الكائنات المُحبة للظروف القاسية والكواكب الخارجية

حياة جديدة

عندما شرع دريك وأقرانه في بحثِهم قبل ٦٠ عامًا، اعتقدوا أن الإشارات الكهرومغناطيسية القادمة من الكائنات الذكية خارج الأرض ستكون علامتنا الوحيدة المؤكَّدة على ظهور الحياة في مكانٍ آخر. لكن فهمنا لكيفية عمل الحياة على الأرض — أماكن عيش الكائنات الحية، وطُرق تطوُّرها، وقدراتها — قد تحوَّل جذريًّا منذ ذلك الوقت. يبدو الآن أنه من المُحتمَل بالقدْر نفسه أن نكتشف دليلًا على وجود حياةٍ ميكروبية أولًا؛ باستفادتنا من فهمٍ جديد لأنواع البيئات التي يُمكِن أن تزدهر فيها الحياة وكيف تُغيِّر الحياة نفسها في تلك البيئات.

وما يجعل هذه القصة مُذلة ومُخجلة لنا نحن البشر هو أنه حتى أواخر سبعينيات القرن العشرين، كان هناك نطاق كامل من الكائنات الحية لم نُلاحظه، وكان يستخدِم شكلًا من أشكال التبايُن الوراثي الذي لم نكن نحلم بوجوده. جعلت رُؤى ووز علماء الأحياء يُعيدون التفكير في الأيام الأولى للحياة على كوكب الأرض، وعقَّدت بشكلٍ كبير تصوُّرَهم عن التطور. وأشار الاكتشاف إلى أنَّنا إذا غفلنا عن اكتشاف شكلٍ وفير من أشكال الحياة على كوكبنا، فربما سيكون تصورنا عن الحياة في مكانٍ آخر محدودًا بالقَدر نفسه.

ولكن لم تكن هذه سوى البداية؛ فسيتبيَّن أن عام ١٩٧٧ سيكون عامًا عظيمًا للعلماء المهتمين بما قد تكون عليه الحياة في عوالم أخرى.

بعد ذلك بعامَين، زار كورليس وإدموند موقعًا أكثر غرابة تحت البحر بالقُرب من خليج كاليفورنيا، حيث كانت هناك مداخن طبيعية تضخُّ إلى الخارج مياهًا شديدة السخونة مليئة بكبريتيد الحديد. أكدت «فوَّهات الدخان السوداء» هذه أن المخارج المائية الحرارية يُمكن العثور عليها على حدود الصفائح التكتونية للأرض. كان الجزء غير المتوقَّع من الحكاية هو الحجم الهائل للحياة حول تلك المخارج. فعلى الرغم من درجات حرارة المياه المرتفعة ارتفاعًا لا يُصدَّق — ٣٠٠ درجة مئوية أو أكثر عند فوَّهات الدخان — كانت المَخارج مُحاطةً بحصائر من بكتيريا التمثيل الكيميائي، والعتائق كما اتَّضح فيما بعد. دعمت هذه الكائنات الحية الدقيقة النُّظم البيئية الغنية لبطنيات الأرجل، وثنائيات الأصداف، والقِشريات، والحلقيات، بما في ذلك الديدان الأنبوبية العملاقة الغريبة الشكل.

السبب الوحيد في عدم غليان المياه الشديدة السخونة هو أنها تقع تحت ضغطٍ هائل للمُحيط من فوقها. وقبل هذه الاكتشافات، لم يكن علماء الأحياء يَفترضُون أن الحياة يُمكن أن تزدهر وسط هذه المستويات من الضغط ودرجة الحرارة أو مثل هذا الحمَّام الساخن من المعادن الذائبة والفلزات الثقيلة، ناهيك عن قِلَّة ضوء الشمس. لكن النتائج أثارت طوفانًا من الاهتمام بالكائنات المحبة للظروف القاسية، وهي الكائنات الحية التي تَكيَّفت للعيش في البيئات القاسية التي من شأنها أن تُدمر أقاربها من الكائنات الأكثر هشاشةً. وفجأةً بدا أكثر صلةً بالموضوع بحث يعود إلى ستينيات القرن العشرين عن البكتيريا «المُحبة للظروف الفائقة الحرارة» التي تنمو في مياهٍ درجة حرارتها ٩٠ درجةً مئوية في الينابيع الساخنة في مُتنزَّه يلوستون الوطني.

غزاة الفايكنج

بالحديث عن الكوكب الأحمر، فلنَعُد مرةً أخرى إلى عامي ١٩٧٦ و١٩٧٧. ثالث تطوُّر كبير في تلك الفترة، من منظور علماء الأحياء الفلَكية، كان وصول المركبتَين الفضائيتَين التوءمتَين «فايكنج» على سطح المريخ. هبطت المركبة «فايكنج ١» في منطقة «كريسي بلانيتيا» في ٢٠ يوليو ١٩٧٦، وهبطت المركبة «فايكنج ٢» في منطقة «أوتوبيا بلانيتيا» في ٣ سبتمبر. وحتى يومنا هذا، لا يزال هذان المِسباران هما الوحيدَين على الإطلاق اللذين صُمِّما وأُطلِقا بهدف الاختبار المباشر لعلامات وجود حياة خارج كوكب الأرض.

بحار مختلفة

كان هناك تقدُّم آخر في عام ١٩٧٧ ساعَدَ في تغيير الطريقة التي نُفكر بها في الحياة في عوالم أخرى. كما رأينا في الفصل الثاني، كان ذلك العام الذي أطلقت فيه ناسا مسباري «فوياجر» الآليين تجاه المشتري والنظام الشمسي الخارجي. أما وقد غادَرَت كِلتا المركبتَين النظام الشمسي الآن، فقد أصبحتا سفيرتَين وحيدتَين مُهمَّتهما الرئيسية المُتبقية هي حمل سجلاتهما الذهبية إلى الفضاء العميق بين النجوم. ولكن عندما مرَّتا بالمشتري وزُحَل وأقمارهما بين عامَي ١٩٧٩ و١٩٨١، أرسلتا صورًا وقياساتٍ دفعت علماء الكواكب إلى إدراكٍ جديد: أنه ربما تُوجَد مآوٍ للحياة في نظامِنا الشمسي خارج «منطقة جولديلوكس» التقليدية التي تدور فيها الأرض.

وبالنسبة إلى علماء الأحياء الفلَكية، تركَّزت الإثارة في ثلاثة عوالم: قمر المشتري «أوروبا»، وقمري زحل «إنسيلادوس» و«تيتان».

أظهرت صور «أوروبا» من التحليق المنخفض لمسبار «فوياجر١» حول كوكب المشتري في أوائل عام ١٩٧٩ قشرةً من جليد الماء محفورة بها شبكة من الخدوش الطويلة، الأمر الذي يُذكِّرنا بقنوات سكاباريلي على المريخ. ولكن عندما اقترب مسبار «فوياجر٢» أكثر من «أوروبا» بعد أربعة أشهر، ظهرت الخطوط على شكل أوردة بُنية دقيقة كما لو كانت مرسومة عبر سطح مُستوٍ إلى حدٍّ لا يُصدَّق، السطح الأكثر استواءً في النظام الشمسي. والتفسير الأكثر احتمالًا هو أن الأوردة كانت أماكنَ تصدَّعت فيها إحدى القشور الجليدية في «أوروبا»، مما سمحَ للمياه المالحة بالصعود من مُحيطٍ سائلٍ أسفلَها، ثم تجمَّدت في صورة جليدٍ أحدثَ تكوينًا وأكثرَ قتامةً في لونه.

بعد التحليق المُنخفِض، تكهَّن علماء بعثة «فوياجر» أن محيط «أوروبا» قد بقيَ في حالة سائلة بفعل ثني المد والجزر، وهي عملية الاستطالة والاحتكاك نفسها التي تُولِّد البراكين المذهلة على القمر الأقرب للمشتري؛ قمر «آيو». اكتشفَت بعثة جاليليو التابعة لوكالة ناسا بعد ذلك بكثيرٍ أن للقمر «أوروبا» مجالًا مغناطيسيًّا، مما يدعم فكرة وجود طبقةٍ مُوَصِّلة عميقة من الماء السائل المالح. وحتى في وقتٍ لاحق، رصد تلسكوب هابل الفضائي فوَّاراتٍ ضخمةً من المياه تتدفَّق من القطب الجنوبي للقمر «أوروبا».

يتطلَّب ظهور الحياة، في أي صورةٍ يُمكننا تصوُّرها، وسطًا سائلًا للتفاعُلات الكيميائية ونقل المواد مثل العناصر الغذائية والفضلات عبر غشاء الكائن الحي. الماء مثالي نوعًا ما بسبب خصائصِه كمُذِيب. أدَّى بالطبع اكتشاف محيط مائي سائل على سطح القمر «أوروبا» — وهو في الواقع الأكبر في المجموعة الشمسية؛ ويُمثل ضعفًا إلى ثلاثة أمثال حجم مُحيطات الأرض — إلى تساؤل علماء الأحياء الفلكية عن احتمالية وجود حياة هناك.

اتَّضح أن القمر «إنسيلادوس»، الذي زاره مسبارا «فوياجر» في عام ١٩٨١، عبارة عن قمر «أوروبا» مُصغَّر، وأن له مُحيطًا من المياه السائلة مُغطًّى بالجليد. كان اختلاف المناطق فيه بين المناطق التي تسودها الحُفر والمناطق الملساء علامة على أن أجزاءً من تضاريسِه أحدث من أجزاء أخرى، وربما تكون مُغطَّاة بجليد مُتكوِّن حديثًا من البراكين المائية. يظلُّ مصدر الحرارة الداخلية في «إنسيلادوس» لغزًا؛ لأن مدارَه ليس منحرفًا بالدرجة التي تجعل قُوى المدِّ والجزر تلعب فيه دورًا كبيرًا. لكن بعثة «كاسيني» المشتركة بين ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية أكَّدت وجود مياه أسفل الجليد، وكشفت عيِّنات من الأعمدة عن مزيجٍ يُشبه المُذَنَّب من بخار الماء، والنيتروجين، والميثان، وثاني أكسيد الكربون، والهيدروكربونات. اكتشفت بعثة «كاسيني» أيضًا الهيدروجين الجزيئي، وهو علامة على أن مُحيط «إنسيلادوس» ربما قد غذَّته منافس مائية مثل تلك الموجودة هنا على الأرض. لا عجب أن علماء الأحياء الفلَكية قد تقدموا بما لا يقلُّ عن خمسة مُقترحات للعودة إلى «إنسيلادوس» للبحث عن حياة.

ثم هناك القمر «تيتان»، أكبر كواكب زُحل وأكثرها إثارة للاهتمام. أثبت مسبارا «فوياجر» أن هذا الكوكب مُغطَّى بضباب دخاني برتقالي كثيف ينبعث عندما تعمل أشعة الشمس فوق البنفسجية على تكسير غاز الميثان في الغلاف الجوي العلوي. وجد مسبارا «فوياجر» أنه أسفل طبقة الضباب الدخاني يوجَد غلاف جوي سميك ومُعتدل الحرارة نسبيًّا من النيتروجين والميثان؛ حيث يُنتِج الميثان تأثير الدفيئة الذي يُبقي درجة حرارة السطح عند١٨٠ درجة مئوية.

من الواضح أن هذه أجواء باردة مُقارنة بدرجات الحرارة على الأرض، لكنها دافئة بما يكفي للحفاظ على الهيدروكربونات في حالة سائلة، ممَّا يُوحي أن «تيتان» قد تكون عليه بحيرات من الميثان والإيثان السائلَين. أكَّدت بعثتا «هابل» و«كاسيني» لاحقًا هذه الفرضية بكشفهما عن بركةٍ في حجم بحيرة ميشيجن من هذين السائلين. أرسل مسبار «هوجنس»، الذي هبط على سطح القمر «تيتان» في عام ٢٠٠٥ صورًا لقنوات ضخمة نحتَتها أنهار من الميثان ولسطحٍ مملوء بصخور الجليد المائي ومُغبَّر بالثلج الهيدروكربوني الداكن.

من وجهة نظر الثقافة العِلمية الغارقة في الكوبرنيكية، تقترب فكرة وجود شيء مميز في الأرض، بالطبع، من الهرطقة. ويُعدُّ ذلك جزءًا كبيرًا من الدافع وراء النظر فيما وراء الأقمار «أوروبا»، و«إنسيلادوس»، و«تيتان» للبحث عن المزيد من الأماكن التي ربما تكون مَوئلًا للحياة.

عوالم جديدة غريبة

في عام ١٧٥٥، نشر الفيلسوف إيمانويل كانط، من بين جميع الناس، شرحًا لطريقة تكوُّن مجموعتنا الشمسية، والذي تبيَّن أنه الشرح الصحيح؛ وذلك تحت عنوان «التاريخ الطبيعي العالمي ونظرية السماوات». في الأساس، تتجمَّع سُحب الهيدروجين فيما بين النجوم تحت تأثير الجاذبية في صورة كُرات تدور، وتهوي، وتَشتعِل كالنجوم وتُشكِّل أقراصًا كوكبية أولية. تتَّحد حبات الغبار حول النجوم لتُشكِّل كواكبَ مُصغَّرة، ثم جنينًا كوكبيًّا، ثم (في بعض الأحيان) كواكبَ صخرية مثل عطارد، والزهرة، والأرض، والمريخ. وإذا كانت الأجنة الكوكبية كبيرة وبعيدة بما يكفي عن نجمها؛ تبدأ في جمع الهيدروجين والهيليوم التي تدفعها طاقة النجم الجديد إلى الخارج، وتنتفخ لتصبح كواكبَ غازيةً عملاقة مثل المشتري، وزحل، وأورانوس، ونبتون.

وبمجرد أن اكتشف علماء الفلك تفاصيل «نموذج القرص السديمي الشمسي» هذا، بدا واضحًا أن الشيءَ نفسه سيَحدُث حول النجوم الأخرى. غير أنه مرَّ وقتٌ طويل للغاية قبل أن يحصلوا على دليلٍ على أن كواكب مجموعتنا الشمسية الثمانية ليسَت الكواكب الوحيدة في المجرة.

كشفت التقنية الرئيسية الأخرى، وهي طريقة العُبور الفلَكي، عن العديد من الكواكب الأخرى؛ ٣١١٤ حتى الآن. تَقيس هذه الطريقة ضوء النجم لترى ما إذا كان يخفُت قليلًا عندما «يعبر» أحد كواكبه؛ أي يمرُّ بين النَّجم وتلسكوباتنا. من الواضح أن هذا النهج لا يعمل إلا إذا كانت الهندسة صحيحةً تمامًا وصادف وجودنا في نفس مُستوى دوران النجم ومدارات الكواكب. إذا كنَّا نَنظر إلى أسفل على نجمٍ من قطبه الشمالي، فسنرى كواكبه تدور حوله ولكنَّنا لن نراها تعبر أبدًا. لكن علماء الفلك الذين يَستخدمون التلسكوبات الأرضية وجَدُوا عدة مئات من الكواكب بهذه الطريقة، وقد وجدت تلسكوبات في الفضاء لرصد الكواكب الخارجية — بعثة «كوروت» الأوروبية التي انطَلَقت عام ٢٠٠٦ وبعثة «كيبلر» التابعة لوكالة ناسا التي انطلقت عام ٢٠٠٩ — آلاف الكواكب الأخرى. يُعزَى لبعثة «كيبلر»، التي أبقَت تلسكوبها موجهًا نحو مقطعٍ صغير من السماء لمدة أربع سنوات، وفحصَت سطوع أكثر من ١٥٠ ألف نجم كل ٣٠ دقيقة، اكتشاف ٢٦٦٢ كوكبًا خارجيًّا، بما في ذلك العديد من الأنظمة التي تحتوي على عدة كواكب.

ظهرت مُفاجأتان كبيرتان من كل هذا العمل. الأولى كانت أن النجوم ذات الكواكب هي القاعدة، وليست الاستثناء. أدرك مُستكشفو الكواكب الخارجية أن غالبية النجوم الشبيهة بالشمس يدور حولَها كوكب أو أكثر؛ يُعتقَد الآن أن مُتوسط عددها نحو ١٫٦ كوكب لكل نجم. ومن ثم فإن مجرتنا، التي تضم ١٠٠ مليار نجم على أقل تقدير، هي موطنٌ لما لا يقلُّ عن ١٦٠ مليار كوكب، وهذا حتى دون حساب الكواكب بين النجمية التي خرجت من أنظمتها النجمية (أجل، هذا شيء يحدث حقًّا).

مرآة «تلسكوب جيمس ويب الفضائي» الرئيسية أكبر بكثيرٍ من مرآة «تلسكوب هابل الفضائي»، وهو ما يَمنحه وضوحًا ودقةً أكبر. كذلك فإن أدواته مُصمَّمة لدراسة الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء؛ حيث يكون للماء، والميثان، وثاني أكسيد الكربون خطوط طيفية قوية. لذا فإن الأمل هو أن يتمكَّن «تلسكوب جيمس ويب الفضائي» للمرة الأولى من الكشف عن تكوين الأغلفة الجوية للكواكب الخارجية، وذلك بطرح أطياف الكواكب العابرة مِن أطياف نجومها.

سيبحث الباحثون بجدٍّ عن «البصمات الحيوية»، وهي المزيج المُميز من الغازات الذي قد يدلُّ على أن هناك كائنات حية تحافظ على الغلاف الجوي للكوكب بعيدًا عن الاستقرار. هنا على الأرض، على سبيل المثال، لا بد أنَّ تركيز ٢١ بالمائة من الأكسجين في غلافنا الجوي دليل واضح لعلماء الأحياء الفلَكية غير الأرضيِّين على أن هناك حياة في عالمنا. ففي نهاية المطاف، فإنَّ الأكسجين مادة كيميائية نشطة للغاية بحيث لن يكون هناك الكثير منها في الجوِّ لولا وجود البكتيريا الخضراء المُزرقة، والعوالق النباتية، والنباتات الأرضية التي تستمرُّ في إطلاقه كناتج ثانوي لعملية التمثيل الضوئي.

معادلة جديدة للحياة خارج كوكب الأرض

ما هي فرص علماء الأحياء الفلَكية ومُستكشفي الكواكب الخارجية في العثور على حياة خارج عالَمنا في المستقبل القريب؟ صاغت سيجر طريقة مُثيرة للاهتمام للتفكير في تلك المسألة. إنها نسخة منقَّحة ومحدَّثة من معادلة دريك، وهي كالتالي:

وعندما نُجري العمَلية الحسابية، سنجد أنها ٣٠٠٠٠ × ٠٫٢ × ٠٫١٥ × ٠٫٠٠١ × ١ × ٠٫٥ = ٢. وبعبارة أخرى، بعد كل العمل الذي قام به فريق بعثة «القمر الاصطناعي للبحث عن الكواكب الخارجية العابرة» للعُثور على كوكب خارجي يُشبه الأرض، وكل العمل الذي قام به علماء بعثة «تلسكوب جيمس ويب الفضائي» لدراسة الأَغلِفة الجوية لتلك الكواكب، فإنَّ سيجر تَعتقِد أنهم «إذا كانوا محظوظين جدًّا جدًّا»، يُمكنهم أن يتوقَّعوا العثور على إشاراتٍ على وجود حياة على كوكبَين من تلك الكواكب.

بالطبع الأمريكيون ليسوا وحدَهم مَن يَبحث عن الحياة خارج الأرض. يُمثِّل علم الأحياء الفلَكي الآن مسعًى عالَميًّا ذا آثار عالمية مُحتملة. وقد تسارَع تطوُّره كثيرًا بفضل الاكتشافات في العقود القليلة الماضية للظروف البيئية القاسية التي يُمكن أن تتحمَّلها الكائنات الحية، وعدد الأماكن التي توجد فيها تلك الظروف. ولكي نَعثُر على حياة ذكية، يجب أن نجد حياة في الأساس، ولدَينا الآن الكثير من الأماكن التي يُمكننا البحث فيها عن الحياة.