Astrobiológia
Úvod do kurzu - sylabus Astrobiológia ako veda História Súčasnosť
RNDr. Tomáš Paulech, PhD. KAFZM, FMFI UK Sylabus a kredity
• 0 Astrobiológia – čo a ako skúma • 1 Vesmírne objekty relevantné pre astrobiológiu (+ medzihv.chémia) • 2 ProtoZem (sformovanie, LHB, hydrosféra, atmosféra, biogénne prvky) • 3 Život: definícia, abiogenéza, LUCA, RNA world a iné • 4 Nástroje života – Replikácia (DNA, RNA, dogma, genetika) • 5 Nástroje života – Metabolizmus (chemiosmóza, redox, auto/heterotrofia,...) • 6 Dejiny života na Zemi (fylogenéza, eukarya, vymierania, GOE) • 7 Evolúcia (prírodný výber, drift , speciácia) • 8 Limity biosféry, extremofily • 9 Hľadanie života – SS (Mars, Europa, Enceladus, iné) • 10 Obývateľná zóna, biosignatúry • 11 Hľadanie života – Exoplanéty (typy, štatistika, hľadanie) • 12 Hľadanie života: SETI (Fermiho paradox, SETI, Drakeova rov.)
• Podmienky absolvovania: ▫ Aktívna účasť ▫ Referát + prezentácia ▫ Testy priebežne • Literatúra a iné zdroje k prednáškam sú uvedené na web stránke predmetu Astrobiológia – čo je a čo študuje • „Study of the potential of the Universe to harbour life beyond Earth“ (Carl Pilcher, NASA ABI) • Astrobiológia = vedecká oblasť, ktorá študuje ▫ Pôvod ▫ Evolúciu ▫ Distribúciu ▫ Budúcnosť života vo vesmíre.
• 3 základné otázky: ▫ ako život vznikol a ako sa vyvinul? ▫ existuje život inde vo vesmíre? ▫ aká je budúcnosť života na Zemi a inde? Astrobiológia – výzvy
• Je život na Zemi vesmírny unikát, alebo je zákonitosťou? • Akú limity sú pre život určujúce? • Sú limity pre formy života univerzálne aj pre iné telesá? • Aké sú metódy hľadania života na iných vesmírnych telesách a na akých? • Aká je pravdepodobnosť nájsť inteligentné formy života a ako s nimi komunikovať? • Môžeme osídliť iné vesmírne telesá a za akú cenu (pre nás aj pre hostiteľskú planétu)? Astrobiológia ako veda
• integruje náuky o vesmíre, Zemi, živote a spoločnosti ▫ Astronómia a Astrofyzika ▫ Chémia ▫ Biológia ▫ Geofyzika ▫ Meteorológia ▫ Kozmonautika ▫ Psychológia/Sociológia • disponuje jediným nereprodukovateľným experimentom (podobne ako kozmológia) ▫ zrejme nikdy nezistíme presný scenár vzniku života na Zemi ▫ úlohou je nájsť v vzniku života možné zákonitosti a nutné predpoklady Astrobiológia – mozaika disciplín
Geo- a
Chémia Biochémia Biológia
Od neživého
a a evolúcia
k živémuk
života Pôvod
Biomarkery: Astronómia Atmosferická Chemické stopy Definícia a
chémia Prvotného života detekcia
Proto
Rover
Mis
ie Zem
Planetarne Geológia Vesmírne vedy technológie
Filozofia, Etika
Adaptované podľa Gargaud et al., 2018 3,48mld. rokov staré austrálske sedimenty so známkami prítomnosti baktérií Historické míľniky - astronómia
• Metrodorus (400BC, študent Demokrita, atomista) ▫ „Jediné zrno na veľkom poli je rovnako čudné ako jediný svet v nekonečnom vesmíre“ ▫ V dnešnej reči: vo vesmíre je 1011 galaxii, v galaxii typicky 2.1011hviezd ale iba jediný život? • G. Bruno, 16. stor., renesancia – hovorí o exoplanétach • G. Galilei, 16. stor. – prelomové pozorovanie oblohy teleskopom (Mliečna cesta, Jupiterove mesiace, povrch Mesiaca, slnečné škvrny...) • Huygens , 17. stor. ▫ Objav Titanu, vysvetlenie prstencov Saturna ▫ Optika a mechanika (dostredivá sila), matematika ▫ Dažďové mraky na Marse, Venuši, Jupiteri dnes vieme že sú to púšte Marsu, a mraky Venuše a Jupitera považoval ich za mraky vody, ktoré využívajú miestne národy • W. Herschel, 18. stor. ▫ objav Uránu, objav IR žiarenia ▫ dokonale kruhové krátery na Mesiaci sú mestá a opevnenia Lunariánov • 19. stor. – Percival Lowell – kanály na Marse z kresieb G. Schiaparelliho ▫ pripisoval ich závlahovému systému Marťanov pri zániku ich civilizácie sa snažili zavlažovať z polárnych čiapok ▫ vyvrátil Mariner 4 v r.1965 – kanály sú na púšti Marsu
• Aj inak skvelí vedci robili veľmi naivné a nerealistcké predpovede (varovanie pre dnešok) Historické míľniky Astrobio • 1920 – A.Oparin+J.B.S.Haldane – teória abiogenézy • 1944 – Erwin Schroedinger – „What is life“ • 1952 – Urey+Miller (proto atmosféra) • 1953 – Watson+Crick (Franklinová)– 3D štruktúra DNA • 1960 - NASA Exobiology program (Joshua Lederberg) • 1982 - IAU comission 51 - „Bioastronómia“ 1996 - kauza meteoritu ALH84001 • 1990 - 2003 – Human Genome project • 2006 - 2008 – Astrobiology primer+NASA Roadmap • 2015 – IAU komisia F3 - premenovaná na Astrobiológia • 2019 – European Astrobiology Institute • AbSciCon – séria konferencií NASA – Astrobiology roadmap
• NASA Astrobiology roadmap ▫ prioritizuje snahu integrovať fyzikálne, chemické, biologické a sociálne vedy
• 7 špecifických cieľov ▫ pochopiť povahu a distribúciu obývateľných prostredí vo vesmíre ▫ preskúmať minulé a súčasné obývateľné prostredia, prebiotickú chémiu a známky života inde v Slnečnej sústave ▫ pochopiť, ako sa život vynoril z kozmických a planetárnych prekurzorov ▫ pochopiť, ako život v minulosti interagoval s meniacim sa planetárnym prostredím a Slnečnou sústavou všeobecne ▫ pochopiť evolučné mechanizmy a environmentálne limity života ▫ pochopiť princípy, ktoré budú formovať budúcnosť života na Zemi a inde ▫ zistiť, ako rozoznať signatúry života vo vesmíre a na ranej Zemi
• 3 hlavné komponenty implementácie ▫ vesmírny výskum ▫ výskum Zeme ▫ výskum s ľudskou posádkou (human exploration)
Historické míľniky – AB prieskum planét 1 • Sondy programu Mariner (USA) ▫ Prvý úspešný oblet (1965, Mariner4) ▫ Prvé umelé teleso na orbite inej planéty (1971, Mariner9) • Sondy programu Mars (ZSSR) ▫ Prvé mäkké pristátie na Marse (Mars 3, 1971), žiadne foto ▫ Mnoho technických zlyhaní (aj u iných programov) • 1976 - Viking 1+2 (USA) ▫ Prvé kvalitné snímky povrchu Marsu ▫ pokusy o meranie biologickej aktivity ▫ Kontroverzné výsledky • 1977s - Voyager 1+2 (USA) ▫ zlaté plakety a platne ▫ snímky prasklín v ľade Europy@Jup ▫ 2012 opustili Slnečnú sústavu Historické míľniky – AB prieskum planét 2 • 1995-2003: sonda Galileo - komplexný prieskum systému Jupitera • 1997 - Mars Global Surveyor - kompletná kartografia povrchu • 1997 - Mars Pathfinder+Sojourner - 1. rover na Marse • 2003 - Mars Express (ESA) – prvé dôkazy o vode na Marse ▫ Beagle 2 (UK, 2003) – tiež na palube MarsExpress, zničený pri pristátí • 2003 - Mars Exploration Rovers (rovery Spirit+Opportunity) • 2004-2017: Cassini-Huygens, Saturn + atmosféra Titan • 2008 - Phoenix lander- polárna oblasť ▫ dôkazy prítomnosti perchlorátov/solí/vody • 2008 - EXPOSE (@ISS) • 2009-2018 – sonda Kepler – objav tisícov exoplanét • 2012 Mars Science Laboratory (Curiosity rover) ▫ dedikovaná AB misia • 2014-2016: Rosetta/Philae, Comet Churyumov-Gerasimenko • 2015-2018 - Tanpopo (Kibo module@ISS) • 2016 – ExoMars (ESA) +TraceGasOrbiter ▫ Schiaparelli lander– stroskotal Historické míľniky – AB prieskum planét 3 • 2020 - Mars 2020+Perseverance (NASA) – na ceste • 2020- Orbitery, landery a rovery – Čína, SAE – na ceste
• 2020 - ExoMars rover (ESA) – mešká – 10/2022
• 2025 - Europa Clipper (NASA)
• Life marker chip – antigény hlavných biomolekúl pre detekciu mimo Zeme
• Koncepty: Icebreaker Life , Journey to Enceladus and Titan (JET) , Enceladus Life Finder (ELF) , Life Investigation For Enceladus (LIFE), Oceanus , Explorer of Enceladus and Titan (E2T) • SpaceX Starship??
Témy referátov - námety: • Biosignatúry – charakteristika a možnosti detekcie • Kyslík – molekula, ktorá zmenila svet • Vplyv hviezd na obývateľnosť planét • Metanogény a iné anaeróbne metabolizmy • Systém Trappist-1, Proxima-b a podobné • Exoplanéty – ich typy a obývateľnosť (nie metódy detekcie) • Pluto a Ceres – nováčikovia v zozname vodných svetov • Hľadanie vody – technológia detekcie povrchových a podpovrchových oceánov • Venuša – história a súčasnosť úvah o obývateľnosti • Extrémofily – história, kategorizácia, príklady • Sterilizácia sond – ako zabrániť kontaminácii telies pozemským životom
▫ Viaceré témy už boli spracované v uplynulých rokoch (môžu sa aj zopakovať) ▫ Iné podľa vašich preferencií z tém Astrobio