ASTROBIOLOGI: SEJARAH, OBJEK STUDI DAN KEPENTINGAN - BIOLOGI - 2025

The Astrobiology atau exobiology adalah cabang dari biologi yang berhubungan dengan asal-usul, distribusi dan dinamika kehidupan dalam konteks dari kedua planet kita, sebagai seluruh alam semesta. Kita dapat mengatakan kemudian, bahwa sebagai ilmu astrobiologi untuk alam semesta, apa biologi untuk planet bumi.

Karena spektrum aksi astrobiologi yang luas, ilmu-ilmu lain berkumpul di dalamnya seperti: fisika, kimia, astronomi, biologi molekuler, biofisika, biokimia, kosmologi, geologi, matematika, komputasi, sosiologi, antropologi, arkeologi, antara lain.

Gambar 1. Interpretasi artistik tentang hubungan antara kehidupan dan eksplorasi ruang angkasa. Sumber: NASA / Cheryse Triano

Astrobiologi memahami kehidupan sebagai fenomena yang bisa "universal". Ini berkaitan dengan kemungkinan konteks atau skenario mereka; persyaratannya dan kondisi minimumnya; proses yang terlibat; prosesnya yang ekspansif; di antara topik lainnya. Ini tidak terbatas pada kehidupan berakal, tetapi mengeksplorasi setiap jenis kehidupan yang mungkin.

Sejarah astrobiologi

Sejarah astrobiologi mungkin berasal dari permulaan manusia sebagai spesies dan kemampuannya untuk mempertanyakan dirinya sendiri tentang kosmos dan kehidupan di planet kita. Dari sana muncul penglihatan dan penjelasan pertama yang masih ada dalam mitos banyak orang saat ini.

Visi Aristotelian

Penglihatan Aristoteles menganggap Matahari, Bulan, seluruh planet dan bintang, sebagai bola sempurna yang mengorbit kita, membuat lingkaran konsentris di sekitar kita.

Visi ini merupakan model geosentris alam semesta dan merupakan konsepsi yang menandai umat manusia selama Abad Pertengahan. Mungkin saat itu tidak masuk akal, pertanyaan tentang keberadaan "penghuni" di luar planet kita.

Pemandangan Copernican

Pada Abad Pertengahan, Nicolás Copernicus mengusulkan model heliosentrisnya, yang menempatkan Bumi sebagai satu planet lagi, berputar mengelilingi matahari.

Pendekatan ini sangat memengaruhi cara kita memandang bagian lain alam semesta dan bahkan memandang diri kita sendiri, karena itu menempatkan kita di tempat yang mungkin tidak "istimewa" seperti yang kita duga. Kemudian kemungkinan keberadaan planet lain yang serupa dengan kita dan, dengannya, kehidupan berbeda dari yang kita kenal.

Gambar 2. Sistem heliosentris Copernicus. Sumber: Domain publik, melalui Wikimedia Commons

Ide pertama tentang kehidupan di luar bumi

Penulis dan filsuf Prancis, Bernard le Bovier de Fontenelle, pada akhir abad ke-17 sudah mengusulkan bahwa kehidupan bisa ada di planet lain.

Pada pertengahan abad ke-18, banyak sarjana yang terkait dengan Pencerahan menulis tentang kehidupan di luar bumi. Bahkan astronom terkemuka pada masa itu seperti Wright, Kant, Lambert, dan Herschel, berasumsi bahwa planet, bulan, dan bahkan komet dapat dihuni.

Beginilah abad kesembilan belas dimulai dengan mayoritas ilmuwan akademis, filsuf, dan teolog, berbagi keyakinan akan keberadaan kehidupan di luar bumi di hampir semua planet. Ini dianggap asumsi yang masuk akal pada saat itu, berdasarkan pemahaman ilmiah yang berkembang tentang kosmos.

Perbedaan besar antara benda-benda langit di tata surya (berkenaan dengan komposisi kimianya, atmosfer, gravitasi, cahaya, dan panasnya), diabaikan.

Namun, ketika kekuatan teleskop meningkat dan dengan munculnya spektroskopi, para astronom dapat mulai memahami kimia atmosfer planet terdekat. Dengan demikian, dapat disingkirkan bahwa planet terdekat dihuni oleh organisme yang mirip dengan yang terestrial.

Objek studi astrobiologi

Astrobiologi berfokus pada studi tentang pertanyaan dasar berikut:

• Apa itu hidup?
• Bagaimana kehidupan muncul di Bumi?
• Bagaimana kehidupan berevolusi dan berkembang?
• Apakah ada kehidupan di tempat lain di alam semesta?
• Bagaimana masa depan kehidupan di Bumi dan di tempat lain di alam semesta, jika itu ada?

Banyak pertanyaan lain yang muncul dari pertanyaan-pertanyaan tersebut, semuanya terkait dengan objek studi astrobiologi.

Mars sebagai model studi dan eksplorasi ruang angkasa

Planet merah, Mars, telah menjadi benteng terakhir hipotesis kehidupan ekstraterestrial di tata surya. Ide keberadaan kehidupan di planet ini awalnya berasal dari pengamatan yang dilakukan oleh para astronom pada akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20.

Mereka berargumen bahwa tanda di permukaan Mars sebenarnya adalah saluran yang dibangun oleh populasi organisme cerdas. Pola-pola ini sekarang dianggap sebagai produk angin.

Misi

Pesawat luar angkasa Mariner mencontohkan zaman antariksa yang dimulai pada akhir 1950. Era ini memungkinkan untuk secara langsung memvisualisasikan dan memeriksa permukaan planet dan bulan di dalam tata surya; sehingga mengesampingkan klaim makhluk luar angkasa bersel banyak dan mudah dikenali di tata surya.

Pada tahun 1964, misi Mariner 4 NASA mengirimkan foto close-up pertama permukaan Mars, yang menunjukkan planet yang pada dasarnya adalah gurun.

Namun, misi selanjutnya ke Mars dan planet luar memungkinkan pandangan rinci tentang tubuh dan bulan mereka dan, terutama dalam kasus Mars, pemahaman parsial tentang sejarah awal mereka.

Dalam berbagai pengaturan luar angkasa, para ilmuwan menemukan lingkungan yang tidak jauh berbeda dari lingkungan yang dihuni di Bumi.

Kesimpulan terpenting dari misi luar angkasa pertama ini adalah penggantian asumsi spekulatif dengan bukti kimia dan biologis, yang memungkinkannya dipelajari dan dianalisis secara objektif.

Apakah ada kehidupan di Mars? Misi

Pada contoh pertama, hasil misi Mariner mendukung hipotesis tidak adanya kehidupan di Mars. Namun, kita harus mempertimbangkan bahwa kehidupan makroskopik sedang dicari. Misi selanjutnya telah meragukan tidak adanya kehidupan mikroskopis.

Gambar 3. Probe orbital dan terestrial dari misi Viking. Sumber: Don Davis, melalui Wikimedia Commons

Misalnya, dari tiga eksperimen yang dirancang untuk mendeteksi kehidupan, yang dilakukan oleh probe darat misi Viking, dua eksperimen positif dan satu negatif.

Meskipun demikian, sebagian besar ilmuwan yang terlibat dalam eksperimen probe Viking setuju bahwa tidak ada bukti kehidupan bakteri di Mars dan hasilnya secara resmi tidak meyakinkan.

Gambar 4. Wahana pendaratan (Lander) dari misi Viking. Sumber: NASA / JPL-Caltech / Universitas Arizona, melalui Wikimedia Commons

Misi

Menyusul hasil kontroversial dari misi Viking, European Space Agency (ESA) meluncurkan misi Mars Express pada tahun 2003, yang dirancang khusus untuk studi eksobiologi dan geokimia.

Misi ini termasuk penyelidikan yang disebut Beagle 2 (homonim dari kapal tempat Charles Darwin bepergian), yang dirancang untuk mencari tanda-tanda kehidupan di permukaan dangkal Mars.

Pesawat ini sayangnya kehilangan kontak dengan Bumi dan tidak dapat menjalankan misinya dengan memuaskan. Nasib serupa pernah NASA menyelidiki "Mars Polar Lander" pada 1999.

Misi

Setelah upaya yang gagal ini, pada Mei 2008, misi Phoenix NASA mencapai Mars, memperoleh hasil luar biasa hanya dalam 5 bulan. Tujuan penelitian utamanya adalah eksobiologi, iklim dan geologi.

Probe ini mampu mendemonstrasikan keberadaan:

• Salju di atmosfer Mars.
• Air dalam bentuk es di bawah lapisan atas planet ini.
• Tanah dasar dengan pH antara 8 dan 9 (setidaknya di daerah yang dekat dengan keturunan).
• Air cair di permukaan Mars di masa lalu

Eksplorasi Mars terus berlanjut

Eksplorasi Mars berlanjut hari ini, dengan instrumen robotik berteknologi tinggi. Misi Rovers (MER-A dan MER-B) telah memberikan bukti yang mengesankan bahwa ada aktivitas air di Mars.

Misalnya, bukti air tawar, mata air mendidih, atmosfer padat, dan siklus air aktif telah ditemukan.

Gambar 5. Gambar Rover MER-B (Opportunity) di permukaan Mars. Sumber: NASA / JPL / Cornell University, Maas Digital LLC, melalui Wikimedia Commons

Di Mars telah diperoleh bukti bahwa beberapa batuan telah terbentuk dengan adanya air cair, seperti Jarosite, terdeteksi oleh MER-B (Opportunity) Rover yang aktif dari tahun 2004 hingga 2018.

Rover MER-A (Curiosity) telah mengukur fluktuasi musiman metana, yang selalu terkait dengan aktivitas biologis (data diterbitkan pada 2018 di jurnal Science). Ia juga menemukan molekul organik seperti tiofen, benzena, toluena, propana, dan butana.

Gambar 6. Fluktuasi musiman tingkat metana di Mars, diukur dengan Rover MER-A (Curiosity). Sumber: NASA / JPL-Caltech

Ada air di Mars

Meskipun permukaan Mars saat ini tidak ramah, ada bukti yang jelas bahwa di masa lalu, iklim Mars memungkinkan air cair, bahan penting untuk kehidupan seperti yang kita ketahui, menumpuk di permukaan.

Data Rover MER-A (Curiosity) mengungkapkan bahwa miliaran tahun yang lalu, sebuah danau di dalam kawah Gale mengandung semua bahan yang diperlukan untuk kehidupan, termasuk komponen kimia dan sumber energi.

Meteorit Mars

Beberapa peneliti menganggap meteorit Mars sebagai sumber informasi yang baik tentang planet ini, bahkan menyatakan bahwa meteorit tersebut mengandung molekul organik alami dan bahkan mikrofosil bakteri. Pendekatan ini menjadi bahan perdebatan ilmiah.

Gambar 7. Tampilan mikroskopis dari struktur internal meteorit ALH84001, menunjukkan struktur yang mirip dengan basil. Sumber: NASA, melalui Wikimedia Commons

Meteorit dari Mars ini sangat langka dan mewakili satu-satunya sampel planet merah yang dapat dianalisis secara langsung.

Panspermia, meteorit, dan komet

Salah satu hipotesis yang mendukung studi tentang meteorit (dan juga komet), disebut panspermia. Ini terdiri dari asumsi bahwa di masa lalu kolonisasi bumi terjadi, oleh mikroorganisme yang masuk ke dalam meteorit tersebut.

Saat ini juga terdapat hipotesis yang menyatakan bahwa air terestrial berasal dari komet yang membombardir planet kita di masa lalu. Selain itu, diyakini bahwa komet ini mungkin membawa serta molekul primal, yang memungkinkan perkembangan kehidupan atau bahkan kehidupan yang sudah berkembang bersarang di dalamnya.

Baru-baru ini, pada September 2017, European Space Agency (ESA) berhasil menyelesaikan misi Rosseta yang diluncurkan pada 2004. Misi ini terdiri dari eksplorasi komet 67P / Churyumov-Gerasimenko dengan wahana Philae yang mencapai dan mengorbitnya, ke lalu turun. Hasil dari misi ini masih dipelajari.

Pentingnya astrobiologi

Paradoks Fermi

Dapat dikatakan bahwa pertanyaan awal yang memotivasi studi Aastrobiology adalah: Apakah kita sendirian di alam semesta?

Di Bimasakti saja ada ratusan miliar sistem bintang. Fakta ini, ditambah dengan usia alam semesta, menunjukkan bahwa kehidupan seharusnya menjadi fenomena umum di galaksi kita.

Di sekitar topik ini, pertanyaan yang diajukan oleh fisikawan pemenang Hadiah Nobel Enrico Fermi terkenal: "Di mana semua orang?", Yang dia tanyakan dalam konteks makan siang, di mana fakta bahwa galaksi harus penuh dibahas hidup.

Pertanyaan itu akhirnya memunculkan Paradoks yang menyandang namanya dan yang dinyatakan sebagai berikut:

Program SETI dan Pencarian Intelijen Luar Angkasa

Satu jawaban yang mungkin untuk paradoks Fermi adalah bahwa peradaban yang kita pikirkan sebenarnya ada di sana, tetapi kita belum mencarinya.

Pada tahun 1960, Frank Drake bersama astronom lainnya memulai program Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI).

Program ini telah melakukan upaya bersama dengan NASA, dalam mencari tanda-tanda kehidupan di luar bumi, seperti sinyal radio dan gelombang mikro. Pertanyaan tentang bagaimana dan di mana mencari sinyal-sinyal ini telah membawa kemajuan besar di banyak cabang ilmu pengetahuan.

Gambar 8. Teleskop radio yang digunakan SETI di Arecibo, Puerto Rico. Sumber: JidoBG, dari Wikimedia Commons

Pada tahun 1993, Kongres AS membatalkan pendanaan ke NASA untuk tujuan ini, sebagai akibat dari kesalahpahaman tentang arti dari apa yang disiratkan oleh pencarian tersebut. Saat ini proyek SETI dibiayai dengan dana swasta.

Proyek SETI bahkan telah melahirkan film-film Hollywood, seperti Contact yang dibintangi oleh aktris Jodie Foster dan terinspirasi dari novel berjudul sama yang ditulis oleh astronom terkenal dunia Carl Sagan.

Persamaan Drake

Frank Drake memperkirakan jumlah peradaban dengan keterampilan komunikasi, menggunakan ungkapan yang menyandang namanya:

N = R * xf _p xn _e xf _l xf _i xf _c x L.

Dimana N merepresentasikan jumlah peradaban yang memiliki kemampuan berkomunikasi dengan Bumi dan dinyatakan sebagai fungsi dari variabel lain seperti:

• R *: laju pembentukan bintang yang mirip dengan matahari kita
• f _p : pecahan sistem bintang ini dengan planet
• n _e : jumlah planet mirip Bumi per sistem planet
• f _l : pecahan planet-planet ini tempat kehidupan berkembang
• f _i : bagian di mana kecerdasan muncul
• f _c : pecahan planet yang cocok secara komunikasi
• L: harapan "hidup" dari peradaban ini.

Drake merumuskan persamaan ini sebagai alat untuk “mengukur” masalah, bukan sebagai elemen untuk membuat perkiraan yang konkret, karena banyak istilahnya sangat sulit untuk diperkirakan. Namun, ada konsensus bahwa jumlah yang cenderung dikeluarkannya besar.

Skenario baru

Perlu dicatat bahwa ketika persamaan Drake diformulasikan, hanya ada sedikit bukti adanya planet dan bulan di luar tata surya kita (exoplanet). Pada tahun 1990-an bukti pertama eksoplanet muncul.

Gambar 9. Teleskop Kepler. Sumber: NASA, melalui Wikimedia Commons

Misalnya, misi Kepler NASA mendeteksi 3.538 kandidat planet ekstrasurya, di mana setidaknya 1.000 di antaranya dianggap berada di "zona layak huni" dari sistem yang sedang dipertimbangkan (jarak yang memungkinkan adanya air cair).

Astrobiologi dan penjelajahan ujung-ujung bumi

Salah satu kelebihan astrobiologi adalah ia telah menginspirasi, sebagian besar, keinginan untuk menjelajahi planet kita sendiri. Ini dengan harapan memahami dengan analogi operasi kehidupan dalam pengaturan lain.

Misalnya, studi tentang ventilasi hidrotermal di dasar laut memungkinkan kita untuk mengamati, untuk pertama kalinya, kehidupan yang tidak terkait dengan fotosintesis. Artinya, penelitian ini menunjukkan kepada kita bahwa mungkin ada sistem di mana kehidupan tidak bergantung pada sinar matahari, yang selalu dianggap sebagai persyaratan yang sangat diperlukan.

Hal ini memungkinkan kita untuk mengandaikan kemungkinan skenario kehidupan di planet di mana air cair dapat ditemukan, tetapi di bawah lapisan es tebal, yang akan mencegah kedatangan cahaya ke organisme.

Contoh lain adalah studi tentang lembah kering Antartika. Di sana mereka memperoleh bakteri fotosintetik yang bertahan hidup terlindung di dalam batuan (bakteri endolitik).

Dalam hal ini, batu tersebut berfungsi baik sebagai penyangga maupun sebagai pelindung terhadap kondisi buruk tempat tersebut. Strategi ini juga terdeteksi di dataran garam dan mata air panas.

Gambar 10. Lembah Kering McMurdo di Antartika, salah satu tempat di Bumi yang paling mirip dengan Mars. Sumber: Departemen Luar Negeri AS dari Amerika Serikat, melalui Wikimedia Commons

Perspektif astrobiologi

Pencarian ilmiah untuk kehidupan di luar bumi sejauh ini tidak berhasil. Tapi itu menjadi lebih canggih karena penelitian astrobiologi menghasilkan wawasan baru. Dekade berikutnya dari eksplorasi astrobiologi akan melihat:

• Upaya lebih besar untuk menjelajahi Mars dan bulan-bulan es Jupiter dan Saturnus.
• Kemampuan yang belum pernah ada sebelumnya untuk mengamati dan menganalisis planet ekstrasurya.
• Potensi yang lebih besar untuk merancang dan mempelajari bentuk kehidupan yang lebih sederhana di laboratorium.

Semua kemajuan ini tidak diragukan lagi akan meningkatkan kemungkinan kita menemukan kehidupan di planet mirip Bumi. Tapi mungkin, kehidupan di luar bumi tidak ada atau begitu tersebar di seluruh galaksi sehingga kita hampir tidak punya kesempatan untuk menemukannya.

Bahkan jika skenario terakhir benar, penelitian dalam astrobiologi semakin memperluas perspektif kita tentang kehidupan di Bumi dan tempatnya di alam semesta.

Referensi

1. Chela-Flores, J. (1985). Evolusi sebagai fenomena kolektif. Jurnal Biologi Teoritis, 117 (1), 107-118. doi: 10.1016 / s0022-5193 (85) 80166-1
2. Eigenbrode, JL, Panggilan, RE, Steele, A., Freissinet, C., Millan, M., Navarro-González, R.,… Coll, P. (2018). Bahan organik diawetkan dalam batulumpur berumur 3 miliar tahun di kawah Gale, Mars. Sains, 360 (6393), 1096-1101. doi: 10.1126 / science.aas9185
3. Goldman, AD (2015). Astrobiology: An Overview. Dalam: Kolb, Vera (eds). ASTROBIOLOGI: Pendekatan Evolusioner CRC Press
4. Goordial, J., Davila, A., Lacelle, D., Pollard, W., Marinova, MM, Greer, CW,… Whyte, LG (2016). Mendekati batas gersang kehidupan mikroba di permafrost di lembah kering bagian atas, Antartika. Jurnal ISME, 10 (7), 1613-1624. doi: 10.1038 / ismej.2015.239
5. Krasnopolsky, VA (2006). Beberapa masalah terkait asal muasal metana di Mars. Icarus, 180 (2), 359–367. doi: 10.1016 / j.icarus.2005.10.015
6. LEVIN, GV, & STRAAT, PA (1976). Eksperimen Biologi Rilis Berlabel Viking: Hasil Sementara. Sains, 194 (4271), 1322-1329. doi: 10.1126 / science.194.4271.1322
7. Ten Kate, IL (2018). Molekul organik di Mars. Sains, 360 (6393), 1068-1069. doi: 10.1126 / science.aat2662
8. Webster, CR, Mahaffy, PR, Atreya, SK, Moores, JE, Flesch, GJ, Malespin, C.,… Vasavada, AR (2018). Tingkat latar belakang metana di atmosfer Mars menunjukkan variasi musim yang kuat. Sains, 360 (6393), 1093-1096. doi: 10.1126 / science.aaq0131
9. Whiteway, JA, Komguem, L., Dickinson, C., Cook, C., Illnicki, M., Seabrook, J.,… Smith, PH (2009). Awan Es-Air Mars dan Presipitasi. Sains, 325 (5936), 68-70. doi: 10.1126 / science.1172344