علم الأحياء الفلكي

علم الأحياء الفلكي (ويُعرف أيضًا بعلم الكائنات الفضائية أو علم الأحياء الخارجي ) هو فرع علمي ضمن علوم الحياة والبيئة ، يدرس أصول الحياة وتطورها المبكر وتوزيعها ومستقبلها في الكون ، وذلك من خلال دراسة ظروفها الحتمية وأحداثها الطارئة. ^{[ 2 ]} ويستند علم الأحياء الفلكي، كفرع من فروع العلم، على فرضية إمكانية وجود حياة خارج كوكب الأرض. ^{[ 3 ]}

يشمل البحث في علم الأحياء الفلكي ثلاثة مجالات رئيسية: دراسة البيئات الصالحة للسكن في النظام الشمسي وما وراءه، والبحث عن المؤشرات الحيوية الكوكبية للحياة خارج الأرض في الماضي أو الحاضر، ودراسة أصل الحياة وتطورها المبكر على الأرض .

يعود تاريخ علم الأحياء الفلكي إلى القرن العشرين مع ظهور استكشاف الفضاء واكتشاف الكواكب الخارجية . ركزت الأبحاث المبكرة في هذا المجال على البحث عن حياة خارج كوكب الأرض ودراسة إمكانية وجودها على كواكب أخرى. ^{[ 2 ]} في ستينيات وسبعينيات القرن الماضي، بدأت وكالة ناسا مساعيها في علم الأحياء الفلكي ضمن برنامج فايكنغ ، الذي كان أول مهمة أمريكية تهبط على سطح المريخ للبحث عن دلائل على وجود حياة . ^{[ 4 ]} أرست هذه المهمة، إلى جانب مهام استكشاف الفضاء المبكرة الأخرى، الأساس لتطوير علم الأحياء الفلكي كتخصص علمي.

فيما يتعلق بالبيئات الصالحة للسكن ، يبحث علم الأحياء الفلكي في المواقع المحتملة خارج كوكب الأرض التي قد تدعم الحياة، مثل المريخ وأوروبا والكواكب الخارجية ، وذلك من خلال دراسة الكائنات المتطرفة التي تعيش في بيئات قاسية على الأرض، كالبيئات البركانية وبيئات أعماق البحار. وتُجرى الأبحاث في هذا المجال باستخدام منهجية علوم الأرض، وخاصة علم الأحياء الجيولوجي ، لتطبيقات علم الأحياء الفلكي.

يتضمن البحث عن المؤشرات الحيوية تحديد علامات الحياة الماضية أو الحالية في شكل مركبات عضوية ، أو نسب نظائرية، أو أحافير ميكروبية. تُجرى الأبحاث في هذا المجال باستخدام منهجية علوم الكواكب والبيئة ، وخاصة علوم الغلاف الجوي ، لتطبيقات علم الأحياء الفلكي، وغالبًا ما تُجرى من خلال الاستشعار عن بُعد والبعثات الميدانية .

يهتم علم الأحياء الفلكي أيضًا بدراسة أصل الحياة وتطورها المبكر على الأرض، سعيًا لفهم الظروف اللازمة لتكوّن الحياة على الكواكب الأخرى. ^{[ 5 ]} ويهدف هذا البحث إلى فهم كيفية نشوء الحياة من المادة غير الحية، وكيف تطورت لتصبح مجموعة الكائنات الحية المتنوعة التي نراها اليوم. وتُجرى الأبحاث في هذا المجال باستخدام منهجية علوم الأحافير، ولا سيما علم الأحياء القديمة ، لتطبيقات علم الأحياء الفلكي.

علم الأحياء الفلكي مجالٌ سريع التطور ذو طابعٍ متعدد التخصصات، ويحمل في طياته العديد من التحديات والفرص للعلماء. وتتواجد برامج ومراكز أبحاث علم الأحياء الفلكي في العديد من الجامعات والمؤسسات البحثية حول العالم، كما أن وكالات الفضاء مثل ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية لديها أقسام وبرامج متخصصة في أبحاث علم الأحياء الفلكي.

اقترح عالم الفلك الروسي غافرييل تيخوف مصطلح علم الأحياء الفلكي لأول مرة عام 1953. ^{[ 6 ]} وهو مشتق لغويًا من الكلمات اليونانية ἄστρον ، وتعني "نجم"؛ وβίος ، وتعني "حياة"؛ و- λογία ، و-logia ، وتعني "دراسة". ويُعدّ علم الأحياء الفلكي الخارجي (exobiology) مرادفًا قريبًا له، وهو مشتق من الكلمات اليونانية Έξω، وتعني "خارجي" ؛ و βίος ، وتعني "حياة"؛ و- λογία ، و-logia ، وتعني "دراسة"، وقد صاغه عالم الأحياء الجزيئية الأمريكي جوشوا ليدربيرغ . ويُعتبر علم الأحياء الفلكي الخارجي ذا نطاق ضيق يقتصر على البحث عن الحياة خارج كوكب الأرض. ^{[ 7 ]} وهناك مصطلح آخر ذو صلة هو علم الأحياء الغريب (xenobiology) ، المشتق من الكلمة اليونانية ξένος، وتعني "أجنبي". βίος ، وتعني "الحياة"؛ و-λογία، وتعني "الدراسة"، وقد صاغها كاتب الخيال العلمي الأمريكي روبرت هاينلاين في عمله "وحش النجم" عام 1954 ؛ ^{[ 8 ]} يُستخدم مصطلح علم الأحياء الغريب الآن بمعنى أكثر تخصصًا، ويشير إلى "علم الأحياء القائم على الكيمياء الغريبة"، سواء أكانت من أصل خارج الأرض أم من أصل أرضي (عادةً ما يكون اصطناعيًا). ^{[ 9 ]}

على الرغم من أن احتمالية وجود حياة خارج كوكب الأرض، وخاصة حياة ذكية، قد تم استكشافها عبر التاريخ البشري في الفلسفة والسرد، إلا أن هذا السؤال يُعد فرضية قابلة للتحقق ، وبالتالي فهو مسار بحث علمي مشروع ؛ ^{[ 10 ] [ 11 ]} ويصفه عالم الكواكب ديفيد غرينسبون بأنه مجال من مجالات الفلسفة الطبيعية، حيث يُؤسس التكهن بشأن المجهول على النظرية العلمية المعروفة. ^{[ 12 ]}

يمكن تتبع جذور علم الأحياء الفلكي الحديث إلى خمسينيات وستينيات القرن العشرين مع ظهور استكشاف الفضاء ، حين بدأ العلماء بالتفكير جدياً في إمكانية وجود حياة على كواكب أخرى. في عام ١٩٥٧، أطلق الاتحاد السوفيتي سبوتنيك ١ ، أول قمر صناعي، مُعلناً بذلك بداية عصر الفضاء . أدى هذا الحدث إلى زيادة الاهتمام بدراسة إمكانية وجود حياة على كواكب أخرى، إذ بدأ العلماء بدراسة الإمكانيات التي أتاحتها التكنولوجيا الجديدة لاستكشاف الفضاء. في عام ١٩٥٩، مولت وكالة ناسا أول مشروع لها في علم الأحياء الفلكي الخارجي، وفي عام ١٩٦٠، أسست ناسا برنامج علم الأحياء الفلكي الخارجي، الذي يُعد الآن أحد العناصر الأربعة الرئيسية لبرنامج ناسا الحالي لعلم الأحياء الفلكي. ^{[ ١٣ ]} في عام ١٩٧١، مولت ناسا مشروع سايكلوبس ، ^{[ ١٤ ]} الذي كان جزءاً من البحث عن ذكاء خارج الأرض ، بهدف البحث في ترددات الراديو للطيف الكهرومغناطيسي عن اتصالات بين النجوم تُرسلها حياة خارج المجموعة الشمسية. في الستينيات والسبعينيات من القرن العشرين، أنشأت وكالة ناسا برنامج فايكنغ ، الذي كان أول مهمة أمريكية تهبط على المريخ وتبحث عن علامات أيضية للحياة الحالية؛ وكانت النتائج غير حاسمة.

في ثمانينيات وتسعينيات القرن الماضي، بدأ هذا المجال بالتوسع والتنوع مع ظهور اكتشافات وتقنيات جديدة. وقد ساهم اكتشاف الحياة الميكروبية في بيئات قاسية على سطح الأرض، مثل الفتحات الحرارية المائية في أعماق البحار، في توضيح إمكانية وجود حياة محتملة في ظروف قاسية. كما لعب تطوير تقنيات جديدة للكشف عن المؤشرات الحيوية، مثل استخدام النظائر المستقرة، دورًا هامًا في تطور هذا المجال.

برز المشهد المعاصر لعلم الأحياء الفلكي في أوائل القرن الحادي والعشرين، مركزاً على توظيف علوم الأرض والبيئة في تطبيقات ضمن بيئات فضائية مماثلة. وشملت هذه البعثات مركبة بيغل 2 التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية، والتي فشلت بعد دقائق من هبوطها على سطح المريخ، ومركبة فينيكس التابعة لناسا ، التي استكشفت بيئة المريخ بحثاً عن مدى صلاحية الحياة الميكروبية للحياة على سطحه في الماضي والحاضر، وبحثت في تاريخ المياه، ومركبة كيوريوسيتي الجوالة التابعة لناسا ، والتي تستكشف حالياً بيئة المريخ بحثاً عن مدى صلاحية الحياة الميكروبية للحياة على سطحه في الماضي والحاضر.

يُعدّ البحث المنهجي عن احتمالية وجود حياة خارج كوكب الأرض مسعىً علميًا متعدد التخصصات ذا قيمة. ^{[ 55 ]} ومع ذلك، تتباين الفرضيات والتنبؤات المتعلقة بوجودها وأصلها تباينًا واسعًا، وفي الوقت الراهن، يُمكن اعتبار تطوير فرضيات راسخة على أسس علمية متينة التطبيق العملي الأكثر واقعية لعلم الأحياء الفلكي. وقد طُرحت فرضية مفادها أنه من المحتمل العثور على فيروسات على كواكب أخرى صالحة للحياة، ^{[ 56 ] [ 57 ]} وقد تكون موجودة حتى في غياب الخلايا البيولوجية. ^{[ 58 ]}

نتائج البحث

اعتبارًا من عام 2024لم يتم العثور على أي دليل على وجود حياة خارج كوكب الأرض. ^{[ 59 ]} يعتقد ديفيد مكاي ، إلى جانب عدد قليل من العلماء الآخرين، أن نيزك آلان هيلز 84001، الذي تم العثور عليه في القارة القطبية الجنوبية عام 1984 والذي يُعتقد أنه من المريخ، يحتوي على أحافير دقيقة من أصل خارج كوكب الأرض ؛ إلا أن هذا التفسير مثير للجدل. ^{[ 60 ] [ 61 ] [ 62 ]}

عُثر على نيزك ياماتو 000593 ، ثاني أكبر نيزك قادم من المريخ ، على الأرض عام 2000. وعلى المستوى المجهري، وُجدت في النيزك كريات غنية بالكربون مقارنةً بالمناطق المحيطة التي تفتقر إلى هذه الكريات. ويرجّح بعض علماء ناسا أن تكون هذه الكريات الغنية بالكربون قد تشكّلت بفعل النشاط الحيوي . ^{[ 63 ] [ 64 ] [ 65 ]}

في الخامس من مارس/آذار 2011، نشر ريتشارد ب. هوفر ، العالم في مركز مارشال لرحلات الفضاء ، مقالاً في مجلة "علم الكونيات" (Journal of Cosmology) المتخصصة ، تكهناً حول اكتشاف أحافير دقيقة يُزعم أنها شبيهة بالبكتيريا الزرقاء في نيازك كربونية من نوع CI1 ، وهو خبرٌ حظي بتغطية إعلامية واسعة . ^{[ 66 ] [ 67 ]} إلا أن وكالة ناسا نفت رسمياً صحة ادعاء هوفر. ^{[ 68 ]} ووفقاً لعالم الفيزياء الفلكية الأمريكي نيل ديغراس تايسون : "في الوقت الراهن، تُعد الحياة على الأرض هي الحياة الوحيدة المعروفة في الكون، ولكن هناك حججاً قوية تشير إلى أننا لسنا وحدنا." ^{[ 69 ]}

عناصر علم الأحياء الفلكي

علم الفلك

تندرج معظم أبحاث علم الأحياء الفلكي ضمن فئة اكتشاف الكواكب الخارجية ، انطلاقًا من فرضية مفادها أنه إذا نشأت الحياة على الأرض، فمن الممكن أن تنشأ أيضًا على كواكب أخرى ذات خصائص مماثلة. ولتحقيق هذه الغاية، تم النظر في عدد من الأجهزة المصممة لاكتشاف الكواكب الخارجية بحجم الأرض، وأبرزها برنامج ناسا لاكتشاف الكواكب الأرضية (TPF) وبرنامج داروين التابع لوكالة الفضاء الأوروبية ، وكلاهما أُلغي. أطلقت ناسا مهمة كيبلر في مارس 2009، وأطلقت وكالة الفضاء الفرنسية مهمة كوروت الفضائية في عام 2006. ^{[ 70 ] [ 71 ]} وهناك أيضًا العديد من الجهود الأرضية الأقل طموحًا قيد التنفيذ.

لا يقتصر هدف هذه المهمات على اكتشاف كواكب بحجم الأرض فحسب، بل يشمل أيضًا رصد الضوء المنبعث منها مباشرةً لدراسته طيفيًا . فمن خلال فحص أطياف الكواكب، يُمكن تحديد التركيب الأساسي لغلافها الجوي و/أو سطحها. ^{[ 72 ]} وبناءً على هذه المعرفة، يُمكن تقييم احتمالية وجود حياة على تلك الكواكب. ويستخدم فريق بحثي تابع لوكالة ناسا، وهو مختبر الكواكب الافتراضية، ^{[ 73 ]} النمذجة الحاسوبية لإنشاء مجموعة واسعة من الكواكب الافتراضية لمعرفة شكلها عند رصدها بواسطة تلسكوب TPF أو داروين. ويُؤمل أنه بمجرد بدء تشغيل هذه المهمات، يُمكن مقارنة أطيافها مع أطياف الكواكب الافتراضية للبحث عن خصائص قد تُشير إلى وجود حياة.

يمكن استخلاص تقدير لعدد الكواكب التي توجد عليها حياة ذكية خارج الأرض قادرة على التواصل من معادلة دريك ، وهي في الأساس معادلة تعبر عن احتمالية وجود حياة ذكية كنتيجة لعوامل مثل نسبة الكواكب التي قد تكون صالحة للسكن ونسبة الكواكب التي قد تنشأ عليها الحياة: ^{[ 74 ]}

${\displaystyle N=R^{*}~\times ~f_{p}~\times ~n_{e}~\times ~f_{l}~\times ~f_{i}~\times ~f_{c}~\times ~L}$

أين:

• ن = عدد الحضارات التواصلية
• R* = معدل تكوين النجوم المناسبة (نجوم مثل الشمس)
• f _p = نسبة النجوم التي تحتوي على كواكب (تشير الأدلة الحالية إلى أن الأنظمة الكوكبية قد تكون شائعة بالنسبة للنجوم مثل الشمس)
• n _e = عدد العوالم بحجم الأرض لكل نظام كوكبي
• f _l = نسبة الكواكب التي بحجم الأرض والتي تتطور فيها الحياة فعلياً
• f _i = نسبة مواقع الحياة التي يتطور فيها الذكاء
• f _c = نسبة الكواكب القادرة على التواصل (الكواكب التي تتطور عليها تكنولوجيا الاتصالات الكهرومغناطيسية)
• L = "عمر" الحضارات المتصلة

مع ذلك، ورغم وجاهة الأساس المنطقي للمعادلة، فمن غير المرجح أن تُقيد ضمن حدود معقولة للخطأ في أي وقت قريب. تكمن مشكلة هذه الصيغة في أنها لا تُستخدم لتوليد الفرضيات أو دعمها لاحتوائها على عوامل لا يمكن التحقق منها. الحد الأول، R* ، وهو عدد النجوم، يكون عادةً ضمن نطاق بضعة مراتب من حيث الحجم. أما الحدان الثاني والثالث، fp _، وهما النجوم التي تدور حولها كواكب، و fe _، وهما الكواكب التي تتمتع بظروف صالحة للسكن، فيجري تقييمهما في جوار النجم. صاغ دريك المعادلة في الأصل كجدول أعمال للنقاش في مؤتمر غرين بانك، ^{[ 75 ]} لكن بعض تطبيقاتها أُخذت حرفيًا ورُبطت بحجج تبسيطية أو زائفة علميًا . ^{[ 76 ]} ومن المواضيع ذات الصلة مفارقة فيرمي ، التي تفترض أنه إذا كانت الحياة الذكية شائعة في الكون ، فلا بد من وجود دلائل واضحة عليها.

يُعدّ تكوين الأنظمة الكوكبية مجالًا بحثيًا نشطًا آخر في علم الأحياء الفلكي . وقد أشير إلى أن خصائص النظام الشمسي (على سبيل المثال، وجود كوكب المشتري كدرع واقٍ) ^{[ 77 ]} ربما زادت بشكل كبير من احتمالية نشوء حياة ذكية على الأرض. ^{[ 78 ] [ 79 ]}

علم الأحياء

لا يستطيع علم الأحياء الجزم بأن عملية أو ظاهرة ما، لمجرد كونها ممكنة رياضيًا، يجب أن توجد قسرًا في جرم سماوي خارج كوكب الأرض. يحدد علماء الأحياء ما هو تخميني وما هو غير تخميني. ^{[ 76 ]} أصبح اكتشاف الكائنات المتطرفة ، وهي كائنات قادرة على البقاء في بيئات قاسية، عنصرًا أساسيًا في أبحاث علماء الأحياء الفلكية، نظرًا لأهميتها في فهم أربعة مجالات تتعلق بحدود الحياة في سياق كوكبي: إمكانية حدوث التبذر الكوني ، والتلوث الأمامي الناتج عن مشاريع الاستكشاف البشري، واستعمار الكواكب من قبل البشر، واستكشاف الحياة المنقرضة والحالية خارج كوكب الأرض. ^{[ 80 ]}

حتى سبعينيات القرن العشرين، كان يُعتقد أن الحياة تعتمد كلياً على طاقة الشمس . فالنباتات على سطح الأرض تمتص الطاقة من ضوء الشمس لتُنتج السكريات من ثاني أكسيد الكربون والماء، مُطلقةً الأكسجين الذي تستهلكه الكائنات الحية التي تتنفس الأكسجين، ناقلةً طاقتها عبر السلسلة الغذائية . حتى الحياة في أعماق المحيطات، حيث لا يصل ضوء الشمس، كان يُعتقد أنها تحصل على غذائها إما من استهلاك المواد العضوية المتساقطة من سطح الماء أو من التهام الحيوانات التي تتساقط. ^{[ 81 ]} كان يُعتقد أن قدرة العالم على دعم الحياة تعتمد على وصول ضوء الشمس إليه. إلا أنه في عام 1977، خلال غطسة استكشافية إلى صدع غالاباغوس في غواصة استكشاف أعماق البحار "ألفين" ، اكتشف العلماء مستعمرات من ديدان الأنابيب العملاقة ، والمحار ، والقشريات ، وبلح البحر ، وغيرها من الكائنات المتنوعة، متجمعة حول تضاريس بركانية تحت الماء تُعرف باسم " المدخنات السوداء" . ^{[ 81 ]} تزدهر هذه الكائنات رغم عدم وصولها إلى ضوء الشمس، وسرعان ما اكتُشف أنها تُشكّل نظامًا بيئيًا مستقلًا تمامًا . مع أن معظم هذه الكائنات متعددة الخلايا تحتاج إلى الأكسجين المذاب (الذي ينتج عن عملية التمثيل الضوئي الأكسجيني) للتنفس الخلوي الهوائي، وبالتالي فهي ليست مستقلة تمامًا عن ضوء الشمس، إلا أن أساس سلسلتها الغذائية هو نوع من البكتيريا يستمد طاقته من أكسدة المواد الكيميائية النشطة، مثل الهيدروجين أو كبريتيد الهيدروجين ، التي تتصاعد من باطن الأرض. ومن الكائنات الحية الأخرى المنفصلة تمامًا عن طاقة ضوء الشمس بكتيريا الكبريت الخضراء التي تلتقط الضوء الحراري الأرضي لعملية التمثيل الضوئي اللاهوائي، أو البكتيريا التي تقوم بعملية التغذية الكيميائية الذاتية القائمة على التحلل الإشعاعي لليورانيوم. ^{[ 82 ]} أحدث هذا التخليق الكيميائي ثورة في دراسة علم الأحياء وعلم الأحياء الفلكي، إذ كشف أن الحياة لا تحتاج بالضرورة إلى ضوء الشمس؛ فهي لا تتطلب سوى الماء وتدرج الطاقة للبقاء.

اكتشف علماء الأحياء كائنات متطرفة تعيش في الجليد، والماء المغلي، والأحماض، والقلويات، وفي قلب المفاعلات النووية، وبلورات الملح، والنفايات السامة، وفي مجموعة واسعة من البيئات القاسية الأخرى التي كان يُعتقد سابقًا أنها غير صالحة للحياة. ^{[ 83 ] [ 84 ]} وقد فتح هذا الاكتشاف آفاقًا جديدة في علم الأحياء الفلكي، إذ وسّع بشكل كبير نطاق البيئات المحتملة خارج كوكب الأرض. ويُعتبر توصيف هذه الكائنات، وبيئاتها، ومساراتها التطورية، عنصرًا أساسيًا لفهم كيفية تطور الحياة في أماكن أخرى من الكون. على سبيل المثال، تشمل بعض الكائنات الحية القادرة على تحمل التعرض للفراغ والإشعاع في الفضاء الخارجي فطريات الأشنة Rhizocarpon geographicum و Rusavskia elegans ، ^{[ 85 ]} وبكتيريا Bacillus safensis ، ^{[ 86 ]} و Deinococcus radiodurans ، ^{[ 86 ]} و Bacillus subtilis ، ^{[ 86 ]} وخميرة Saccharomyces cerevisiae ، ^{[ 86 ]} وبذور نبات Arabidopsis thaliana (المعروف أيضًا باسم "الرشاد ذو الأذن الفأرية")، ^{[ 86 ]} بالإضافة إلى حيوان الدب المائي (التارديغراد) . ^{[ 86 ]} ورغم أن الدب المائي لا يُعتبر من الكائنات المتطرفة الحقيقية، إلا أنه يُعد من الكائنات الدقيقة المتحملة للظروف القاسية التي ساهمت في مجال علم الأحياء الفلكي. وقد يُسهم تحمله الشديد للإشعاع ووجود بروتينات حماية الحمض النووي لديه في الإجابة عن تساؤلات حول إمكانية بقاء الحياة بعيدًا عن حماية الغلاف الجوي للأرض. ^{[ 87 ]}

إضافةً إلى دورها كأمثلةٍ محتملةٍ للحياة خارج كوكب الأرض، تُجرى دراساتٌ على الكائنات المُحِبّة للظروف القاسية لاستخدامها المُحتمل في التكنولوجيا الحيوية الفضائية وفي استغلال الموارد في الموقع (ISRU). فعلى سبيل المثال، يُمكن للكائنات الدقيقة القادرة على التعدين الحيوي والاستخلاص الحيوي للمعادن أن تدعم استخلاص المعادن والمغذيات من تربة الكواكب أو مواد الكويكبات ، مما يُسهم في استكشافٍ بشريٍّ مُستدام. تُبرز هذه التطبيقات أن علم الأحياء الفلكي لا يقتصر على اكتشاف الحياة في أماكن أخرى فحسب، بل يشمل أيضًا تسخير العمليات البيولوجية لتمكين استكشاف الفضاء. وقد ناقش تونيتي وآخرون (2023) أهمية أبحاث التعدين الحيوي والاستخلاص الحيوي للمعادن ضمن الإطار الأوسع لعلم الأحياء الفلكي واستراتيجيات استغلال الموارد في الموقع. ^{[ 88 ]} كما أثبت كوكل وآخرون (2020) في تجربة BioRock بمحطة الفضاء الدولية إمكانية استخلاص العناصر الأرضية النادرة حيويًا من البازلت في ظروف انعدام الجاذبية وجاذبية المريخ، مما يؤكد قدرة عمليات الأيض الميكروبية على العمل في بيئات خارج كوكب الأرض. ^{[ 89 ]} سانتومارتينو وآخرون. حددت دراسة (2022) مبادئ التعدين الحيوي الفضائي، بما في ذلك الاستخلاص الحيوي، وتكوين التربة، وإعادة تدوير النفايات، وإنتاج الطاقة، مع التركيز على دور الكائنات الدقيقة باعتبارها "أصغر عمال المناجم الفضائيين". ^{[ 90 ]} وقد طورت مراجعة لاحقة خارطة طريق لاستكشاف الفضاء المستدام استنادًا إلى العمليات الميكروبية مثل التعدين الحيوي، والمعالجة الحيوية، والتصنيع الحيوي. ^{[ 91 ]} وعلى نطاق أوسع، طُرح مفهوم "علم الأحياء الفلكي التطبيقي" كإطار متكامل يربط بين الأسئلة الأساسية حول الحياة في الكون والتطبيقات البيوتكنولوجية لاستكشاف الفضاء البشري. ^{[ 92 ]}

إضافةً إلى أبحاث الكائنات المحبة للظروف القاسية، أظهرت الدراسات الكيميائية الكمومية أن الجزيئات العضوية التي تنتجها الأنظمة الحية تُظهر عمومًا فجوات طاقة بين المدارين الجزيئيين الأعلى طاقة المشغول (HOMO) والأدنى طاقة غير المشغول (LUMO) أضيق من تلك المتكونة لا حيويًا، ويتضح هذا التمييز بشكل أكبر بين المركبات الأكثر ذوبانًا في الماء. ولذلك، تبرز قياسات هذه الفجوات كمؤشر حيوي إلكتروني واعد للتمييز بين التفاعلات الكيميائية الحيوية وغير الحيوية في مهمات الكشف عن الحياة المستقبلية. ^{[ 93 ]}

يُعتبر قمرا المشتري، أوروبا [ ^{84 ] [ 94 ] [ 95 ] [ 96 ] [ 97 ] ،} وإنسيلادوس ، قمر زحل ^{[ 98 ] [ 36 ]،} الآن أكثر المواقع احتمالاً لوجود حياة خارج كوكب الأرض في النظام الشمسي ، وذلك بسبب محيطاتهما المائية الجوفية حيث يسمح التسخين الإشعاعي والمد والجزر بوجود الماء السائل. ^{[ 82 ]}

يُعدّ أصل الحياة، المعروف باسم التولد التلقائي ، والذي يختلف عن تطور الحياة ، مجالًا بحثيًا مستمرًا. افترض أوبارين وهالدين أن الظروف على الأرض في بداياتها كانت مواتية لتكوين مركبات عضوية من عناصر غير عضوية ، وبالتالي لتكوين العديد من المواد الكيميائية المشتركة بين جميع أشكال الحياة التي نراها اليوم. وقد أحرزت دراسة هذه العملية، المعروفة باسم الكيمياء ما قبل الحيوية، بعض التقدم، لكن لا يزال من غير الواضح ما إذا كان من الممكن أن تتشكل الحياة بهذه الطريقة على الأرض أم لا. أما الفرضية البديلة، وهي فرضية التبذر الشامل ، فتقول إن العناصر الأولى للحياة ربما تكونت على كوكب آخر بظروف أكثر ملاءمة (أو حتى في الفضاء بين النجوم، أو الكويكبات، وما إلى ذلك)، ثم انتقلت إلى الأرض.

يحتوي الغبار الكوني المنتشر في الكون على مركبات عضوية معقدة (مواد صلبة عضوية غير متبلورة ذات بنية عطرية أليفاتية مختلطة ) يمكن أن تتكون بشكل طبيعي وسريع بواسطة النجوم . ^{[ 99 ] [ 100 ] [ 101 ]} علاوة على ذلك، اقترح أحد العلماء أن هذه المركبات ربما كانت مرتبطة بتطور الحياة على الأرض، وقال: "إذا كان هذا هو الحال، فربما كانت الحياة على الأرض قد بدأت بسهولة أكبر، حيث يمكن أن تكون هذه المواد العضوية بمثابة مكونات أساسية للحياة." ^{[ 99 ]}

قد يرتبط أكثر من 20% من الكربون في الكون بالهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs) ، وهي مواد أولية محتملة لتكوين الحياة . ويبدو أن هذه الهيدروكربونات قد تشكلت بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم ، وهي منتشرة على نطاق واسع في جميع أنحاء الكون، وترتبط بالنجوم الجديدة والكواكب الخارجية . ^{[ 102 ]} وتخضع هذه الهيدروكربونات لظروف الوسط بين النجوم ، وتتحول من خلال الهدرجة والأكسدة والهيدروكسيل إلى مركبات عضوية أكثر تعقيدًا ، وهي "خطوة على طريق تكوين الأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات ، وهما المادتان الخام للبروتينات والحمض النووي DNA على التوالي". ^{[ 103 ] [ 104 ]}

في أكتوبر 2020، اقترح علماء الفلك فكرة اكتشاف الحياة على الكواكب البعيدة من خلال دراسة ظلال الأشجار في أوقات معينة من اليوم للعثور على أنماط يمكن رصدها من خلال مراقبة الكواكب الخارجية. ^{[ 105 ] [ 106 ]}

وصف ديفيد غرينسبون علم الأحياء الفلكي بأنه فرع من فروع الفلسفة الطبيعية. ^{[ 107 ]} يتقاطع علم الأحياء الفلكي مع الفلسفة من خلال طرح تساؤلات حول طبيعة الحياة ووجودها خارج كوكب الأرض. وتشمل الآثار الفلسفية تعريف الحياة نفسها، وقضايا فلسفة العقل والعلوم المعرفية في حال اكتشاف حياة ذكية، وتساؤلات معرفية حول طبيعة البرهان، واعتبارات أخلاقية لاستكشاف الفضاء، إلى جانب الأثر الأوسع لاكتشاف حياة خارج كوكب الأرض على الفكر البشري والمجتمع.

أكد دونير ^{[ 108 ]} على فلسفة علم الأحياء الفلكي باعتبارها ممارسة وجودية مستمرة في الفهم الذاتي الفردي والجماعي، وتتمثل مهمتها الرئيسية في بناء ومناقشة مفاهيم مثل مفهوم الحياة. وتشمل القضايا الرئيسية، بالنسبة لدونير، مسائل الموارد المالية والتخطيط النقدي، والمسائل المعرفية المتعلقة بالمعرفة في علم الأحياء الفلكي، والقضايا اللغوية حول التواصل بين النجوم، والقضايا الإدراكية مثل تعريف الذكاء ، إلى جانب إمكانية التلوث بين الكواكب . كما أكد بيرسون ^{[ 109 ]} على مسائل فلسفية أساسية في علم الأحياء الفلكي، منها التبرير الأخلاقي للموارد، ومسألة الحياة بشكل عام، والمسائل المعرفية والمعرفة المتعلقة بالوجود بمفردنا في الكون، وأخلاقيات التعامل مع الحياة خارج الأرض، ومسألة السياسة وإدارة العوالم غير المأهولة، بالإضافة إلى مسائل البيئة .

يرى فون هيجنر ^{[ 110 ]} أن مسألة علم الأحياء الفلكي تختلف عن إمكانية وجود فلسفة فلكية . فهو يرى أن هذا التخصص بحاجة إلى الانقسام إلى علم الأحياء الفلكي والفلسفة الفلكية، إذ أن النقاشات التي أتاحها علم الأحياء الفلكي، والتي كانت ذات طبيعة فلسفية فلكية، موجودة منذ بدء النقاشات حول الحياة خارج كوكب الأرض. علم الأحياء الفلكي هو تفاعل تصحيحي ذاتي بين الملاحظة والفرضية والتجربة والنظرية، ويتعلق باستكشاف جميع الظواهر الطبيعية. أما الفلسفة الفلكية فتتكون من أساليب التحليل الجدلي والمنطقي، وتتعلق بتوضيح طبيعة الواقع. ويجادل شيكرست ^{[ 111 ]} بأن علم الأحياء الفلكي يتطلب تأكيد الفلسفة الفلكية، ولكن ليس كعلم منفصل مرتبط بعلم الأحياء الفلكي. يرى شيكرست أن موقف التمييز المفاهيمي بين الأنواع يتغلغل في علم الأحياء الفلكي، إذ أن اسم علم الأحياء الفلكي نفسه لا يقتصر على الحديث عن البيولوجيا فحسب ، بل يتناول الحياة بشكل عام، بما في ذلك الحياة الأرضية كجزء منها. وهذا يدفعنا إما إلى إعادة تعريف الفلسفة، أو إلى النظر في الحاجة إلى فلسفة فلكية كتخصص أوسع، تُعتبر الفلسفة جزءًا منه، وتتناول مسائل مثل طبيعة العقل البشري وغيرها من المسائل التي تتمحور حول الإنسان .

تتناول معظم فلسفة علم الأحياء الفلكي سؤالين رئيسيين: سؤال الحياة وأخلاقيات استكشاف الفضاء. ويركز كولب ^{[ 112 ]} تحديدًا على مسألة الفيروسات ، حيث يعتمد تحديد ما إذا كانت حية أم لا على تعريفات الحياة التي تشمل التكاثر الذاتي . حاول شنايدر ^{[ 113 ]} تعريف الحياة خارج الأرض، لكنه خلص إلى أننا غالبًا ما نبدأ بتحيزاتنا الشخصية، وأن تعريف الحياة خارج كوكب الأرض يبدو عبثيًا باستخدام المفاهيم البشرية. أما بالنسبة لديك، فيعتمد علم الأحياء الفلكي على افتراض ميتافيزيقي بوجود حياة خارج كوكب الأرض، مما يؤكد أسئلة في فلسفة علم الكونيات ، مثل الضبط الدقيق أو المبدأ الأنثروبي .

تفترض فرضية الأرض النادرة أن أشكال الحياة متعددة الخلايا الموجودة على الأرض قد تكون في الواقع أندر مما يعتقد العلماء. ووفقًا لهذه الفرضية، فإن الحياة على الأرض (وخاصة الحياة متعددة الخلايا) ممكنة بفضل اجتماع ظروف معينة (المجرة وموقعها داخلها، والنظام الكوكبي ، والنجم، والمدار، وحجم الكوكب، والغلاف الجوي، إلخ)؛ وقد تكون فرصة تكرار كل هذه الظروف في مكان آخر نادرة. وهي تقدم إجابة محتملة لمفارقة فيرمي التي تتساءل: إذا كانت الكائنات الفضائية شائعة، فلماذا لا يكون وجودها واضحًا؟ ويبدو أنها تتعارض مع مبدأ الاعتدال ، الذي تبناه علماء الفلك المشهورون فرانك دريك وكارل ساجان وغيرهم. ويشير مبدأ الاعتدال إلى أن الحياة على الأرض ليست استثنائية، ومن المرجح جدًا العثور عليها في عوالم أخرى لا حصر لها.

لا تزال الأبحاث جارية حول الحدود البيئية للحياة وآليات عمل النظم البيئية المتطرفة ، مما يمكّن الباحثين من التنبؤ بشكل أفضل بالبيئات الكوكبية التي يُحتمل أن تكون موطناً للحياة. وتهدف مهمات مثل مركبة الهبوط فينيكس ، ومختبر علوم المريخ ، وإكسومارس ، ومركبة المريخ 2020 الجوالة، ومسبار كاسيني لأقمار زحل ، إلى استكشاف إمكانيات وجود الحياة على كواكب أخرى في المجموعة الشمسية.

برنامج الفايكنج

حملت مركبتي الهبوط فايكنغ، كلٌّ منهما، أربعة أنواع من التجارب البيولوجية إلى سطح المريخ في أواخر سبعينيات القرن الماضي. وكانتا المركبتين الوحيدتين اللتين أجرتا تجارب بحثت تحديدًا عن عمليات الأيض لدى الكائنات الحية الدقيقة الموجودة على سطح المريخ . استخدمت المركبتان ذراعًا آلية لجمع عينات التربة في حاويات اختبار محكمة الإغلاق. ولأن المركبتين كانتا متطابقتين، فقد أُجريت الاختبارات نفسها في موقعين مختلفين على سطح المريخ؛ فايكنغ 1 بالقرب من خط الاستواء، وفايكنغ 2 شمالًا. ^{[ 114 ]} وكانت النتيجة غير حاسمة، ^{[ 115 ]} ولا يزال بعض العلماء يناقشونها. ^{[ 116 ] [ 117 ] [ 118 ] [ 119 ]}

كان نورمان هورويتز رئيس قسم علوم الحياة في مختبر الدفع النفاث لبعثتي مارينر وفايكينغ من عام 1965 إلى عام 1976. ورأى هورويتز أن التنوع الكبير لذرة الكربون يجعلها العنصر الأنسب لتقديم حلول، حتى وإن كانت حلولاً غير مألوفة، لمشاكل بقاء الحياة على الكواكب الأخرى. ^{[ 120 ]} ومع ذلك، فقد رأى أيضاً أن الظروف الموجودة على المريخ لا تتوافق مع الحياة القائمة على الكربون.

بيغل 2

كانت بيغل 2 مركبة هبوط بريطانية فاشلةعلى سطح المريخ، شكلت جزءًا من مهمة مارس إكسبريس التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية عام 2003.وكان هدفها الرئيسي البحث عن دلائل على وجود حياة على المريخ ، سواء في الماضي أو الحاضر. ورغم هبوطها بسلام، إلا أنها لم تتمكن من نشر ألواحها الشمسية وهوائي الاتصالات بشكل صحيح. ^{[ 121 ]}

يفضح

إكسبوز هو مرفق متعدد المستخدمين تم تركيبه عام 2008 خارج محطة الفضاء الدولية ، وهو مخصص لعلم الأحياء الفلكي. ^{[ 122 ] [ 123 ]} وقد طورت وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) إكسبوز لرحلات الفضاء طويلة الأمد التي تسمح بتعريض المواد الكيميائية العضوية والعينات البيولوجية للفضاء الخارجي في مدار أرضي منخفض . ^{[ 124 ]}

مختبر علوم المريخ

هبطت مركبة كيوريوسيتي الجوالة ، العاملة حاليًا على سطح المريخ ، ضمن مهمة مختبر علوم المريخ (MSL) . ^{[ 125 ]} أُطلقت المركبة في 26 نوفمبر 2011، وهبطت في فوهة غيل في 6 أغسطس 2012. تهدف المهمة إلى تقييم مدى صلاحية المريخ للحياة ، ومن ثم تحديد ما إذا كان المريخ قادرًا، أو ما إذا كان قد احتضن الحياة في أي وقت مضى ، ^{[ 126 ]} وجمع البيانات لمهمة بشرية مستقبلية ، ودراسة جيولوجيا المريخ ومناخه، بالإضافة إلى تقييم دور الماء ، وهو عنصر أساسي للحياة كما نعرفها، في تكوين المعادن على سطح المريخ.

تانبوبو

مهمة تانبوبو هي تجربة في علم الأحياء الفلكي المداري، تبحث في إمكانية انتقال الحياة والمركبات العضوية والجسيمات الأرضية المحتملة بين الكواكب في المدار الأرضي المنخفض. وتهدف إلى تقييم فرضية التبذر الكوني وإمكانية النقل الطبيعي بين الكواكب للحياة الميكروبية، بالإضافة إلى المركبات العضوية ما قبل الحيوية. تُظهر النتائج الأولية للمهمة أدلة على أن بعض تجمعات الكائنات الدقيقة يمكنها البقاء على قيد الحياة لمدة عام على الأقل في الفضاء. ^{[ 127 ]} قد يدعم هذا فكرة أن تجمعات الكائنات الدقيقة التي يزيد حجمها عن 0.5 مليمتر قد تكون إحدى طرق انتشار الحياة من كوكب إلى آخر. ^{[ 127 ]}

مركبة إكسومارس الجوالة

إكسومارس هي مهمة آلية إلى المريخ للبحث عن مؤشرات حيوية محتملة لوجود حياة على المريخ ، سواء في الماضي أو الحاضر. كانت هذه المهمة البيولوجية الفلكية قيد التطوير من قبل وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) بالشراكة مع وكالة الفضاء الروسية (روسكوزموس)؛ وكان من المقرر إطلاقها في عام 2022؛ ^{[ 128 ] [ 129 ] [ 130 ]} إلا أن المشكلات التقنية والتمويلية، بالإضافة إلى الغزو الروسي لأوكرانيا، أجبرت وكالة الفضاء الأوروبية على تأجيل تسليم المركبة الجوالة مرارًا وتكرارًا إلى عام 2028. ^{[ 131 ]}

مارس 2020

هبطت مركبة " برسيفيرانس " التابعة لمهمة "مارس 2020" بنجاح في فوهة جيزيرو في 18 فبراير 2021. وستقوم المركبة بدراسة البيئات على سطح المريخ ذات الصلة بعلم الأحياء الفلكي، ودراسة العمليات الجيولوجية السطحية وتاريخها، بما في ذلك تقييم مدى قابليتها للحياة في الماضي وإمكانية حفظ المؤشرات الحيوية والجزيئات الحيوية داخل المواد الجيولوجية التي يمكن الوصول إليها. ^{[ 132 ]} ويقترح فريق تعريف العلوم أن تقوم المركبة بجمع وتغليف ما لا يقل عن 31 عينة من لباب الصخور والتربة لمهمة لاحقة لإعادتها إلى الأرض لإجراء تحليل أكثر دقة في المختبرات. ويمكن للمركبة إجراء قياسات وعروض توضيحية تكنولوجية لمساعدة مصممي الرحلات الاستكشافية المأهولة على فهم أي مخاطر قد يشكلها غبار المريخ، وتوضيح كيفية جمع ثاني أكسيد الكربون (CO2 ₎ ، الذي يمكن أن يكون مصدرًا لإنتاج الأكسجين الجزيئي (O2 ₎ ووقود الصواريخ . ^{[ 133 ] [ 134 ]}

يوروبا كليبر

يوروبا كليبر هي مهمة أطلقتها وكالة ناسا في 14 أكتوبر 2024، وستجري استطلاعًا تفصيليًا لقمر يوروبا التابع لكوكب المشتري بدءًا من عام 2030، وستبحث فيما إذا كان محيطه الداخلي يوفر ظروفًا ملائمة للحياة. ^{[ 135 ] [ 136 ] [ 137 ]} كما ستساعد في اختيار مواقع الهبوط المستقبلية . ^{[ 138 ] [ 139 ]}

اليعسوب

دراغون فلاي هي مهمة تابعة لوكالة ناسا من المقرر أن تهبط على تيتان في عام 2036 لتقييم مدى قابليته للحياة الميكروبية ودراسة تركيبه الكيميائي ما قبل الحيوي. دراغون فلاي مركبة هبوط دوارة ستجري رحلات جوية مضبوطة بين مواقع متعددة على السطح، مما يسمح بأخذ عينات من مناطق وسياقات جيولوجية متنوعة. ^{[ 140 ]}