وفي عام 2020، اكتشف العلماء غازًا يسمى الفوسفين في الغلاف الجوي لكوكب صخري بحجم الأرض. ومع العلم بأنه لا يمكن إنتاج الفوسفين إلا من خلال العمليات البيولوجية، "يؤكد العلماء أن شيئًا حيًا الآن هو التفسير الوحيد لمصدر المادة الكيميائية". نيويورك تايمز ذكرت. ومع انتقال "الغازات ذات البصمة الحيوية"، بدا الفوسفين وكأنه عملية ناجحة.

حتى لم يكن كذلك.

كان الكوكب هو كوكب الزهرة، ولا يزال الادعاء بوجود بصمة حيوية محتملة في سماء الزهرة غارقًا في الجدل، حتى بعد مرور سنوات. لا يستطيع العلماء الاتفاق على ما إذا كان الفوسفين موجودًا هناك أم لا، ناهيك عن ما إذا كان ذلك دليلًا قويًا على وجود محيط حيوي غريب على كوكبنا التوأم.

ما تبين أنه صعب على كوكب الزهرة سيكون أصعب على الكواكب الخارجية التي تبعد عدة سنوات ضوئية.

أرسل تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) التابع لناسا، والذي تم إطلاقه في عام 2021، بالفعل بيانات حول التركيب الجوي لكوكب خارجي متوسط ​​الحجم يطلق عليه اسم K2-18 b والذي فسره البعض - بشكل مثير للجدل - كدليل محتمل على الحياة. ولكن حتى مع ارتفاع الآمال في الكشف عن البصمات الحيوية، بدأ بعض العلماء يتساءلون علنًا عما إذا كانت الغازات الموجودة في الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية ستكون دليلاً مقنعًا على وجود كائنات فضائية.

يستكشف عدد كبير من الأبحاث الحديثة الشكوك الهائلة في الكشف عن البصمة الحيوية للكواكب الخارجية. أحد التحديات الرئيسية التي حددوها هو ما هو فيلسوف العلم بيتر فيكرز في جامعة دورهام يدعو مشكلة البدائل غير المدروسة. بكل بساطة، كيف يمكن للعلماء التأكد من أنهم استبعدوا كل التفسيرات غير البيولوجية المحتملة لوجود الغاز، خاصة ما دامت جيولوجيا الكواكب الخارجية وكيمياءها غامضة مثل الحياة الغريبة؟

وقال فيكرز: "يتم استكشاف أفكار جديدة طوال الوقت، ويمكن أن تكون هناك آلية غير حيوية لهذه الظاهرة التي لم يتم تصورها بعد". "هذه هي مشكلة البدائل غير المتصورة في علم الأحياء الفلكي."

قال عالم الفلك: "إنه جزء صغير من هذا الفيل الموجود في الغرفة". دانييل أنغرهاوزن من المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيوريخ، وهو عالم مشروع في مهمة LIFE، وهو تلسكوب فضائي مقترح للبحث عن غازات ذات بصمة حيوية على الكواكب الخارجية الشبيهة بالأرض.

إذا اكتشف العلماء وجود غاز ذو بصمة حيوية مفترضة على كوكب بعيد، أو عندما يكتشفون ذلك، فيمكنهم استخدام صيغة تسمى نظرية بايز لحساب فرصة الحياة الموجودة هناك بناءً على ثلاثة احتمالات. اثنان لهما علاقة بالبيولوجيا. الأول هو احتمال ظهور الحياة على هذا الكوكب بالنظر إلى كل ما هو معروف عنه. والثاني هو احتمال أنه، إذا كانت هناك حياة، فإنها ستخلق البصمة الحيوية التي نلاحظها. يحمل كلا العاملين قدرًا كبيرًا من عدم اليقين، وفقًا لعلماء الأحياء الفلكية كول ماتيس من جامعة ولاية أريزونا و هاريسون سميث من معهد علوم الأرض والحياة التابع لمعهد طوكيو للتكنولوجيا، الذي استكشف هذا النوع من التفكير في ورقة الخريف الماضي.

العامل الثالث هو احتمالية قيام كوكب هامد بإنتاج الإشارة المرصودة، وهو تحدٍ بنفس القدر من الخطورة، كما يدرك الباحثون الآن، وهو متشابك مع مشكلة البدائل اللاأحيائية غير المتصورة.

قال فيكرز: "هذا هو الاحتمال الذي نقول فيه أنك لا تستطيع شغل الوظيفة بشكل مسؤول". "يمكن أن تتراوح تقريبًا من أي شيء من صفر إلى 1."

خذ بعين الاعتبار حالة K2-18 b، وهو "نبتون صغير" متوسط ​​الحجم بين الأرض ونبتون. في عام 2023، كشفت بيانات تلسكوب جيمس ويب الفضائي عن علامة ضعيفة إحصائيًا لوجود كبريتيد ثنائي الميثيل (DMS) في غلافه الجوي. على الأرض، يتم إنتاج DMS بواسطة الكائنات البحرية. الباحثون الذين تم اكتشافه مبدئيًا في K2-18 b وفسروا الغازات الأخرى المكتشفة في سمائه على أنها تعني أن الكوكب هو "عالم مائي" به محيط سطحي صالح للسكن، مما يدعم نظريتهم القائلة بأن نظام إدارة الوجهات السياحية هناك يأتي من الحياة البحرية. لكن علماء آخرين يفسرون نفس الملاحظات كدليل على تكوين كوكبي غازي غير مضياف يشبه تكوين نبتون.

لقد أجبرت البدائل غير المدروسة علماء الأحياء الفلكية عدة مرات على مراجعة أفكارهم حول ما يجعل التوقيع الحيوي جيدًا. عندما كان الفوسفين تم اكتشافه على كوكب الزهرةولم يعرف العلماء أي طريقة يمكن من خلالها إنتاجه في عالم صخري هامد. ومنذ ذلك الحين، حددوا العديد من الخيارات الممكنة المصادر اللاحيوية للغاز. أحد السيناريوهات هو أن البراكين تطلق مركبات كيميائية تسمى الفوسفيدات، والتي يمكن أن تتفاعل مع ثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي لكوكب الزهرة لتكوين الفوسفين - وهو تفسير معقول بالنظر إلى أن العلماء وجدوا أدلة على وجود البراكين النشطة على كوكبنا التوأم. وبالمثل، كان الأكسجين يعتبر غازًا ذو بصمة حيوية حتى عام 2010، عندما قام باحثون، بما في ذلك فيكتوريا ميدوز، في مختبر الكواكب الافتراضي التابع لمعهد ناسا لعلم الأحياء الفلكي بدأ للعثور على طرق أن الكواكب الصخرية يمكن أن تتراكم الأكسجين بدون المحيط الحيوي. على سبيل المثال، يمكن أن يتشكل الأكسجين من ثاني أكسيد الكبريت، الذي يكثر في عوالم متنوعة مثل كوكب الزهرة وأوروبا.

اليوم، تخلى علماء الأحياء الفلكية إلى حد كبير عن فكرة أن غازًا واحدًا يمكن أن يكون له بصمة حيوية. وبدلاً من ذلك، يركزون على تحديد "المجموعات"، أو مجموعات الغازات التي لا يمكن أن تتعايش بدون حياة. إذا كان هناك أي شيء يمكن تسميته بالتوقيع الحيوي القياسي اليوم، فهو مزيج الأكسجين والميثان. يتحلل الميثان بسرعة في الأجواء الغنية بالأكسجين. على الأرض، يتعايش الغازان فقط لأن المحيط الحيوي يجددهما باستمرار.

حتى الآن، لم يتمكن العلماء من التوصل إلى تفسير غير حيوي للبصمات الحيوية للأكسجين والميثان. لكن فيكرز وسميث وماتيس يشككون في أن هذا الزوج بالتحديد - أو ربما أي مزيج من الغازات - سيكون مقنعًا على الإطلاق. وقال سميث: "لا توجد طريقة للتأكد من أن ما ننظر إليه هو في الواقع نتيجة للحياة، وليس نتيجة لعملية جيوكيميائية غير معروفة".

"إن تلسكوب جيمس ويب الفضائي ليس كاشفًا للحياة. وقال ماتيس: "إنه تلسكوب يمكنه أن يخبرنا عن الغازات الموجودة في الغلاف الجوي للكوكب".

سارة روهايمر، عالم الأحياء الفلكية في جامعة يورك الذي يدرس الأجواء للكواكب الخارجية، أكثر تفاؤلاً. إنها تبحث بنشاط عن تفسيرات غير حيوية بديلة للبصمات الحيوية للمجموعات مثل الأكسجين والميثان. ومع ذلك، تقول: "كنت سأفتح زجاجة من الشمبانيا - شمبانيا باهظة الثمن - إذا رأينا الأكسجين والميثان والماء وثاني أكسيد الكربون".₂"على كوكب خارج المجموعة الشمسية.

إن سكب المشروبات على نتيجة مثيرة على انفراد يختلف بالطبع عن إخبار العالم بأنهم عثروا على كائنات فضائية.

روهايمر والباحثون الآخرون الذين تحدثوا إليهم كوانتا يتساءلون في هذه القصة عن أفضل السبل للتحدث علنًا عن عدم اليقين بشأن التوقيعات الحيوية، ويتساءلون كيف يمكن للتقلبات في الرأي البيولوجي الفلكي حول اكتشاف معين أن تؤدي إلى تقويض ثقة الجمهور في العلوم. إنهم ليسوا وحدهم في قلقهم. مع تحرك ملحمة فوسفين كوكب الزهرة نحو ذروتها في عام 2021، ناشد مديرو وعلماء ناسا مجتمع علم الأحياء الفلكي وضع معايير ثابتة لليقين في اكتشاف البصمات الحيوية. في عام 2022، اجتمع المئات من علماء الأحياء الفلكية لورشة عمل افتراضية لمناقشة هذه القضية - على الرغم من عدم وجود معيار رسمي للتوقيع الحيوي أو حتى تعريفه. وقال أنغرهاوزن: "في الوقت الحالي، أنا سعيد جدًا لأننا اتفقنا جميعًا، أولاً وقبل كل شيء، على أن هذه مشكلة صغيرة".

يقول فيكرز إن الأبحاث تمضي قدمًا على الرغم من عدم اليقين، كما ينبغي لها. يعد الوصول إلى طريق مسدود والاضطرار إلى التراجع أمرًا طبيعيًا بالنسبة لمجال ناشئ مثل علم الأحياء الفلكي. وقال سميث: "هذا شيء يجب على الناس أن يحاولوا فهمه بشكل أفضل حول كيفية عمل العلم بشكل عام". "لا بأس في تحديث ما نعرفه." ويقول سميث وفيكرز إن الادعاءات الجريئة حول التوقيعات الحيوية لها وسيلة لإشعال النار تحت أنظار العلماء لتزييفها، وذلك للبحث عن بدائل غير مدروسة.

قالت عالمة الكيمياء الفلكية كلارا سوزا سيلفا من كلية بارد، وهي خبيرة في الفوسفين وساعدت في اكتشاف كوكب الزهرة: "ما زلنا لا نعرف ما الذي يحدث على كوكب الزهرة، وبالتالي نشعر باليأس بالطبع". بالنسبة لها، الخطوة التالية واضحة: "دعونا نفكر في كوكب الزهرة مرة أخرى". لقد تجاهل علماء الفلك عمليا كوكب الزهرة لعقود من الزمن. أثار الجدل حول التوقيع الحيوي جهودًا جديدة، ليس فقط لاكتشاف مصادر غير حيوية للفوسفين لم يتم النظر فيها سابقًا، ولكن أيضًا لفهم كوكبنا الشقيق بشكل أفضل في حد ذاته. (على الأقل خمس بعثات إلى كوكب الزهرة ومن المقرر أن يتم التخطيط لها في العقود القادمة.) "أعتقد أن هذا هو أيضًا مصدر الأمل للكواكب الخارجية."