Andrzej Zimniak	Para, nauka i obok
	strona 22

Wyjście życia poza Ziemię

Prognozy i hipotezy

(Od Redakcji: udało się nam pozyskać świetny tekst Andrzeja Zimniaka. Jest to poszerzona i uzupełniona wersja pracy drukowanej w Feniksie 11 i 12/2000. Jako że młodsi czytelnicy Feniksa nie czytywali, sądzimy, że dla większości będzie to pierwsze spotkanie z tym artykułem.)

W XX wieku rozpoczęła się era eksploracji kosmosu – człowiek wzniósł się ponad ziemską atmosferę, dotarł na Księżyc, i cało i zdrowo z niego powrócił. Jednak ze względu na bezpieczeństwo astronautów powstrzymano się od lotów załogowych do bardziej odległych celów. Za ściankami kosmicznych kabin czaiło się śmiertelne zagrożenie – próżnia bez odrobiny powietrza czy wody, przeniknięta jonizującym promieniowaniem, przestrzeń, w której człowiek nie przeżyłby kilkudziesięciu sekund. Czy kiedykolwiek zdołamy wydostać się poza Ziemię bez trwogi o życie, nie korzystając z hermetycznych pojazdów, czy ziemskie organizmy będą w stanie "oswoić" kosmos?

Poniższe opracowanie nie dotyczy technologicznej eksploracji przestrzeni kosmicznej, jest natomiast prognozą skolonizowania kosmosu przez ziemskie organizmy w sposób, który zrealizuje się podobnie jak kiedyś fenomen wyjścia życia z mórz na lądy. Wobec witalności życia i zasiedlania nawet najmniej przyjaznych nisz ekologicznych taka perspektywa nie wydaje się zbyt odległa, zwłaszcza jeśli weźmiemy pod uwagę wspomożenie technologiczne przy wychodzeniu z ziemskiej studni grawitacyjnej.

Kilka miliardów lat temu na Ziemi żyły tylko bakterie i glony, a całą planetę pokrywał jeden wszechocean. Gdy lądy zaczęły wynurzać się z tego pierwotnego morza, były to zapewne wierzchołki magmowych gór, powstających w wyniku potężnych erupcji wulkanicznych. W innych miejscach fragmenty dna morskiego mogły zostać wypchnięte ponad lustro wody, ale życie na ich powierzchni szybko zamierało w miarę jak skały wysychały. Musiało minąć sporo czasu, zanim niektóre gatunki bakterii przystosowały się do życia w wilgotnej glebie lub w szczelinach skał.

Następnym etapem był rozwój roślin, najpierw w morzu, a potem nastąpiła ich ekspansja na lądy. Wrogie, bo stosunkowo suche, pozbawione ciekłej wody środowisko atmosferyczne zostało skolonizowane. Okazało się, że rośliny nie wysychają w wyniku szybkiego parowania na powierzchni liści, bo mogą to parowanie ograniczać, i są w stanie sukcesywnie uzupełniać wewnętrzne zapasy wody.

Później organizmy zwierzęce zaczęły wychodzić na ląd. To był prawdziwy przełom, bo stworzenia, nic nie ważące w wodzie, musiały pokonać potężną siłę grawitacji. W środowisku wodnym do poruszania się wystarczył powolny ruch płetwą, a na ziemi trzeba było najpierw zneutralizować przyciąganie. U tych szybko poruszających się organizmów wprowadzanie i zatrzymanie odpowiedniej ilości wody, w celu wyrównania jej ubytków, znów okazało się kluczowym problemem. Również decydujące było wykształcenie układu oddechowego, który mógłby funkcjonować w nowych warunkach.

Kolejnym, dość spektakularnym (przynajmniej dla nas, twardo stąpających po ziemi) etapem na drodze zagospodarowywania coraz to nowych środowisk było opanowanie przestrzeni powietrznej – owady, gady i ptaki wzbiły się ponad lądy w ucieczce przed drapieżnikami lub w poszukiwaniu pożywienia. Jednak utrzymywanie się w powietrzu wymaga tak dużych nakładów energii, że tej sztuki można dokonywać raczej sporadycznie, tzn. że zwierzęta latające swoje stałe siedziby mają na lądzie, a wzlatują w przestworza jedynie w razie konieczności. Nie jest znany żaden gatunek stale latający i żyjący w powietrzu. Natura nie wynalazła żywych balonów, bo chyba tylko taki stwór, roślinny czy zwierzęcy, mógłby spędzać całe życie pod chmurami.

Powstaje pytanie, jaki był cel tych środowiskowych exodusów? Celowość musiała zaistnieć, ponieważ w przeciwnym przypadku nieubłagana ewolucja wyeliminowałaby wszelką nadmiarowość, czyli na przykład życie na lądzie czy zdolność do wzbijania się w powietrze. Przy okazji warto wspomnieć, że niektóre gatunki powróciły z lądów do mórz i powtórne się przystosowały – przykładami niech będą takie ssaki, jak delfiny czy wieloryby. Jednak pozostał im "lądowy" układ oddechowy, więc muszą wynurzać się, aby zaczerpnąć tchu.

Jednym z celów ekspansji mogło być zajęcie nowej niszy, opanowanie wolnego terytorium, gdzie nie istniała jeszcze konkurencja i nie było wrogów. Jednakże w ślad za pierwszą falą ruszyła druga, złożona z drapieżników, polujących na te gatunki, które były pierwsze. A więc zasadniczymi powodami migracji okazało się poszukiwanie nowych terenów bytowania i nowych źródeł pożywienia.

Zauważmy, że gatunki, owszem, przystosowywały się, ale zmiany wewnętrzne i modyfikacje biochemiczne zachodziły jedynie w stopniu koniecznym. Płyny fizjologiczne człowieka wciąż mają elektrolityczny skład podobny do... morskiej wody, a przy skaleczeniu w morzu ranka nie boli, zaczyna piec dopiero po wynurzeniu i zetknięciu z powietrzem. Można w dużym uproszczeniu powiedzieć, że zwierzęta, opuszczając morskie środowisko, uniosły w swoich wnętrzach jakieś jego odwzorowanie i starają się je utrzymać, odgradzając się od nieprzyjaznego otoczenia za pomocą na przykład grubej, mało przepuszczalnej skóry.

Życie z mórz wyszło na lądy i tam się zadomowiło, z lądów wzbiło się w powietrze, ale z tego obszaru korzysta z reguły "awaryjnie". Czy kiedykolwiek wyjdzie poza ziemski glob? Czy ma szanse na zadomowienie się w kosmosie? Mam na myśli nie tylko człowieka, ale życie we wszelkich jego przejawach. Czy życie oparte na białku jako podstawowym budulcu, i na kwasach nukleinowych, stanowiących matryce do jego wytwarzania, ma szanse na zasiedlenie pozaziemskiej przestrzeni? Pojęcie "przestrzeń" rozumiem tutaj szerzej niż tylko środowiska wybranych planet lub ich księżyców.

W tym miejscu należy wrócić do pytania o celowość. Kryterium ucieczki przed konkurencją i wrogami jest w zasadzie uniwersalne – w tym aspekcie ekspansja na nowe, dziewicze tereny zawsze okazuje się korzystna dla gatunku, przynajmniej na początku zasiedlania, zanim nie pojawią się drapieżniki. Tak działo się w przeszłości na Ziemi, choć zwykle proces powiązany był z okresowym zachwianiem równowagi w nowym środowisku – ale to już zupełnie inne zagadnienie. Natomiast bardziej problematyczne wydaje się znalezienie nowych źródeł energii i materiału budulcowego dla ciał organizmów owych animatio cosmicus. Najprostszym wyjściem byłoby skonstruowanie niemalże od podstaw na potrzeby kolonizatorów pięknych światów z zielonymi łąkami, szemrzącymi strumieniami i niebieskim niebem, czyli planet typu Ziemia II.

Terraformowanie planet

Tą nazwą określa się przekształcanie obcego środowiska planetarnego w taki sposób, by jak najbardziej przypominało ziemskie. Jeśli celem takich astroinżynieryjnych działań stałby się Mars, należałoby najpierw tak zmienić jego orbitę, aby znalazł się bliżej Słońca – a to w celu podniesienia temperatury na powierzchni planety. Przy okazji warto byłoby poprawić parametry orbity oraz obrotu wokół osi, żeby doba miała ok. 24 godziny, a rok 300-400 dni. Tak ustawiony glob byłby gotów na przyjęcie specjalnie wyhodowanych bakterii i glonów, które rozpoczęłyby asymilację dwutlenku węgla i wydzielanie tlenu. Pozostaje otwarte pytanie, ile jest na Marsie wody i czy można byłoby liczyć na to, że w zmienionych warunkach dałoby się generować nowe jej zasoby, np. na drodze biochemicznej. Optymiści twierdzą, że po ok. 500 latach operacji terraformowania planeta byłaby gotowa do zasiedlania przez wyższe organizmy i człowieka. Inne globy, wchodzące w rachubę, to Wenus, Merkury, ewentualnie księżyce Jowisza, jak Europa czy Ganimedes.

Nie sądzę, aby plany terraformowania planet w przewidywalnej przyszłości miały szanse na zrealizowanie. Po pierwsze, nie dysponujemy nie tylko odpowiednim napędem, za pomocą którego można byłoby przemieszczać planety, ale nawet nie mamy koncepcji takiego napędu. Nieznane są także źródła energii o ogromnej pojemności, potrzebne do finalizacji projektu. Po drugie: dokonania człowieka na polu kształtowania choćby ziemskiego środowiska są nie tylko żenująco skromne, lecz także zazwyczaj chybione. Okazuje się, że przy zmianie jednego lub kilku parametrów w niesłychanie złożonym układzie, jakim jest klimat, w zasadzie nie do przewidzenia są zmiany innych, pozornie niezależnych parametrów. Dowodem na to są rezultaty przedsięwzięć inżynieryjnych (np. tama assuańska) lub prognostycznych (średniookresowe przewidywanie pogody, prognozowanie zmian klimatu). W takiej sytuacji tylko wrodzony człowiekowi brak skromności pozwala mu snuć plany stworzenia homeostazy klimatycznej o zadanych parametrach w skali całej obcej planety.

Zupełnie inną sprawą jest zaszczepienie bakteryjnego życia na Marsie – to nastąpi zapewne już wkrótce. Dziś na Ziemi żyje wiele gatunków drobnoustrojów, które, jak przypuszczam, byłyby w stanie przeżyć w innoplanetarnych warunkach.

Grupa szturmowa jest wśród nas

Istnieją bakterie, żyjące w stężonym kwasie i w temperaturze bliskiej 100 stopni Celsjusza, są także takie, których naturalnym środowiskiem są głębiny oceanów, gdzie panują temperatury bliskie zera stopni i ciśnienia rzędu setek atmosfer. Jeszcze inne drobnoustroje doskonale egzystują w gorących źródłach w dnie morza, gdzie temperatura może przekraczać 100 stopni, a ciśnienie 250 atmosfer. Tzw. halobakterie dobrze rosną w solankach, gdzie stężenie soli sięga 30%. Te wszystkie mikroorganizmy zalicza się do grupy umownie nazwanej ekstremofilami, czyli "lubiącymi ekstrema". Przypomnę, że normalne białka tracą aktywność w wymienionych warunkach, a ich nieodwracalna denaturacja zaczyna się już w temperaturze 60 stopni Celsjusza.

Ekstremofile nie są "stworami z innego świata", ich procesy biochemiczne przebiegają analogicznie do naszych, czyli zachodzących w organizmach "tradycyjnych". Badania wykazały, że enzymy i białka termofilnych organizmów są ściślej upakowane, mniej jest w ich przestrzennej strukturze wolnych miejsc, które zwykle wypełniane są przez cząsteczki wody. Do powstania takiego układu konieczne są tzw. mostki solne wewnątrz cząsteczek, a także nieco odmienna kolejność i skład aminokwasów, lecz są to zmiany w sumie niewielkie, typu przystosowawczego.

Wniosek stąd taki, że białkowe organizmy są w stanie adaptować się do warunków skrajnych, na pozór wykluczających jakiekolwiek życie. Sądzę, że ekstremofile siarkowe, żyjące w warunkach wysokiej temperatury i ciśnienia, miałyby szansę na Wenus, może w pieczarach pod jej powierzchnią, gdzie zapewne jest nieco chłodniej. Natomiast zimnolubne beztlenowe bakterie, a także sinice, można próbować zaszczepić na Marsie.

Jeśli jednak takie eksperymenty się nie powiodą, w zasięgu możliwości już dziś jest sposób sztucznego przysposobienia genetycznego.

Wzmocnienie genetyczne

Możliwa do wyobrażenia jest ewolucja, trwająca setki milionów czy nawet miliardy lat, której wynikiem będą organizmy kosmiczne, jednak ostatnio pojawiła się sposobność pójścia na skróty, a na imię jej – inżynieria genetyczna. Obecnie porównywane są enzymy bakterii "tradycyjnych" i termofilnych w ramach projektów zastosowania tych drugich w procesach technologicznych. Okazało się, że odpowiedni gen bakterii termofilnych, wszczepiony do normalnego genomu, produkuje enzym odporny na wysokie temperatury. Kto wie, czy nie można byłoby w ten sposób wyposażyć wybranych mikroorganizmów, albo nawet zaprojektować dla nich jeszcze wytrzymalszych białek i enzymów? Będzie to możliwe w przyszłości, kiedy lepiej poznamy architekturę genomu i role poszczególnych genów, lecz wszystko wskazuje na to, że nie będzie to bardzo odległa przyszłość. Nie jest również wykluczone, że na drodze modyfikacji genetycznych będzie można przygotować do kosmicznej ekspansji nie tylko bakterie, ale także organizmy wyższe, a pośród nich – człowieka.

Przygotowanie terenu

Wydaje się, że szybki rozwój technologii lotów kosmicznych z jednej strony, a postęp w dziedzinie modyfikacji genomu z drugiej, niejako predestynują człowieka do stania się siewcą kosmicznego życia. Po co jednak miałby to robić? Z prostego powodu: żeby otworzyć sobie samemu drogę w kosmos.

Człowiek usadowił się na szczycie drabiny organizmów cudzożywnych, jest więc w pełni zależny od samożywnych form życia, które potrafią wytwarzać wysokoenergetyczne związki organiczne z połączeń nieorganicznych przy wykorzystaniu energii słonecznej lub chemicznej. Ludzkie kolonie w kosmosie będą mogły powstawać tylko w miejscach wcześniej skolonizowanych przez bakterie i rośliny. We wszystkich innych obszarach człowiek nie będzie u siebie, lecz w podróży, zależny od ilości i trwałości zabranych ze sobą zapasów.

Chciałbym podkreślić, że rozesłanie po kosmosie forpoczty w postaci organizmów samożywnych jest czymś zupełnie innym od terraformowania planet. To ostatnie dosłownie oznacza "kształtowanie na wzór Ziemi" i jest, jak sądzę, niewykonalne przy obecnym stanie wiedzy i techniki. Wydaje mi się, że zajdzie odwrotne zjawisko: to my, czyli wszystkie organizmy, opuszczające ziemski glob, musimy przystosować się do innych warunków, podobnie jak to kiedyś na Ziemi uczyniły stworzenia morskie, opuszczające ocean.

Jednak niezależnie od celu wędrówki zawsze pozostaną do rozwiązania dwa kluczowe problemy: skąd brać energię do życia oraz materiał do zbudowania organizmu. A samo rozpoczęcie wędrówki będzie możliwe dopiero po pokonaniu studni grawitacyjnej Ziemi.

Na dnie studni

Żyjemy uwięzieni w głębokiej studni o gładkich ścianach – tak można powiedzieć o efektach ziemskiej grawitacji. Do opuszczenia naszej planety potrzebna jest rakieta i wielka ilość paliwa, które w chwili startu waży więcej niż cała reszta kosmicznego pojazdu. Takimi sposobami człowiek dysponuje od niedawna, można jednak zastanawiać się, czy możliwe jest opuszczenie Ziemi w sposób naturalny, nie angażujący technologii? Czy, na przykład, pojedyncze kolonie bakterii, wyniesione przez stratosferyczne wiatry na dużą wysokość, mogłyby zostać "zmiecione" w przestrzeń w wyniku kontaktu z meteorami, przelatującymi po stycznej do gęstych warstw atmosfery, lub w następstwie zjawisk magnetosferycznych, związanych z wiatrem słonecznym? Jeśli tak, to być może życie "wycieka" z Ziemi już od dawna i albo znajduje nowe nisze ekologiczne, albo ulega unicestwieniu w nieprzyjaznych warunkach zewnętrznych. Wszakże taka migracja wydaje się nieprawdopodobna, bo na dużych wysokościach powietrze jest zbyt rzadkie, aby unieść jakiekolwiek drobiny. Istnieje jednak inny sposób: przy kolizji z ciałami niebieskimi, takimi jak większe meteory lub asteroidy, nawet z tak dużych planet jak Mars mogą zostać wyrzucone w kosmos kilkukilogramowe odpryski skał (na Ziemi znajdowano meteoryty takiego pochodzenia). Czy podobne zdarzenie może zajść przy bombardowaniu naszego globu? Nie jest to wykluczone, chociaż należy wziąć pod uwagę, że nasza atmosfera jest znacznie gęstsza od marsjańskiej, co spowoduje silne nagrzanie, a nawet stopienie w wyniku tarcia wybijanych odłamków skalnych. Jest więc wysoce wątpliwe, że bakterie podróżujące takim "środkiem lokomocji" pozostaną przy życiu.

W sukurs przychodzi człowiek ze swoją technologią. Początek został zrobiony: astronauci, podróżujący przez kosmos, pozostawiali za sobą odpadki, które nie były specjalnie uważnie odkażane. A ponieważ każdy człowiek nosi w sobie ok. 2 kg bakterii, akcja już się zaczęła, niejako przy okazji. Okazji jednak będzie więcej, i to realizowanych może bardziej świadomie. Na orbitach wokółziemskich na długie okresy umieszczane są laboratoria badawcze, planowane jest zakładanie baz księżycowych, może w przyszłości marsjańskich. Przypuszczam, że wkrótce w kierunku Marsa polecą pojemniki, z których nad Czerwoną Planetą rozsiewane będą "podrasowane" bakterie i glony. Po dokładniejszym zbadaniu tamtejszych warunków rozpoczniemy zakładanie plantacji roślinnych. Następnym etapem będzie kolonizacja Księżyca i planetoid.

Podniebne środowisko naturalne

Przeanalizujmy najistotniejsze dla życia warunki środowiska kosmicznego. W międzyplanetarnej przestrzeni rozciąga się próżnia – obszar praktycznie pozbawiony stałych, ciekłych lub gazowych cząstek materii. Gdyby człowiek na skutek awarii pojazdu kosmicznego znalazł się w takim środowisku, nie zginie natychmiast ani nie eksploduje pod wpływem wewnętrznego ciśnienia (zwłaszcza jeśli zdąży wypuścić powietrze z płuc), ponieważ ciecze są w zasadzie nieściśliwe. Jednak zawierające ok. 70% wody tkanki będą tracić ją szybko w wyniku parowania, i choćby z tego powodu przebywanie w takim środowisku bez izolującej powłoki nie jest możliwe. Grozi także tzw. choroba kesonowa, dobrze znana nurkom – przy gwałtownej dekompresji gazy rozpuszczone we krwi wydzielają się w postaci mikroskopijnych pęcherzyków, powodując groźne zatory żylne. Poza tym oczywiście nie ma czym oddychać, więc – jak się szacuje – człowiek musi dotrzeć do zbawczej śluzy w ciągu 20 sekund, wtedy ma szanse przeżycia.

Drugim czynnikiem jest temperatura. Próżnia nie ma temperatury, bo mogą ją mieć tylko ciała materialne, jednak organizm, jeśli znajdzie się w cieniu, zacznie stopniowo wypromieniowywać energię i w końcu zamieni się w bryłę lodu o temperaturze niewiele odbiegającej od zera bezwzględnego. Natomiast w przypadku oświetlenia przez Słońce na orbicie zbliżonej do ziemskiej ulegnie oparzeniu eksponowaną stroną, bo jej temperatura wzrośnie do ponad 100 stopni. Obrót niewiele pomoże, będzie raczej przypominał pieczenie na rożnie, ponieważ wypromieniowywanie ciepła okaże się wolniejsze niż jego przyjmowanie. Oczywiście utrata ciepła będzie następowała wyłącznie na drodze promieniowania, bo w próżni wszak brak medium chłodzącego.

Kolejną cechą przestrzeni kosmicznej jest twarde promieniowanie, tzw. kosmiczne, oraz – w sąsiedztwie Słońca – wiatr słoneczny, czyli strumień rozpędzonych protonów, elektronów i cięższych jąder. Otulina atmosfery i ziemskie pole magnetyczne chronią nas przed zgubnym wpływem tej radiacji, która powoduje jonizację tkanek i szybką dezorganizację ich funkcji.

Może na ciałach niebieskich warunki będą bardziej sprzyjające? Na niewielkich, pozbawionych atmosfery planetoidach środowisko jest podobne do tego w próżni, a na planetach i księżycach warunki są tak odmienne od ziemskich, że bez daleko idących zmian przystosowawczych przenoszonej biocenozy osadnictwo nie będzie prostym przedsięwzięciem. Istotna może okazać się jedynie ochronna funkcja atmosfery i ewentualnie występującego pola magnetycznego – wtedy temperatura będzie stabilniejsza (co nie znaczy, że optymalna, jedynie zmniejszą się jej wahania między miejscami oświetlonymi i zacienionymi), a duża część groźnego dla życia promieniowania zostanie zatrzymana.

Jak widać, środowisko kosmiczne nie jest specjalnie przyjazne dla człowieka początku trzeciego tysiąclecia, nie wyposażonego w ciężki, próżniowy skafander. Ale wyobraźmy sobie, czym był dla ryby rozgrzany, suchy piasek i gorące powietrze.

Źródła energii i surowców na Ziemi i w kosmosie

Przy okazji rozważań o źródłach energii, dostępnych w przestrzeni kosmicznej, warto przypomnieć, skąd ziemskie życie czerpie energię. Podstawowym procesem, w którym organizmy samożywne (asymilujące bakterie, rośliny) uzyskują energię, jest fotosynteza. W końcowym efekcie jest to synteza związków organicznych z dwutlenku węgla i wody z wydzieleniem tlenu, a energię niezbędną do tego procesu dostarcza Słońce. Konkurencyjnym, lecz mniej wydajnym i rzadziej wykorzystywanym sposobem jest chemosynteza, polegająca na uzyskiwaniu energii z utleniania prostych związków organicznych, jak metan, lub nieorganicznych, jak wodór, siarkowodór, amoniak, azotyny lub sole żelazawe. Ta energia także obracana jest na otrzymywanie związków organicznych z dwutlenku węgla i wody. Syntetyzowane są głównie cukry, przeważnie glukoza.

Uzyskane cukry stanowią rezerwuar chemicznej energii, która jest uwalniana w odwrotnej reakcji – oddychania tkankowego, czyli utleniania cukrów. Można ten proces porównać do spowolnionego spalania, bo w rezultacie złożonych przemian tlen łączy się ze związkiem organicznym i rozkłada go wydzieleniem energii, w wyniku czego powstaje dwutlenek węgla i woda. Oddychanie tkankowe możliwe jest także bez udziału tlenu; zamiast tego pierwiastka tzw. akceptorem wodoru mogą być takie związki jak siarczany, azotany lub kwasy organiczne (wtedy mamy do czynienia z fermentacją). Jest to oddychanie beztlenowe, charakterystyczne np. dla niektórych gatunków bakterii.

Reasumując, organizmy żywe magazynują energię słoneczną lub chemiczną w postaci prostych, wysokoenergetycznych związków organicznych, które w miarę potrzeby są spalane w procesach utleniania. Substratami niezbędnymi do początkowej syntezy są dwutlenek węgla i woda, które potem uwalniają się przy oddychaniu tkankowym.

Organizmy wyższe cudzożywne, a więc wszystkie zwierzęta, uzyskują niezbędne cukry i inne związki organiczne z organizmów samożywnych, przyswajając je w postaci pokarmu, nie mogą więc bez nich egzystować. Drapieżniki spożywają inne organizmy cudzożywne i znajdują się u szczytu łańcucha pokarmowego, a więc są najsilniej uzależnione od efektywności wszystkich procesów, przebiegających na poprzednich etapach.

A jak to będzie w kosmosie? Energii w postaci promieniowania cieplnego, widzialnego i ultrafioletowego jest w przestrzeni dostatek aż do orbity Marsa. Słońce świeci jasno, w zasadzie nie ma pyłów ani innych substancji absorbujących radiację. Podobne warunki panują na nieodległych od Słońca planetoidach, które otoczone są tak rozrzedzoną atmosferą, że jej wpływ można zaniedbać. Już inaczej sprawa ma się z planetami. Na Merkurym oświetlenie jest aż zbyt intensywne, ale na Wenus niewiele światła dociera do powierzchni przez gęste chmury, natomiast na odległym Marsie Słońce jest małe i chłodne. Ogólnie trzeba przyjąć, że poza orbitą Marsa trzeba szukać innego źródła energii, np. proces chemosyntezy mógłby okazać się niezastąpiony.

Skąd jednak brać dwutlenek węgla, wodę, związki azotu, fosforu, inne niezbędne minerały i biopierwiastki, czyli budulec, z którego składają się organizmy? Właściwie to wszystko jest w przestrzeni kosmicznej – z węgla zbudowane są niektóre meteory (chondryty węgliste), wchodzi on też w skład minerałów i skał, z których składają się asteroidy, księżyce i planety. Dwutlenek węgla występuje w dużych ilościach w atmosferach niektórych ciał niebieskich, ale, być może, bakterie zechcą, po sztucznym lub naturalnym przystosowaniu, bezpośrednio "konsumować" węgiel z chondrytów lub minerałów, np. węglanów, jeśli będą dostępne. Należy założyć poważny deficyt wody, choć istnieją miejsca, gdzie jest jej więcej niż na Ziemi (np. prawdopodobnie na Europie, jednym z księżyców Jowisza). Nie jest wykluczone, że złoża lodu znajdują się także na innych ciałach niebieskich, włączając planetoidy. Amerykańskie sondy metodami spektralnymi wykryły lód wodny w okolicach biegunów Księżyca. Ponadto zaobserwowano, że duże bryły lodowe często wpadają w atmosferę ziemską, więc muszą przemierzać otwarty kosmos i można byłoby urządzać na nie "polowania". Innym źródłem życiodajnego płynu potencjalnie są te minerały, które zawierają związaną wodę krystalizacyjną, i stamtąd mogłyby ją wydobywać np. nasze nieocenione bakterie. O ile wiem, wolnego tlenu dotychczas w kosmosie nie wykryto, ale kiedyś nie było go także na Ziemi. Źródłem tlenu w biocenozach kosmicznych będą organizmy asymilujące.

Teoretycznie można wyobrazić sobie sekwencje takich reakcji utleniająco-redukujących między związkami nieorganicznymi, które dostarczałyby dostatecznej ilości energii do podtrzymywania procesów życiowych niektórych gatunków samożywnych Animatio cosmicus. Te reakcje byłyby przeprowadzane enzymatycznie w organizmach wykorzystujących chemosyntezę i oddychanie beztlenowe, a więc w trakcie procesów energetycznych tlen byłby im właściwie zbędny. Inne gatunki będą w klasyczny sposób przyswajały dwutlenek węgla i wodę w procesie asymilacji pod wpływem światła, a wydzielały te związki przy oddychaniu tlenowym w celu odzyskania zmagazynowanej energii. Wymienione reakcje można wyobrazić sobie jako cykl zamknięty, bez utraty dwutlenku węgla i wody, a nadmiar produkowanego przez rośliny tlenu byłby wykorzystywany do oddychania przez zwierzęta.

Jak wynika z powyższego wywodu, kosmos nie jest ani tak pusty, ani tak nieprzyjazny, jak głosi obiegowa opinia – jest po prostu inny. Nie ma tam rzek, lasów i błękitnego nieba, a odległości do przebycia są olbrzymie, ale jest to środowisko, do którego można się przystosować.

Oswoić kosmos

Wydaje się, że najbardziej racjonalną metodą przy ekstrapolacji procesów przystosowawczych organizmów na obszar kosmosu będą możliwie częste odniesienia do ich adaptacji na Ziemi. Zaletą takiej taktyki jest budowanie analogii, biorących początek w rzeczywistości.

Nie wiadomo, czy zmiany przystosowawcze prowadzące do animatio cosmicus zajdą na drodze naturalnej ewolucji, czy wprowadzanych przez człowieka modyfikacji genetycznych; zapewne adaptacja odbędzie się obydwoma sposobami. Paleontologom znane są ewolucyjne "punkty nieciągłości", w których gatunek pozostający niezmienny przez długi okres podlegał gwałtownym zmianom – oczywiście w paleohistorycznej skali czasu. Należy się spodziewać, że podobne zjawiska będą miały miejsce przy forsowaniu granicy kosmosu.

Organizmy ziemskie przystosowały się do życia w suchej atmosferze m. in. w wyniku zmiany funkcji powłok skórnych. Skóra stała się gruba, mało przepuszczalna, i zapewne kosmiczna adaptacja pójdzie dalej w kierunku uczynienia z tego organu uniwersalnej bariery ochronnej. Bakterie otoczą się solidną błoną komórkową, a wyższe organizmy skórzastą powłoką, która będzie chroniła przed wysychaniem. Skóra będzie musiała wytrzymywać pewne niewielkie ciśnienie wewnętrzne, ponieważ woda w płynach fizjologicznych, pozostając w równowadze z parą, wymaga takich warunków fizycznych. Ponadto rolą skóry będzie izolowanie przed przegrzaniem od strony nasłonecznionej i przed wychłodzeniem od strony przeciwnej. Chłodzenie ciała w wyniku parowania wody wchodzi w rachubę tylko tam, gdzie wystąpi jej dostatek i możliwość recyrkulacji w środowisku planetarnym. Wystąpienie takich warunków poza Ziemią jest mało prawdopodobne, można sobie jednakże wyobrazić sieć habitatów, opuszczanych przez ludzi tylko na krótko.

Twarde promieniowanie na pewno przysporzy kłopotów wszystkim kosmicznym kolonizatorom. Skóra spełni rolę tarczy, lecz z pewnością nie będzie to tarcza doskonała. Zauważmy, że ziemskie organizmy silnie reagują na promieniowanie w zakresie podczerwieni (ciepło) – detektorami są tu skóra i tkanki, oraz doskonale odbierają radiację w zakresie widzialnym za pomocą narządu wzroku, natomiast są w zasadzie ślepe na pozostałe zakresy widma, w tym na zabójcze twarde promieniowanie gamma i rentgenowskie. Bierze się to stąd, że zagrożenie przegrzaniem jest powszechne i dlatego ewolucja była zmuszona wykształcić system alarmowy, natomiast promieniowanie gamma w zasadzie nie występuje na powierzchni Ziemi w natężeniach groźnych dla życia. Zupełnie inaczej będzie w kosmosie, i zapewne na "kosmicznej" skórze po niedługim czasie ewolucyjnie wykształcą się – lub zostaną sztucznie uformowane drogą ingerencji w genom – detektory twardej radiacji. Trzeba jednak w tym miejscu dodać, że problem szkodliwości promieniowania gamma nie jest do końca wyjaśniony. Promieniowanie kosmiczne, co prawda o natężeniu bardzo istotnie zmniejszonym przez atmosferę, dociera jednak do powierzchni naszej planety, co nie wydaje się szkodzić rozwojowi życia. Co więcej, niektórzy badacze na podstawie badań statystycznych wnioskują, że pewien, nawet nieco wyższy od naturalnego tła, poziom tej radiacji jest potrzebny i korzystnie wpływa na zdrowie człowieka. Inne organizmy, jak owady, bez szwanku wytrzymują napromieniowanie kilkunastokrotnie silniejsze niż jest w stanie znieść człowiek. Wydaje się więc, że szkodliwość twardej radiacji gamma wynika nie tyle z białkowej budowy naszych organizmów, ile z ich ewolucyjnego przystosowania. Czyli można przypuszczać, że adaptacja pozwoli ominąć i to niebezpieczeństwo. Otwarte pozostaje pytanie o wielkość dawki, ale dotyczy to przecież także promieniowania cieplnego, które często także na Ziemi jest zabójcze.

Kolejny problem to właśnie promieniowanie cieplne, które w przestrzeni okołosłonecznej jest bardzo intensywne. Organizm, który znajdzie się w kosmosie w takiej odległości od Słońca jak Ziemia, będzie narażony na jednoczesne przypieczenie i zamrożenie – różnica temperatur po obu stronach ciała może sięgnąć sporo ponad 300o! Ratunkiem będzie znów gruba skóra, zapewne biała, bo taka odbije najwięcej promieniowania. Innym rozwiązaniem byłoby przepuszczanie niemal całego światła przez ciało, czyli pobranie od "naświetlnej" i wypromieniowanie od "zaświetlnej" mniej więcej takiej samej jego ilości. Takie organizmy musiały być zbliżone do przezroczystych, tak jak niektórzy dzisiejsi mieszkańcy morza.

Silne, stałe źródło promieniowania należy raczej rozpatrywać nie w kategoriach zagrożenia, lecz jako energetyczny prezent. Najprostszym i najbardziej oczywistym sposobem energetycznej adaptacji organizmów opuszczających Ziemię byłoby dalsze wykorzystywanie energii słonecznej. W tej pustej, jałowej krainie świeci latarnia o niewyczerpanej energii! Na pewno skorzystają z niej organizmy asymilujące, a być może także gatunki cudzożywne, traktując promieniowanie jako uzupełniający przychód do bilansu. Można również spekulować, jak wykorzystać tak dużą różnicę temperatur na niewielkim odcinku, wszak łatwo zamienić ją na pracę. Takie rozwiązania znalazły zastosowania w cywilizacyjnej technologii, ale nie w ziemskim świecie ożywionym, bo nie było ku temu warunków. To się może zmienić po wyjściu w kosmos.

Jednak kluczową sprawą jest fakt, że w zakresie rozpatrywanych zagadnień, biorąc pod uwagę wymianę materii (nie promieniowania), kosmos jest układem otwartym, natomiast Ziemię można w przybliżeniu potraktować jako układ zamknięty. Na Ziemi związki i pierwiastki, wydzielane przez organizmy, zawracane są do obiegu w homeostatycznym układzie biosfery i potem wykorzystywane "wspólnie", natomiast w kosmosie wszystko będzie tracone, bo rozrzedzi się i rozpłynie w niezmierzonej pustce. Stąd wniosek, że kosmiczne życie musi ulokować się w układach zbliżonych do materialnie zamkniętych, które będą jednak w zasadzie otwarte w odniesieniu do energii radiacji (bo energia promienista będzie stale wymieniana).

Stopień odizolowania żyjącego układu będzie zależał od lokalnej biocenozy, ale ogólnie musi być maksymalny, zwłaszcza w okresach przebywania w wysokiej próżni. Mówiąc ściśle, wydalanie i "gubienie" materii poza system biocenozy powinno być zminimalizowane, podczas gdy jej przyswajanie, np. podczas pobierania pożywienia, wody czy substancji mineralnych będzie faworyzowane, aby system mógł się rozwijać.

Oczywiście trudno dziś przewidywać, jak będą wyglądały oazy życia w przestrzeni kosmicznej, ale jedną z możliwości jest ukształtowanie układu biocenozy wewnętrznej, która byłaby realizowana w specjalnie wykształconych organach roślinnych. Gatunki cudzożywne będą wykorzystywać części kosmicznych roślin jako pożywienie, ale zwrócą im dwutlenek węgla i wodę w procesie "membranowego oddechu", w trakcie którego pobiorą z rośliny tlen. Taki oddech można przyrównać do zaczerpnięcia tchu przez ziemskiego wieloryba podczas wynurzenia, a będzie on zachodził przy bezpośrednim kontakcie "zwierzęcia" z "rośliną". W tym celu roślina musi wykształcić zbiornik gazowy, będący substytutem atmosfery, gdzie znajdzie się zarówno tlen, jak i dwutlenek węgla, ew. w postaci rozpuszczonej w gęstym tkankowym płynie.

Jak więc wynika z powyższych rozważań, zostanie zachowana ziemska zasada dokonywania tylko zmian koniecznych. Rośliny wystawią na zewnątrz swoje dobrze odizolowane, liście o regulowanym stopniu przezroczystości jako anteny do zbierania słonecznej energii, a wewnątrz zmagazynują zapas potrzebnych surowców, cyrkulujących jak w mini-atmosferze. Zapasy będą uzupełniane poprzez wnikające w grunt korzenie i symbiotyczne bakterie, przyswajające minerały z podłoża i pobliskich terenów. Zwierzęta będą odżywiać się roślinami, pobierając także nieorganiczne minerały, których okruchy dodatkowo rozdrobnią pokarm i ułatwią proces trawienia, a oczyszczanie, wydalanie i oddychanie wykonają podczas kontaktu ze "zbiornikiem gazowym" rośliny, na drodze wymuszonej wymiany membranowej. Jak widać, roślina też na tym skorzysta. Gatunki drapieżne będą żywić się zwierzętami, regulując ich populację. A więc, jak widać, nihil novi w uniwersum, jedynie trzeba dokonać kilku drobnych korekt fenotypowych i nieco zmienić zachowania.

Kosmiczna biosfera

Pora przejść do przewidywania, jak konkretnie mogą wyglądać pozaziemskie, spontanicznie powstające biocenozy. Na pewno będą bardzo zróżnicowane, zresztą ogromna rozmaitość fenotypowa jest także cechą ziemskiej biosfery.

Za przykład i punkt odniesienia do rzeczywistości weźmy ziemski organizm, ssaka, który po okresie lądowego życia powrócił do morza i doskonale przystosował się do (teraz) nowego środowiska. To wymieniany już wieloryb – zwierzę, które wykształciło grubą warstwę tłuszczu, aby znosić niskie temperatury, i odpowiednio pojemne płuca, żeby po nabraniu powietrza wytrzymywać wielogodzinne nurkowanie. Podobnie może funkcjonować cudzożywny animatio cosmicus, nurkując w nowym dla siebie środowisku.

Rozważmy hipotetyczną biocenozę ulokowaną na planetoidzie, okrążającej Słońce po orbicie podobnej do Ziemi. Ze wszystkich stron porasta ją gąszcz kosmicznych roślin. Łopatkowate liście górnych części roślin zwrócone są zawsze w stronę światła, a dolne partie, podobne do brzuchatych dzbanów, są gąbczastymi zbiornikami surowców: dwutlenku węgla, tlenu, azotu, wody i soli mineralnych. Tam pracują bakterie-symbionty, m. in. uwalniając wodę i dwutlenek węgla z minerałów i utleniając czysty węgiel. Zwierzęta, elipsoidalne twory o chwytnych odnóżach, mają biały, nieprzepuszczalny pancerz skórny i kryją się w półcieniu. Poruszają się, chwytając się gałęzi lub szybując między nimi po silnym odepchnięciu. Biada temu, który źle oceni odległość i odleci w otwartą przestrzeń – jest zgubiony, chyba że powróci po miesiącu, przemieszczając się po wydłużonej orbicie wokół planetoidy. Zwierzęta odżywiają się młodymi liśćmi i pokruszonymi minerałami, bo te zapewniają odpowiednie rozdrobnienie pokarmu w żołądku, ryją także głęboko w gruncie, szukając pokładów lodu. Wydłużony narząd kontaktowy może być wprowadzany do wnętrza worka rośliny przez organ podobny do powiększonego aparatu szparkowego tradycyjnych liści. Podczas odpowiednio długiego seansu następuje oczyszczenie organizmu zwierzęcia, przemieszczenie rozdrobnionych minerałów, wydalenie dwutlenku węgla i pobranie tlenu. Ograniczanie populacji zwierząt roślinożernych jest wymuszane przez drapieżniki. Analogiczną kolonię można osadzić w dowolnym miejscu na orbicie między Merkurym a Marsem.

Istotne jest pytanie o miejsce człowieka w tej kosmicznej ekspansji. Najbardziej dla nas optymistycznie zabrzmi odpowiedź, że homo sapiens cosmicus pozostanie panem stworzenia i rozwinie kosmiczną technologię, korzystając z rozsianych po Wszechświecie białkowych biocenoz, bo w końcu przyczyni się do powstania przynajmniej części z nich. Jeżeli tak się stanie, to będziemy mieli szansę na wykonanie kolejnych zadań, jak np. ocalenie życia przed rozdymającym się bąblem Słońca. Jest jednak i inna możliwość – że cywilizacja się skończy, bo po wykonaniu ważnej roboty rozwojowa nadmiarowość, jako już niepotrzebna, zostanie ewolucyjnie wyeliminowana. Jak? Można wyobrażać sobie wiele wariantów, np. wojna, degradacja społeczna, epidemia lub kosmiczna katastrofa, jak pobliski wybuch supernowej. Nieodparcie nasuwa się analogia z eksterminacją władców Ziemi sprzed 65 milionów lat. Nie jest wykluczone, że ludzie staną się dinozaurami 3. tysiąclecia, chociaż życie, zarówno na Ziemi, jak i w kosmosie, będzie trwało znacznie dłużej. Nie chciałem przez to powiedzieć, że ludzie fizycznie wyginą – być może powrócą na kosmiczne gałęzie o łopatkowatych liściach, podobnie jak wieloryby powróciły do oceanów.

Wyspy życia

Na koniec warto się zastanowić, w których miejscach powstaną oazy życia w Układzie Słonecznym? Bakterie Archea zapewne szybko skolonizują podpowierzchniowe obszary planet, formując odizolowane, a więc dobrze chronione biosfery, bazujące na uzyskiwaniu energii z metanu, żelaza lub siarki. W domniemanych zbiornikach wodnych, np. na Europie, jednym z księżyców Jowisza, zwłaszcza w okolicach źródeł geotermalnych, może ulokować się bardziej złożona biocenoza. Na powierzchni niektórych planet lub księżyców mogą żyć przystosowane bakterie, porosty, grzyby, rośliny, a nawet zmodyfikowane zwierzęta, które, być może, większość czasu będą spędzały w jaskiniach lub roślinnych habitatach. Habitaty roślinne lub roślinno-zwierzęce mogą, jak już wspomniano, także tworzyć się w otwartej, wokółsłonecznej przestrzeni kosmicznej, czerpiąc energię z promieniowania słonecznego, a budulec pobierając z okruchów kosmicznej materii, obłoków rozrzedzonego pyłu, lub, co najbardziej prawdopodobne, z brył planetoid.

A gdzie zamieszka człowiek, jeśli przetrwa? Zapewne będzie towarzyszył biocenozom na planetach, księżycach i asteroidach, budując tam swoje metropolie. Z pewnością stworzy również sztuczne statki-miasta, orbitujące wokół Słońca lub planet. Być może także wydrążone asteroidy będą mogły spełniać rolę takich statków-miast. Asteroida z zewnątrz będzie pokryta lasem, a wewnątrz znajdą się moduły mieszkalne, przemysłowe i badawcze. Szybki obrót planetki zapewni w środku imitację siły ciążenia.

Byt gatunków drapieżników i wszystkożerców, do których należy człowiek, zawsze był ściśle uzależniony od roślin, które stanowiły niezbędne ogniwo w łańcuchach pokarmowych. W kosmosie ta zależność zostanie jeszcze wzmocniona, bo rośliny utworzą habitaty, być może zamknięte, poza którymi zwierzęta i ludzie będą mogli przebywać dość krótko nie tylko ze względu na odżywianie, ale także oddychanie i wymianę drogocennej materii. Można także wyobrazić sobie, że każdy człowiek będzie miał swój "podręczny" habitat roślinny, związany z nim tak ściśle, że będzie można cały twór uznać za samoistny organizm. Podobnie kiedyś swój los połączyły glony i grzyby, tworząc porosty, których części składowe dziś nie mogą oddzielnie egzystować. Analogicznie ludzkie mitochondria, miejsca produkcji komórkowej energii, wykształciły się z bakterii, które niegdyś wniknęły do naszych organizmów jako pasożyty i, po przystosowaniu, zadomowiły się tam na stałe już jako symbionty.

Jak więc będzie wyglądał homo cosmicus? Będzie miał twardą, białą skórę, rejestrującą silne promieniowanie kosmiczne podobnie jak teraz odczuwamy parzące dawki energii cieplnej. Oczy zostaną dodatkowo odizolowane przezroczystą, wytrzymałą mechanicznie powieką i będą rejestrowały także krótkie promieniowanie, jak nadfiolet, a być może i radiację gamma. Usta, nos, uszy i usta będą szczelnie zamykane, a osobnik potrafi zatrzymać oddech na kilka godzin, podobnie jak wieloryb nurkujący w morzu. U ludzi żyjących na planetoidach i w orbitujących habitatach wykształcą się chwytne palce u nóg, aby umożliwić łatwe przemieszczanie w warunkach braku grawitacji. Prognozy wyglądu fenotypowego można snuć długo, lecz rzeczywistość będzie zapewne jeszcze inna. Myślę, że dziś takiego gościa z trudem rozpoznalibyśmy jako człowieka. Warto też uzmysłowić sobie, że nie będzie jednego człowieka kosmicznego, ponieważ fenotyp jest zależny od warunków. Tak więc inni ludzie będą zamieszkiwać planety, inni asteroidy, a jeszcze inni habitaty w otwartej przestrzeni lub sztuczne statki-miasta. Ważne jest, że tam będą – bo życie może przystosować się do niemal każdych warunków.

A co będzie dalej? Oczywiście polecimy ku gwiazdom. Taka podróż potrwa długo, ale ludzie nie muszą się nigdzie spieszyć. Jako źródło niezbędnej do życia energii wykorzystają reakcje jądrowe, a materię zabiorą ze sobą w postaci asteroid, a także będą ją zbierać po drodze z obłoków pyłowych lub z przestrzeni, która wszak nie jest zupełnie pusta. W ten sposób życie białkowe rozpocznie kolonizację najpierw przestrzeni międzygwiezdnej, a potem, po upływie milionów lat – międzygalaktycznej.

Podsumowanie

Z powyższych rozważań wynika, że ziemskie życie ma duże szanse na wyjście poza nasz glob w przestrzeń kosmiczną, podobnie jak niegdyś organizmy wydostały się z morza na ląd. Analizując przystosowania ewolucyjne w tym kontekście można sformułować następujące przypuszczenia:

– Nie jest do końca prawdą, że warunki na Ziemi są optymalne dla życia. To raczej życie optymalnie dostosowało się do ziemskich warunków.

– Trudno oprzeć się wrażeniu, że człowiek i jego technologia są ewolucyjnie ukształtowaną próbą stworzenia pomostu z Ziemi do Kosmosu, który ma służyć ekspansji życia na zewnątrz. Przy takim założeniu, będąc zwieńczeniem rozwoju w jednej z dziedzin, stanowimy specjalistyczne przystosowanie całej ziemskiej biosfery do opanowania kolejnej niszy ekologicznej.