2017. már 11.

Hogyan bukkanjunk Földön kívüli életre?

írta: BME FTT
Hogyan bukkanjunk Földön kívüli életre?

Első rész – Az asztrobiológia és az élet definíciója

A NASA nemrég bejelentette, hogy a tőlünk mindössze 40 fényévnyire található TRAPPIST-1 nevű csillag körül hét Föld-szerű bolygót fedeztek fel. Azért különleges ez a naprendszer, mert megfelelő atmoszferikus viszonyok esetén a hét bolygó bármelyikén előfordulhat folyékony víz, ami az általunk ismert élet szükséges feltétele. Ráadásul ezek közül három a csillagtól viszonyított távolság alapján az úgynevezett lakható zónában helyezkedik el, vagyis ezeken nagy valószínűséggel kialakulhatnak a földihez hasonló körülmények.

A felfedezés további részletei helyett ebben a posztban egy olyan kérdést szeretnék körüljárni, amely felett a beszámolók többsége elsiklik. Ez a kérdés nagy vonalakban a következő: a Földön kívüli élet keresésekor honnan tudjuk, hogy idegen életre bukkantunk? A félreértések elkerülése végett szögezzük le, hogy amikor idegen életről beszélünk, akkor nem rájuk gondolunk:

et_alien.jpg

Komolyra fordítva a szót: nem szabad összekevernünk egymással a Földön kívüli élet és a Földön kívüli intelligencia utáni kutatást. Az asztrobiológusok az előbbivel foglalkoznak (az utóbbival pedig például a SETI, vagyis a Search for Extra-Terrestrial Intelligence), így ez a poszt nem valamilyen más, technológiával rendelkező civilizációról, hanem a Világegyetem különböző pontjain létező élet keresése során felmerülő elméleti jellegű problémákról szól.   

Sokan csak legyintenek, hogy már megint a filozófusok bonyolítanak túl egy egyszerű kérdést. Hiszen amikor életre bukkanunk, akkor ezt minden további nélkül tudni fogjuk, vagy nem? A helyzet az, hogy nem, és ezt közel sem csak a filozófusok gondolják így.

Amikor 1976-ban a Viking-1 és -2 űrszondák a Marson az élet nyomait kutatták, kísérleti berendezéseikkel a mikrobiális anyagcsere nyomait próbálták kimutatni.

Képek a Viking-programról

A kísérletek megtervezése során a kutatók óhatatlanul olyan előfeltételezésekkel éltek, hogy mi is az élet, és hogy az utána való kutatásban milyen megfigyelések, kísérleti eredmények számítanak egyáltalán bizonyítéknak.

Vagyis úgy tűnik, az alapvetőbb probléma, amire az előbbi kérdés visszavezethető, az élet definiálásával kapcsolatos. Mi az élet? A földi biológusoknak ez a kérdés nagyrészt lényegtelen, hiszen nem feltétlenül kell valamiről pontos definícióval rendelkezni ahhoz, hogy többé-kevésbé intuitív módon el tudjuk dönteni, hogy egy adott dolog a kérdéses kategóriába tartozik-e vagy sem. A földi életet tanulmányozó biológiának megvan a maga vizsgálati tárgya, és ezzel alapvetően jól elboldogul szabatos definíciók nélkül is.

Viszont korántsem ilyen egyszerű a helyzet, amikor eltávolodunk a jó öreg Földtől és a világűrben keressük az életet. Hiszen amikor nem az ismerős körülmények között keressük az élet általunk ismert formáját, akkor honnan lehetünk biztosak abban, hogy egyáltalán mit is kell keresnünk?

Az élet definiálásának problémája előtt hasznos, ha kicsit elgondolkozunk magukról a definíciókról. Egy definíció egy fogalom jelentését rögzíti, meghatározza a definiált fogalom alkalmazásának szükséges és elégséges feltételeit: például az 'agglegény' terminus kissé esetlen, de szabatos definíciója 'nőtlen hímnemű ember'. Ha elfogadjuk ezt a definíciót, akkor mondhatjuk azt, hogy egy 2 éves kisfiú agglegény? Ez elég furcsa, gyanús, hogy aki így használja, az valójában nincsen tisztában az agglegény szó helyes alkalmazásával. Célravezetőbb bevezetni az alábbi definíciót: 'nőtlen felnőtt hímnemű ember'. Egy 18 éves akkor már agglegény? Ha igen, akkor 17 évesen és 11 hónaposan még nem volt az? Mikor válik valaki felnőtté (és ezzel, ha nőtlen és férfi is egyben, agglegénnyé)? Tovább pontosíthatjuk a definíciót, hogy az agglegény esetében ‘nőtlen idős férfiről’ van szó, de itt megint csak ugyanaz a probléma.

 

A szóritész-paradoxon neve a kupac görög nevéből (szórosz) származik - vajon meddig homokkupac a homokkupac, ha egyszerre csupán mindig egy homokszemet veszünk el belőle? 

Az, hogy vannak határesetek, nyilvánvalóan nem azt jelenti, hogy nincs különbség egy 50 éves és egy 2 éves között. Ez a jelenség a nyelv működéséről árul el valamit: megmutatja, hogy a nyelv legtöbb kifejezése elmosódott határú, ezt ismerték fel az antik görögök is, amikor megfogalmazták az úgynevezett szóritész-paradoxont. Az agglegény kifejezés által jelölt kategória nyilvánvalóan emberi produktum, nem léteznek a világban agglegények a mi osztályozási szempontjainktól függetlenül. De mi a helyzet például a 'víz' terminussal? Egyes filozófusok azt gondolják, hogy ebben az esetben már úgynevezett természeti fajtáról van szó, vagyis egy emberi szempontoktól függetlenül létező, "objektív" kategóriáról.

Carol Cleland filozófus, a NASA Asztrobiológiai Intézetének munkatársa több tanulmányában is amellett érvel, hogy

ha feltételezzük, hogy az élet egy természeti fajta, annak definiálására a jelenlegi tudományos elméleteinkkel akkor sem lennénk képesek.

Hogy megérthessük miért, képzeljünk el egy 17. századi alkimistát, aki a víz definícióját próbálja megadni. Különböző, érzékszervileg tapasztalható tulajdonságokkal kísérelhetné megragadni a víz fogalmát, mint amilyen az átlátszóság, a színtelenség, a szagtalanság, vagy az, hogy jó szomjoltó, netán képes bizonyos anyagokat feloldani (ez utóbbi az alkimisták szempontjából különösen fontos volt). Ezek a tulajdonságok azonban nem minden, a korban víznek nevezett anyagra voltak jellemzőek, hiszen egyfelől a sáros víz nem átlátszó, a tengervíz se nem ízetlen, se nem jó szomjoltó. Másfelől mondjuk az oldóképességet alapul véve, az alkimista vízként kategorizálja a salétromsavat (ez volt az úgynevezett aqua fortis, az erős víz) vagy a salétromsav és sósav elegyét (ez az aqua regia, vagyis a királyvíz), vagy éppen az alkoholok keverékét (az élet vize, az aqua vitae).

Az alkimisták által a víz egyik fajtájának tartott aqua vitae lepárlása egy 16. századi metszeten (Hieronymus Braunschweig, Strassburg, 1519)

Ahhoz, hogy a víz pontos definícióját megadhassuk, szükségünk van a molekulákra vonatkozó tudományos elméletre. Ennek birtokában azt mondhatjuk, hogy a víz nem más, mint H2O. Ez egy olyan azonossági állítás, ami immár bármiféle esetleges, érzékelhető tulajdonságtól függetlenül meghatározza, hogy mi számít víznek: az az anyag, ami egymással kovalens kötésben kapcsolódó két hidrogénatomból és egy oxigénatomból áll.

A molekulákra vonatkozó elmélet 19. századi megjelenéséig azonban nem volt lehetséges a víz pontos definíciójának megadása.

Bármiféle definiálási kísérlet (mint például az alkimistáké) szükségszerűen kudarcba fulladt abban a tekintetben, hogy a világ struktúráját a természeti fajtáknak megfelelően ragadja meg, vagyis úgy, hogy az bármiféle emberi osztályozástól függetlenül létezik.*

Cleland szerint a mai tudósok hasonló helyzetben vannak az élet definiálása kapcsán, mint a korabeli alkimisták voltak a vízzel, sőt bizonyos tekintetben még rosszabban is. A molekuláris biológiai adatok ugyanis azt mutatják, hogy az összes földi életforma egyetlen forrásból ered, ez volt az úgynevezett LUCA (Last Universal Common Ancestor, vagyis az Utolsó Univerzális Közös Ős), az a protosejt**, melyből az összes valaha élt és jelenleg is létező élőlény végső soron származik. Ez azt jelenti, hogy a jelenleg is megfigyelhető földi élet lényegében egyetlen példája az életnek. Továbbá elképzelhető, hogy még ez az eset sem reprezentatív: a mikrobiális élet feltehetően nagyságrendekkel gyakoribb a Világegyetemben az olyan makroszkopikus, komplex organizmusoknál, mint mondjuk a fák, rovarok vagy emlősök, melyek egy bolygónkra érkező idegennek valószínűleg azonnal feltűnnének.

"Az Élet Fája" a genomszekvenáláson alapuló evolúciós törzsfán szemléletesen látszik az egyes taxonok közös ősből történő származása  

További példák nélkül tehát egyszerűen nem tudjuk eldönteni, hogy az élet általunk ismert jellegzetességei közül melyek azok, amelyek univerzálisak, vagyis az élet minden formájára jellemzőek, és melyek azok, amelyek csak az esetleges földi körülményekből, illetve véletlenszerű evolúciós eseményekből következnek. Összefoglalva tehát a dilemmát: annak érdekében, hogy az élő rendszerek általános elméletét megalkothassuk, egy földi példától eltérő életformára van szükség, azonban éppen egy ilyen elmélet hiányában, ezt a létformát nagy valószínűséggel fel sem ismernénk.***

Ha elfogadjuk ezt a gondolatmenetet, akkor mégis hogyan indulhatunk az élet alternatív, földitől eltérő változatainak keresésére?

A kulcs az olyan fizikai rendszerek keresésében rejlik, melyek kihívások elé állítják az életre vonatkozó elképzeléseinket, vagyis amiket a jelenlegi sémáink fényében nem tudunk osztályozni.

Cleland ezeket a híres tudományfilozófus, Thomas Kuhn nyomán  anomáliáknak nevezi.

De hogyan kereshetünk ilyen anomáliákat? Ehhez az szükséges, hogy az életre vonatkozó elképzeléseinket ne definíciókba próbáljuk begyömöszölni, hanem olyan ideiglenes, “kísérleti kritériumokként” fogjuk fel, melyek nem feltétlenül teljesek és idővel megcáfolhatóak. Ezekről egy nap az élő rendszerekre vonatkozó univerzális tudományos elmélet fényében akár az is kiderülhet, hogy valójában nem az élet lényegi tulajdonságai, csupán esetleges földi “mellékhatások” voltak. A kutatás során ezek a közelítő kritériumok nem alternatív definíciókként versengenek egymással, hanem rugalmasan felhasználhatóak arra, hogy különös fizikai rendszereket tanulmányozzunk. A cél tehát nem az, hogy megmondjuk, hogy egy, mondjuk a Marson talált furcsa fizikai rendszer (például élettevékenység nyomait sejtető kristály) élő-e, hanem hogy kiválasszuk a gyanús eseteket, melyek potenciálisan gyümölcsözőek lehetnek a további tudományos kutatás számára.

Hogy egy valódi példán megnézhessük, mit jelent ez a stratégia, térjünk vissza a poszt elején említett Viking-misszióra. Az űrszondák az úgynevezett radioaktív bontásos (Labeled Release) kísérletek során az összegyűjtött talajmintákba radioaktív szénizotópokkal megjelölt tápoldatot fecskendeztek, majd a minta feletti levegőt vizsgálták anyagcsere-tevékenység nyomait keresve. Az első kísérlet során a tápoldat hatására radioaktív szenet tartalmazó szén-dioxid kezdett termelődni, amikor pedig a mintákat három órán keresztül 160 Celsius-fok fölé melegítették, akkor a reakció megszűnt. Ezek egyértelműen biológiai folyamatra utaltak, vagyis úgy tűnt, hogy mikrobiális aktivitás nyomaira bukkantak a NASA szakemberei. Az eredményeket azonban a további kísérletek során nem sikerült megismételni.

A Viking által elvégzett radioaktív bontásos kísérlet vázlata a NASA a küldetés során az élet anyagcsere-definíciójából indult ki és a leszálló egység által a Marson elvégzett, robotizált kísérleteket is ennek megfelelően tervezték meg

Mivel a NASA a küldetés során az élet úgynevezett anyagcsere-definíciójából indult ki, és a robotizált kísérletek is ennek megfelelően voltak megtervezve, ezért az eredmények ennek a definíciónak a tükrében egyértelműen negatívak voltak.

Végül a tapasztalt jelenségre több kutató szerint meglehetősen gyenge lábakon álló nem biológiai magyarázatokat adtak. Mindazonáltal Cleland értelmezésében itt egyértelműen egy anomáliával állunk szemben, olyan jelenséggel, mely valamiféle kihívást intéz az életre vonatkozó elképzeléseink ellen. Ha a Viking kísérleteit nem egy konkrét definíció fényében, hanem anomáliák keresésére tervezték volna, akkor az eredményt is eltérően lehetett volna értékelni, olyan jelenségként, ami további empirikus vizsgálódásokat igényel.

 

Asztrobiológiával foglalkozó posztunk második részében arról lesz szó, hogy a földi élet különös formáinak tanulmányozása hogyan lehet az asztrobiológusok segítségére. Szó lesz az élet többszörös eredetének lehetőségéről, extremofil élőlényekről, alternatív mikrobiális életről, és árnyék bioszférákról.

 

* Bár a gondolatmenetet közvetlenül nem érinti, de érdemes megjegyezni, hogy Cleland érvelése filozófiailag nem semleges, hanem a tudományos elméletek, illetve az ezek által feltételezett, nem-megfigyelhető dolgok (jelen esetben például az atomok, molekulák) tekintetében is realista. Ez azt jelenti, hogy szerinte ezek az elméletek a világot igaz módon írják le és az általuk leírt entitások ténylegesen léteznek (vagyis az atomok ugyanúgy léteznek, mint mondjuk a polipok).

** Valójában arról, hogy mi is lehetett a LUCA, több hipotézis is létezik, azonban – többek között a múltra vonatkozó problémák miatt, amikről a blogon már többször is írtunk – ezek között dönteni meglehetősen nehéz.

*** Ez lényegében egy másik antik görög probléma, a Menón-paradoxon asztrobiológiai köntösben.

Forrás:

  • Bedau, Mark, és Carol Cleland. 2010. The Nature of Life: Classical and Contemporary Perspectives From Philosophy and Science. Cambridge University Press.
  • Cleland, Carol E. 2012. „Life without Definitions”. Synthese 185 (1): 125–44.
  • Cleland, Carol E. 2013. „Is a General Theory of Life Possible? Seeking the Nature of Life in the Context of a Single Example”. Biological Theory 7 (4): 368–379.
  • Cleland, Carol E., és Christopher F. Chyba. 2002. „Defining ‘Life’”. Origins of Life and Evolution of the Biosphere 32 (4): 387–93.
  • Ward, Peter D., és Donald Brownlee. 2009. Rare Earth: Why Complex Life Is Uncommon in the Universe. New York: Copernicus.

A szerző, Bárdos Dániel a BME Tudományfilozófia és Tudománytörténet Doktori Iskolájának harmadéves hallgatója. A PTE-n szerzett filozófusi diplomát, már az alapszak óta érdeklődik a biológia filozófiája, elsősorban a paleontológiával kapcsolatos filozófiai kérdések iránt. Kutatási területe a többszintű szelekciós elképzelések, különösen a fajszelekció paleobiológiai modellekben betöltött szerepe, valamint a paleobiológia és az evolúcióelmélet egymáshoz való viszonya.

Szólj hozzá

evolúció biológia filozófia asztrobiológia