Sinh học vũ trụ

Axit nucleic có thể không phải là dạng phân tử duy nhất trong vũ trụ có khả năng mã hóa các quá trình sống.[1]

Sinh học vũ trụ là lĩnh vực nghiên cứu về nguồn gốc, tiến hóa, phân bố và tương lai của sự sống trong vũ trụ: sự sống ngoài Trái Đất và sự sống trên Trái Đất. Lĩnh vực đa ngành này bao gồm việc tìm kiếm các môi trường có thể sống được trong Hệ mặt trời và các hành tinh có thể cư trú được bên ngoài Hệ mặt trời, tìm kiếm bằng chứng về các hóa chất giúp hình thành sự sống, nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và thực địa nguồn gốc và tiến hóa ban đầu của sự sống trên Trái Đất, và nghiên cứu về khả năng của sự sống trong việc thích nghi với các thách thức trên Trái Đất và ngoài không gian.[2] Sinh học vũ trụ trả lời cho câu hỏi liệu có sự sống trên ngoài Trái Đất không, và làm thế nào loài người phát hiện ra nếu điều đó thực sự xảy ra.[3] (Thuật ngữ exobiology có nghĩa tương tự nhưng cụ thể hơn — nó bao gồm tìm kiếm về sự sống ngoài Trái Đất, và nghiên cứu những ảnh hưởng của môi trường ngoài Trái Đất lên sinh vật sống)[4]

Sinh học vũ trụ sử dụng nhiều ngành, bao gồm vật lý, hóa học, thiên văn, sinh học, sinh học phân tử, sinh thái học, khoa học hành tinh, địa lýđịa chất, để nghiên cứu về khả năng có sự sống trong các thế giới khác và để giúp nhận ra các sinh quyển mà có thể khác biệt với sinh quyển trên Trái Đất.[5][6] Nguồn gốc và sự tiến hóa ban đầu của sự sống cũng là một phần không thể tách rời được của sinh học vũ trụ.[7] Nó cũng quan tâm đến việc lý giải các dữ liệu khoa học hiện có. Mặc dù việc phỏng đoán cũng rất có ích, nhưng sinh học vũ trụ chủ yếu quan tâm đế các giả thiết phù hợp vững chắc với các lý thuyết khoa học.

Hóa học của sự sống có thể đã bắt đầu một thời gian sau Big Bang 13,8 tỷ năm trước, trong một giai đoạn có thể sống được khi vũ trụ mới chỉ 10-17 triệu năm tuổi.[8][9][10] Theo thuyết tha sinh (panspermia), sự sống ở kích thước hiển vi—được phân tán bởi thiên thạch, các tiểu hành tinh và các thiên thể nhỏ khác trong Hệ mặt tròi—có thể tồn tại khắp nơi ngoài vũ trụ.[11] Mặc dù vậy, Trái Đất là nơi duy nhất trong vũ trụ được biết là có sự sống.[12][13] Hơn 99% tổng số loài, lên tới con số 5 tỷ,[14] từng sống trên Trái Đất được cho là đã tuyệt chủng.[15][16] Số lượng loài ước tính hiện có trên Trái Đất là từ 10 đến 14 triệu loài,[17] trong số đó khoảng 1,2 triệu loài đã được ghi nhận và mô tả, và còn hơn 86% vẫn chưa được mô tả.[18]

Các ước tính về vùng sống được xung quanh các ngôi sao,[19][20] cùng với khám phá về hàng trăm hành tinh ngoài hệ mặt trời và hiểu biết mới về các môi trường sống cực đoan trên Trái Đất, gợi ý rằng có thể có nhiều nơi sống được trong vũ trụ hơn là các tính toán trước đây. Vào ngày 4 tháng 11 năm 2013, các nhà thiên văn dựa trên dữ liệu tàu không gian Kepler đã báo cáo rằng có thể có tới 40 tỷ hành tinh có kích cỡ như Trái Đất có quỹ đạo trong các vùng sống được quanh các ngôi sao giống mặt trời và sao lùn đỏ chỉ riêng trong dải Ngân hà.[21][22] 11 tỷ trong số các hành tinh này có thể đang xoay quanh các ngôi sao giống mặt trời.[23] Theo các nhà khoa học này, hành tinh như thế gần Trái Đất nhất cách đây 12 năm ánh sáng.[21][22]

Người ta đã đề xuất rằng virus rất có khả năng sẽ được tìm thấy trên các hành tinh mang sự sống khác.[24] Nhà sinh học vũ trụ Chandra Wickramasinghe và Fred Hoyle cho rằng virrus gây nên đại dịch cúm năm 1918 đến Trái Đất qua thiên thạch.[25] Các nỗ lực nhằm khám phá sự sống trong quá khứ cũng như hiện tại trên sao Hỏa là một lĩnh vực nghiên cứu năng động. Vào ngày 24 tháng 1 năm 2014, NASA thông cáo rằng các nghiên cứu hiện tại trên sao Hỏa do tàu thăm dò Curiosity và Opportunity tiến hành giờ đây sẽ là tìm kiếm bằng chứng về sự sống trong quá khứ, bao gồm tìm kiếm sinh quyển dựa trên các vi sinh vật dị dưỡng, hóa dưỡng và/hoặc dinh dưỡng hóa năng vô cơ, cũng như bằng chứng về nước trong quá khứ, bao gồm các môi trường sông hồ có thể chứa sự sống.[26][27][28][29] Cuộc tìm kiếm bằng chứng về khả năng sống được và carbon hữu cơ trên sao Hỏa giờ là một ưu tiên của NASA.[26]

Tổng quan

Không rõ là liệu sự sống ở nơi khác trong vũ trụ có sử dụng cấu trúc tế bào giống như sự sống trên Trái Đất hay không. (Ảnh các hạt diệp lục trong tế bào thực vật) [30]

Sinh học vũ trụ (Astrobiology) có từ nguyên từ tiếng Hi Lạp, ἄστρον, astron, "chòm sao, sao"; βίος, bios, "sự sống"; và -λογία, -logia, nghiên cứu. Các nhiều từ đồng nghĩa với sinh học vũ trụ. Một trong số đó là exobiology từ tiếng Hi Lạp Έξω, "bên ngoài"; Βίος, bios, "sự sống"; and λογία, -logia, nghiên cứu. Thuật ngữ exobiology được nhà sinh học phân tử Joshua Lederberg đặt ra. Exobiology được coi là có phạm vi nghiên cứu hẹp hơn, giới hạn ở việc tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất, trong khi đối tượng của sinh học vũ trụ rộng hơn và nó nghiên cứu mối liên hệ giữa sự sống và vũ trụ, bao gồm sự tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất, nhưng cũng gồm cả nghiên cứu sự sống trên Trái Đất, nguồn gốc, sự tiến hóa và các giới hạn của nó. Thuật ngữ exobiology có xu hướng bị thay thế bởi sinh học vũ trụ (astrobiology).

Một thuật ngữ khác được dùng trong quá khứ là xenobiology, ("sinh học về sự sống bên ngoài") từ này được nhà văn viết sách khoa học giả tưởng Robert Heinlein sử dụng lần đầu năm 1954 trong tác phẩm The Star Beast của mình.[31] Thuật ngữ xenobiology ngày này được dùng với một nghĩa hẹp hơn, có nghĩa là "sinh học dựa trên quá trình hóa học khác", bất kể là quá trình đó có nguồn gốc ngoài Trái Đất hay trên Trái Đất (có thể là nhân tạo). Vì các nhà khoa học đã tạo được các quá trình thay thế tương tự với các quá trình sống trong phòng thí nghiệm nên xenobiology ngày nay được coi là một lĩnh vực thực sự tồn tại.[32]

Dù đây là một lĩnh vực mới xuất hiện và đang phát triển, câu hỏi liệu sự sống có tồn tại ở đâu đó khác ngoài vũ trụ không là một giả thuyết có thể xác minh được và do đó thuộc về điều tra khoa học. Mặc dù nó từng được xem là không thuộc điều tra khoa học chính thống, sinh học vũ trụ đã dần trở thành một ngành nghiên cứu chính thức. Nhà khoa học hành tinh David Grinspoon gọi sinh học vũ trụ là một lĩnh vực của triết học tự nhiên, suy đoán những điều chưa biết dựa vào giả thuyết khoa học đã biết.[33] Sự quan tâm của NASA với sinh học vũ trụ bắt đầu lần đầu cùng với sự phát triển của Chương trình không gian Hoa Kỳ. Năm 1959, NASA cấp kinh phí cho dự án sinh học vũ trụ đầu tiên, và vào năm 1960, NASA thành lập Chương trình sinh học vũ trụ.[3][34] Năm 1971, NASA cấp kinh phí cho chương trình Tìm kiếm trí thông minh ngoài Trái Đất (SETI) để tìm kiếm các tần số radio trong phổ điện từ có khả năng là các tín hiệu do sự sống ngoài Trái Đất bên ngoài Hệ mặt trời gửi đi. Tàu thăm do Viking của NASA tới sao Hỏa phóng năm 1976 mang theo ba thí nghệm được thiết kế nhằm tìm kiếm các dấu hiệu khả dĩ về sự hiện diện của sự sống trên sao Hỏa. Tàu thăm dò sao Hỏa Pathfinder năm 1997 đã mang theo các thiết bị khoa học nhằm thực hiện các thăm dò cổ sinh vật học với hi vọng tìm được các hóa thạch vi khuẩn trong đá sao Hỏa.[35]

Vào thế kỷ 21, sinh học vũ trụ là trọng tâm của các tàu thám hiểm của NASA và Cơ quan vũ trụ châu Âu. Hội nghị châu Âu về sinh học vũ trụ diễn ra lần đầu tiên vào tháng 5 năm 2001 ở Italia,[36] và kết quả là Mạng lưới sinh học vũ trụ châu Âu,[37] và Chương trình Aurora.[38] Hiện nay, NASA đang điều hành Viện sinh học vũ trụ NASA và ngày có càng nhiều trường đại học ở Mỹ (ví dụ, University of Arizona, Penn State University, Montana State University – Bozeman, University of Washington, và Arizona State University),[39] Anh (ví dụ, The University of Glamorgan, Buckingham University, University of Central Lancashire),[40] Canada, Ireland, và Australia (ví dụ, The University of New South Wales)[41] đào tạo các chương trình bậc sau đại học về sinh học vũ trụ. Liên đoàn thiên văn quốc tế thường xuyên tổ chức các hội thảo quốc tế thông qua Ủy ban sinh học vũ trụ của mình.[42]

Các tiến bộ trong các lĩnh vực sinh học vũ trụ, thiên văn và sự khám phá về nhiều sinh vật có khả năng sinh sôi trong cá môi trường khắc nghiệt nhất trên Trái Đất, đã dẫn tới suy đoán rằng sự sống có thể sinh sôi trên nhiều thiên thể khác ngoài vũ trụ. Một trọng tâm của nghiên cứu sinh học vũ trụ hiện tại là tìm kiếm sự sống trên sao Hỏa do sự gần gũi với Trái Đất và lịch sử địa chất của nó. Ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy rằng trước đây sao Hỏa đã từng có một lượng nước đáng kể trên bề mặt; nước được coi là một tiền đề thiết yếu cho sự phát triển của sự sống dựa trên các-bon.[43]

Các chương trình thăm dò được thiết kế đặc biệt cho mục đích tìm kiếm sự sống bao gồm chương trình Viking và tàu thăm dò Beagle 2, cả hai đều hướng tới sao Hỏa. Các kết quả của Viking không chắc chắn lắm,[44] còn Beagle 2 thì thất bại trong việc truyền tín hiệu về và được cho là đã bị hỏng.[45] Một tàu thám hiểm tương lai chuyên về sinh học vũ trụ nữa có thể sẽ là Jupiter Icy Moons Orbiter nếu nó không bị hủy bỏ, được thiết kế để nghiên cứu về các mặt trăng băng của sao Mộc—một số trong các mặt trăng đó có thể sẽ có nước lỏng. Cuối năm 2008, tàu Phoenix đã thăm dò môi trường để đánh giá khả năng tồn tại trong quá khứ và hiện tại của sự sống vi sinh vật trên sao Hỏa, và để nghiên cứu lịch sử nguồn nước trên đó.

Vào tháng 11 năm 2011, NASA phóng tàu tự hành Phòng thí nghiệm khoa học sao Hỏa (MSL), tên khác là Curiosity, và nó đã hạ cánh ở hố thiên thạch Gale vào tháng 8 năm 2012.[46][47][48] Tàu tự hành Curiosity hiện đang thăm dò môi trường để đánh giá khả năng tồn tại trong quá khứ và hiện tại của sự sống vi sinh vật trên sao Hỏa. Vào ngày 9 tháng 12 năm 2013, NASA thông báo rằng, dựa trên bằng chứng từ tàu Curiosity thu được ở đồng bằng Aeolis Palus thì hố thiên thạch Gale đã từng có một hồ nước ngọt cổ đại có thể là môi trường thích hợp cho sự sống vi sinh vật.[49][50]

Cơ quan vũ trụ châu Âu hiện đang hợp tác với Cơ quan không gian liên bang Nga (Roscosmos) và đang phát triển tàu tự hành nghiên cứu sinh học vũ trụ ExoMars sẽ được phóng đi năm 2018.[51]

En otros idiomas
Afrikaans: Astrobiologie
azərbaycanca: Astrobiologiya
Bahasa Indonesia: Astrobiologi
Bahasa Melayu: Astrobiologi
беларуская: Астрабіялогія
bosanski: Astrobiologija
български: Астробиология
català: Astrobiologia
čeština: Astrobiologie
Cymraeg: Astrofioleg
Deutsch: Astrobiologie
Ελληνικά: Βιοαστρονομία
English: Astrobiology
español: Astrobiología
Esperanto: Astrobiologio
euskara: Exobiologia
français: Exobiologie
한국어: 우주생물학
hrvatski: Astrobiologija
italiano: Esobiologia
қазақша: Экзобиология
Кыргызча: Астробиология
latviešu: Astrobioloģija
Lëtzebuergesch: Astrobiologie
lietuvių: Astrobiologija
македонски: Астробиологија
Nederlands: Astrobiologie
日本語: 宇宙生物学
norsk nynorsk: Astrobiologi
occitan: Exobiologia
oʻzbekcha/ўзбекча: Astrobiologiya
português: Exobiologia
română: Exobiologie
Simple English: Astrobiology
slovenčina: Astrobiológia
slovenščina: Astrobiologija
српски / srpski: Астробиологија
srpskohrvatski / српскохрватски: Astrobiologija
svenska: Astrobiologi
Türkçe: Astrobiyoloji
українська: Астробіологія
žemaitėška: Astrobioluogėjė
Lingua Franca Nova: Biolojia estrateral