Dalam film "Avatar", kita dapat mengetahui sekilas bahwa Pandora bulan asing penuh dengan kehidupan alien. Terdapat 50 juta organisma bakteria dalam satu gram tanah, dan biojisim bakteria di seluruh dunia melebihi jumlah semua tumbuhan dan haiwan. Mikroba dapat tumbuh di lingkungan suhu, salinitas, keasidan, radiasi, dan tekanan yang melampau. Bentuk yang paling mungkin di mana kita akan menghadapi kehidupan di tempat lain di sistem suria kita adalah mikroba.
Ahli astrobiologi memerlukan strategi untuk menyimpulkan kehadiran kehidupan mikroba asing atau sisa-sisa fosilnya. Mereka memerlukan strategi untuk menyimpulkan kehadiran kehidupan makhluk asing di planet-planet lain yang jauh, yang terlalu jauh untuk dijelajahi dengan kapal angkasa pada masa yang akan datang. Untuk melakukan perkara-perkara ini, mereka memerlukan definisi kehidupan, yang memungkinkan untuk membezakan kehidupan dengan bukan kehidupan dengan pasti.
Sayangnya, seperti yang kita lihat pada ansuran pertama siri ini, walaupun pengetahuan kita tentang makhluk hidup berkembang pesat, ahli falsafah dan saintis tidak dapat menghasilkan definisi seperti itu. Ahli astrobiologi dapat memanfaatkan seboleh-bolehnya dengan definisi yang bersifat separa, dan yang mempunyai pengecualian. Pencarian mereka disesuaikan dengan ciri-ciri kehidupan di Bumi, satu-satunya kehidupan yang kita tahu sekarang.
Pada ansuran pertama, kami melihat bagaimana komposisi kehidupan terestrial mempengaruhi pencarian kehidupan di luar bumi. Ahli astrobiologi mencari persekitaran yang dulunya mengandungi atau cair air, dan yang mengandungi molekul kompleks berdasarkan karbon. Akan tetapi, banyak saintis memandang ciri-ciri penting kehidupan yang berkaitan dengan keupayaannya dan bukannya komposisinya.
Pada tahun 1994, sebuah komite NASA mengadopsi definisi kehidupan sebagai "sistem kimia mandiri yang mampu evolusi Darwin", berdasarkan saranan Carl Sagan. Definisi ini mengandungi dua ciri, metabolisme dan evolusi, yang biasanya disebut dalam definisi kehidupan.
Metabolisme adalah sekumpulan proses kimia di mana makhluk hidup menggunakan tenaga secara aktif untuk mengekalkan diri, tumbuh dan berkembang. Menurut undang-undang termodinamik kedua, sistem yang tidak berinteraksi dengan persekitaran luarannya akan menjadi lebih tidak teratur dan seragam dengan masa. Makhluk hidup membina dan mengekalkan keadaannya yang sangat mustahil, sangat teratur kerana mereka memanfaatkan sumber tenaga di persekitaran luaran mereka untuk menguatkan metabolisme mereka.
Tumbuhan dan beberapa bakteria menggunakan tenaga cahaya matahari untuk menghasilkan molekul organik yang lebih besar daripada subunit yang lebih sederhana. Molekul-molekul ini menyimpan tenaga kimia yang kemudiannya dapat diekstraksi oleh reaksi kimia lain untuk menguatkan metabolisme mereka. Haiwan dan beberapa bakteria memakan tumbuhan atau haiwan lain sebagai makanan. Mereka memecah molekul organik kompleks dalam makanan mereka menjadi lebih mudah, untuk mengekstrak tenaga kimia tersimpan mereka. Sebilangan bakteria dapat menggunakan tenaga yang terkandung dalam bahan kimia yang berasal dari sumber bukan hidup dalam proses kemosintesis.
Dalam artikel 2014 di Astrobiologi, Lucas John Mix, ahli biologi evolusi Harvard, merujuk kepada definisi metabolik kehidupan sebagai Kehidupan Haldane selepas ahli fisiologi perintis J. B. S. Haldane. Definisi kehidupan Haldane mempunyai masalahnya. Tornado dan pusaran seperti Jupiter's Great Red Spot menggunakan tenaga persekitaran untuk mengekalkan strukturnya yang teratur, tetapi tidak hidup. Api menggunakan tenaga dari persekitarannya untuk mengekalkan dan membesar, tetapi juga tidak hidup.
Walaupun kekurangannya, ahli astrobiologi telah menggunakan definisi Haldane untuk membuat eksperimen. Pendarat Viking Mars melakukan satu-satunya usaha sejauh ini untuk secara langsung menguji kehidupan luar bumi, dengan mengesan aktiviti metabolisme mikroba Martian yang seharusnya. Mereka beranggapan bahawa metabolisme Mars serupa secara kimia dengan rakan sejawatnya.
Satu eksperimen berusaha untuk mengesan pemecahan metabolisme nutrien menjadi molekul yang lebih sederhana untuk mengekstrak tenaga mereka. Yang kedua bertujuan untuk mengesan oksigen sebagai produk sisa fotosintesis. Yang ketiga cuba menunjukkan pembuatan molekul organik kompleks daripada subunit yang lebih sederhana, yang juga berlaku semasa fotosintesis. Ketiga-tiga eksperimen nampaknya memberikan hasil yang positif, tetapi banyak penyelidik percaya bahawa penemuan terperinci dapat dijelaskan tanpa biologi, oleh agen pengoksidaan kimia di dalam tanah.
Sebilangan hasil Viking tetap menjadi kontroversi hingga hari ini. Pada masa itu, banyak penyelidik merasakan bahawa kegagalan mencari bahan organik di tanah Martian mengesampingkan tafsiran biologi hasil metabolik. Penemuan yang lebih baru bahawa tanah Martian sebenarnya mengandungi molekul organik yang mungkin telah dimusnahkan oleh perklorat semasa analisis Viking, dan bahawa air cair pernah melimpah di permukaan Marikh memberikan kemungkinan baru untuk dakwaan bahawa Viking mungkin benar-benar berjaya mengesan kehidupan. Namun, dengan sendirinya, hasil Viking tidak membuktikan bahawa kehidupan ada di Marikh dan juga tidak dapat mengesampingkannya.
Kegiatan metabolik kehidupan juga dapat meninggalkan kesan pada komposisi atmosfer planet. Pada tahun 2003, kapal angkasa Eropah Mars Express mengesan jejak metana di atmosfer Martian. Pada bulan Disember 2014, sepasukan saintis NASA melaporkan bahawa penjelajah Curiosity Mars telah mengesahkan penemuan ini dengan mengesan metana atmosfera dari permukaan Martian.
Sebilangan besar metana di atmosfer Bumi dibebaskan oleh organisma hidup atau mayatnya. Ekosistem bakteria bawah tanah yang menggunakan kemosintesis sebagai sumber tenaga adalah perkara biasa, dan mereka menghasilkan metana sebagai produk sisa metabolik. Malangnya, terdapat juga proses geokimia bukan biologi yang dapat menghasilkan metana. Oleh itu, sekali lagi, metana Martian tidak jelas sebagai tanda kehidupan.
Planet ekstrasur yang mengorbit bintang lain terlalu jauh untuk dikunjungi dengan kapal angkasa pada masa akan datang. Ahli astrologi masih berharap dapat menggunakan definisi Haldane untuk mencari kehidupan pada mereka. Dengan teleskop ruang angkasa yang akan datang, para astronom berharap dapat mengetahui komposisi atmosfer planet-planet ini dengan menganalisis spektrum panjang gelombang cahaya yang dipantulkan atau dihantar oleh atmosfera mereka. Teleskop Angkasa James Webb yang dijadualkan dilancarkan pada 2018, akan menjadi yang pertama berguna dalam projek ini. Ahli astrobiologi ingin mencari biomarker atmosfera; gas yang merupakan produk sisa metabolisme organisma hidup.
Sekali lagi, pencarian ini dipandu oleh satu-satunya contoh planet hidup yang kita ada sekarang; Bumi. Sebanyak 21% atmosfer planet rumah kita adalah oksigen. Ini mengejutkan kerana oksigen adalah gas yang sangat reaktif yang cenderung masuk ke dalam kombinasi kimia dengan bahan lain. Oksigen bebas akan cepat hilang dari udara kita. Ia tetap berlaku kerana kehilangannya terus digantikan oleh tumbuhan dan bakteria yang melepaskannya sebagai produk sisa metabolisme fotosintesis.
Jejak metana terdapat di atmosfera Bumi kerana bakteria chemosynthetic. Oleh kerana metana dan oksigen bertindak balas satu sama lain, keduanya tidak akan tinggal lama kecuali organisma hidup sentiasa menambah bekalannya. Atmosfera bumi juga mengandungi jejak gas lain yang merupakan hasil sampingan metabolik.
Secara umum, makhluk hidup menggunakan tenaga untuk mengekalkan atmosfera Bumi dalam keadaan yang jauh dari keseimbangan termodinamik yang akan dicapai tanpa kehidupan. Ahli astrobiologi akan mengesyaki mana-mana planet dengan atmosfer dalam keadaan yang serupa dengan kehidupan. Tetapi, seperti kes-kes lain, sukar untuk menolak kemungkinan bukan biologi.
Selain metabolisme, jawatankuasa NASA mengenal pasti evolusi sebagai keupayaan asas makhluk hidup. Agar proses evolusi berlaku mesti ada sekumpulan sistem, di mana masing-masing mampu menghasilkan semula dengan pasti. Walaupun terdapat kebolehpercayaan pembiakan secara umum, terdapat juga kesalahan penyalinan secara rawak dalam proses pembiakan sehingga sistem mempunyai ciri-ciri yang berbeza. Akhirnya, sistem mesti berbeza dalam kemampuan mereka untuk bertahan dan berkembang biak berdasarkan faedah atau tanggungjawab ciri khas mereka di persekitaran mereka. Apabila proses ini diulang berulang-ulang dari generasi ke generasi, sifat sistem akan menjadi lebih sesuai dengan persekitaran mereka. Ciri-ciri yang sangat kompleks kadang-kadang dapat berkembang dengan cara langkah demi langkah.
Campuran menamakan ini sebagai Kehidupan Darwin definisi, setelah naturalis abad kesembilan belas Charles Darwin, yang merumuskan teori evolusi. Seperti definisi Haldane, definisi kehidupan Darwin mempunyai kekurangan penting. Ia mempunyai masalah termasuk semua yang mungkin kita fikirkan masih hidup. Mula, misalnya, tidak dapat menghasilkan semula, dan oleh definisi ini, tidak dikira masih hidup.
Walaupun terdapat kekurangan seperti itu, definisi kehidupan Darwin sangat penting, baik bagi para saintis yang mengkaji asal usul kehidupan dan ahli astrobiologi. Versi moden teori Darwin dapat menjelaskan bagaimana bentuk kehidupan yang pelbagai dan kompleks dapat berkembang dari beberapa bentuk sederhana awal. Teori mengenai asal usul kehidupan diperlukan untuk menjelaskan bagaimana bentuk sederhana awal memperoleh keupayaan untuk berkembang di tempat pertama.
Sistem kimia atau bentuk kehidupan yang terdapat di planet atau bulan lain di sistem suria kita mungkin begitu sederhana sehingga mendekati batas antara kehidupan dan bukan kehidupan yang ditentukan oleh definisi Darwin. Definisi itu mungkin menjadi penting bagi ahli astrobiologi yang berusaha memutuskan sama ada sistem kimia yang mereka temui benar-benar memenuhi syarat sebagai bentuk kehidupan. Ahli biologi masih tidak tahu bagaimana kehidupan bermula. Sekiranya ahli astrobiologi dapat menemui sistem di dekat sempadan Darwin, penemuan mereka mungkin sangat penting untuk memahami asal usul kehidupan.
Bolehkah ahli astrobiologi menggunakan definisi Darwin untuk mencari dan mengkaji kehidupan luar bumi? Tidak mungkin kapal angkasa yang berkunjung dapat mengesan proses evolusi itu sendiri. Tetapi, ia mungkin dapat mengesan struktur molekul yang diperlukan oleh organisma hidup untuk mengambil bahagian dalam proses evolusi. Ahli falsafah Mark Bedau telah mengusulkan bahawa sistem minimum yang mampu menjalani evolusi perlu memiliki tiga hal: 1) proses metabolik kimia, 2) wadah, seperti membran sel, untuk menetapkan batas sistem, dan 3) bahan kimia "Program" yang mampu mengarahkan aktiviti metabolik.
Di Bumi, program kimia berdasarkan DNA molekul genetik. Banyak ahli teori asal-usul kehidupan berpendapat bahawa molekul genetik dari bentuk kehidupan terestrial paling awal mungkin merupakan asid ribonukleat molekul yang lebih sederhana (RNA). Program genetik penting untuk proses evolusi kerana menjadikan proses penyalinan pembiakan menjadi stabil, hanya dengan kesalahan sesekali.
Kedua-dua DNA dan RNA adalah biopolimer; molekul berantai panjang dengan banyak subunit berulang. Urutan spesifik subunit asas nukleotida dalam molekul ini menyandikan maklumat genetik yang mereka bawa. Supaya molekul dapat menyandikan semua urutan maklumat genetik yang mungkin, subunit mesti berlaku dalam urutan apa pun.
Steven Benner, seorang penyelidik genomik komputasi, percaya bahawa kita mungkin dapat mengembangkan eksperimen kapal angkasa untuk mengesan biopolimer genetik asing. Dia menyatakan bahawa DNA dan RNA adalah biopolimer yang sangat luar biasa kerana mengubah urutan di mana subunitnya berlaku tidak mengubah sifat kimianya. Ini adalah sifat yang tidak biasa yang membolehkan molekul-molekul ini menjadi pembawa stabil bagi sebarang urutan kod genetik.
DNA dan RNA kedua-duanya adalah polyelectrolytes; molekul dengan kawasan berulang dengan cas elektrik negatif. Benner percaya bahawa inilah yang menyumbang kepada kestabilan mereka yang luar biasa. Dia berpendapat bahawa mana-mana biopolimer genetik alien juga perlu menjadi polielektrolit, dan ujian kimia dapat dibuat dengan mana kapal angkasa dapat mengesan molekul polielektrolit tersebut. Mencari DNA makhluk asing adalah prospek yang sangat mengasyikkan, dan satu lagi teka-teki mengenal pasti kehidupan makhluk asing.
Pada tahun 1996 Presiden Clinton, membuat pengumuman dramatik mengenai kemungkinan penemuan kehidupan di Marikh. Ucapan Clinton didorong oleh penemuan pasukan David McKay dengan meteorit Alan Hills. Sebenarnya, penemuan McKay ternyata hanya satu bahagian dari teka-teki kehidupan Martian yang lebih besar. Kecuali suatu hari nanti makhluk asing melepasi kamera penantian kita, persoalan sama ada atau tidaknya kehidupan di luar bumi tidak mungkin diselesaikan dengan satu eksperimen atau penembusan dramatik secara tiba-tiba. Ahli falsafah dan saintis tidak mempunyai satu definisi hidup yang pasti. Oleh itu, ahli astrologi tidak mempunyai satu ujian pasti yang dapat menyelesaikan masalah ini. Sekiranya wujud kehidupan yang sederhana di Marikh, atau di tempat lain di sistem suria, kini nampaknya fakta itu akan muncul secara beransur-ansur, berdasarkan banyak bukti bukti yang saling bertumpu. Kami tidak akan benar-benar tahu apa yang kami cari sehingga kami menjumpainya.
Rujukan dan bacaan selanjutnya:
P. Anderson (2011) Bolehkah Penasaran Menentukan apakah Viking Menemui Kehidupan di Marikh ?, Majalah Angkasa.
S. K. Atreya, P. R. Mahaffy, A-S. Wong, (2007), Metana dan spesies jejak yang berkaitan di Marikh: Asal, kehilangan, implikasi terhadap kehidupan, dan kebiasaan, Sains Planet dan Angkasa, 55:358-369.
M. A. Bedau (2010), akaun Aristotelian mengenai kehidupan kimia minimum, Astrobiologi, 10(10): 1011-1020.
S. Benner (2010), Mendefinisikan kehidupan, Astrobiologi, 10(10):1021-1030.
E. Machery (2012), Mengapa saya berhenti bimbang tentang definisi hidup ... dan mengapa anda juga harus, Sintesis, 185:145-164.
G. M. Marion, C. H. Fritsen, H. Eicken, M. C. Payne, (2003) Pencarian kehidupan di Europa: Mengehadkan faktor persekitaran, habitat berpotensi, dan analog Bumi. Astrobiologi 3(4):785-811.
L. J. Mix (2015), Mempertahankan definisi kehidupan, Astrobiologi, 15 (1) diposkan dalam talian sebelum penerbitan.
P. E. Patton (2014) Bulan Kekeliruan: Mengapa Mencari Kehidupan Luar Bumi mungkin lebih sukar daripada yang kita fikirkan, Space Magazine.
T. Reyes (2014) NASA's Curiosity Rover mengesan Methane, Organics on Mars, Space Magazine.
S. Seeger, M. Schrenk, dan W. Bains (2012), Pandangan astrofizik mengenai gas biosignature berasaskan Bumi. Astrobiologi, 12(1): 61-82.
S. Tirard, M. Morange, dan A. Lazcano, (2010), Definisi kehidupan: Sejarah ringkas usaha ilmiah yang sukar difahami, Astrobiologi, 10(10):1003-1009.
C. Webster, dan banyak lagi anggota pasukan Sains MSL, (2014) pengesanan dan kebolehubahan metana Mars di kawah Gale, Sains, Sains menyatakan kandungan awal.
Adakah pendarat Viking Mars menemui asas kehidupan? Potongan yang hilang memberi inspirasi kepada teka-teki baru. Penyelidikan Pilihan Harian Sains 5 September 2010
NASA rover menemukan kimia organik aktif dan kuno di Marikh, makmal Jet Propulsion, Institut Teknologi California, Berita, 16 Disember 2014.
