בתשובה זו נדגיש כי אנו מדברים על חיים במובן שאנו מכירים על פני כדור הארץ.
בגלל שהארץ ופלנטות אחרות עשויות מאבק כוכבים, כלומר עשירים יחסית ביסודות כימיים מכוכבים אשר סיימו את חייהם כסופרנובה, סביר להניח שפלנטות נוצרו מיסודות שדומים לאלו של הארץ. ככלל, החיים על פני הארץ דורשים פחמן, מימן, חמצן, חנקן, גפרית וזרחן כמו גם כמות של אלמנטים נוספים בכמויות קטנות כמו מינרלים. חיים גם דורשים מים כממס שבו ריאקציות ביוכימיות מתרחשות.
החיים הראשוניים שהחלו על פני הארץ הופיעו ללא הצורך בגז החמצן. גם מליוני שנים אחרי שהחיים הראשונים הופיעו, כשחמצן כבר היה נפוץ באטמוספירה, רוב ה'חיים' התקיימו בלעדיו.
לפי הערכות, האורגניזמים הראשונים הופיעו על כדור הארץ לפני כ-4 מיליארד שנים. היו אלה חיידקים אל-אווירניים (שאינם נושמים באמצעות חמצן). באותה תקופה, האטמוספירה הכילה בעיקר פחמן דו-חמצני ומתאן, ללא חמצן. אפילו היום, מספר רב של באקטריות וחיידקים קדומים שורדים ללא חמצן. לדוגמא, במעיים של בני האדם אין חמצן, ואף על פי כן, הרבה בקטריות וחיידקים משגשגים שם.
בשלב מאוחר יותר הופיעו חיידקים פוטוסינתטיים מיצרי חמצן, שהשתמשו באנרגית השמש או בתורמי אלקטרונים כגופרית על מנת להפיק את האנרגיה הדרושה לתהליכים התאיים שלהם, שחלקה נוצל לקיבוע פחמן ממקור של פחמן דו-חמצני והפיכתו לסוכרים. תוצר הלוואי של פעילותם היה העשרתה של האטמוספירה בחמצן.
עוד אנקדוטות על חשיבות המים:
העובדה שמים מוצקים (קרח) הם פחות צפופים ממים נוזליים מעידה שקרח צף ועל כן מונע מהאוקינוסים בארץ מלקפוא באיטיות. ללא תכונה זו, האוקינוסים יכלו לקפוא בתקופות הקרח.
בנוסף, קשרי המימן במולקולות המים מאפשרים את היכולת לאגור אנרגיה עם אידוי, כשמתרחש עיבוי. דבר זה עוזר למתן את האקלים, קירור האיזורים הטרופיים וחימום הקטבים. דבר שמתמיד ושומר על יציבות האקלים הדרושים לקיום חיים.
בכל הנוגע לחיים, הדוגמה היחידה המוכרת לנו מבוססת על חומרים אורגניים. על כן, קיימת התמקדות בחיפוש חיים שמבוססים על כימיה אורגאנית, אשר סביר שדורשים סביבה מימית לקיומם, בעיקר מים נוזליים.
ולמה בכל אופן חמצן באטמוספירה יכול לרמז על קיומם של חיים:
קיומם של חמצן ואדי מים באטמוספירה של פלנטות, דבר היכול באופן עקיף להחקר ע"י חלליות (כמו חללית דרווין שמילאה תפקיד עד לפני כמה שנים) אכן בהחלט יכול להעיד על קיומן של חיים. חמצן הינו גז שמאוד מגיב (ולכן יחסית פחות יציב). על כן, אם ישנה כמות גדולה של חמצן באטמוספירה של פלנטה מסוימת, הדבר מעיד על תהליכים אקטיביים (כמו פוטוסינטזה) שבאופן רציף יוצרים אותו, ומביאים את רמתו אל מעבר למצופה בשיווי משקל.
אפשר לסכם את התשובה במשפט אחד: לא מוכרים על פני כדור הארץ חיים המתקיימים ללא מים, בעוד שהעדר חמצן מאפשר שגשוג של מגוון מערכות חיים מוכרות על כדור הארץ.
ועוד משפט: המים כממס הכרחיים לחיים בצורה מוחלטת. לא ניתן לדמיין תא חי, המתקיים ללא מים כבסיס לנוזל הממלא אותו. סודות החיים הנחקרים כיום, על שלל המנגנונים המולקולרים המתרחשים בגופינו, מבוססים על הסביבה המימית בה הם מתקיימים.
מאת: חיים ברק
המחלקה לפיזיקה של חלקיקים ואסטרופיזיקה
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
