Interstelarna biologija - slanje tardigrada do zvijezda

Više ne samo u području znanstvene fantastike, mogućnost međuzvjezdanog putovanja pojavila se. Iako to možda nećemo vidjeti u našim životima, vode se rani razgovori o tome kako bi život mogao pobjeći s okova našeg Sunčevog sustava, koristeći tehnologiju koja je nadohvat ruke.

Profesori UC Santa Barbara Philip Lubin i Joel Rothman rođeni su u generaciji koja je vidjela napredak koji oduzima dah u istraživanju svemira te nose neobuzdani optimizam i kreativnu iskru ranog svemirskog doba, kada su ljudi prvi put otkrili da mogu napustiti Zemlju.

"Putovanja Apolla na Mjesec bili su jedan od najvažnijih događaja u mom životu i razmišljanje o njima i dalje me oduševljava", rekao je Rothman, ugledni profesor na Odjelu za molekularnu, staničnu i razvojnu biologiju i samopriznati "svemirski štreber".

Prošlo je samo 50 godina od tog ključnog događaja, ali znanje čovječanstva o svemiru i tehnologiji za njegovo istraživanje iznimno su se poboljšali, dovoljno da se Rothman pridruži eksperimentalnom kozmologu Lubinu u razmatranju što bi bilo potrebno živim bićima da krenu na putovanje preko ogromne udaljenosti koja nas dijeli od našeg najbližeg susjeda u galaksiji.

Najveći izazov međuzvjezdanim putovanjima ljudskih razmjera je ogromna udaljenost između Zemlje i najbližih zvijezda. Misije Voyagera dokazale su da možemo poslati objekte preko 12 milijardi milja potrebnih da izađu iz mjehurića koji okružuje naš Sunčev sustav, heliosfere. No, sondama veličine automobila, koje su putovale brzinom većom od 35 000 milja na sat, trebalo je 40 godina da dođu do tamo, a njihova udaljenost od Zemlje je samo mali djelić te udaljenosti do sljedeće zvijezde. Kad bi se uputili do najbliže zvijezde, trebalo bi im više od 80.000 godina da do nje dođu.

Taj je izazov glavni fokus Lubinovog rada, u kojem ponovno zamišlja tehnologiju koja bi bila potrebna za postizanje sljedećeg Sunčevog sustava u ljudskom smislu. Tradicionalni kemijski pogon na brodu (aka raketno gorivo) je nestao; ne može pružiti dovoljno energije za dovoljno brzo kretanje letjelice, a njegova težina i trenutni sustavi potrebni za pokretanje nisu održivi za relativističke brzine koje letjelica treba postići. Potrebne su nove pogonske tehnologije - i tu dolazi UCSB usmjeren energetski istraživački program korištenja svjetlosti kao "pogonskog goriva".

"To nikada prije nije učinjeno, da se guraju makroskopski objekti brzinom koja se približava brzini svjetlosti", rekao je Lubin, profesor na Odjelu za fiziku. Masa je zapravo toliko velika prepreka da isključuje bilo kakve ljudske misije u doglednoj budućnosti.

Kao rezultat toga, njegov se tim okrenuo robotima i fotonici. Male sonde s ugrađenom instrumentacijom koja otkriva, prikuplja i prenosi podatke natrag na Zemlju bit će pokretana do 20-30% brzine svjetlosti od strane same svjetlosti pomoću laserskog niza stacioniranog na Zemlji ili možda na Mjesecu. "Ne izlazimo iz kuće s tim", kako je objasnio Lubin, što znači da primarni pogonski sustav ostaje "kod kuće" dok se letjelice "pucaju" relativističkim brzinama. Glavni pogonski laser se uključuje na kratko vrijeme, a zatim je sljedeća sonda spremna za lansiranje.

"Vjerojatno bi izgledao kao poluvodička pločica s rubom koji bi ga zaštitio od zračenja i bombardiranja prašine dok prolazi kroz međuzvjezdani medij", rekao je Lubin. "Vjerojatno bi to bila veličina vaše ruke za početak." Kako se program razvija, letjelice postaju veće s poboljšanim mogućnostima. Osnovna tehnologija također se može koristiti u modificiranom načinu za pokretanje mnogo većih svemirskih letjelica unutar našeg Sunčevog sustava pri manjim brzinama, potencijalno omogućavajući ljudske misije na Mars za samo mjesec dana, uključujući zaustavljanje. Ovo je još jedan način širenja života, ali u našem Sunčevom sustavu.

Pri ovim relativističkim brzinama - otprilike 100 milijuna milja na sat - letjelica bi stigla do sljedećeg Sunčevog sustava, Proxima Centauri, za otprilike 20 godina. Dolazak do te razine tehnologije zahtijevat će stalne inovacije i poboljšanje kako svemirske pločice, tako i fotonike, gdje Lubin vidi "eksponencijalni rast" u polju. Osnovni projekt za razvoj mape puta za postizanje relativističkog leta putem pogona usmjerene energije podržavaju NASA i privatne zaklade kao što je program Starlight i program Breakthrough Initiatives, kao i program Starshot.

"Kada sam saznao da masa ovih letjelica može doseći gram ili više, postalo je jasno da mogu prihvatiti žive životinje", rekao je Rothman, koji je shvatio da bića koja je proučavao desetljećima, nazvana C. elegans, mogu biti prvi Zemljani koji će putovati između zvijezda. Ovi intenzivno proučavani okrugli crvi mogu biti mali i obični, ali su eksperimentalno stvorena stvorenja, rekao je Rothman.

C. elegans već su veterani svemirskih putovanja, kao predmet eksperimenata provedenih na Međunarodnoj svemirskoj postaji i na svemirskom shuttleu, čak su preživjeli i tragični raspad shuttlea Columbia. Među njihovim posebnim moćima, koje dijele s drugim potencijalnim međuzvjezdanim putnicima koje Rothman proučava, tardigrade (ili, još više, vodeni medvjedi) mogu se smjestiti u suspendiranu animaciju u kojoj je gotovo sva metabolička funkcija zaustavljena. Tisuće tih sićušnih stvorenja moglo bi se staviti na pločicu, staviti u suspendiranu animaciju i letjeti u tom stanju do željenog odredišta. Potom bi se mogli probuditi u svom malenom StarChip-u i precizno nadzirati za bilo kakve uočljive učinke međuzvjezdanog putovanja na njihovu biologiju, uz promatranja prenijeta na Zemlju fotonskom komunikacijom.

"Mogli bismo početi razmišljati o dizajnu međuzvjezdanih transportera, kakvi god oni bili, na način koji bi mogao poboljšati probleme koji se otkrivaju kod ovih malih životinja", rekao je Rothman.

Naravno, mogućnost slanja ljudi u međuzvjezdani prostor izvrsna je za filmove, ali u stvarnosti je još uvijek dalek san. Dok dođemo do te točke možda ćemo stvoriti prikladnije oblike života ili hibridne čovjek-strojeve koji su otporniji.

"Ovo je generacijski program", rekao je Lubin. Znanstvenici nadolazećih generacija idealno će pridonijeti našem poznavanju međuzvjezdanog prostora i njegovih izazova te poboljšati dizajn letjelice kako se tehnologija poboljšava. S obzirom na to da je primarni pogonski sustav lagan, temeljna tehnologija je na eksponencijalnoj krivulji rasta, slično kao elektronika s "Mooreovim zakonom" kao što je proširenje sposobnosti.

Vezani smo za naš Sunčev sustav u doglednoj budućnosti; ljudi su krhki i osjetljivi daleko od naše matične planete. Ali to nije spriječilo Lubina, Rothmana, njihove istraživačke timove i njihove raznolike suradnike da promišljaju i fiziološke i etičke aspekte slanja života u svemir — a možda čak i propagiranje života u svemiru.

"Postoji etika planetarne zaštite", objasnio je Lubin, u kojoj se ozbiljno razmišlja o mogućnosti kontaminacije, bilo s našeg planeta na druge ili obrnuto. Zasad, tvrde autori, ne postoji rizik od kontaminacije, jer bi sonde koje bi se približile bilo kojem drugom planetu izgorjele u njihovoj atmosferi ili bi bile uništene u sudaru s površinom. Budući da su wafercraft na jednosmjernom putovanju, ne postoji rizik da će se bilo koji izvanzemaljski mikrobi vratiti na Zemlju.

Dok je još uvijek na rubu, čini se da teorija panspermije dobiva ozbiljnu, iako ograničenu, pozornost, s obzirom na to koliko je lako razmnožavati život kada su uvjeti ispravni i otkriće nekoliko egzoplaneta i drugih nebeskih tijela koja su možda bila, ili bi mogla biti podrška životu kakav poznajemo.

"Neki su ljudi razmišljali i objavljivali ideje poput 'je li svemir laboratorijski eksperiment neke napredne civilizacije'", rekao je Lubin. "Dakle, ljudi su svakako spremni razmišljati o naprednim civilizacijama. Pitanja su dobra, ali odgovori su bolji. Trenutno jednostavno razmišljamo o tim pitanjima bez odgovora."

Još jedno pitanje koje se trenutno razmatra u široj zajednici istraživanja svemira: Kakva je etika slanja ljudi na Mars i druga udaljena mjesta znajući da se možda nikada neće vratiti kući? Što je sa slanjem malih mikroorganizama ili ljudske DNK? Ova egzistencijalna istraživanja stara su koliko i prve ljudske migracije i pomorska putovanja, a odgovori će vjerojatno doći u trenutku kada budemo spremni krenuti na ova putovanja.

"Mislim da ne bismo trebali i nećemo potisnuti istraživačku čežnju koja je svojstvena našoj prirodi", rekao je Rothman.

Izvor: Acta Astronautica