Μια ρυτίδα στη φύση θα μπορούσε να οδηγήσει σε εξωγήινη ζωή

Μεγάλωσα σε ένα μικρό χωριό σε ένα πολύ αγροτικό μέρος της Αγγλίας. Ήταν ένα τοπίο καλυμμένο με τους τεράστιους ουρανούς μιας χαμηλής παράκτιας ζώνης. Απαλά κυλιόμενα χωράφια, μεγάλοι φράχτες και πολλά αγροκτήματα. Μερικοί από τους ανθρώπους που διαχειρίζονταν αυτές τις φάρμες προέρχονταν από τόσες πολλές γενιές που μπορούσαν να υποδείξουν τις τοποθεσίες που εργάζονταν στη γη των προγόνων τους που χρονολογούνται εδώ και τέσσερις αιώνες. Ως παιδί, ήταν συναρπαστικό να ακούς τους αγρότες να σκέφτονται τις βαθιές αλλαγές που επήλθαν σε εκείνη τη γη και την ελάχιστα κρυμμένη απορία τους για τους προγόνους τους που αντεπεξήλθαν χωρίς τα εξαρτήματα του σύγχρονου κόσμου από τα οποία επωφελούμαστε πολλοί από εμάς. Φαίνεται ότι, για εκείνες τις προηγούμενες γενιές, οι κανόνες ύπαρξης ήταν θεμελιωδώς διαφορετικοί.

Σήμερα, αντιμετωπίζουμε ένα παρόμοιο παζλ όταν κοιτάζουμε πέρα ​​από το σύμπαν που μας ώθησε να κάνουμε εικασίες για τη φύση των εξωγήινων γενεαλογιών. Ο δικός μας πλανήτης δεν ήταν πάντα όπως είναι σήμερα και μια συγκλονιστική ποικιλία σωματικών σχεδίων και βιοχημικών στρατηγικών έχουν ήδη προκύψει και εξαφανιστεί. Απλώς δεν γνωρίζουμε αν οι πειραματισμοί της δαρβινικής εξέλιξης σε εξωπλανήτες και μακρινούς γαλαξίες προορίζονται να συγκλίνουν σε στρατηγικές γνωστές σε εμάς. Είτε τώρα, είτε στο μέλλον ενός όλο και πιο γρήγορα διαστελλόμενου σύμπαντος.

Η βαθιά, άβολη αλήθεια είναι ότι παρά τις πολλές ευφάνταστες προτάσεις, είναι απολύτως πιθανό να μας λείπουν ζωτικά μέρη της ευρύτερης εικόνας. Ακριβώς όπως οι αγρότες που θαυμάζουν τους μεταβαλλόμενους κανόνες της γης, ίσως χρειαστεί να ενστερνιστούμε πληρέστερα το γεγονός ότι οι προοπτικές και οι κανόνες για τη ζωή στο σύμπαν δεν ήταν πάντα οι ίδιοι και σχεδόν σίγουρα δεν θα είναι οι ίδιοι στο μέλλον .

Πρώτον, αν ήσασταν ένα προοδευτικό είδος πριν από περίπου 12 δισεκατομμύρια χρόνια (μια εποχή όπου υπάρχει λόγος να πιστεύουμε ότι η βιολογική ζωή όπως την ξέρουμε μπορεί να ήταν ήδη δυνατή) το απόλυτο πεδίο για γνώση και φυσική εξερεύνηση ήταν βαθιά διαφορετικό. από ό,τι είναι σήμερα ή από ό,τι θα περάσουν εκατοντάδες δισεκατομμύρια χρόνια από τώρα.

Σε ένα πρόσφατο έργο του, ο φιλόσοφος Toby Ord, συγγραφέας του The Precipice:Existential Risk and the Future of Humanity , προσπάθησε να διευκρινίσει τη φύση των ορίων που αντιμετωπίζουν οι μορφές ζωής σε ένα διαστελλόμενο, επιταχυνόμενο σύμπαν. Για ένα είδος σαν εμάς, υπάρχουν όρια αυτού που είναι γνωστό:το σήμερα παρατηρήσιμο σύμπαν (από το οποίο το φως έφτασε τώρα σε εμάς) και το τελικά παρατηρήσιμο σύμπαν (από το οποίο το φως θα φτάσει τελικά σε εμάς). Υπάρχουν επίσης πιο περιοριστικά, μικρότερα όρια αιτιότητας ή εξερεύνησης. Το επηρεαζόμενο το σύμπαν είναι ο όγκος με τον οποίο θα μπορούσαμε κατ' αρχήν να αλληλεπιδράσουμε στέλνοντας παλμούς φωτός ή ανιχνευτές σχεδόν ταχύτητας φωτός. Και το τελικά παρατηρήσιμο Το σύμπαν είναι ο μεγεθυσμένος όγκος του σύμπαντος από τον οποίο οι ανιχνευτές κοντά στην ταχύτητα φωτός θα μπορούσαν να συλλέξουν πληροφορίες για εμάς.

Ένα κρίσιμο χαρακτηριστικό αυτών των κοσμικών ορίων, επισημαίνει ο Ord, είναι ότι, από την προοπτική του σημείου προέλευσης οποιουδήποτε είδους, θα υπάρχουν περιοχές του σύμπαντος που δεν μπορούν ποτέ να παρατηρήσουν ή να επηρεάσουν η μία την άλλη. Αυτά είναι αιτιώδης μη επικαλυπτόμενα μέρη. ένα βαθύ είδος «κατακερματισμού» της πραγματικότητας σε πολύ μεγάλες κλίμακες, που δημιουργείται από την ολοένα και πιο γρήγορη κοσμική διαστολή και την πεπερασμένη ταχύτητα του φωτός.

Για ένα υπερπροηγμένο είδος, για το οποίο το διαστρικό και το διαγαλαξιακό ταξίδι είναι εύκολο, αυτή η τελική απομόνωση της επικράτειάς τους μπορεί στην πραγματικότητα να είναι μια ενθάρρυνση για να τα καταλάβουν όλα. Κάποια στιγμή δεν θα υπάρχει πια ανταγωνισμός, καμία πιθανή εισβολή στην καρδιά του κομματιού σας του σύμπαντος, οπότε γιατί να μην γεμίσετε κάθε γωνιά; Με άλλα λόγια, οι παραμυθένιες έννοιές μας για τις «γαλαξιακές αυτοκρατορίες» θα μπορούσαν να είναι θλιβερά χαμηλές, όντας υπερβολικά συντηρητικές. Οι πραγματικές αυτοκρατορίες θα εκτείνονται στα δικά τους κάποτε και μελλοντικά αιτιακά θραύσματα του σύμπαντος. Είναι ευνόητο ότι αυτοί θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν δισεκατομμύρια γαλαξίες, αλλά μόνο υπό ορισμένες συνθήκες, όπως θα εξηγήσω.

Το πραγματικά περίεργο είναι ότι το εύρος αυτών των θεμελιωδών ορίων και κατακερματισμών δεν πρόκειται επίσης να είναι το ίδιο για όλους. Κατά τα πρώτα 7 έως 8 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, η διαστολή του σύμπαντος επιβραδύνθηκε, έως ότου το φαινόμενο που χαρακτηρίζουμε ως σκοτεινή ενέργεια άρχισε να το επιταχύνει. Ένα είδος σε αυτά τα πρώτα δισεκατομμύρια χρόνια μπορεί να μην έχει επίγνωση αυτής της επικείμενης αλλαγής στην κοσμική δυναμική και κατά συνέπεια μπορεί να έχει διαφορετική άποψη, συμπεραίνοντας ότι ζούσε σε ένα πολύ πιο προσιτό σύμπαν που περιελάμβανε πολλούς περισσότερους γαλαξίες. Ουσιαστικά, ακόμη και καθώς εξελισσόταν η κοσμική επέκταση, θα έφτασαν να ανακαλύψουν ότι είχαν πραγματικά μια μετρήσιμα ιδιαίτερη εκκίνηση.

Μπορούμε να το δούμε αυτό κοιτάζοντας δύο άκρα:Σε 150 δισεκατομμύρια περίπου χρόνια από σήμερα, η επιταχυνόμενη επέκταση του διαστήματος σημαίνει ότι εμείς (ή ένα είδος στον τόπο μας) δεν θα μπορούμε πλέον να παρατηρούμε ή να έχουμε πρόσβαση σε πολύ περισσότερα από το δικό μας Τοπικό Ομάδα γαλαξιών, ακόμη και με ταξίδι με ταχύτητα κοντά στο φως. Αυτό αντιστοιχεί σε μερικές δεκάδες γαλαξίες, κυρίως μικροσκοπικούς νάνους. Αλλά η ζωή που υπάρχει μόλις λίγα δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, σε εκείνη την προηγούμενη περίοδο ηρεμίας, θα είχε πολύ μεγαλύτερη πρόσβαση στο περιβάλλον της, με κυριολεκτικά δισεκατομμύρια προσβάσιμους γαλαξίες αν ξεκινούσαν αρκετά γρήγορα. Δεν είναι διαφορετικό από το να βρίσκεσαι σε μια σχεδόν ατελείωτη στέπα, σε αντίθεση με το να είσαι φωλιασμένος στις γειτονιές και τα χωριά μιας πυκνοκατοικημένης γης.

Εάν η γενεαλογία ενός τέτοιου είδους υπήρχε ακόμα σήμερα, θα μπορούσαν όχι μόνο να είχαν συσσωρεύσει μια τεράστια έκταση κοσμικής επικράτειας (και τεχνολογικές εξελίξεις που είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς), θα είχαν πάντα αντιμετώπισε ένα μέλλον διαφορετικών ευκαιριών από οποιοδήποτε είδος που θα ακολουθήσει. Η ικανότητα διασποράς ενός πρώιμου πρωτοπόρου είδους θα μπορούσε επίσης να οδηγήσει σε ένα δραματικό είδος ιδρυτικού αποτελέσματος—τη μειωμένη γενετική ποικιλότητα λόγω περιορισμένου πληθυσμού των προγόνων—ενισχύοντας περαιτέρω τις διαφορές μεταξύ αρχαίων ειδών και κοσμικών νεοφερμένων.

Μπορείτε να το φανταστείτε απεικονίζοντας ένα ανθεκτικό και γόνιμο φυτό με αερομεταφερόμενους σπόρους. Ένας από αυτούς τους σπόρους μεταφέρεται σε έναν ωκεανό σε μια νέα, χωρίς βλάστηση ήπειρο όπου βλασταίνει και γίνεται το ιδρυτικό είδος για τη φυτική ζωή. Ακόμη και μετά από εκατομμύρια χρόνια εξέλιξης, αυτή η ήπειρος έχει λιγότερη γενετική ποικιλότητα στη χλωρίδα της λόγω του μοναδικού κοινού της προγόνου. Επιπλέουν διαφορετικούς σπόρους σε διαστρικούς ανιχνευτές σε όλο το σύμπαν και τελικά, στο Star Trek -στυλ, η ζωή σε μια τεράστια περιοχή μπορεί να μοιάζει, να ενεργεί και να είναι σχεδόν το ίδιο, ενώ αλλού θα μπορούσε να είναι δραστικά διαφορετικό.

Ωστόσο, αυτή δεν είναι η μόνη ακραία διακύμανση που θα μπορούσε να ισχύει για την εξωγήινη ζωή. Στο πλαίσιο του καθιερωμένου μοντέλου μας για τη σωματιδιακή φυσική, υπάρχουν θεωρητικές πιθανότητες οι θεμελιώδεις παράμετροι της φύσης να ποικίλλουν, ανάλογα με το χρόνο και το περιβάλλον. Για παράδειγμα, τα επίπεδα ενέργειας ηλεκτρονίων στα άτομα εξαρτώνται από τις σχετικές τιμές της σταθεράς του Planck, το ηλεκτρικό φορτίο ενός ηλεκτρονίου, την ταχύτητα του φωτός και τη διαπερατότητα του ελεύθερου χώρου (την ευκολία με την οποία τα ηλεκτρικά πεδία διεισδύουν στο κενό):σχηματίζοντας μαζί ένα αδιάστατη ποσότητα που ονομάζεται σταθερά λεπτής δομής. Εάν κάποια από αυτές τις παραμέτρους άλλαζε ή αποκλίνει λίγο, θα υπήρχαν συνέπειες σε όλη τη φυσική πραγματικότητα.

Όλη η χημεία -ακόμα και η ίδια η δυνατότητα της οργανικής χημείας- εξαρτάται από αυτούς τους αριθμούς. Μετατοπίστε τη σταθερά της λεπτής δομής χαμηλότερα κατά ένα μόνο τοις εκατό και δεν πιστεύουμε ότι τα αστέρια θα κατάφερναν να δημιουργήσουν καθόλου άνθρακα στον κόσμο. Αυξήστε τη σταθερά της λεπτής δομής και οι ουσιαστικοί ομοιοπολικοί δεσμοί μεταξύ των ατόμων στα μόρια γίνονται πιο αδύναμοι και οι βιοχημικά κρίσιμοι δεσμοί υδρογόνου (όπως αυτοί μεταξύ ζευγών βάσεων στο DNA) εξασθενούν επίσης. Ομοίως, αυξήστε την αναλογία μάζας ηλεκτρονίου-πρωτονίου και η ενέργεια διάστασης —η ενέργεια που εμπλέκεται στη διάσπαση και τη δημιουργία μοριακών δεσμών— αυξάνεται.

Αστρονόμοι και φυσικοί έχουν αναζητήσει στοιχεία μικροσκοπικών διακυμάνσεων σε αυτές τις θεμελιώδεις σταθερές χρησιμοποιώντας τις συχνότητες των φωτονίων που εκπέμπονται ή απορροφώνται σε άτομα και μόρια δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά, και χρησιμοποιώντας ακριβείς συσκευές μέτρησης χρόνου και εξαιρετικά ευαίσθητα πειράματα εδώ στη Γη. Μέχρι σήμερα έχουμε δει ελάχιστα σημάδια αλλαγής. Οι χρονικές διαφορές στη σταθερά της λεπτής δομής τα τελευταία 12 δισεκατομμύρια χρόνια περίπου φαίνεται να είναι μικρότερες από περίπου 1 μέρος στα 1.000.000 ή 1 μέρος στα 100.000—ανάλογα με τα πειραματικά αποτελέσματα των οποίων αναφέρεστε. Ωστόσο, είναι εντυπωσιακό ότι ορισμένες πρόσφατες αναλύσεις υπαινίσσονται μια μέτρια διακύμανση μεταξύ κοσμικών τοποθεσιών.

Αλλά υπάρχουν επίσης σοβαροί περιορισμοί στο πόσο πίσω στο χρόνο μπορούμε να διερευνήσουμε και σε ποια περιβάλλοντα μπορούμε να μετρήσουμε αυτές τις σταθερές. Το δωμάτιο υπάρχει για μελλοντική έκπληξη. Και ακόμη και 1 μέρος σε 1.000.000 μετατόπιση σε 10 δισεκατομμύρια χρόνια θα μπορούσε να προσθέσει μια πολύ πιο σημαντική αλλαγή μερικά τρισεκατομμύρια χρόνια στο μέλλον - τροποποιώντας περαιτέρω τις προοπτικές για ζωή και για ό,τι έχει απομείνει από τα φυτώρια της ζωής, από πλανήτες έως τα πιο μακρά -ζωντανά αστέρια.

Υπάρχει επίσης δυνατότητα η επίδραση της μικρότερης από τις παραλλαγές των θεμελιωδών σταθερών να ενισχυθεί σε τεράστιο βαθμό μέσω των εξαιρετικών πολυπλοκοτήτων και εξαρτήσεων της γνωστής βιοχημείας και της εξελικτικής αλλαγής. Είναι κατανοητό ότι οι μικρές διαφορές στον «συντονισμό» της πραγματικότητας για τη ζωή που ξεκίνησαν πριν από 10 δισεκατομμύρια χρόνια θα κατευθύνουν τη μοριακή εξέλιξη και τις στρατηγικές σε κατευθύνσεις εντελώς διαφορετικές από αυτές που ευνοούνται σήμερα.

Υποθετικά, μια μικροσκοπική αλλαγή στις ισχύς των μοριακών δεσμών που είναι αρκετή για να αλλάξει τους ρυθμούς αντίδρασης και τις δομικές ιδιότητες των πρωτεϊνών, αλλά όχι να τις καθιστά αδύνατες, θα μπορούσε να οδηγήσει τη φυσική επιλογή σε αυτό το μικροσκοπικό επίπεδο σε περιοχές ενός χημικού τοπίου απρόσιτες σήμερα. Η φύση θα μπορούσε να «ανακαλύψει» νέες μακρομοριακές δομές και συντομεύσεις—διαφορετικά ένζυμα και εναλλακτικές λειτουργίες και εντελώς διαφορετικούς τύπους πολύπλοκων κυτταρικών αρχιτεκτονικών που επιμένουν ακόμη και όταν οι θεμελιώδεις παράμετροι συνεχίζουν να αλλάζουν.

Ακόμη και χωρίς αυτές τις εξωτικές δυνατότητες, γνωρίζουμε με βεβαιότητα ότι οι περιβαλλοντικές ιδιότητες του σύμπαντος έχουν αλλάξει από τους ίδιους πρώιμους χρόνους. Κατά την περίοδο που η βιοχημεία θα μπορούσε να είχε ξεκινήσει για πρώτη φορά—περίπου 100 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη—τα βαρύτερα στοιχεία ήταν θλιβερά σπάνια καθώς οι πρώτες γενιές αστεριών δημιούργησαν νέους ατομικούς πυρήνες.

Χωρίς αυτά τα άτομα, πλανήτες μεγέθους γήινου μπορεί να έχουν καταλήξει σε «κόσμους άνθρακα», χημικά πλούσιοι κατά κάποιο τρόπο, αλλά με σοβαρή έλλειψη μερικών από τα βαρύτερα στοιχεία στα οποία βασίζεται πλήρως η σημερινή ζωή. Η ζωή θα μπορούσε να έχει ξεκινήσει, αλλά με διαφορετικούς περιορισμούς και επιταγές. Υποθετικά, τέτοια πρώιμα ζωντανά συστήματα μπορεί να είναι υπέρτατοι και αδηφάγοι σαρωτές, που κοσκινίζουν και αναζητούν βιοχημικά πολύτιμα άτομα, όπως ο ψευδάργυρος ή ο σίδηρος, για τα εξελικτικά πλεονεκτήματα που προσφέρουν όταν ενσωματώνονται στις μοριακές δομές της ζωής. Για άλλη μια φορά, οι απόγονοι αυτής της ζωής θα μπορούσαν να διαφέρουν από τα πιο πρόσφατα αναδυόμενα είδη με τρόπους που είναι τόσο βαθύτεροι όσο και λίγο τρομακτικοί—πιο αποτελεσματικοί και πολύ πιο επίμονοι.

Το γεγονός είναι ότι «εξωγήινος» (μια λέξη με ρίζες στα λατινικά alius , που σημαίνει «άλλος») μπορεί να μην είναι ένας αρκετά ισχυρός όρος για την αποτύπωση της πλήρους απόκλισης των εξελισσόμενων φαινομένων που βασίζονται σε διαδικασίες που θα μπορούσαν να διασκορπιστούν σε όλο το σύμπαν για να μας μπερδέψουν ακόμη περισσότερο από ό,τι μας μπερδεύουν οι ίδιοι οι πρόγονοί μας, είτε είναι αγρότες ή αλλιώς. Η ζωή με μια γενεαλογία που ξεκίνησε σε ένα σύμπαν με ριζικά διαφορετικές προοπτικές και λογικά διαφορετικούς κανόνες, θα μπορούσε να είναι ανείπωτα πρωτότυπη, υπερ-εξωγήινη και υπερ-έκπληξη.

Ο Caleb Scharf είναι αστροφυσικός και διευθυντής αστροβιολογίας στο Πανεπιστήμιο Columbia στη Νέα Υόρκη. Το τελευταίο του βιβλίο είναι The Ascent of Information:Books, Bits, Genes, Machines, and Life’s Unending Algorithm, έρχεται τον Ιούνιο του 2021. Ακολουθήστε τον στο Twitter @caleb_scharf.

Αναφορές

1. Ord, T. Οι άκρες του σύμπαντος μας. arXiv (2021). Ανακτήθηκε από DOI:2104.01191

2. King, R.A., Siddiqi, A., Allen, W.D., &Schaefer III, H.F. Chemistry ως συνάρτηση της σταθεράς λεπτής δομής και του λόγου μάζας ηλεκτρονίου-πρωτονίου. Φυσική ανασκόπηση Α 81 , 042523 (2010).

3. Wilczynska, M.R., et al. Τέσσερις άμεσες μετρήσεις της σταθεράς λεπτής δομής πριν από 13 δισεκατομμύρια χρόνια. Προόδους της Επιστήμης 6 , eaay9672 (2020).

4. Mashian, N. &Loeb, A. αστέρια CEMP:Πιθανοί ξενιστές σε πλανήτες άνθρακα στο πρώιμο σύμπαν. arXiv (2016). Ανακτήθηκε από DOI:10,1093/mnras/stw1037

Επικεφαλής εικόνα:Valery Brozhinsky / Shutterstock

Αυτό το άρθρο εμφανίστηκε για πρώτη φορά στο διαδίκτυο στο τεύχος μας "Καθολικότητα" τον Απρίλιο του 2021.