Kuidas määratletakse elu astrobioloogias?
/nginx/o/2022/06/13/14623945t1h2aaf.jpg)
29. jaanuar 2023, 12:00
Elusloodust uurivates valdkondades, nagu bioloogia ja selle alamdistsipliinid, on «elu» loomulikult üks fundamentaalseid mõisteid. Mismoodi eristada elusorganisme elututest objektidest? Teadlastele ja tihti ka maailma üle juurdlevatele tavainimestele on see üks probleeme, mis ei tundu olevat aja jooksul selgemaks saanud. Teaduse ja tehniliste võimaluste arenedes näib see isegi muutuvat püüdmatumaks ja üha mitmetahulisemaks.
Astrobioloogia on valdkondadeülene teadusharu, mis uurib elu algust, varast evolutsiooni, elu tulevikku ja võimalikke asukohti universumis. Elu määratlemine ja oskus seda ära tunda on astrobioloogia võtmes oluline seetõttu, et uurimaks maavälist elu kosmoses, peaks meil esmalt olema ettekujutus sellest, millistele märkidele elu olemasolu tõenditena üleüldse tähelepanu pöörata või mida otsida.
Ulmekirjandus ja -filmid on aidanud luua kujutlust maavälisest elust kui teistel planeetidel kohatavatest humanoididest või siis vähem inimesekujulistest olevustest, kes on siiski mõneti võimelised olema ratsionaalsed, ning agressiivsema meelestatuse korral võiksid meie planeedile koguni ohtu kujutada. Tegelikkus on siiski märksa proosalisem. 1994. aastal peetud NASA komitee koosolekul kiideti heaks Ameerika astronoomi ja teaduse populariseerija Carl Sagani ettepanek, mille kohaselt defineeriti «elu» kui «isetoimiv keemiline süsteem, mis on võimeline darvinistlikuks evolutsiooniks».
Terminit «darvinistlik evolutsioon» kasutati lühidalt protsessi kohta, mis hõlmab ebatäiuslikult replitseeruvat molekulaargeneetilist süsteemi (Maal on see pärilikkusaine DNA). Seejuures võivad niisugusest ebatäiuslikkusest tulenevad vead ise samuti replitseeruda ning eri replitseerujatel on eripärane kohasus. Näiteks naatriumkloraadi kristall on küll suuteline «paljunema», st pulbristatuna olema «seemneks» teiste naatriumkloraadikristalllide kasvule, ent originaalkristalli defektid sel viisil edasi ei «pärandu». Seega pole säärane süsteem võimeline darvinistlikuks evolutsiooniks.
Nii et humanoidide asemel otsitakse kosmosest elu või selle biomarkeritena pigem aineühendeid või keemilisi reaktsioone, mis arvatakse olevat iseloomulikud elussüsteemidele. Steven A. Benner viitab elu astrobioloogilist määrangut käsitledes kolmele katsele, mis tehti 1976. aastal Viking 1 ja Viking 2 missioonidel, tõestamaks elu olemasolu Marsil. Kolme katse käigus loodeti Marsi pinnasest leida ilminguid sealse ainevahetuse, st selleks võimeliste eluvormide kohta.
Ühe katse käigus pandi Marsi pinnasetükk radiosüsiniku orgaaniliste ühendite vesilahusesse: eeldatavasti pidi radioaktiivse süsinikdioksiidi teke tõestama ainevahetuselaadse protsessi olemasolu. Teises katses asetati Marsi pinnasetükk samuti söötmelahusesse, et tuvastada fotosünteesi, mille toimumise tõestuseks pidi olema molekulaarse hapniku teke. Kolmandas katses juhiti päikesevalguse oludes Marsi pinnale radioaktiivset süsinikdioksiidi ja -monooksiidi. Samamoodi kui Maa pinnal kasvavad taimed, oleks Marsi pinnases leiduv elu pidanud siduma nendest gaasidest süsiniku oma orgaaniliste ühenditega.
Kõik need Marsi pinnases ainevahetust tõendama pidanud katsed andsid positiivseid tulemusi, ent teadlased siiski otsustasid, et Marsil pole elu. Seda põhjusel, et Marsi pinnase süvaanalüüsil ei leitud mingeid eeldatavasti elusorganismide ehitusse kuuluvaid orgaanilisi süsinikuühendeid ning kirjeldatud reaktsioonid pidid toimuma orgaanilise süsiniku osaluseta.
Oletused Marsil leiduva elu kohta said taas hoogu juurde, kui Antarktikast Allan Hillsi lähedalt leitud Marsi päritolu meteoriidilt avastati 1996. aastal rakulaadseid osakesi. Suuruse poolest sarnanesid need Maal leiduvate nanobakteritega, mis on väikseimad rakuseinaga objektid.
Hüpoteesid selle kohta, et Allan Hillsi meteoriidilt leitud objektid on mikrofossiilid ehk Marsil leidunud elu mikroskoopilised jäänused, lükati siiski samuti ümber. Nimelt viidati, et need osakesed on liiga väikesed, mahutamaks ribosoome, mis Maa-pealsetes rakkudes võimaldavad DNA replikatsiooni ja valkude sünteesi.
Nukleiinhapete (DNA või viiruste puhul RNA) replikatsiooni kätkevat paljunemist on samuti peetud üheks elu tunnuseks. Ent enam ei peeta nanobaktereidki üsna üksmeelselt elusolenditeks, vaid mingil muul moel «paljunevateks» kristalliseerunud mineraalideks ja orgaanilisteks molekulideks. Selle põhjus on tõik, et eeldatavasti on ka nanobakterid liiga väikesed, et nad saaksid sisaldada DNA replikatsiooni võimaldavaid rakustruktuure.
Säilib küll hüpoteetiline võimalus, et nii Marsil kui ka enne DNA evolutsioonilist teket Maa peal etendas RNA nii DNA kui ka valkude rolli, st talletas geneetilist infot ja katalüüsis keemilisi protsesse primitiivsetes rakkudes. Niisuguste RNA-organismide rakkudel poleks ribosoome vajagi ning seega pelgalt väiksuse argumendist ei piisaks, et Allan Hillsi meteoriidilt leitud osakesed Marsil leiduva elu biomarkeritena kõrvale lükata.
Ühe filosoofilise nüansina tahaks esile tuua selle, et NASA elumääratlused põhinevad Maa-kesksetel teooriatel selle kohta, mis iseloomustab elu ja elusorganismi. Pole mõeldamatu, et kosmoses leitakse darvinistlikuks evolutsiooniks võimelisi eluvorme tingimustes, kus meie planeedile tüüpilised eluvormid elada ei saaks, kuna see poleks keemiliselt võimalik – lihtsalt selliste eluvormide keemiline koostis peaks olema oludele vastav. Esiteks võiksime ette kujutada orgaanilise süsiniku osaluseta toimuvaid ainevahetuselaadseid termodünaamilisi protsesse.
Teiseks, nagu juba viidatud, on teoreetiliselt võimalik ka RNA-, mitte DNA-replikatsiooni hõlmav paljunemine. Ning kolmandaks: mõne autori väitel ei pruugi darvinistliku evolutsiooni toimumiseks üleüldse DNA- või RNA-laadseid biopolümeere vaja minna, vaid darvinistlik evolutsioon võib kulgeda näiteks mineraalikomplekside või muude selliste struktuuridega, mis võivad «paljuneda» ilma biopolümeeride replikatsioonita. Seega kerkibki küsimus, kas ja mil määral on õigustatud eeldus, et kosmoses elussüsteemideks peetu keemiline koostis peab vastama Maa-kesksele ettekujutusele orgaanikast.
Mis juhtuks siis, kui kohtaksime kosmoses tõepoolest olevusi, kellel on küll olemas mingid ilmsed elu tunnused, ent kes ei vasta NASA elumääratluse tehnilistele tingimustele? Benner viitab sääraste hüpoteetiliste olevuste näidetena Star Treki meeskonna kohatavatele n-ö kontseptuaalsetele tulnukatele. Mõned nendest on «mittekeemilised», näiteks pelgalt informatsioonilised (arvutiviiruselaadsed olevused) või tehtud puhtast energiast, teised küll keemiliselt kirjeldatavad, ent võimetud darvinistlikuks evolutsiooniks.
Samuti viitab Benner Fred Hoyle’i ulmeloo «Must pilv» samanimelisele väljamõeldud «peategelasele», mis tungib meie Päikesesüsteemi ning tõkestab maalaste eest päikesevalguse. Kui must pilv mõistab, et Maa peal elavad mõistuslikud eluvormid, tõmbab ta end viisakalt koomale ja vabandab. Benner märgib, et kui me kosmoses tõepoolest kohtaksime kõnelevaid musti pilvi või mõistusega olevusi, mis koosnevad puhtast energiast, oleksime sunnitud ilmselt oma elumääratlust korrigeerima.
Kuna NASA eludefinitsioon põhineb sellel, mis usutakse realistlikult võimalik olevat, ei hakata senist elumääratlust niisuguste hüpoteetiliste olevuste kohtamise hirmus või lootuses siiski muutma. Kosmoseulmes üsna levinud humanoidsete robotite kohta ütleb Benner, et kui neil pole darvinistlikku evolutsioonilist minevikku, ei peeta neid elusolenditeks. Ka maist päritolu tehisintellekti peetakse samal põhjusel pelgalt elusolevuste loodud biomarkeriks, mitte iseenesest elusaks.
Üks küsimus kerkib ka selle kohta, kas üleüldse on adekvaatne kirjeldada darvinistlikku evolutsiooni peamiselt juhuslikele mutatsioonidele raken-duva loodusliku valiku kaudu toimuvana. Näiteks Benner väidab, et kosmosest inimintelligentsiga võrdväärse mõistusega olevuste leidmise tõenäosus on väike, kuna selliste olevuste evolutsiooniline areng juhuslikkusel põhineva loodusliku valiku teel võtab liiga kaua aega, et enamiku planeetide vanus oleks seda võimaldada saanud.
Samas viitavad paljud viimase aja evolutsioonibioloogid ja bioloogiafilosoofid (mitte ainult inimese, vaid ka loomade puhul) n-ö kiiretele evolutsioonilistele protsessidele, nagu epigeneetika, kultuurievolutsioon, sotsiaalne pärandumine jne, mis kätkevad evolutsiooni mittejuhuslikku ja koguni kavatsuslikku tahku ning kirjeldavad evolutsioonilisi arenguhüppeid varem arvatust märksa kiiremate ja järsematena. Kui selline kiire evolutsioon võis toimuda meie planeedil, siis miks poleks võinud see juhtuda ka mõnes muus Päikesesüsteemi osas? Nii et tegelikult algab see, mida me usume kosmoses kohatava elu võimalikkuse kohta, meie Maa-kesksete elumääratluste juurde kuuluvate põhimõistete ja -protsesside defineerimisest, mõistmisest ja mõtestamisest.
Edit Talpsepp (1981) on Tartu ülikooli teadusfilosoofia teadur.
Artikkel ilmus ajakirja Horisont novembri-detsembri numbris.