לבקש חתימה מחייזר

הרבה לפני שיצור מקומט מציוויליזציה רחוקה יתלה בנו עיניים תבוניות ועצובות ויבקש שנחזיר אותו הביתה, החיים מחוץ לכדור-הארץ יתגלו בפנינו ככל הנראה בקומץ מולקולות שנדגמו מסלע קדום על מאדים, בפירור קרח מירחיו של צדק או שבתאי או באוקיינוס תת-קרקעי הזורם מתחת לפני השטח הקפואים של גוף שמימי אחר. במחקר המתפרסם כעת בכתב-העת המדעי Nature Astronomy, צוות מחקר ישראלי-אמריקאי בהובלת מדעני מכון למדע מציע סוג חדש של טביעת אצבע לקיומם של חיים כאלה. השיטה החדשה צפויה להציע דרך פשוטה יחסית להתמודדות עם אחת השאלות הוותיקות ביותר: האם אנחנו לבד?

כבר עשורים רבים שמדענים מחפשים חתימות ביולוגיות שיעידו על קיומם של חיים מחוץ לכדור-הארץ, כלומר עקבות כימיים או פיזיקליים שיהוו מעין טביעת אצבע של חיים אי שם בחוץ ויאפשרו להבחין בין חומר ביולוגי לבין חומר כימי ממקור שאינו ביולוגי. חלק מהשיטות מתמקדות ביחסים שבין מולקולות "ימניות" ו"שמאליות" – תכונה כימית הנקראת כיראליות – בעוד אחרות בוחנות יחסים בין איזוטופים שונים. ואולם, פענוח סימנים אלה מחייב בדרך כלל לדעת כיצד נוצרה הדגימה וכיצד השתנתה לאורך זמן, מידע שלרוב אינו זמין. בנוסף, חלליות אינן יכולות לקחת איתן לדרך כל מכשיר שמדענים היו רוצים לשלוח לחלל, ודגימות שמקורן מחוץ לכדור-הארץ כמעט תמיד אינן נקיות או שלמות. חשוב לזכור גם שקרינה משנה מולקולות, תהליכים גיאולוגיים עשויים להידמות לתהליכים ביולוגיים, חומר אורגני עלול להתפרק, להתערבב או להזדהם לאורך זמן, ואולי האתגר המרכזי ביותר: עצם הזיהוי של חומר אורגני אינו מעיד בהכרח על קיומם של חיים – חומצות אמינו ותרכובות אחרות יכולות להיווצר גם בתהליכים כימיים שבינם ובין החיים אין כל קשר.

"היתרון המרכזי של הגישה שלנו הוא שהיא מספקת דרך פשוטה לזהות חומר אורגני שמקורו ביולוגי, להבדיל מחומר אורגני שאינו ביולוגי ונוצר במערכת השמש הקדומה", אומר פרופ' איתי הלוי, שעמד בראש צוות המחקר יחד עם פרופ' יוחאי כספי, שניהם מהמחלקה למדעי כדור-הארץ וכוכבי-הלכת במכון ויצמן למדע. את המחקר הוביל ד"ר גדעון יופה, פוסט-דוקטורנט במעבדתו של פרופ' כספי, שחיבר בין כלים מעולמות הסטטיסטיקה, האקולוגיה והמדע הפלנטרי, והיו חברים בצוות גם ד"ר פביאן קלנר מאוניברסיטת קליפורניה בריברסייד וד"ר ברק סובר מהאוניברסיטה העברית בירושלים.

""היתרון המרכזי של הגישה שלנו הוא שהיא מספקת דרך פשוטה לזהות חומר אורגני שמקורו ביולוגי, להבדיל מחומר אורגני שאינו ביולוגי ונוצר במערכת השמש הקדומה"

"שיטות רבות המשמשות כיום לחיפוש חיים מחוץ לכדור-הארץ מוגבלות שכן הן דורשות עיבוד מורכב של חומר אורגני או שיטות אנליטיות ייחודיות שאי אפשר לבצע כיום בחלל", אומר ד"ר יופה. הגישה החדשה עוקפת חלק גדול מהמגבלות הללו כי היא נשענת פחות על כימיה מורכבת ויותר על דפוסים סטטיסטיים. מקורה של השיטה במחקר אקולוגי: היא פותחה כדי לאפיין את מגוון בעלי-החיים בבתי גידול שונים. ד"ר יופה, שהכשרתו בסטטיסטיקה ובמדעי הנתונים, התאים אותה לתחום האסטרוביולוגיה, כלומר תחום המחקר שאמון על חיפוש אחר חיים מחוץ לכדור-הארץ.

הרעיון המרכזי של החוקרים היה לבחון מגוון מולקולרי מתוך הבנה שהחיים מארגנים מחדש את הכימיה בהתאם לצורכיהם; לעיתים הדבר מוביל להגדלת המגוון ולעיתים דווקא לצמצומו. במקום להתמקד במולקולות בודדות, בחנו החוקרים דפוסים סטטיסטיים בקבוצות של מולקולות: מידת הפיזור שלהן, הכמות היחסית של כל אחת ועד כמה הן דומיננטיות או נדירות. כדי לבחון את השיטה ניתח הצוות יותר ממאה דגימות אורגניות ואי-אורגניות, ובהן סלעים בני שלושה מיליארד שנה מכדור-הארץ, קליפות ביצי דינוזאורים, נוצות דינוזאורים שהשתמרו באבני ענבר וכן דגימות שנאספו בחלל מהאסטרואידים ריוגו ובֶּנוּ.

המחקר החל בחומצות אמינו – אבני הבניין של החלבונים. חומצות אלה יכולות להיווצר גם ללא הקשר ביולוגי – כתוצאה מהתנגשויות בין מולקולות פשוטות יותר. אבל בחלל, מפגשים כאלה הם עניין נדיר במיוחד, ולכן הסבירות להיווצרות ספונטנית של חומצות אמינו מורכבות הינה נמוכה. לפיכך, במערכות כימיות שאינן ביולוגיות, חומצות אמינו פשוטות נוטות להיות נפוצות יותר, בעוד חומצות גדולות ומורכבות יותר הן גם נדירות יותר.

החיים, לעומת זאת, מתנהגים אחרת. מערכות חיות שורדות בזכות יכולתן לייצר את המולקולות הדרושות לשם תפקודן ושרידותן, גם כאשר "עלות הייצור" האנרגטית שלהן גבוהה. לכן, במקום אוסף מולקולרי אקראי, מערכות ביולוגיות מותירות אחריהן דפוסים שאינם נשלטים בהכרח בידי אבני הבניין הפשוטות ביותר. כתוצאה מכך, דגימות שמקורן ביצורים חיים מתגלות שוב ושוב כמגוונות יותר מבחינת ההרכב המולקולרי שלהן מדגימות שאין להן מקור ביולוגי. ההבדל הזה אינו מוגבל לחומצות אמינו בלבד; החוקרים זיהו אותו גם בחומצות שומן, עובדה המצביעה על כך שמדובר בחתימה ביולוגית בסיסית. "החיים מייצרים את אבני הבניין שהם צריכים כדי לתפקד", מסכם פרופ' הלוי.

השיטה שפיתחו החוקרים נולדה כחלק מהצעה ישראלית למשימת חלל עתידית בשם Eureka. פרופ' כספי, פרופ' הלוי, ד"ר יופה ושותפיהם מפתחים את ההצעה למשימה יחד עם התעשייה האווירית, כאשר המטרה היא לשגר חללית קטנה לאחד או לשניים מהירחים הקפואים של מערכת השמש – ככל הנראה אירופה, ואולי גם אנקלדוס – שמתחת למעטה הקרח שלהם מסתתרים אוקיינוסים עצומים. לתכנון המשימה שותף מפעל IAI-חלל מבית התעשייה האווירית אשר מוביל את תכנון החללית.

"האוקיינוסים התת־קרקעיים האלה מעניינים במיוחד, כי ייתכן שהתנאים בהם מאפשרים היווצרות חיים", מבהיר פרופ' כספי. משימות עתידיות עשויות לדגום חומר שמקורו באותם אוקיינוסים, לרבות מולקולות שנוצרו בסמוך לנביעות הידרותרמיות תת-ימיות הדומות לאלה שמוכרות לנו מכדור-הארץ. "הגישה שלנו לא דורשת מכשור מתוחכם במיוחד והיא קלה ליישום. מספיק שתהיה לנו דרך למדוד את הכמות היחסית של המולקולות השונות, למשל באמצעות ספקטרומטר מסה".

ובכל זאת, עבור חלקנו זה עשוי להישמע כמו מדע בדיוני: כדי להשיג את הנתונים על המגוון המולקולרי, מציעים המדענים לשגר קרן לייזר מהחללית לעבר קרח מעולם אחר ולהמתין שהמולקולות שבו יחזירו אור. בהחזרים אלה יחפשו המדענים טביעת אצבע של חיים בדגש על חומצות אמינו מורכבות ותרכובות נוספות. אחד היתרונות הגדולים של השיטה הוא שהיא יכולה לעבוד גם עם דגימות שעברו לא מעט בדרך: חומר שהשתנה בגלל חום או קרינה או שסבל מפגעי הזמן או הקור. "החלל הוא שכונה קשוחה, במיוחד באזור צדק, ששדהו המגנטי העוצמתי גורם לחלקיקים אנרגטיים להפציץ ללא הרף את פני השטח של הירחים שלו", מסביר ד"ר יופה.

"מעבר לתרומה המדעית המשמעותית והסיכוי לגלות חיים מחוץ לכדור-הארץ, עבורנו משימת החלל לירחים הקפואים של צדק ושבתאי היא גם השראה חינוכית לדור הבא של המדענים והמהנדסות בישראל", מוסרים מהתעשייה האווירית. "אנחנו בטוחים שכל ילד וילדה שיצפו בחללית ויעקבו אחר המסע שלה, ירצו גם הם לגלות את היקום ולהפוך לאלו שמובילים את ישראל לפריצות הדרך הבאות".

השיטה החדשה אינה מוגבלת לירחים קפואים בלבד. ניתן יהיה ליישם אותה גם על מטאוריטים, על חומר שמקורו באסטרואידים או על דגימות מסלעים קדומים ממאדים. במובן מסוים, היא מחברת בין ענפי חלל רבים: אפשר יהיה לנתח באמצעותה נתונים המגיעים מטלסקופים הסורקים אטמוספרות של עולמות רחוקים, דגימות שהובאו על-ידי חלליות מאסטרואידים ושביטים, מטאוריטים שהגיעו לכדור-הארץ או קדיחות של רכבי חלל רובוטיים בסלעים קדומים.

גילוי חיים מחוץ לכדור-הארץ עשוי לשנות את האופן שבו אנחנו מדמיינים את "המפגש הראשון" עם חוצנים. ייתכן שבת קול לא תצא מהשמיים ואף אחד לא יברך אותנו לשלום או יבקש שניקח אותו למנהיג שלנו, לפחות לא בהתחלה. המפגש הראשון צפוי להיות חרישי ולהתרחש בתוך מאגר נתונים – באותם דפוסים המסתתרים באוסף מולקולות. ועדיין, הוא יהיה דרמטי לא פחות.

"מאז שהייתי ילד הוקסמתי מכל מה שקשור לחיפוש אחר חיים מחוץ לכדור-הארץ", אומר ד"ר יופה. "בעיניי, גילוי כזה יהיה אחת התגליות המדעיות המרגשות ביותר אי פעם".