Ο Παναγιώτης Μπρούσος ανήκει σε μια νέα γενιά επιστημόνων που δεν αρκούνται στο να αναρωτιούνται αν υπάρχει ζωή πέρα από τη Γη.
Προσπαθεί να καταλάβει αν η οποιαδήποτε μορφή ζωής μπορεί να αντέξει το πιο βίαιο τεστ: να εκτοξευθεί από έναν υπόγειο ωκεανό κάποιου πλανήτη, να παγώσει στιγμιαία και να χαθεί στο κενό του διαστήματος αφήνοντας πίσω της μόνο χημικά ίχνη.
Ως μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πρόγραμμα Αστροβιολογίας της NASA, στο NASA Goddard Space Flight Center, κινείται ερευνητικά ακριβώς στο όριο όπου η μικροβιολογία γίνεται πλανητική επιστήμη και η έννοια της ζωής μεταφράζεται σε μετρήσιμα σήματα.
Σε έναν κόσμο όπου οι επόμενες αποστολές ίσως μας φέρουν τα πρώτα πραγματικά δεδομένα για εξωγήινη ζωή, η δουλειά του λειτουργεί σαν calibration του ίδιου του βλέμματος μας.
Πριν τη μετεγκατάστασή του στις ΗΠΑ εργαζόταν ως γεωπόνος, διατηρώντας μια άμεση σχέση με τη βιολογία της Γης. Απόφοιτος του Γεωπονικού Πανεπιστημίου Αθηνών εργάστηκε στο ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος», όπου μελέτησε τη φωτοσύνθεση και την προσαρμογή μικροοργανισμών σε ακραία περιβάλλοντα όπως η Ανταρκτική. Η διδακτορική του έρευνα στο Ινστιτούτο Βιοεπιστημών και Εφαρμογών, υπό την επίβλεψη του Κώστα Σταματάκη στον «Δημόκριτο», εστίασε στην παραγωγή υδρογόνου από κυανοβακτήρια, γεφυρώνοντας βιολογία και ενεργειακές εφαρμογές.
Ο Μπρούσος επιλέχθηκε από τη NASA για να συμβάλει στην αναζήτηση βιοϋπογραφών (biosignatures) σε Παγωμένους Ωκεάνιους Κόσμους μέσω μικροβιολογικής έρευνας και να επανεκκινήσει τη βιολογική έρευνα στο Goddard, η οποία είχε σταματήσει τα τελευταία χρόνια.
Οι ωκεάνιοι κόσμοι έχουν ζωή
Όπως εξηγεί ο ίδιος στο WIRED Greece, από το flyby του Voyager 2 το 1989 στον Τρίτωνα, την πρώτη και μοναδική επίσκεψη διαστημικού σκάφους στον παγωμένο γίγαντα, οι αποκαλούμενοι παγωμένοι ωκεάνιοι κόσμοι έπαψαν να θεωρούνται νεκρά σώματα, γεγονός που επιβεβαίωσαν τα πρόσφατα δεδομένα της αποστολής Cassini–Huygens.
Δορυφόροι όπως ο Εγκέλαδος του Κρόνου και η Ευρώπη του Δία, αλλά και νάνοι πλανήτες όπως η Δήμητρα φαίνεται να φιλοξενούν τεράστιους υπόγειους ωκεανούς. Και το πιο κρίσιμο όλων είναι ότι αυτοί οι ωκεανοί “μιλάνε”. Μέσα από ρωγμές στον παγωμένο φλοιό τους εκτοξεύουν πίδακες υλικού στο διάστημα.
«Στον Εγκέλαδο, τα όργανα της αποστολής Cassini κατέγραψαν μοριακό υδρογόνο και πολύπλοκες οργανικές ενώσεις που αποτελούν ενδείξεις ενεργών υδροθερμικών διεργασιών στον πυθμένα ενός εξωγήινου ωκεανού. Είναι ακριβώς το είδος περιβάλλοντος που στη Γη φιλοξενεί χημειολιθοτροφική ζωή δηλαδή, οργανισμούς που δεν χρειάζονται φως, αλλά αντλούν ενέργεια από αντιδράσεις όπως η μεθανογένεση και οι οξειδοαναγωγές θείου. Με άλλα λόγια, αν υπάρχει ζωή εκεί, μπορεί να μοιάζει περισσότερο με μικροβιακά οικοσυστήματα βαθέων ωκεανών παρά με οτιδήποτε φωτοσυνθετικό», εξηγεί ο Μπρούσος.
Αλλά υπάρχει ένα πρόβλημα που αλλάζει εντελώς το παιχνίδι: η ζωή δεν φτάνει από τον υπόγειο ωκεανό στο διάστημα αλώβητη. Το ταξίδι της είναι μια ακραία φυσική μετάβαση με απότομη αποσυμπίεση, στιγμιαία κατάψυξη και έκθεση σε κενό. Το ερώτημα που θέτει ο Μπρούσος είναι τι θα απομείνει αν ένα κύτταρο ή ένα βιομόριο περάσει μέσα από αυτή τη διαδικασία. Και κυρίως, αν αυτό που θα απομείνει είναι αρκετό για να το αναγνωρίσουμε ως ζωή.
Για να απαντήσει ο Έλληνας επιστήμονας χρησιμοποιεί έναν από τους πιο εξειδικευμένους προσομοιωτές που υπάρχουν σήμερα, τον SOWCr, Simulator of Ocean Worlds Cryovolcanism (Προσομοιωτής Κρυοηφαιστείων Ωκεάνιων Κόσμων), που αναπτύχθηκε στο NASA Goddard από τον πλανητικό επιστήμονα Marc Neveu.
«Μέσα σε αυτό το σύστημα, υγρά δείγματα εκτοξεύονται υπό ελεγχόμενες συνθήκες που αναπαράγουν την κρυοηφαιστειακή δραστηριότητα σε μια μικροκλίμακα καταστροφής που όμως κρύβει απαντήσεις για πλανητικές διεργασίες», λέει.
Εντυπωσιακά τα πρώτα ευρήματα
Οι πρώτες μελέτες με το SOWCr και τη χρήση συνθετικών διαλυμάτων έδειξαν κάτι εντυπωσιακό: βασικά οργανικά μόρια όπως αμινοξέα και λιπαρά οξέα μπορούν να επιβιώσουν.
«Όχι μόνο αυτό, αλλά διατηρούν και μοτίβα σχετικής αφθονίας που λειτουργούν ως “δακτυλικά αποτυπώματα”, ικανά να διαχωρίσουν τη βιολογική από την αβιοτική προέλευση. Αυτά τα μοτίβα, η κατανομή των μορίων, η χειρομορφία των αμινοξέων (ένα μόριο είναι χειρόμορφο όταν δεν ταυτίζεται με το κατοπτρικό του είδωλο, όπως το αριστερό χέρι δεν ταυτίζεται με το δεξί), τα μήκη των λιπαρών αλυσίδων και οι βαθμοί κορεσμού τους είναι ο κώδικας των βιουπογραφών».
Ο Μπρούσος όμως μεταφέρει το πείραμα σε άλλο επίπεδο, από τη χημεία στη ζωή. Αντί για απλά μόρια, τροποποιεί το σύστημα και εισάγει στον προσομοιωτή ζωντανούς μικροοργανισμούς από ακραία περιβάλλοντα της Γης.
Συγκεκριμένα, εισάγει μικροοργανισμούς από μικροβιακές κοινότητες υδροθερμικών πηγών του ωκεάνιου πυθμένα μέχρι από καλλιέργειες που αντιπροσωπεύουν θεμελιώδεις μεταβολικές στρατηγικές για τέτοια περιβάλλοντα, όπως μεθανογόνα Αρχαία, θειο-οξειδωτικά και υδρογονοτροφικά βακτήρια.
Πρόκειται για αναερόβιους χημειολιθοτροφικούς οργανισμούς, προσαρμοσμένους σε ψυχρά, σκοτεινά και χημικά ενεργά περιβάλλοντα, ιδανικά ανάλογα για εξωγήινους ωκεανούς.
«Τα δείγματα προετοιμάζονται σε συνθήκες που προσομοιώνουν τα φυσικά τους περιβάλλοντα και στη συνέχεια “εκτοξεύονται” μέσα στον προσομοιωτή SOWCr. Το υλικό που προκύπτει συλλέγεται σε διαφορετικά σημεία κατά μήκος της διαδρομής, επιτρέποντας τη χαρτογράφηση της ανακατανομής των βιοϋπογραφών. Δεν πρόκειται δηλαδή απλώς για το αν οι μικροοργανισμοί επιβιώνουν, αλλά για το πού καταλήγουν και πώς μετασχηματίζονται».
Η ανάλυση που ακολουθεί είναι πολυεπίπεδη. Πρώτα εξετάζεται η ακεραιότητα των κυτταρικών μεμβρανών και η κατανομή λιπιδικών υπολειμμάτων με μικροσκοπία. Στη συνέχεια, βιοχημικές αναλύσεις εστιάζουν σε αλλαγές στις σχετικές αφθονίες και στα πρότυπα κατανομής αμινοξέων και λιπαρών οξέων στις διαφορετικές φάσεις της κρυοηφαιστειακής έκρηξης. Δείκτες όπως η χειρομορφία (chirality) των αμινοξέων ή οι κατανομές μήκους λιπαρών αλυσίδων μπορούν να αποκαλύψουν αν ένα σήμα είναι βιολογικό ή προϊόν καθαρής γεωχημείας. Παράλληλα, εξετάζονται φαινόμενα όπως η δημιουργία ψευδώς θετικών αποτελεσμάτων και τα όρια ανίχνευσης, παράμετροι κρίσιμες για πραγματικές αποστολές.
Και τέτοιες αποστολές έχουν ήδη δρομολογηθεί.
Ο ανιχνευτής Europa Clipper θα επιχειρήσει να αναλύσει την επιφάνεια και πιθανώς υλικό από κρυοηφαιστειακούς πίδακες του παγωμένου δορυφόρου Ευρώπη, ενώ μελλοντικές αποστολές προς τον Εγκέλαδο όπως η Enceladus Orbilander θα στοχεύσουν άμεσα σε plume material (υλικό που εκτοξεύεται από υπόγειους ωκεανούς μέσω ρωγμών στον παγωμένο φλοιό). Όργανα όπως τα φασματόμετρα MASPEX και SUDA θα μετρήσουν οργανικά μόρια με εξαιρετική ευαισθησία.
Αλλά χωρίς το πλαίσιο που παρέχουν πειράματα όπως αυτά του Μπρούσου, τα δεδομένα αυτά κινδυνεύουν να παραμείνουν αμφίσημα.
Και πέρα από το Ηλιακό σύστημα
Η έρευνα του Έλληνα επιστήμονα εκτείνεται παράλληλα και πέρα από το Ηλιακό Σύστημα. Με επιστημονικό υπόβαθρο στη φωτοσύνθεση μικροοργανισμών, ο ερευνητής συμμετέχει σε μελέτες που εξετάζουν το πώς μπορούν να ανιχνευθούν βιουπογραφές σε εξωπλανήτες.
«Εκεί το πρόβλημα γίνεται ακόμη πιο περίπλοκο, καθώς η πληροφορία δεν έρχεται από δείγματα αλλά από φάσματα φωτός όπου ολόκληρος ο πλανήτης συμπιέζεται σε ένα ενιαίο σήμα».
Φασματικά χαρακτηριστικά βιοχρωστικών, όπως αυτά που σχετίζονται με τη χλωροφύλλη θα πρέπει να διακριθούν μέσα από την ατμοσφαιρική σκέδαση, τα επιφανειακά υλικά και τη νεφική κάλυψη.
«Σε συνθήκες disk-integrated παρατήρησης, όπου ένα ουράνιο σώμα παρατηρείται ως ένα ενιαίο σημείο φωτός αντί να αναλύονται οι λεπτομέρειες της επιφάνειάς του (disk-resolved), η ζωή δεν είναι ένα σαφές σήμα αλλά μια λεπτή φασματική απόκλιση μέσα στον θόρυβο».
Αυτές οι μελέτες, στις οποίες θα συνεισφέρει ο Μπρούσος, συνδέονται άμεσα με τον σχεδιασμό μελλοντικών τηλεσκοπίων όπως το Habitable Worlds Observatory.
«Πρόκειται για μια μελλοντική αποστολή-ναυαρχίδα της NASA, ένα ισχυρό διαστημικό τηλεσκόπιο (UV/Optical/IR) που σχεδιάζεται για να εντοπίζει εξωπλανήτες μεγέθους Γης στην “κατοικήσιμη ζώνη” άλλων άστρων. Στόχος του είναι να αναζητήσει άμεσα σημάδια ζωής (βιοϋπογραφές) σε τουλάχιστον 25 δυνητικά κατοικήσιμους κόσμους, αξιοποιώντας τεχνολογίες από τα τηλεσκόπια Hubble και Webb», σημειώνει ο Έλληνας επιστήμονας.
Σήμερα, το έργο του Μπρούσου μοιάζει λιγότερο με αναζήτηση και περισσότερο με αποκωδικοποίηση. Δεν αρκεί να βρεθεί ένα οργανικό μόριο ή ένα περίεργο φάσμα. Πρέπει να γνωρίζουμε τι σημαίνει, πώς αλλοιώθηκε και από πού προήλθε. Σε έναν κόσμο όπου οι επόμενες αποστολές ίσως μας φέρουν τα πρώτα πραγματικά δεδομένα για εξωγήινη ζωή, η δουλειά του λειτουργεί σαν calibration του ίδιου του βλέμματος μας.
«Γιατί όταν κοιτάξουμε έναν πίδακα υλικού που εκτοξεύεται από έναν παγωμένο κόσμο δισεκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά, το ερώτημα δεν θα είναι μόνο αν θα υπάρχει ζωή, αλλά αν θα την αναγνωρίσουμε όταν τη δούμε», διευκρινίζει.
