Maan ulkopuolinen elämä
Maan ulkopuolinen elämä tarkoittaa elämää, joka on kotoisin maapallon ulkopuolelta. Avaruusolioiksi kutsuttujen eliöiden on oletettu olevan kaikkea yksinkertaisten bakteerimaisten organismien ja ihmisiä paljon kehittyneempien olioiden väliltä.
Tieteenalat, jotka kehittävät ja testaavat Maan ulkopuoliseen elämään liittyviä teorioita, ovat nimeltään astrobiologia ja eksobiologia. Näistä ensiksi mainittu sisältää myös maanpäällisen elämän tutkimista tähtitieteellisistä lähtökohdista. Monet tunnetut tutkijat pitävät Maan ulkopuolista elämää mahdollisena, mutta riittäviä todisteita ei ole vielä löydetty.
Avaruusolioita, kuten Maan ulkopuolisia bakteereja, on oletettu elävän aurinkokunnassa ja mahdollisesti myös koko maailmankaikkeudessa. Tämä oletus pohjautuu käsitykseen, jonka mukaan havaittava maailmankaikkeus on äärimmäisen suuri ja joka puolella vallitsevat samat fysiikan lait. Oletuksen mukaan olisi epätodennäköistä, että Maan ulkopuolella ei olisi elämää. Tämän näkemyksen kannattajia ovat mm. tunnetut tiedemiehet Carl Sagan ja Stephen Hawking. Oletus tulee ilmi Kopernikaanisessa periaatteessa, jonka mukaan maapallo ei ole keskeisessä asemassa maailmankaikkeudessa. Toisen näkemyksen mukaan maanpäällinen elämä ei ole ainutlaatuista maailmankaikkeudessa. Elämä on voinut syntyä itsenäisesti eri puolilla maailmankaikkeutta, tai vaihtoehtoisesti kulkeutua elinkelpoiselta planeetalta toiselle panspermian kautta.
Eräiden näkemysten mukaan eliöitä on syntynyt ja elää yhä muun muassa Venuksessa, Marsissa, Jupiterin Europa-kuussa sekä Saturnuksen Titan - ja Enceladus -kuissa. Toukokuussa 2011 NASA ilmoitti, että Enceladus ”vaikuttaisi olevan aurinkokunnan elinkelpoisin paikka heti Maan jälkeen”. Elämää voi myös olla eksoplaneetoilla, kuten Gliese 581 c, g ja d. Äskettäin on havaittu, että niiden massa on lähes sama kuin maapallon massa ja että ne sijaitsevat tähtensä elinkelpoisella vyöhykkeellä.
Maapallon ulkopuolisen elämän perustasta on esitetty useita teorioita biokemiallisista, evolutionaarisista ja morfologisista näkökulmista.
Kaikki elämä maapallolla perustuu 26 alkuaineeseen. 95 % elämästä rakentuu kuitenkin vain kuudesta alkuaineesta: hiilestä,vedystä, typestä, hapesta, fosforista ja rikistä. Astrobiologiassa tästä yhdistelmästä käytetään aineiden kemiallisten merkkien mukaista lyhennettä CHNOPS. Nämä kuusi alkuainetta muodostavat perustan käytännössä kaikelle maapallon elämälle, sillä useimpia muita alkuaineita on planeetalla vain hyvin pieniä määriä. Tähän sääntöön löytyi mahdollinen poikkeus vuonna 2010 Kaliforniassa sijaitsevasta Mono-järvestä: bakteeri nimeltä GFAJ-1. Tämä bakteeri vaikuttaa käyttävän arseenia fosforin sijasta DNA:nsa ja proteiiniensa luomiseen.
Maapallon elämä tarvitsee vettä liuottimeksi biokemiallisiin reaktioihin. Veden ohella riittävät määrät hiiltä ja muita elämälle tärkeitä pääalkuaineita voivat mahdollistaa elävien organismien syntymisen sellaisilla planeetoilla, jotka muistuttavat kemialliselta koostumukseltaan ja lämpötiloiltaan Maata. Maapallo ja maankaltaiset planeetat ovat muodostuneet ”avaruuspölystä”, ja on mahdollista, että samankaltaisen tapahtumasarjan seurauksena on syntynyt muitakin rakenteeltaan samankaltaisia planeettoja.
Hiilen, vedyn ja hapen yhdisteitä olevat hiilihydraatit, kuten sokeri, voivat toimia elämälle välttämättömän kemiallisen energian lähteenä ja synnyttää erilaisia elämän rakenneosia, kuten riboosia DNA- ja RNA-molekyyleissa sekä kasvien selluloosaa. Kasvit saavat energiaa muuntamalla valoenergiaa kemialliseksi energiaksi yhteyttämällä. Nykytiedon mukaan hiili on elämälle välttämätöntä sekä pelkistyneinä metaanin johdannaisina että osittain hapettuneina hiilen oksideina. Typpeä tarvitaan puolestaan kaikissa proteiineissa pelkistyneenä ammoniakin johdannaisena, rikkiä joissain välttämättömissä proteiineissa rikkivetynä ja fosforia fosfaateiksi hapettuneina geneettisessä materiaalissa ja energiansiirrossa. Liuottimena toimiva vesi välittää riittävästi happea biokemiallisten aineiden rakenneosiksi.
Puhdas vesi on käyttökelpoista sen neutraalin pH:n ansiosta; tämä johtuu sen hydroksidi- ja oksoniumionien autoprotolyysista. Sen ansiosta vesi liuottaa yhtä tehokkaasti sekä positiivisia metalli-ioneja että negatiivisia epämetalli-ioneja. Orgaaniset molekyylit voivat myös olla joko vesipakoisia eli veteen liukenemattomia tai vesihakuisia eli veteen liukenevia. Tämän ansiosta orgaaniset yhdisteet pystyvät muodostamaan vettä sisällään pitäviä solukalvoja.
Nestemäinen vesi on (tietyn lämpötila-alan rajoissa) kiinteää vettä (jäätä) tiheämpää, minkä ansiosta jää kelluu ja estää Maapallon valtameriä jäätymästä. Ilman tätä veden ominaisuutta valtameret olisivat voineet jäätyä pohjiaan myöten Lumipallomaa-ajanjaksojen aikana. Lisäksi vesimolekyylien väliset vetysidokset sitovat energiaa höyrystymisen yhteydessä ja vapauttavat sitä, kun vesi tiivistyy. Tämä auttaa ilmaston säätelyssä viilentämällä tropiikkia ja lämmittämällä napoja, mikä ylläpitää elämän vaatimaa termodynaamista tasapainoa.
Hiili on elämälle välttämätöntä, koska se kykenee luomaan monipuolisesti kovalenttisia sidoksia erilaisten epämetallien, etenkin typen, hapen ja vedyn kanssa. Hiilidioksidi ja vesi yhdessä mahdollistavat auringon energian varastoitumisen sokeriin, kuten glukoosiin. Glukoosin hapettuminen vapauttaa biokemiallista energiaa, jota tarvitaan muiden biokemiallisten reaktioiden polttoaineeksi.
Karboksyylihapporyhmä (-COOH) ja aminoryhmä (-NH2) saavat aikaan kondensaatioreaktion, jossa aminohapot liittyvät toisiinsa ja muodostavat pitkiä peptidejä ja entsyymejä. Aminohappoja ja fosfaatteja yhdistämällä voidaan rakentaa perinnöllisen informaation sisältäviä molekyylejä, DNA:ta sekä soluissa energian siirrosta huolehtivia molekyylejä, ATP:tä.
Myös muualla universumissa kehittyneiden elämänmuotojen voidaan olettaa käyttävän hyväkseen näitä monilukuisia perusalkuaineita. Elämän perustana voivat kuitenkin toimia myös muut alkuaineet ja liuottimet. Piitä pidetään mahdollisena hiilen korvikkeena. Piipohjaisten elämänmuotojen rakennetta arvellaan kiteiseksi ja niiden teoretisoidaan selviävän hyvin kuumissa olosuhteissa, kuten planeetoilla, jotka ovat hyvin lähellä tähteään. Myös ammoniakkipohjaisten elämänmuotojen olemassaoloa on ehdotettu, mutta ammoniakki ei ole elämälle yhtä ihanteellinen vaihtoehto kuin vesi.
Elämä on kemian näkökulmasta katsottuna pohjimmiltaan itseään monistava reaktio. Se voi muodostua monien eri olosuhteiden vallitessa ja monista eri ainesosista. Parhaiten tämä tosin toteutuu hiili-happiyhdisteiden lämpötilan ollessa 0-100 Celcius-astetta. Joidenkin näkemysten mukaan monistumisreaktioita voisi tapahtua myös tähden plasmassa, joskin se olisi erittäin epätavallista.
Useita alustavia ajatuksia maapallon ulkopuolisen elämän piirteistä on kyseenalaistettu. Esimerkiksi NASA:n asiantuntijat uskovat, että eksoplaneetoilla yhteyttävä pigmentti ei välttämättä olisikaan vihreä.
Biokemiallisen perustan lisäksi monet ovat pohtineet myös Maan ulkopuolisen elämän evoluutiota ja morfologiaa. Tieteisfiktiossa Maan ulkopuolista elämää kuvataan usein ihmismäisinä tai liskomaisina hahmoina. Joskus avaruusolentoja kuvataan myös muun muassa kissaeläinten tai hyönteisten kaltaisina.
Olentoja kuvaavat ominaispiirteet voidaan jakaa universaaleihin ja erityisiin. Universaalien piirteiden ajatellaan kehittyneen Maassa toisistaan riippumatta useammin kuin kerran, eli oletettavasti niiden kehittäminen ei ole vaikeaa. Näitä piirteitä pidetään luonnostaan niin hyödyllisinä, että lajit pyrkivät vääjäämättä niitä kohti. Piirteistä olennaisin on luultavasti kaksikylkinen symmetria. Hieman monimutkaisempiin peruspiirteisiin kuuluvat lentokyky, näköaisti, yhteyttäminen sekä raajat. Näiden kaikkien ajatellaan kehittyneen Maassa useita kertoja. Esimerkiksi erilaisia silmiä on paljon, ja niiden toimintaperiaatteet ja havaitsemisominaisuudet saattavat olla hyvinkin erilaisia: silmät saattavat havaita näkyvän valon spektriltä rajallisesti aallonpituuksia, niillä on eri infrapunaspektri, ne polarisoivat eri tavoilla ja jotkin lajit käyttävät silmiään kaikupaikannukseen. Erityiset piirteet ovat puolestaan pohjimmiltaan sattumanvaraisia kehitysmuotoja. Niistä ei useinkaan ole hyötyä (tai ainakin ne täyttävät funktion, jonka voi täyttää myös jokin toisenlainen anatominen rakenne) eivätkä ne todennäköisesti uusiudu. Älylliset Maan ulkopuoliset elämänmuodot voisivat kommunikoida elein, kuten kuurot ihmisetkin, tai ääntein, joiden muodostus ei liity hengittämiseen. Jälkimmäistä esiintyy Maassakin esimerkiksi kaskaiden värisyttäessä siipiään tai sirkkojen hangatessa jalkojaan.
Erityisten piirteiden rajaaminen kyseenalaistaa monia itsestään selvinä pidettyjä näkemyksiä, jotka liittyvät biologisten organismien anatomiaan. Luuranko, joka asiantuntijoiden mukaan on välttämätön suurille maan pinnalla eläville eliöille, toistuu maan ulkopuolellakin muodossa tai toisessa. Maan ulkopuolisen elämän suuresta lajidiversiteetistä ei kuitenkaan olla yksimielisiä. Monet eksobiologit kyllä painottavat, että Maan päällisen elämän erittäin heterogeeninen luonne viittaa siihen, että ulkoavaruudessa vaihtelu voi olla vieläkin suurempaa. Sen sijaan toinen koulukunta uskoo konvergentin evoluution mukaisesti, että Maan ulkopuolisilla eliöillä voi olla hyvinkin samanlaisia piirteitä Maan päällä elävien kanssa.
Maan ulkopuolista elämää etsitään tieteellisesti sekä suorasti että epäsuorasti.
Tiedemiehet etsivät aurinkokunnasta yksisoluisia elämänmuotoja tutkimalla Marsin pintaa ja tarkastelemalla Maahan pudonneita meteoreja. Suunnitteilla on avaruuslento Jupiterin kuuhun Europaan, jonka pinnan alla epäillään olevan vesikerros. Tässä vedessä on mahdollisesti alkeellista elämää.
Ei ole juuri olemassa todisteita siitä, että Marsissa olisi (tai olisi ollut) mikrobielämää. Viking 1-avaruusluotain kuumensi Marsin maaperästä otettuja näytteitä ja raportoi kuumentamisen aiheuttamista kaasupäästöistä, joita eräät tutkijat pitivät osoituksena mikrobien olemassaolosta. Vahvistavia todisteita ei kuitenkaan saatu muista Viking-laskeutujan tekemistä kokeista, joten todennäköisesti kyseessä ei ollut biologinen reaktio. Myös Marsista peräisin olevasta meteoriitti ALH84001:stä löydettiin vuonna 1996 tehdyssä tutkimuksessa nanobakteereita muistuttavia rakenteita. Nämäkin tutkimustulokset ovat kiistanalaisia.
Helmikuussa 2005 NASAn tiedemiehet ilmoittivat löytäneensä vahvoja todisteita siitä, että Marsissa on elämää. NASAn aerodynamiikan tutkimuskeskuksen (Ames Research Center) tiedemiehet Carol Stoker ja Larry Lemke perustivat väitteensä omaan alkeellista elämää Espanjan Rio Tinto -joella käsittelevään tutkimukseensa sekä Marsin kaasukehässä havaittuun metaaniin, jonka tuotanto on samankaltaista kuin joidenkin maapallon alkeellisten eliöiden metaanintuotanto. NASA kuitenkin pian kiisti tiedemiesten väitteet ja Stoker itse perui alkuperäiset väitteensä.
Vaikka tämänkaltaiset löydökset ovat edelleen kiistanalaisia, näyttää kuitenkin siltä, että tiedemiehet yhä enemmän ja enemmän kannattavat ajatusta, että Mars-planeetalla on elämää. Konferenssissa, jossa Euroopan avaruusjärjestö esitteli tutkimustuloksiaan, järjestettiin epävirallinen haastattelututkimus ja 75 prosenttia paikalla olleista tiedemiehistä ilmoitti uskovansa, että Marsissa on joskus ollut elämää. 25 prosenttia puolestaan uskoi, että planeetalla on yhä elämää.
Marraskuussa 2011 NASA suunnitteli lähettävänsä Marsiin uuden monipuolisilla tutkimusvälineillä varustellun Mars Science Laboratory (MSL) -luotaimen. Sen tehtävä on etsiä Marsissa elämää tai elämän jälkiä. MSL-luotaimen Curiosity-Mars-mönkijä laskeutui Marsin Gale-kraatterille elokuussa 2012, mutta luotain ei ole toistaiseksi löytänyt Marsista elämään viittaavaa aineistoa.
Gaia-hypoteesin mukaan vankan eliöpopulaation omaavan planeetan ilmakehä on kemiallisessa epätasapainossa. Epätasapaino on suhteellisen helppo selvittää etäältä spektroskopian avulla. Spektroskooppisia menetelmiä täytyy kuitenkin vielä kehittää merkittävästi ennen kuin laitteella kyetään tutkimaan eksoplaneettoja.
Marshall Space Flight Centerin astrobiologi Richard B. Hoover ilmoitti maaliskuussa 2011 löytäneensä syanobakteerien kaltaisia mikrofossiileja hiilipitoisista CI1-meteoriiteista. NASA kuitenkin sanoutui irti Hooverin väitteestä.
Elokuussa 2011 NASA julkaisi tutkimuksen, joka käsitteli Maasta löydettyjä meteoriitteja. Tutkimuksen mukaan DNA- ja RNA-komponentit (adeniini, guaniini sekä muut samankaltaiset orgaaniset molekyylit), jotka mahdollistavat elämän maapallolla, voivat muodostua myös ulkoavaruudessa.
Yleisesti oletetaan, että jos avaruudessa olisi jokin teknologinen yhteiskunta, se lähettäisi informaatiota. Ei voida kuitenkaan olettaa, että tällainen yhteiskunta lähettäisi informaatiota juuri Maan suuntaan tai että pystyisimme tulkitsemaan sitä. Signaali myös kulkisi avaruudessa niin pitkän matkan, että vaikka signaali havaittaisiinkin, sen alkuperä olisi kaukana menneisyydessä.
Tästä huolimatta SETI:n kaltaiset hankkeet etsivät älyllisestä elämästä kertovia signaaleja. On esitetty, että ulkoavaruuden asukkaat lähettäisivät lasersignaaleja näkyvän valon lisäksi myös infrapunaspektrissä. Lasersignaalin etu on, että se ei ”suttaannu” tähtienvälisessä aineessa. Tästä syystä lasersignaali voisi olla tehokas tähtienvälisessä kommunikoinnissa. Vaikka erilaisia kommunikointitekniikoita, kuten lasersignaaleja ja tähtienvälisiä avaruuslentoja on punnittu vakavasti ja ne olisivat käyttökelpoisia, ovat radioaallot ehdotetuista kommunikointitavoista kuitenkin edelleen tehokkaimpia.
Tähtitieteilijät etsivät eksoplaneettoja, joilla saattaisi esiintyä elämää. Tällaisia Maan kaltaisia planeettoja ovat esimerkiksi Gliese 581 c, Gliese 581 g, Gliese 581 d ja OGLE-2005-BLG-390Lb. Radioastronomia ei toistaiseksi ole tarpeeksi tehokasta eksoplaneettojen etsintään, sillä nykylaitteiden erotuskyky ei riitä niiden tutkimiseen. Tulevaisuudessa tehokkaammilla kaukoputkilla voidaan kenties havaita elämää lähitähtiä ympäröivillä planeetoilla joko suoraan tai atomiabsorptiospektrometrian avulla. Niiden avulla voitaisiin myös saada selville keskeistä tietoa, kuten sisältävätkö planeettojen kaasukehät happea.
Kepler mittaa jatkuvasti ja samanaikaisesti 150 000 tähden kirkautta. Kepler on mullistanut käsitykset elämänvyöhykkeellä sijaitsevien eksoplaneettojen määrästä. Kepler on löytänyt vuoteen 2013 mennessä noin tuhat planeettaa. 
Maan kaltaisia pieniä kiviplaneettoja Kepler on löytänyt kymmenkunta toistaiseksi. Keplerin ansiosta on arvioitu että jokaisella tähdellä on 1-2 elämänvyöhykkeellä sijaitsevaa planeettaa joka tarkoittaa linnunradassamme 100 - 200 miljardia planeettaa. Myös kuut saattavat yhtä lailla olla suotuisia elämälle.
- Kepler-luotain on todella osoittautunut tieteen rocktähdeksi, Nasan tutkija John Grunsfeld muotoilee.
On väitetty, että Maata lähinnä oleva tähtijärjestelmä Alfa Kentauri saattaa sisältää planeettoja, jotka voivat ylläpitää elämää.
Huhtikuun 24. päivänä 2007 chileläisen La Sillan observatorion tutkijat kertoivat löytäneensä ensimmäisen Maata muistuttavan planeetan. Gliese 581 c -niminen planeetta kiertää 20,5 valovuoden (194 biljoonan kilometrin) päässä olevaa Gliese 581 -nimistä punaista kääpiötä sen elinkelpoisella vyöhykkeellä. Alun perin luultiin, että planeetalla voisi olla nestemäistä vettä, mutta Werner von Blohin tutkimusryhmän Saksan ilmastotutkimusinstituutissa tekemät uudet simulaatiot Gliese 581 c:n ilmastosta viittaavat siihen, että kaasukehän sisältämä hiilidioksidi ja metaani aiheuttaisivat karkaavan kasvihuoneilmiön. Lämpötila planeetalla ylittäisi siten huomattavasti veden kiehumispisteen (100 °C), tehden elämän löytymisen epätodennäköiseksi. Kasvihuoneilmiömallinnusten seurauksena tutkijat ovatkin siirtäneet huomionsa Gliese 581 d -planeettaan, joka sijaitsee juuri ja juuri tähden elinkelpoisen vyöhykkeen ulkopuolella.
Toukokuun 29. päivänä 2007 Associated Press -uutistoimisto julkaisi raportin, jonka mukaan tutkijat olivat löytäneet 28 uutta eksoplaneettaa. Yhden näistä vasta löydetyistä planeetoista sanotaan olevan monilla tavoin Neptunuksen kaltainen.
Vuodesta 1992 lähtien Linnunradalta on löydetty satoja eksoplaneettoja. The Extrasolar Planets Encyclopaedia -Internet-sivulla on listattuna 687 eksoplaneettaa (3.10.2011) . Niiden koot vaihtelevat hieman meidän planeettaamme suuremmista maankaltaisista planeetoista aina Jupiteria suurempiin kaasujättiläisiin.
1900-luvulla väitettiin, että ufot, eli tunnistamattomat lentävät objektit, ovat lähtöisin Maan ulkopuolelta (katso ET-hypoteesi). Väitteet ufoista tai ufosieppauksista eivät ole saaneet tiedeyhteisön tukea. Ufot ovat yleensä osoittautuneet lentokoneiksi tai taivaankappaleiksi ja monet näköhavainnot ovat myös paljastuneet huijauksiksi.