Войти
Направленная панспермия - это преднамеренный перенос микроорганизмов в пространство, которое будет использоваться в качестве интродуцированных видов на безжизненных, но пригодных для жизни астрономических объектах.
Исторически, Шкловский и Саган (1966) и Крик и Оргель (1973) предположили, что жизнь на Земле могла быть намеренно засеяна другими цивилизациями. И наоборот, Маутнер и Матлофф (1979) и Маутнер (1995, 1997) предположили, что человечество должно засеять другие планетные системы, протопланетные диски или звездообразующие облака, микроорганизмами, чтобы обезопасить и расширить наш органический ген / белковая форма жизни. Чтобы избежать вмешательства в местную жизнь, целями могут быть молодые планетные системы, в которых маловероятно наличие местной жизни. Направленная панспермия может быть мотивирована биотической этикой, которая ценит основные паттерны органической генной / белковой жизни с ее уникальной сложностью и единством, а также ее стремлением к самораспространению.
Направленная панспермия стала возможной благодаря развитию солнечных парусов, точной астрометрии, открытию внесолнечных планет, экстремофилов и микробная генная инженерия. Космологические прогнозы предполагают, что тогда жизнь в космосе может иметь будущее.
Ранний пример идеи направленной панспермии восходит к ранней научной фантастике Последние и первые люди от Олафа Стэплдона, впервые опубликовано в 1930 году. В нем подробно рассказывается о том, как жили последние люди, обнаружив, что Солнечная система скоро будет уничтожены, послать микроскопические "семена нового человечества" в потенциально обитаемые области вселенной.
В 1966 году Шкловский и Саган предположили, что жизнь на ухе Возможно, он был засеян направленной панспермией другими цивилизациями. а в 1973 году Крик и Оргел также обсудили эту концепцию. Напротив, Маутнер и Матлофф предложили в 1979 году, а Маутнер подробно исследовал в 1995 и 1997 годах технологию и мотивацию для защиты и расширения нашей органической генной / белковой формы жизни с помощью направленных миссий панспермии на другие планетные системы, протопланетные диски И звездообразующие облака. Технологические аспекты включают движение за счет солнечных парусов, торможение за счет радиационного давления или вязкого сопротивления на цели, а также захват колонизирующих микроорганизмов планетами. Возможное возражение - потенциальное вмешательство в местную жизнь у целей, но нацеливание на молодые планетные системы, где местная жизнь, особенно развитая жизнь, еще не могла зародиться, позволяет избежать этой проблемы.
Направленная панспермия может быть мотивирована желанием чтобы увековечить общее генетическое наследие всей земной жизни. Эта мотивация была сформулирована как биотическая этика, которая ценит общие генные / белковые паттерны самораспространения, и как панбиотическая этика, направленная на обеспечение и расширение жизни во Вселенной.
Направленная панспермия может быть нацелена на близлежащие молодые планетные системы, такие как Alpha PsA (25 световых лет (световых лет ) от нас) и Beta Pictoris (63,4 световых лет), обе из них аккреционные диски и знаки комет и планет. Более подходящие цели могут быть идентифицированы с помощью космических телескопов, таких как миссия Кеплера, которая идентифицирует близлежащие звездные системы с обитаемыми астрономическими объектами. В качестве альтернативы направленная панспермия может быть нацелена на звездообразующие межзвездные облака, такие как комплекс облаков Ро Змееносца (427 св. Лет), который содержит скопления новых звезд, слишком молодых для зарождения местной жизни (425 молодых звезд, излучающих инфракрасное излучение, возрастом 100000 лет). до миллиона лет). Такие облака содержат зоны с различной плотностью (диффузное облако < dark fragment < dense core < protostellar condensation < accretion disc) that could selectively capture panspermia capsules of various sizes.
Обитаемые астрономические объекты или обитаемые зоны около ближайших звезд могут быть нацелены на большие (10 кг) миссии, в которых микробные капсулы связываются и экранируются. По прибытии микробные капсулы в полезная нагрузка может быть рассредоточена по орбите для захвата планетами. В качестве альтернативы, небольшие микробные капсулы могут быть отправлены большими роями к обитаемым планетам, протопланетным дискам или зонам различной плотности в межзвездных облаках. Микробный рой обеспечивает минимальную защиту но не требует высокоточного наведения, особенно при наведении на большие межзвездные облака.
Миссии панспермии должны доставлять микроорганизмы, которые могут расти в новых местах обитания. Их можно отправить через 10 капсулы диаметром 60 мкм, которые обеспечивают неповрежденный вход в атмосферу на целевых планетах, каждая из которых содержит 100 000 различных микроорганизмов, подходящих для различных сред. Обе для групповых миссий с большой массой s и рои микробных капсул, солнечные паруса могут обеспечить самый простой двигатель для межзвездного перехода. Сферические паруса позволят избежать управления ориентацией как при запуске, так и при замедлении по целям.
Для комплексных экранированных миссий к ближайшим звездным системам солнечные паруса толщиной 10 м и плотностью поверхности 0,0001 кг / м кажутся возможными, а соотношение массы паруса и полезного груза 10: 1 будет разрешить выходную скорость, близкую к максимально возможной для таких парусов. Паруса с радиусом около 540 м и площадью 10 м могут передавать полезные нагрузки массой 10 кг с межзвездной крейсерской скоростью 0,0005 с (1,5х10 м / с) при запуске с 1 а.е. (астрономическая единица). При такой скорости путешествие к звезде Alpha PsA продлится 50 000 лет, а к облаку Rho Opiuchus - 824 000 лет.
В целях повышения вероятности захвата полезная нагрузка микробов разложится на 10 (100 миллиардов) капсул по 30 мкм. В стратегии роя к протопланетным дискам и межзвездным облакам, радиусом 1 мм и 4,2x10 кг микробные капсулы запускаются с 1 а.е. с использованием парусов 4,2x10 кг с радиусом 0,37 м и площадью 0,42 м для достижения крейсерской скорости 0,0005 c. У цели каждая капсула распадается на 4000 микрокапсул для доставки массой 10 кг и радиусом 30 микрометров, которые обеспечивают неповрежденный вход в атмосферы планет.
Для миссий, которые не сталкиваются с зонами плотного газа, такими как межзвездный переход к зрелым планетам. или в обитаемые зоны вокруг звезд микрокапсулы могут быть запущены непосредственно с 1 а.е. с использованием 10-килограммовых парусов радиусом 1,8 мм для достижения скорости 0,0005 c, которую можно замедлить с помощью радиационного давления для захвата целей. Транспортные средства и полезная нагрузка радиусом 1 мм и 30 микрометров необходимы в большом количестве как для связанных миссий, так и для миссий роя. Эти капсулы и миниатюрные паруса для роевых миссий могут быть легко изготовлены серийно.
Транспортные средства для панспермии будут нацелены на движущиеся цели, местоположение которых во время прибытия должно быть предсказано. Это можно вычислить, используя их измеренные собственные движения, их расстояния и крейсерскую скорость транспортных средств. Неопределенность положения и размер целевого объекта затем позволяют оценить вероятность того, что транспортные средства с панспермией прибудут к своим целям. Позиционная неопределенность δy (m) цели во время прибытия определяется уравнением (1), где α (p) - разрешение собственного движения целевого объекта (угловые секунды / год), d - расстояние от Земли (м), а v - скорость транспортного средства (м / с) ref name = "Mautner3" />
Учитывая неопределенность местоположения, аппараты могут запускаться с разбросом по кругу относительно прогнозируемого положения цели. Вероятность P target для капсулы поразить целевую область с радиусом r target (м) определяется отношением разброса прицеливания и целевой области.
Чтобы применить эти уравнения, точность астрометрии Собственное движение звезды составляет 0,00001 угловой секунды в год, а скорость солнечного паруса - 0,0005 c (1,5 × 10 м / с), которую можно ожидать в течение нескольких десятилетий. Для выбранной планетной системы область A target может быть шириной обитаемой зоны, а для межзвездных облаков это могут быть размеры зон различной плотности облака.
Солнце полеты к звездам, подобным Солнцу, могут замедляться на радиационное давление в обратной динамике запуска. Паруса должны быть правильно ориентированы по прибытии, но управления ориентацией можно избежать с помощью сферических парусов. Транспортные средства должны приближаться к цели Звезды, похожие на Солнце, на радиальных расстояниях, аналогичных запуску, около 1 а.е. После того, как аппараты будут захвачены на орбите, микробные капсулы могут быть рассеяны по кольцу, вращающемуся вокруг звезды, некоторые в пределах гравитационного поля. re зона планет. Полеты к аккреционным дискам планет и к звездообразующим облакам будут замедляться за счет вязкого сопротивления со скоростью dv / dt, как определяется уравнением (3), где v - скорость, rc - радиус сферической капсулы, ρc - плотность капсула, ρm - плотность среды.
Транспортное средство, въезжающее в облако со скоростью 0,0005 c (1,5 × 10 м / с), будет захвачено при замедлении до 2000 м / с, типичная скорость зерен в облаке. Размер капсул может быть рассчитан таким образом, чтобы они останавливались в зонах с различной плотностью межзвездного облака. Моделирование показывает, что капсула радиусом 35 микрон будет захвачена плотным ядром, а капсула радиусом 1 мм - протозвездной конденсацией в облаке. Что касается приближения к аккреционным дискам вокруг звезд, то капсула миллиметрового размера, входящая в поверхность диска толщиной 1000 км при 0,0005 c, будет захвачена на глубине 100 км в диск. Следовательно, объекты размером 1 мм могут быть лучшими для определения протопланетных дисков о новых звездах и протозвездных конденсациях в межзвездных облаках.
Захваченные капсулы панспермии смешаются с пылью. Часть пыли и пропорциональная часть захваченных капсул будут доставлены к астрономическим объектам. Распределение полезной нагрузки по микрокапсулам для доставки увеличит вероятность того, что некоторые из них будут доставлены к обитаемым объектам. Частицы радиусом 0,6–60 микрон могут оставаться достаточно холодными, чтобы сохранить органическое вещество во время входа в атмосферу планет или лун. Соответственно, каждую 1 мм капсулу размером 4,2 × 10 кг, захваченную в вязкой среде, можно диспергировать в 42000 микрокапсул для доставки с радиусом 30 микрон, каждая из которых весит 10 кг и содержит 100000 микробов. Эти объекты не будут выброшены из пылевого облака под действием радиационного давления звезды и останутся смешанными с пылью. Часть пыли, содержащая захваченные микробные капсулы, будет захвачена планетами или лунами или захвачена кометами и позже доставлена ими на планеты. Вероятность захвата, P capture, может быть оценена из аналогичных процессов, таких как захват частиц межпланетной пыли планетами и лунами в нашей Солнечной системе, где 10 зодиакальных облаков поддерживаются за счет кометной абляции, и также аналогичная фракция осколков астероидов собрана Землей. Вероятность захвата первоначально запущенной капсулы планетой (или астрономическим объектом) P планета дается уравнением ниже, где P target - вероятность того, что капсула достигнет цели. аккреционный диск или облачная зона, а P capture - вероятность захвата планетой из этой зоны.
Вероятность P планета зависит от пропорции смешивания капсул с пылью и от фракции пыли, доставленной на планеты. Эти переменные могут быть оценены для захвата в планетных аккреционных дисках или в различных зонах межзвездного облака.
После определения состава выбранных метеоритов, астроэкологи провели лабораторные эксперименты, которые предполагают, что многие колонизирующие микроорганизмы и некоторые растения могут получить больше их химических питательных веществ из материалов астероидов и комет. Однако ученые отметили, что фосфаты (PO 4) и нитраты (NO 3 –N) критически ограничивают питание многих земных форм жизни. Для успешных миссий должно быть запущено и захвачено достаточное количество биомассы, чтобы иметь разумный шанс вызвать жизнь на целевом астрономическом объекте. Оптимистическим требованием является захват планетой 100 капсул по 100 000 микроорганизмов в каждой, всего 10 миллионов организмов с общей биомассой 10 кг.
Требуемая биомасса для запуска для успешной миссии определяется следующим уравнением. м биомасса (кг) = 10 / P планета Используя приведенные выше уравнения для P цели со скоростями распространения 0,0005 c, известными расстояниями до целей и затем массы пыли в целевых регионах позволяют рассчитать биомассу, которую необходимо запустить для вероятного успеха. При этих параметрах всего 1 грамм биомассы (10 микроорганизмов) может засеять Alpha PsA, а 4,5 грамма - засеять Beta Pictoris. К облачному комплексу Rho Ophiuchi необходимо доставлять больше биомассы, главным образом из-за его большего расстояния. Потребовалось бы запустить биомассу порядка 300 тонн, чтобы засеять протозвездную конденсацию или аккреционный диск, но двухсот килограммов будет достаточно, чтобы засеять молодой звездный объект в облачном комплексе Ро Змееносца.
Следовательно, пока соблюдается требуемый физический диапазон допуска (например: температура роста, защита от космического излучения, атмосфера и гравитация), жизнеспособные на Земле формы жизни могут химически подпитываться водным астероидом и планетными материалами в этом и других планетные системы.
Посевные организмы должны выживать и размножаться в целевой среде и создавать жизнеспособную биосферу. Некоторые из новых ветвей жизни могут развить разумных существ, которые будут и дальше расширять жизнь в галактике. Микроорганизмы-мессенджеры могут обнаруживать разнообразные среды, требующие экстремофильных микроорганизмов с диапазоном толерантности, включая термофильные (высокая температура), психрофильные (низкие температуры), ацидофильные (высокая кислотность), галофильные (высокая соленость), олиготрофные ( низкая концентрация питательных веществ), ксерофильные (сухая среда) и радиорезистентные (высокая радиационная стойкость) микроорганизмы. Генная инженерия может производить полиэкстремофильные микроорганизмы с несколькими допусками. В целевой атмосфере, вероятно, не будет кислорода, поэтому колонизаторы должны включать анаэробные микроорганизмы. Колонизирующие анаэробные цианобактерии могут позже создать кислород из атмосферы, который необходим для более высокой эволюции, как это произошло на Земле. Аэробные организмы в составе биологической полезной нагрузки могут быть доставлены к астрономическим объектам позже, когда будут подходящие условия, с помощью комет, захвативших и сохранивших капсулы.
Развитие микроорганизмов эукариот было главным препятствием на пути более высокой эволюции на Земле. Включение микроорганизмов эукариотов в полезную нагрузку может обойти этот барьер. Многоклеточные организмы еще более желательны, но, будучи намного тяжелее бактерий, могут быть отправлены меньше. Выносливые тихоходки (водяные медведи) могут подойти, но они похожи на членистоногих и могут привести к насекомым. План тела коловраток может привести к появлению более высоких животных, если коловратки будут закалены, чтобы выжить в межзвездном перемещении.
Микроорганизмы или капсулы, захваченные аккреционным диском, могут быть захвачены вместе с пылью в астероиды. Во время водного преобразования астероиды содержат воду, неорганические соли и органические вещества, и астроэкологические эксперименты с метеоритами показали, что водоросли, бактерии, грибы и культуры растений могут расти на астероидах в этих средах. Затем микроорганизмы могут распространяться в аккрецирующей солнечной туманности и доставляться на планеты в кометах и астероидах. Микроорганизмы могут расти на питательных веществах в кометах-носителях и астероидах в водных планетных средах, пока они не адаптируются к местной среде и питательным веществам на планетах.
Ряд публикации, начиная с 1979 г., предлагали идею о том, что направленная панспермия может быть продемонстрирована как источник всего живого на Земле, если будет найдено отличительное «подписное» сообщение, намеренно имплантированное либо в геном, либо в генетический код первых микроорганизмов нашего гипотетического предка. В 2013 году группа физиков заявила, что они обнаружили математические и семиотические закономерности в генетическом коде, который, по их мнению, является доказательством такой сигнатуры. Это утверждение не было подтверждено дальнейшими исследованиями и не принято более широким научным сообществом. Один откровенный критик - биолог П.З. Майерс, который сказал, написав в Pharyngula :
К сожалению, то, что они так честно описали, является добрым старым честным мусором... Их методы не смогли распознать хорошо- известная функциональная ассоциация в генетическом коде; они не исключали действие естественного закона, прежде чем поспешили сделать ложный вывод о замысле... Нам, конечно, не нужно ссылаться на панспермию. Ничто в генетическом коде не требует дизайна, и авторы не продемонстрировали обратного.
В более поздней рецензируемой статье авторы рассматривают действие естественного закона в обширном статистическом тесте и делают тот же вывод, что и в предыдущая статья. В специальных разделах они также обсуждают методологические проблемы, поднятые П.З. Майерсом и некоторыми другими.
Примечательно, что миссии по панспермии могут запускаться с помощью технологий настоящего или ближайшего будущего. Однако, когда они станут доступны, могут быть использованы и более продвинутые технологии. Биологические аспекты направленной панспермии могут быть улучшены с помощью генной инженерии для получения выносливых полиэкстремофильных микроорганизмов и многоклеточных организмов, подходящих для различных сред астрономических объектов. Выносливые полиэкстремофильные анаэробные многоклеточные эукариоты с высокой радиационной стойкостью, которые могут образовывать самоподдерживающуюся экосистему с цианобактериями, идеально сочетают в себе характеристики, необходимые для выживания и более высокой эволюции.
Для сложных миссий ионные двигатели или солнечные паруса, использующие силовую установку с лучом, ускоряемую земными лазерами, могут достигать скорости до 0,01 c (3 x 10 м / с). Роботы могут обеспечивать навигацию по курсу, могут периодически контролировать воскрешение замороженных микробов во время транспортировки для устранения радиационных повреждений, а также могут выбирать подходящие цели. Эти методы движения и робототехника находятся в стадии разработки.
Полезные нагрузки микробов могут быть также размещены на гиперболических кометах, направляющихся в межзвездное пространство. Эта стратегия следует механизмам естественной панспермии комет, предложенным Хойлом и Викрамасингхом. Микроорганизмы будут заморожены в кометах при межзвездных температурах в несколько кельвинов и защищены от радиации в течение эонов. Маловероятно, что выброшенная комета будет захвачена в другой планетной системе, но вероятность может быть увеличена, если позволить микробам размножаться во время приближения теплого перигелия к Солнцу, а затем фрагментировать комету. Комета радиусом 1 км даст засеянные фрагменты размером 4,2 x 10 кг, а вращение кометы выбрасывает эти экранированные ледяные объекты в случайных направлениях в галактику. Это в триллион раз увеличивает вероятность захвата в другой планетной системе по сравнению с переносом одной кометой. Подобное манипулирование кометами - это спекулятивная долгосрочная перспектива.
Немецкий физик Клавдий Грос предложил использовать технологию, разработанную в рамках инициативы Breakthrough Starshot, на втором этапе создания биосферы из одноклеточных микробов на временно пригодных для проживания астрономических объектах. Цель этой инициативы, проекта «Бытие», - ускорить эволюцию до стадии, эквивалентной докембрийскому периоду на Земле. Грос утверждает, что проект Genesis будет реализован в течение 50–100 лет с использованием зондов с малой массой, оснащенных миниатюрной генной лабораторией для in situ клеточного синтеза микробов. Проект Genesis распространяет направленную панспермию на эукариотическую жизнь, утверждая, что более вероятно, что сложная жизнь встречается редко, а не бактериальная жизнь.
Направленная панспермия направлена на защиту и расширение нашей семьи органических генов / белков. Это может быть мотивировано желанием увековечить общее генетическое наследие всей земной жизни. Эта мотивация была сформулирована как биотическая этика, которая ценит общие генетические / белковые паттерны органической жизни, и как панбиотическая этика, направленная на сохранение и расширение жизни во Вселенной.
Молекулярная биология показывает сложные шаблоны, общие для всей клеточной жизни, общий генетический код и общий механизм преобразования его в белки, которые, в свою очередь, помогают воспроизводить код ДНК. Также общими являются основные механизмы использования энергии и транспортировки материалов. Эти самораспространяющиеся паттерны и процессы составляют основу жизни органических генов / белков. Жизнь уникальна из-за своей сложности и из-за точного совпадения законов физики, которые позволяют жизни существовать. Также уникальным для жизни является стремление к самораспространению, которое подразумевает человеческую цель - сохранить и расширить жизнь. Эти цели лучше всего обеспечить в космосе, что предполагает панбиотическую этику, направленную на обеспечение этого будущего.
Основное возражение против направленной панспермии состоит в том, что она может мешать местной жизни на объектах.. Колонизирующие микроорганизмы могут побеждать местную жизнь в борьбе за ресурсы или заражать и причинять вред местным организмам. Однако эту вероятность можно минимизировать, нацелившись на вновь формирующиеся планетные системы, аккреционные диски и звездообразующие облака, где местная жизнь, и особенно развитая жизнь, еще не могла возникнуть. Если есть местная жизнь, которая в корне отличается, колонизирующие микроорганизмы могут не навредить ей. Если существует местная органическая генная / белковая жизнь, она может обмениваться генами с колонизирующими микроорганизмами, увеличивая галактическое биоразнообразие.
. Еще одно возражение состоит в том, что пространство должно оставаться нетронутым для научных исследований, что является причиной планетарного карантина. Однако направленная панспермия может затронуть лишь несколько, самое большее несколько сотен новых звезд, оставив при этом сто миллиардов нетронутыми для местной жизни и исследований. Техническое возражение - это неопределенное выживание организмов-посланников во время длительного межзвездного транзита. Для решения этих вопросов необходимы исследования с помощью моделирования и разработка выносливых колонизаторов.
Третий аргумент против направленной панспермии основан на мнении, что дикие животные в среднем не имеют жизни, достойной того, чтобы их прожить, и, таким образом, распространение жизни было бы морально неправильным. Нг поддерживает эту точку зрения, и другие авторы соглашаются или не соглашаются, потому что невозможно измерить удовольствие или боль животных. В любом случае направленная панспермия будет посылать микробы, которые продолжат жизнь, но не смогут наслаждаться ею или страдать. Они могут в течение эонов эволюционировать в сознательные виды, природу которых мы не можем предсказать. Следовательно, эти аргументы преждевременны в отношении направленной панспермии..
Открытие древней направленной попытки панспермии является центральной темой «Погони », эпизода Звездного пути: Следующее Поколение. По сюжету капитан Пикард должен работать, чтобы завершить предпоследнее исследование карьеры своего покойного профессора археологии. Этот профессор, Гален, обнаружил, что фрагменты ДНК, посеянные в первичный генетический материал 19 миров, могут быть преобразованы в компьютерный алгоритм. В условиях конкуренции (а позже и при неохотном сотрудничестве) экспедиций кардассиан, клингонов и ромулан, которые также изучают исследовательские ключи Галена, предприятие Команда обнаруживает, что раса-прародитель пришельцев действительно 4 миллиарда лет до этого засеяла генетический материал по многим звездным системам, таким образом управляя эволюцией многих видов гуманоидов.
Астрономический портал 
Биологический портал 