Život ve vakuu

Tomáš Petrásek, 2005

Zajímavá je otázka, zda by mohly nějaké organismy žít volně ve vesmíru. Pod pojmem „volně“ rozumím jednak meziplanetární prostor, jednak menší tělesa, která nemají vlastní atmosféru – asteroidy, menší měsíce a komety.

Takový život by se musel umět vypořádat s velice nepřátelským prostředím. Bylo by to možné? Klidová stádia, jako jsou spory či semena, to jistě dokáží. Ale aktivní organismy?

Nevím o nikom, kdo by tuto možnost bral vážně. Nicméně vakuum, ač nám je cizí, nemusí být až tak nepřátelské jak se zdá. Je prostě jen velice odlišné od toho co známe.

Následující odkazy se sice týkají přežití člověka ve vakuu, nicméně ukazují, že vzduchoprázdno není až tak hrozné, jak se tvrdí:

http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/ask_astro/answers/970603.html

http://www.madsci.org/posts/archives/may98/891504185.Bp.r.html

Život v asteroidech a kometách

Vody v podobě ledu je na některých asteroidech příbuzných chondritům (Ceres, Pallas, měsíce Marsu) a kometách značné množství. Totéž platí i pro organické sloučeniny včetně např. aminokyselin. Chemické základy pro život by zde tedy byly.

Ceres má možná stopy atmosféry a vrstvy námrazy na povrchu. Vesta byla v minulosti vulkanicky činná (dnes už jistě není).

Některé meteority ze skupiny chondritů vykazují stopy působení kapalné vody, což znamená, že jejich mateřské těleso bylo krátce po svém zformování dostatečně teplé (patrně díky rozpadu nestabilního izotopu hliníku), aby led roztál, ale dostatečně chráněno před vytěkáním veškeré vodní páry. Zatím v nich nebyly nalezeny stopy života (až na některé kontroverzní „mikrofosílie“), snad příhodné období trvalo příliš krátce než aby vznikl. Nicméně alespoň nějakou dobu byly vhodné podmínky přítomny.

To všechno nás přesvědčuje, že kosmické balvany stojí za podrobnější pohled.

Asteroid či kometa není příliš přívětivým místem. Povrchová vrstva se střídavě peče ve slunečním žáru a radiaci, anebo mrzne vystavena mrazivému vakuu, je-li od Slunce odvrácena. Nitro je patrně zcela chladné, v případě komet skutečně mrazivé. Jakmile se hornina obsahující led vymaní z mrazu nitra a ohřeje se, led sublimuje (i při teplotách značně pod nulou) a těká pryč, do bezedného kosmu. V případě komet, které se při přiblížení Slunci ohřívají velmi rychle, sublimace probíhá v masivním, někdy i explozivním měřítku v podobě prudkých výtrysků.

Je však možné, že v kometách či vhodných asteroidech se ojediněle vyskytují dutiny, které jsou více či méně uzavřeny, takže z nich pára nemůže volně odcházet a vzniká tam určitý tlak, ale přesto jsou dostatečně blízké povrchu, aby je sluneční teplo ohřálo. Mohly by se změnit v pomíjivé vodní rezervoáry, balancující mezi vypařením a zmrznutím. Vzhledem ke složení komet a asteroidů by se taková minioáza změnila v hutnou prebiotickou polévku, plnou organických látek všeho druhu. Mohl by tam vzniknout primitivní život? Asi ne, k tomu by byly potřeba milióny let, či spíše desítky a stovky miliónů, a tak dlouho nepřetrvá zpravidla ani sám asteroid, natož jednotlivé „louže“. Jiná situace by snad mohla nastat v případě větších planetek či malých měsíců, které si mohly udržet geotermální teplo, ale ani tam nejsou šance příliš veliké.

V podobných vodních kapsách by byly brzy vyčerpány zdroje živin i energie (např. kvašení původních sloučenin), neboť tam chybí jak sluneční svit, tak vulkanické plyny, které by mohly pohánět autotrofii. Navíc by tyto minivesmíry snadno zanikaly, ať už vypařením či mrazem. Život vzniklý v takové kapse a přizpůsobený jejímu mikroklimatu by ani jedno, ani druhé nemohl přežít. Jednoduše by nedostal čas se adaptovat.

Co kdyby však do takové vodní kapsy přišli mikrobi odjinud, vzniklí na povrchu planety, rozvinutí a ostřílení jejím měnícím se prostředím, schopní tvořit odolná stádia? Tito borci by mohli být vymrštěni z povrchu domovského světa impaktem, a tak se dostat až na povrch komety či asteroidu. Sebemenší a sebeprchavější kapka vody okořeněná organickými látkami by jim sloužila k pomnožení, a z „nakaženého“ asteroidu by se s každým odštípnutým kusem horniny, s každým práškem šířily stovky nových spor. Fantazie? Realita?

http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/431496.stm

http://www.lpl.arizona.edu/~bcohen/publications/MetSoc99_asteroid.pdf

http://nai.arc.nasa.gov/students/focus1199/page3.html?page=focus1199_4

POZNÁMKA I :

Hned následující den po umístění této stránky na Vzdálené světy byla uveřejněna zpráva, která činí život uvnitř komet mnohem pravděpodobnějším.

Kometa Tempel 1, do níž před nedávnem narazil modul Deep Impact, totiž obsahuje minerály, jež se musely zformovat v kapalném vodním prostředí. Ve spektru materiálu zvířeného impaktem se totiž objevily i jíly, uhličitany a krystalické křemičitany, které se obvykle formují ve vodním prostředí. Existují dvě teorie jejich vzniku. Podle první vznikly ve vnitřní části Sluneční soustavy, a druhotně se dostaly do oblasti, kde vznikaly komety a zabudovaly se do jejich materiálu. Tato možnost však odporuje všem dosavadním teoriím. Podle druhé vznikly v kapalném prostředí uvnitř komety samé – tj. v nějaké vodní kapse, zmiňované výše. Vědci zatím přesně nevědí, jakým způsobem by taková izolovaná kapsa vznikla (Tempel 1 se zatím zdá být dosti sypká a nepevná). Každopádně ta možnost existuje…

http://www.newscientistspace.com/article.ns?id=dn7971

http://www.newscientistspace.com/article/dn7961

Makroskopický život

U bakterií jsme si již chtě nechtě zvykli, že vydrží skoro všechno, a vyžijí s málem. Není tedy žádné překvapení, že pokud v asteroidech existují oázy kapaliny, a bakterie je byly schopny osídlit, mohou tam existovat. Nadpis této stránky však slibuje „život ve vakuu“ – a to po bakteriích chtít nemůžeme. Jejich spory sice vakuum bez problémů snesou, nicméně aktivní stádia potřebují vodu či vlhkost.

Co však větší a složitější život, který nespoléhá na náhodu, ale naopak je sám strůjcem svého osudu? Který může používat postupy bakteriím navždy odepřené? Skutečný obyvatel vakua?

Vždycky jsem si myslel, že vakuum je se životem naprosto neslučitelné, že jej nemůže přežít nic, co není vyschlé, zmrzlé, anebo schované v kosmické lodi. Že živá bytost jemu vystavená ve zlomku vteřiny exploduje, neboť se jí vyvaří krev.

Skutečnost je však mnohem méně dramatická – tělní tekutina je před vakuem poměrně dobře chráněna i obyčejnou savčí pokožkou, jejíž tlak dokáže zabránit varu krve, a která je víceméně nepropustná pro vodu, takže omezuje odpar. Samozřejmě, my savci nejsme konstruováni na pobyt ve vakuu, ale nezdá se, že tělní pokryv pro vakuum by byl biologicky neřešitelným oříškem. Člověka ve vesmíru zabije udušení, nikoli absence tlaku.

Představíme-li si tvora, jenž by byl kompletně obklopen pevnou skořápkou či alespoň houževnatou kůží, plnící roli skafandru, mohl by se ve vakuu pohybovat bez jakéhokoli rizika, že se mu začne vařit krev či že vyschne.

Problém číslo dvě je energie. Na povrchu komety je sice dost organické látky „potravy“, nicméně chybí zde kyslík, není tedy co dýchat. Kvašení (či obdobný proces) kometárního „dehtu“ a tholinu, které uspokojí bakterie, není pro makroskopické tvory postačující. Sluneční energie je ovšem v kosmickém prostoru nadbytek. Náš organismus by tedy mohl získávat energii ze světla podobně jako rostlina.

Dalšími problémy jsou termoregulace, ochrana před radiací, získávání živin a získávání vody, respektive ledu, a přečkávání nepříznivých období.

Kosmická mrkev

Schéma „kosmické mrkve“ - průřez

a… listové plochy, sloužící jako tepelný výměník a fotosyntetická tkáň

b…srdce a cévy, červeně teplá „krev,“ modře studená.

c…kořeny ohřívající led a pohlcující vlhkost

d…příjem uhlíku a minerálních látek

e…zásoby chemické energie

f…genitálie, kmenové buňky a jiné důležité orgány

g…zátka, udržující vzduchotěsnost kaverny v ledu

h…dceřinný organismus vzniklý pučením

Tímto nadneseným názvem jsem počastoval organismus, který jsem navrhl jako možné řešení těchto problémů. S mrkví má ovšem společné pouze to, že to podstatné je pod zemí, a nahoře vyčnívají jen listy.

Tato bytost žije na povrchu komety či exkomety, pohybující se v prostoru mezi drahou Země a pásem asteroidů. Povrch takového tělesa je pokryt více či méně silnou vrstvou horninového a organického prachu,

z nějž byla slunečním žárem vypražena veškerá voda. Tento materiál, podobající se uhelnému mouru smíšenému s pískem a dehtem, se na denní straně zahřívá na relativně vysoké teploty, neboť je absolutně černý.

Pod touto vrstvou leží vlastní hornina tělesa, izolovaná krustou od slunečního záření. Obsahuje původní hlubokozmrazený led. Pokud je dané těleso činnou kometou, teplo více či méně proniká až sem, led sublimuje a na povrch proniká pára v podobě gejzírů. Pokud již „vyhaslo,“ led ustoupil tak hluboko, že již zahříván není, a tedy neuniká, nebo jen nepatrně.

Není obtížné navrhnout organismus pro toto prostředí. Jeho tělo (hlíza? cibule?) by bylo skryté ve vrstvě prachu, v optimální hloubce, kde panuje co možná nejvyšší teplota, ale kam neproniká mutagenní kosmické záření. Před vakuem by bylo chráněno silnou kůží. Na povrch by vysunovalo značně velké „listy“ (kolektory? tykadla?), pokryté zespodu stejnou pokožkou jako trup, svrchu průhlednou, ale pevnou kutikulou, stínící také UV paprsky. Mezilehlá tkáň by kromě jiných funkcí prováděla fotosyntézu. Byla by též co možná nejtmavší, aby akumulovala teplo. Toho tepla by mohlo být hodně, Slunce má mimo clonu atmosféry velikou sílu, ale i to by bylo využito, jak se dále zmíním. Tyto povrchové části by byly vystaveny mutagennímu záření – část by snad byla odcloněna, ale výsledné dávky by byly stejně značně nebezpečné – hrozilo by rakovinné bujení či jiné poruchy. Proto by tyto listy byly vždy v pravidelných intervalech odvrhovány a nahrazeny novými. Veškeré dělení buněk (rostoucí tkáň je nejsnáze zranitelná) by se dělo hluboko pod povrchem, a nové listy by se tedy vynořily již zcela hotové a tedy odolné.

Podzemní část těla by vysílala do pracho-dehtové vrstvy své výběžky, které by pohlcovaly okolní horninu, a nějaký typ trávicího traktu by z ní separoval důležité živiny a minerály.

Hlavní „kořen“ by však vedl hlouběji, do ledové vrstvy. Jak by mohl přežít a růst v mrazivém kosmickém ledovci? Jednoduše, organismus by měl oběhový systém, který by proháněl krev (či jiné médium, zvlášť výhodný by byl pro své nemrznoucí vlastnosti roztok amoniaku) povrchovými listy, kde by se ohřívala (a zároveň chladila fotosyntetickou tkáň). Teplo by pak bylo vedeno do celého těla a hlavně do „kořene,“ jenž by díky tomu ohříval okolní led natolik, že by sublimoval. Okolo jeho špičky by se tedy patrně postupně vytvářela kaverna odpařeného ledu, která by mohla být aktivně utěsněna, aby se v ní udržovala vysoká koncentrace páry anebo přímo vlhkosti, kterou by kořen vstřebával. Popř. by systém příjmu tekutin mohl být odlišný, nicméně na celkovém schématu by se nic neměnilo.

Je možné, že i sama cirkulace mezi teplem slunce a chladem ledu by mohla být využita ke získání energie. Že by živoucí tepelná elektrárna???

Během období aktivity by tato bytost mohla hromadit organické látky z okolí (uhlovodíky) a vytvářet si zásoby oxidačních činidel, např. kyslíku (pokud by se jí chtělo hromadit plyn) anebo dusičnanů. Tak by mohla po určitou dobu žít z nahromaděné chemické energie. Kdyby šlo opravdu do tuhého, mohl by celý organismus hibernovat nebo dokonce zmrznout.

Rozmnožování by se dělo nejpravděpodobněji pučením. Opomenout nemůžeme ani poměrně efektní (otázka je zda efektivní) alternativu, že by tato bytost vytvářela rozměrné výtrusy se silnou skořápkou (snad dokonce inkrustovanou kovem), které by vystřelovala do kosmu jako plynové dělo. Rychlost by nemusela být veliká, úniková rychlost komety je zcela nepatrná.

Nehodlám zde spekulovat, zda takové „mrkve“ skutečně na kometách existují či nikoli, ani zda vypadají tak anebo jinak. Chtěl jsem jen ukázat, že takový organismus by byl funkční – a alespoň já se svými znalostmi nevidím důvod, proč by být neměl.

Vznik a vývoj

Ano, teď se dotknu bolavého místa mého skvělého organismu. Jsem sice přesvědčen, že by za vhodných okolností mohl fungovat a snad i prosperovat, nejsem si však zcela jist, zda by mohl vzniknout.

Jeho vývoj z bakterií v dočasných vodních rezervoárech na kometách považuji za prakticky vyloučený. Bakterie mají zcela protikladné cíle i prostředky k jejich dosahování než „kosmická mrkev“, a jestli jejich evoluce někam směřuje, pak jedině k co největší jednoduchosti a rychlosti množení, nikoli ke komplexitě. Jakýkoli organismus, který je větší či složitější, je v nepředvídatelném prostředí komety rázem v nevýhodě – dokud nedoroste relativně obrovských rozměrů, které mu umožní využít zároveň Slunce, povrchový mour a hlubinný led. Vývojové mezičlánky si téměř nelze představit.

Na život bez kapalného rozpouštědla příliš nevěřím – zatím nikdo nepřišel s návrhem, jak by mohl vzniknout a fungovat.

Planetární prostředí, kde mohou vznikat složité formy života dle libosti, je od kosmu odděleno celkem nepropustně – gravitací a atmosférou, popř. vrstvou ledu. To znamená, že život se za normálních podmínek nemůže dostat do pravidelného styku s vakuem, aby mohla zapracovat evoluce a na toto prostředí jej přizpůsobit.

Obyvatelé vakua by se snad mohli zrodit na planetě, která postupně ztrácela ovzduší, ale zachovala si podzemní zásoby ledu. Ani odtamtud by se však nemohli snadno rozšířit mimo svůj svět.

Určitou možností by bylo, kdyby podobný vesmírný organismus byl vytvořen a vysazen uměle, genetickým inženýrstvím či na robotické bázi. Vyspělé civilizace patrně přijdou na způsob, jak vytvářet replikující se stroje, nebo umělé organismy, což je skoro totéž. A k čemu by je používaly? S výhodou by mohly například těžit materiál asteroidů – v případě „poruchy“ by tam nemohly napáchat žádné větší škody, a určitě by pracovaly spolehlivěji než jakýkoli jiný typ technologie. A když jsme u toho, při tom by klidně mohly i „zdivočet.“

Každopádně, kdyby se „kosmická mrkev“ či jiná podobná forma na nějakém asteroidu či kometě objevila, ať už odkudkoli, mohla by prostřednictvím výtrusů kolonizovat celý svůj planetární systém – sice pomalu, ale jistě. Kdyby byly nějaké výtrusy urychleny souhrou gravitačních sil a měly VELKÉ štěstí, mohly by dosáhnout i jiných hvězd. Nepravděpodobné? Snad. Ale vesmír je nekonečný a má spoustu času.

POZNÁMKA II :

Zatím jsem vždy o panspermickém přenosu – tedy cestování spor života do vesmíru, jejich přežití a následném přenosu na jiné těleso – uvažoval jako o jevu víceméně nahodilém a vzácném, který se děje jen ojediněle, pokud do planety nesoucí život udeří impaktor o správné velikosti, rychlosti a úhlu dopadu, a vymrští odtud do kosmu kus místního materiálu natolik šikovně, že přitom není roztaven ani jinak znehodnocen. A tento kus kamene či ledu pak ještě musí mít to štěstí, že dopadne na vhodné těleso, aniž se při dopadu vypaří nebo shoří v atmosféře. To se (alespoň v dnešní době) děje extrémně vzácně – regulérní planety mají silnou gravitaci, která neumožní jen tak nějakému meteoritu posílat kamení na oběžnou dráhu, a navíc zpravidla i atmosféru, která to samozřejmě dál komplikuje.

Samozřejmě, v minulosti padalo víc komet a planetek, a času bylo dost, takže takovýto přenos nemůžeme vyloučit, dobrým „donorem“ panspermií se zdá být zejména Mars se svou nižší gravitací a řidší atmosférou, pokud tam kdy vznikl život. Ale rozhodně to není běžný jev, pokud se vůbec udál, pak k tomu došlo jen několikrát za celou dobu existence planet.

Malé planetky a komety, jak jsem zde uvedl, těžko mohly být místem vzniku života, a tudíž jako zdroj panspermií nepřipadají v úvahu – i když mohou být „akceptory“.

Ovšem objevy Cassiniho z Enceladu (k dohledání na http://saturn.jpl.nasa.gov/home/) naznačují, že může být i jiná cesta. Enceladus, ačkoli je miniaturní, dost možná hostí v nitru kapalnou vodu, a to po celou dobu své existence. Navíc tato voda tryská do kosmu v podobě gejzírů, a mikroskopické ledové částice mohou Enceladus opustit a stávají se součástí Saturnových prstenců.

Co to znamená? Život mohl vzniknout v Enceladově teplém nitru (viz Život pod ledem), a v gejzírových průduších se dokonce mohl průběžně a „nenásilně“ adaptovat na drsné životní podmínky – zimu, variabilní podmínky a kosmické záření. Tak by se tedy naučil např. sporulovat či jinak snášet nešetrné zacházení. A celkem často mohou být někteří neopatrní mikrobi či jejich spory strženi proudem a vymrštěni do vakua. Potom by byla celá Saturnova soustava plná zárodků života. Jako cíl se úplně naskýtá Titan – se svou hustou atmosférou tlumící dopad (malé částice se zbrzdí, aniž shoří!) je ideálním příjemcem. Ale ani vzdálenější cíle nemusejí být nedosažitelné. Mikroskopická ledová částice sice neposkytne bakterii takový radiační štít jako několikakilový kámen, tudíž její přežití je silně ohroženo, ale kvantita se také počítá – a kvantita částic unikajících z Enceladu je obrovská, zatímco kamení ze Země odlétá jen v podobě ojedinělých kusů jednou za x miliónů let. Samozřejmě je otázka, co se stane, když zrnko ledu se sporami vlétne do teplejších částí soustavy – led vysublimuje, a nechá spory nahé, což ani ony nevydrží dlouho, vesmír je přeci jen vesmír. Ale pokud spory cestou přestoupí na větší a odolnější těleso (kometu) a ukryjí se pod povrchem, proč ne?

Není důvod věřit, že takových míst jako je Enceladus není, nebo alespoň dříve nebylo, ve Sluneční soustavě více. Jakmile na jediném takovém aktivním měsíčku vznikl život, nebo tam byl odjinud zanesen, mohl být celý solární systém zakrátko totálně prosycen jeho sporami. Panspermie tohoto typu se mohly stát nedílnou součástí historie života, a pokud byly běžné, život se mohl pro cestování dokonce adaptovat. Pokud se adaptoval pro cestování, mohl být roznesen na kdejakou kometu (ať už tam žije aktivně či čeká ve zmrzlém stavu) a dokonce i mimo Sluneční soustavu.

Každopádně se to dozvíme. Není nic jednoduššího než prozkoumat Enceladus, zda tam něco žije. (Samozřejmě mystifikuji – existuje spousta mnohem jednodušších věcí než letět na Enceladus, že ano). A pokud objevíme život na více planetách, bude (doufejme) snadné zjistit, zda vznikal nezávisle (tedy v izolaci), nebo na více místech z jednoho společného předka – tedy panspermicky.