشكلات بأصل غاز الميثان على سطح المريخ. إيكاروس ، 180 (2) ، 359-367. دوى: 10.1016 / j.icarus.2005.10.015
6. ليفين ، جي في ، وسترات ، بنسلفانيا (1976). تجربة بيولوجيا الإصدار المسمى فايكنغ: النتائج المؤقتة. علم، 194 (4271) ، 1322-1329. دوى: 10.1126 / العلوم.194.4271.1322
7. تين كيت ، إلينوي (2018). الجزيئات العضوية على المريخ. علم، 360 (6393) ، 1068-1069. دوى: 10.1126 / science.aat2662
8. Webster، CR، Mahaffy، PR، Atreya، SK، Moores، JE، Flesch، GJ، Malespin، C.،… Vasavada، AR (2018). تظهر مستويات الميثان الخلفية في الغلاف الجوي للمريخ تغيرات موسمية قوية. علم، 360 (6393) ، 1093-1096. دوى: 10.1126 / العلوم. aq0131
9. وايتواي ، جا ، كومغيم ، إل ، ديكنسون ، سي ، كوك ، سي ، إيلنيكي ، إم ، سيبروك ، جي ،… سميث ، بي إتش (2009). غيوم المريخ المائية والجليدية وهطول الأمطار. علم، 325 (5936) ، 68-70. دوى: 10.1126 / العلوم.1172344