Dalam film "Avatar", kita dapat melihat sekilas bahwa bulan alien Pandora penuh dengan kehidupan alien. Ada 50 juta organisme bakteri dalam satu gram tanah, dan biomassa bakteri di seluruh dunia melebihi semua tanaman dan hewan. Mikroba dapat tumbuh di lingkungan yang ekstrem seperti suhu, salinitas, keasaman, radiasi, dan tekanan. Bentuk yang paling mungkin di mana kita akan menemukan kehidupan di tempat lain di tata surya kita adalah mikroba.
Ahli astrobiologi perlu strategi untuk menyimpulkan keberadaan kehidupan mikroba asing atau sisa-sisa fosilnya. Mereka membutuhkan strategi untuk menyimpulkan keberadaan makhluk asing di planet-planet yang jauh dari bintang-bintang lain, yang terlalu jauh untuk dijelajahi dengan pesawat ruang angkasa di masa mendatang. Untuk melakukan hal-hal ini, mereka merindukan definisi kehidupan, yang akan memungkinkan untuk membedakan kehidupan dari yang bukan kehidupan.
Sayangnya, seperti yang kita lihat dalam seri pertama seri ini, meskipun ada pertumbuhan besar dalam pengetahuan kita tentang makhluk hidup, para filsuf dan ilmuwan tidak dapat menghasilkan definisi seperti itu. Ahli astrobiologi bekerja sebaik mungkin dengan definisi yang parsial, dan yang memiliki pengecualian. Pencarian mereka disesuaikan dengan fitur-fitur kehidupan di Bumi, satu-satunya kehidupan yang saat ini kita kenal.
Dalam angsuran pertama, kita melihat bagaimana komposisi kehidupan darat memengaruhi pencarian kehidupan di luar bumi. Astrobiolog mencari lingkungan yang dulu mengandung atau saat ini mengandung air cair, dan yang mengandung molekul kompleks berdasarkan karbon. Namun, banyak ilmuwan memandang ciri-ciri penting kehidupan sebagai yang berkaitan dengan kapasitasnya dan bukan komposisinya.
Pada tahun 1994, sebuah komite NASA mengadopsi definisi kehidupan sebagai "sistem kimia mandiri yang mampu evolusi Darwin", berdasarkan saran dari Carl Sagan. Definisi ini mengandung dua fitur, metabolisme dan evolusi, yang biasanya disebutkan dalam definisi kehidupan.
Metabolisme adalah serangkaian proses kimia yang dengannya makhluk hidup secara aktif menggunakan energi untuk mempertahankan diri, tumbuh, dan berkembang. Menurut hukum kedua termodinamika, sistem yang tidak berinteraksi dengan lingkungan eksternalnya akan menjadi lebih tidak teratur dan seragam dengan waktu. Makhluk hidup membangun dan mempertahankan keadaan mustahil mereka, yang sangat terorganisir karena mereka memanfaatkan sumber energi di lingkungan eksternal mereka untuk memberi energi pada metabolisme mereka.
Tumbuhan dan beberapa bakteri menggunakan energi sinar matahari untuk membuat molekul organik yang lebih besar dari sub-unit yang lebih sederhana. Molekul-molekul ini menyimpan energi kimia yang nantinya dapat diekstraksi oleh reaksi kimia lain untuk menguatkan metabolisme mereka. Hewan dan beberapa bakteri mengkonsumsi tanaman atau hewan lain sebagai makanan. Mereka memecah molekul organik kompleks dalam makanan mereka menjadi lebih sederhana, untuk mengekstraksi energi kimia yang tersimpan. Beberapa bakteri dapat menggunakan energi yang terkandung dalam bahan kimia yang berasal dari sumber tidak hidup dalam proses kemosintesis.
Dalam artikel 2014 di Astrobiologi, Lucas John Mix, seorang ahli biologi evolusi Harvard, menyebut definisi metabolisme kehidupan sebagai Kehidupan Haldane setelah fisiologis perintis J. B. S. Haldane. Definisi kehidupan Haldane memiliki masalah. Tornado dan vortisitas seperti Bintik Merah Besar Jupiter menggunakan energi lingkungan untuk mempertahankan struktur tertib mereka, tetapi tidak hidup. Api menggunakan energi dari lingkungannya untuk menopang dirinya sendiri dan tumbuh, tetapi juga tidak hidup.
Terlepas dari kekurangannya, para astrobiologis telah menggunakan definisi Haldane untuk merancang eksperimen. Pendarat Viking Mars melakukan satu-satunya upaya sejauh ini untuk secara langsung menguji kehidupan makhluk luar angkasa, dengan mendeteksi aktivitas metabolisme mikroba Mars yang seharusnya. Mereka berasumsi bahwa metabolisme Mars secara kimiawi mirip dengan rekan terestrialnya.
Satu percobaan berusaha mendeteksi pemecahan metabolisme nutrisi menjadi molekul yang lebih sederhana untuk mengekstraksi energi mereka. Yang kedua bertujuan untuk mendeteksi oksigen sebagai produk limbah fotosintesis. Yang ketiga mencoba menunjukkan pembuatan molekul organik kompleks dari subunit yang lebih sederhana, yang juga terjadi selama fotosintesis. Ketiga percobaan tersebut tampaknya memberikan hasil positif, tetapi banyak peneliti percaya bahwa temuan terperinci dapat dijelaskan tanpa biologi, oleh agen pengoksidasi kimia di dalam tanah.
Beberapa hasil Viking masih kontroversial hingga hari ini. Pada saat itu, banyak peneliti merasa bahwa kegagalan untuk menemukan bahan organik di tanah Mars mengesampingkan interpretasi biologis dari hasil metabolisme. Temuan yang lebih baru bahwa tanah Mars sebenarnya mengandung molekul organik yang mungkin telah dihancurkan oleh perklorat selama analisis Viking, dan bahwa air cair pernah melimpah di permukaan Mars memberikan kemungkinan masuk akal baru dengan klaim bahwa Viking mungkin sebenarnya berhasil mendeteksi kehidupan. Namun, sendiri, hasil Viking tidak membuktikan bahwa kehidupan ada di Mars atau mengesampingkannya.
Aktivitas metabolisme kehidupan juga dapat meninggalkan jejaknya pada komposisi atmosfer planet. Pada tahun 2003, pesawat ruang angkasa Mars Express Eropa mendeteksi jejak metana di atmosfer Mars. Pada Desember 2014, tim ilmuwan NASA melaporkan bahwa penjelajah Curiosity Mars telah mengkonfirmasi temuan ini dengan mendeteksi metana atmosfer dari permukaan Mars.
Sebagian besar metana di atmosfer Bumi dilepaskan oleh organisme hidup atau sisa-sisa mereka. Ekosistem bakteri bawah tanah yang menggunakan kemosintesis sebagai sumber energi adalah umum, dan mereka menghasilkan metana sebagai produk limbah metabolisme. Sayangnya, ada juga proses geokimia non-biologis yang dapat menghasilkan metana. Jadi, sekali lagi, metana Mars sangat membingungkan sebagai tanda kehidupan.
Planet ekstrasurya yang mengorbit bintang lain terlalu jauh untuk dikunjungi dengan pesawat ruang angkasa di masa mendatang. Ahli astrobiologi masih berharap untuk menggunakan definisi Haldane untuk mencari kehidupan pada mereka. Dengan teleskop ruang angkasa yang dekat, para astronom berharap dapat mempelajari komposisi atmosfer planet-planet ini dengan menganalisis spektrum panjang gelombang cahaya yang dipantulkan atau ditransmisikan oleh atmosfer mereka. James Webb Space Telescope yang dijadwalkan diluncurkan pada 2018, akan menjadi yang pertama yang berguna dalam proyek ini. Astrobiolog ingin mencari biomarker atmosfer; gas yang merupakan produk limbah metabolisme organisme hidup.
Sekali lagi, pencarian ini dipandu oleh satu-satunya contoh dari planet penampung kehidupan yang saat ini kita miliki; Bumi. Sekitar 21% dari atmosfer planet rumah kita adalah oksigen. Ini mengejutkan karena oksigen adalah gas yang sangat reaktif yang cenderung masuk ke dalam kombinasi kimia dengan zat lain. Oksigen gratis harus dengan cepat hilang dari udara kita. Itu tetap hadir karena kehilangan terus-menerus digantikan oleh tanaman dan bakteri yang melepaskannya sebagai produk sisa metabolisme fotosintesis.
Jejak metana hadir di atmosfer Bumi karena bakteri kemosintetik. Karena metana dan oksigen bereaksi satu sama lain, tidak ada yang akan bertahan lama kecuali organisme hidup terus-menerus mengisi pasokan. Atmosfer bumi juga mengandung jejak gas-gas lain yang merupakan produk sampingan metabolik.
Secara umum, makhluk hidup menggunakan energi untuk mempertahankan atmosfer Bumi dalam keadaan yang jauh dari keseimbangan termodinamika yang akan dicapai tanpa kehidupan. Ahli astrobiologi akan mencurigai planet mana pun yang memiliki atmosfer dalam kondisi yang sama dalam menyimpan kehidupan. Tetapi, untuk kasus-kasus lain, akan sulit untuk sepenuhnya mengesampingkan kemungkinan non-biologis.
Selain metabolisme, komite NASA mengidentifikasi evolusi sebagai kemampuan mendasar makhluk hidup. Agar proses evolusi dapat terjadi, harus ada sekelompok sistem, di mana masing-masing mampu mereproduksi dirinya dengan andal. Terlepas dari keandalan umum reproduksi, harus juga ada kesalahan penyalinan acak sesekali dalam proses reproduksi sehingga sistem memiliki sifat yang berbeda. Akhirnya, sistem harus berbeda dalam kemampuan mereka untuk bertahan hidup dan bereproduksi berdasarkan manfaat atau kewajiban dari sifat khas mereka di lingkungan mereka. Ketika proses ini diulangi berulang-ulang dari generasi ke generasi, sifat-sifat sistem akan menjadi lebih baik disesuaikan dengan lingkungannya. Sifat-sifat yang sangat kompleks kadang-kadang dapat berkembang secara bertahap.
Campur beri nama ini Kehidupan Darwin definisi, setelah naturalis abad ke-19 Charles Darwin, yang merumuskan teori evolusi. Seperti definisi Haldane, definisi kehidupan Darwin memiliki kekurangan penting. Ini memiliki masalah termasuk semua yang kita anggap hidup. Bagal, misalnya, tidak dapat mereproduksi, dan oleh karenanya, menurut definisi ini, tidak dianggap hidup.
Terlepas dari kekurangan tersebut, definisi kehidupan Darwin sangat penting, baik bagi para ilmuwan yang mempelajari asal usul kehidupan dan astrobiologis. Versi modern dari teori Darwin dapat menjelaskan bagaimana bentuk kehidupan yang beragam dan kompleks dapat berkembang dari beberapa bentuk sederhana awal. Sebuah teori tentang asal usul kehidupan diperlukan untuk menjelaskan bagaimana bentuk sederhana awal memperoleh kapasitas untuk berevolusi.
Sistem kimia atau bentuk kehidupan yang ditemukan di planet atau bulan lain di tata surya kita mungkin sangat sederhana sehingga mereka dekat dengan batas antara kehidupan dan non-kehidupan yang ditetapkan oleh definisi Darwin. Definisi ini mungkin menjadi sangat penting bagi para ahli astrobiologi yang mencoba memutuskan apakah sistem kimia yang mereka temukan benar-benar memenuhi syarat sebagai bentuk kehidupan. Ahli biologi masih belum tahu bagaimana kehidupan berasal. Jika astrobiolog dapat menemukan sistem di dekat batas Darwin, temuan mereka mungkin sangat penting untuk memahami asal usul kehidupan.
Dapatkah astrobiolog menggunakan definisi Darwin untuk menemukan dan mempelajari kehidupan di luar bumi? Kecil kemungkinan bahwa pesawat ruang angkasa yang berkunjung dapat mendeteksi proses evolusi itu sendiri. Tapi, itu mungkin mampu mendeteksi struktur molekul yang dibutuhkan organisme hidup untuk mengambil bagian dalam proses evolusi. Filsuf Mark Bedau telah mengusulkan bahwa sistem minimal yang mampu menjalani evolusi perlu memiliki tiga hal: 1) proses metabolisme kimia, 2) wadah, seperti membran sel, untuk menetapkan batas-batas sistem, dan 3) bahan kimia "Program" yang mampu mengarahkan aktivitas metabolisme.
Di Bumi ini, program kimianya didasarkan pada DNA molekul genetik. Banyak ahli teori asal mula berpikir bahwa molekul genetik dari bentuk kehidupan terestrial paling awal mungkin adalah molekul sederhana ribonucleic acid (RNA). Program genetik penting untuk proses evolusi karena membuat proses penyalinan reproduksi stabil, dengan hanya kesalahan sesekali.
Baik DNA dan RNA adalah biopolimer; molekul seperti rantai panjang dengan banyak subunit berulang. Urutan spesifik subunit basa nukleotida dalam molekul ini mengkodekan informasi genetik yang mereka bawa. Agar molekul dapat menyandikan semua urutan informasi genetik yang mungkin, maka subunit harus dimungkinkan untuk terjadi dalam urutan apa pun.
Steven Benner, seorang peneliti genomik komputasi, percaya bahwa kita mungkin dapat mengembangkan eksperimen pesawat ruang angkasa untuk mendeteksi biopolimer genetik alien. Dia mencatat bahwa DNA dan RNA adalah biopolimer yang sangat tidak biasa karena mengubah urutan subunit mereka terjadi tidak mengubah sifat kimianya. Sifat yang tidak biasa inilah yang memungkinkan molekul-molekul ini menjadi pembawa yang stabil dari setiap urutan kode genetik yang memungkinkan.
DNA dan RNA keduanya adalah polielektrolit; molekul dengan daerah yang berulang secara teratur dari muatan listrik negatif. Benner percaya bahwa inilah yang menyebabkan stabilitas luar biasa mereka. Dia berpikir bahwa setiap biopolimer genetik alien juga perlu menjadi polielektrolit, dan bahwa tes kimia dapat dirancang dengan mana pesawat ruang angkasa dapat mendeteksi molekul polielektrolit tersebut. Menemukan mitra DNA dari alien adalah prospek yang sangat menarik, dan bagian lain dari teka-teki mengidentifikasi kehidupan alien.
Pada tahun 1996 Presiden Clinton, membuat pengumuman dramatis tentang kemungkinan penemuan kehidupan di Mars. Pidato Clinton dimotivasi oleh temuan tim David McKay dengan meteorit Alan Hills. Faktanya, penemuan McKay ternyata hanya sepotong untuk teka-teki yang lebih besar dari kemungkinan kehidupan Mars. Kecuali jika seorang alien suatu hari berjalan melewati kamera yang menunggu, pertanyaan apakah ada kehidupan di luar bumi tidak mungkin diselesaikan dengan satu eksperimen atau terobosan dramatis yang tiba-tiba. Para filsuf dan ilmuwan tidak memiliki definisi kehidupan tunggal yang pasti. Sebagai akibatnya, ahli astrobiologi tidak memiliki satu tes pasti yang akan menyelesaikan masalah. Jika bentuk-bentuk kehidupan yang sederhana memang ada di Mars, atau di tempat lain di tata surya, sekarang tampaknya fakta itu akan muncul secara bertahap, berdasarkan pada banyak bukti. Kami tidak akan benar-benar tahu apa yang kami cari sampai kami menemukannya.
Referensi dan bacaan lebih lanjut:
P. Anderson (2011) Bisakah Curiosity Menentukan apakah Viking Menemukan Kehidupan di Mars ?, Space Magazine.
S. K. Atreya, P. R. Mahaffy, A-S. Wong, (2007), Metana dan spesies jejak terkait di Mars: Asal, hilangnya, implikasi bagi kehidupan, dan kelayakhunian, Ilmu Planet dan Luar Angkasa, 55:358-369.
M. A. Bedau (2010), An Aristotelian akun kehidupan kimia minimal, Astrobiologi, 10(10): 1011-1020.
S. Benner (2010), Mendefinisikan kehidupan, Astrobiologi, 10(10):1021-1030.
E. Machery (2012), Kenapa saya berhenti khawatir 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 untuk kehidupan di Eropa: Membatasi faktor-faktor lingkungan, potensi habitat, dan analog Bumi. Astrobiologi 3(4):785-811.
L. J. Mix (2015), Membela definisi kehidupan, Astrobiologi, 15 (1) diposting online sebelum publikasi.
P. E. Patton (2014) Moons of Confusion: Mengapa Menemukan Kehidupan di Luar Bumi mungkin lebih sulit daripada yang kita duga, Space Magazine.
T. Reyes (2014) Curiosity Rover NASA mendeteksi Methane, Organics on Mars, Space Magazine.
S. Seeger, M. Schrenk, dan W. Bains (2012), Pandangan astrofisika gas biosignature berbasis Bumi. Astrobiologi, 12(1): 61-82.
S. Tirard, M. Morange, dan A. Lazcano, (2010), Definisi kehidupan: Sejarah singkat dari upaya ilmiah yang sulit dipahami, Astrobiologi, 10(10):1003-1009.
C. Webster, dan banyak anggota tim Sains MSL lainnya, (2014) Deteksi dan variabilitas metana Mars di kawah Gale, Ilmu, Sains mengungkapkan konten awal.
Apakah Viking Mars pendarat menemukan blok bangunan kehidupan? Bagian yang hilang menginspirasi tampilan baru pada puzzle. Science Featured Research Research 5 September 2010
Rover NASA menemukan kimia organik kuno dan aktif di Mars, Jet Propulsion laboratory, California Institute of Technology, News, 16 Desember 2014.
