Astrobiologi
Metodologi > Elemen astrobiologi > Biologi

Biologi tidak dapat menyatakan bahwa suatu proses atau fenomena, dengan menjadi mungkin secara matematis, harus ada secara paksa pada objek luar angkasa. Ahli biologi menentukan apa yang spekulatif dan apa yang tidak. Penemuan ekstrofil, organisme yang mampu bertahan hidup di lingkungan ekstrem, menjadi elemen penelitian inti bagi para ahli astrobiologi, karena organisme seperti itu penting untuk memahami empat batas kehidupan dalam cakupan planet: potensi panspermia, kontaminasi ke depan karena usaha eksplorasi manusia, kolonisasi planet oleh manusia, dan eksplorasi kehidupan ekstraterestrial yang punah dan masih ada.
Sampai tahun 1970-an, kehidupan dianggap sepenuhnya bergantung pada energi dari Matahari. Tumbuhan di permukaan bumi menangkap energi dari sinar matahari untuk memfotosintesis gula dari karbon dioksida dan air, melepaskan oksigen dalam proses yang kemudian dikonsumsi oleh organisme yang merespons oksigen, meneruskan energi mereka ke rantai makanan. Bahkan kehidupan di kedalaman lautan, di mana sinar matahari tidak dapat mencapai, dianggap memperoleh makanannya baik dari mengkonsumsi detritus organik yang dihujani dari permukaan air atau dari memakan hewan yang melakukannya. Kemampuan sebuah planet untuk mendukung kehidupan dianggap bergantung pada aksesnya terhadap sinar matahari. Namun, pada tahun 1977, selama penyelaman penjelajahan ke Galapagos Rift di penjelajahan bawah laut Alvin, para ilmuwan menemukan koloni cacing tabung raksasa, kerang, krustasea, kerang, dan berbagai makhluk lain yang berkerumun di sekitar fitur vulkanik bawah laut yang dikenal sebagai ventilasi hidrotermal. Makhluk-makhluk ini berkembang meskipun tidak memiliki akses ke sinar matahari, dan segera ditemukan bahwa mereka terdiri dari ekosistem yang sepenuhnya independen. Meskipun sebagian besar bentuk kehidupan multiseluler ini membutuhkan oksigen terlarut (diproduksi oleh fotosintesis oksigen) untuk respirasi seluler aerobik mereka dan dengan demikian tidak sepenuhnya terlepas dari sinar matahari sendiri, dasar dari rantai makanan mereka adalah bentuk bakteri yang memperoleh energinya dari oksidasi reaktif bahan kimia, seperti hidrogen atau hidrogen sulfida, yang keluar dari bagian dalam bumi. Bentuk kehidupan lain yang sepenuhnya dipisahkan dari energi dari sinar matahari adalah bakteri sulfur hijau yang menangkap cahaya panas bumi untuk fotosintesis anoksiogenik atau bakteri yang menjalankan kemolitoautotrofi berdasarkan peluruhan radioaktif uranium. Kemosintesis ini merevolusi studi biologi dan astrobiologi dengan mengungkapkan bahwa kehidupan tidak harus bergantung pada matahari, hanya membutuhkan air dan gradien energi untuk tetap ada.
Ahli biologi telah menemukan ekstrofil yang tumbuh subur di es, air mendidih, asam, alkali, inti air reaktor nuklir, kristal garam, limbah beracun dan dalam berbagai habitat ekstrem lainnya yang sebelumnya dianggap tidak ramah untuk kehidupan. Ini membuka jalan baru dalam astrobiologi dengan memperluas secara besar-besaran jumlah kemungkinan habitat luar angkasa. Pencirian organisme ini, lingkungannya dan jalur evolusinya, dianggap sebagai komponen penting untuk memahami bagaimana kehidupan dapat berevolusi di tempat lain di alam semesta. Sebagai contoh, beberapa organisme yang mampu menahan paparan pada ruang hampa dan radiasi ruang luar termasuk jamur liken Rhizocarpon geographicum dan Xanthoria elegans, bakteri Bacillus safensis, Deinococcus radiodurans, Bacillus subtilis, ragi Saccharomyces cerevisiae, biji dari Arabidopsis thaliana (selada air kuping tikus), serta hewan invertebrata Tardigrada. Sementara tardigrada tidak dianggap sebagai benar-benar ekstrofil, mereka dianggap sebagai mikroorganisme ekstrotoleran yang telah berkontribusi pada bidang astrobiologi. Toleransi radiasi ekstrem dan keberadaan protein perlindungan DNA dapat memberikan jawaban apakah kehidupan dapat bertahan ketika berada jauh dari perlindungan atmosfer bumi.
Bulan Jupiter, Europa, dan bulan Saturnus, Enseladus, sekarang dianggap sebagai lokasi yang paling mungkin untuk kehidupan ekstraterestrial yang masih ada di Tata Surya karena samudera air bawah permukaan yang dimiliki keduanya, di mana pemanasan radiogenik dan pasang surut memungkinkan air dalam wujud cair untuk ada.
Asal usul kehidupan, yang dikenal sebagai abiogenesis, berbeda dari evolusi kehidupan, adalah bidang penelitian lain yang sedang berlangsung. Oparin dan Haldane mendalilkan bahwa kondisi di Bumi awal kondusif untuk pembentukan senyawa organik dari unsur anorganik dan dengan demikian untuk pembentukan banyak bahan kimia yang umum untuk semua bentuk kehidupan yang kita lihat sekarang. Studi tentang proses ini, yang dikenal sebagai kimia prebiotik, telah membuat beberapa kemajuan, tetapi masih belum jelas apakah kehidupan dapat terbentuk dengan cara seperti itu di Bumi. Hipotesis alternatif panspermia adalah bahwa unsur-unsur kehidupan pertama mungkin telah terbentuk di planet lain dengan kondisi yang lebih menguntungkan (atau bahkan di ruang antarbintang, asteroid, dll.) Dan kemudian telah dibawa ke Bumi - hipotesis panspermia.
Debu kosmik yang menyebar di alam semesta mengandung senyawa organik kompleks ("padatan organik amorf dengan struktur aromatik-alifatik campuran") yang dapat dibuat secara alami, dan dengan cepat oleh bintang. Lebih lanjut, seorang ilmuwan menyarankan bahwa senyawa-senyawa ini mungkin berhubungan dengan perkembangan kehidupan di Bumi dan mengatakan bahwa, "Jika ini masalahnya, kehidupan di Bumi mungkin lebih mudah untuk dimulai karena bahan organik ini dapat berfungsi sebagai bahan dasar untuk kehidupan."
Lebih dari 20% karbon di alam semesta dapat dikaitkan dengan hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH), kemungkinan bahan awal untuk pembentukan kehidupan. PAH tampaknya telah terbentuk tak lama setelah Big Bang, tersebar luas di seluruh alam semesta, dan dikaitkan dengan bintang-bintang dan planet-planet baru. PAH terpapar kondisi medium antarbintang dan ditransformasikan melalui hidrogenasi, oksigenasi, dan hidroksilasi, menjadi organik yang lebih kompleks - "sebuah langkah di sepanjang jalan menuju asam amino dan nukleotida, masing-masing adalah bahan baku protein dan DNA".