Abiogenesis on Different Star Types; a Dissipative Photochemical Perspective

जीवन, जैसा कि हम जानते हैं, अंगों का कोई स्थिर संग्रह नहीं है, बल्कि ऊर्जा प्रवाह की एक गतिशील प्रक्रिया है। ब्रह्मांड की विशाल मशीनरी में, कुछ प्रणालियाँ ऊर्जा को पकड़ने और उसे ऊष्मा के रूप में छोड़ने के लिए स्वतः उत्पन्न होती हैं, जिसे भौतिक विज्ञानी 'डिसिपेटिव स्ट्रक्चरिंग' (dissipative structuring) कहते हैं। एक तूफान (hurricane) के बारे में सोचें: यह एक ठोस वस्तु नहीं है, बल्कि एक घूमता हुआ तूफान है जो गर्म महासागर और ठंडे ऊपरी वायुमंडल के बीच तापमान के अंतर को कम करने के लिए बनता है। पृथ्वी पर जीवन भी इसी तरह के सिद्धांत पर कार्य करता प्रतीत होता है। 'द ओरिजिन ऑफ लाइफ' के थर्मोडायनामिक डिसिपेशन सिद्धांत के अनुसार, जीव विज्ञान के पहले अणु केवल संयोग से प्रकट नहीं हुए थे; वे इसलिए बने क्योंकि वे सूर्य के प्रकाश के एक विशिष्ट प्रकार को अवशोषित करने और उसे ऊष्मा में बदलने में असाधारण रूप से कुशल थे। सूर्य की ऊर्जा से संचालित इस प्रक्रिया ने एक स्व-सुदृढ़ीकरण चक्र बनाया जहाँ अणु प्रकाश को अवशोषित करने में जितने अधिक कुशल होते गए, जीवन जैसे ढांचे उतने ही अधिक उभरते गए।

द दशकों से, पृथ्वी से परे जीवन की खोज कर रहे वैज्ञानिक इस बात पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं कि क्या किसी ग्रह के पास पानी और कार्बन जैसे सही घटक मौजूद हैं, या वह "हैबिटेबल ज़ोन" (रहने योग्य क्षेत्र) में स्थित है जहाँ तापमान तरल पानी के अस्तित्व की अनुमति देता है। हालाँकि, यह नया शोध बताता है कि सही घटकों और तापमान का होना पर्याप्त नहीं है। मेजबान तारे से आने वाले प्रकाश का विशिष्ट रंग और तीव्रता भी उतनी ही महत्वपूर्ण है। यदि प्रकाश बहुत कठोर है, तो यह जीवन शुरू करने के लिए आवश्यक नाजुक अणुओं को नष्ट कर देता है। यदि यह बहुत कमजोर है, तो अणु पर्याप्त संख्या में कभी बन ही नहीं पाते। प्रश्न अब केवल यह नहीं है कि "पानी कहाँ है?" बल्कि यह है कि "उस पानी पर किस तरह का तारा चमक रहा है?"

हाल ही में प्रिप्रिंट्स (Preprints) में प्रकाशित एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं एंड्रेस लेडेस्मा और कारो माइकलियन ने पूरे आकाशगंगा के तारों के स्पेक्ट्रम पर इस थर्मोडायनामिक परिप्रेक्ष्य को लागू किया। उन्होंने एक मौलिक प्रश्न पूछा: किस प्रकार के तारों पर एक ग्रह, जिसका वातावरण प्रारंभिक पृथ्वी जैसा हो, जीवन के लिए आवश्यक जटिल कार्बनिक अणुओं को सफलतापूर्वक उत्पन्न कर सकता है? उन्होंने स्वयं जीवन की तलाश नहीं की, बल्कि उन स्थितियों की तलाश की जो 'एबायोजेनेसिस' (abiogenesis)—अर्थात निर्जीव रसायन से जीवित प्रणालियों में संक्रमण—के पहले नाजुक चरणों को होने की अनुमति देती हैं। उनका दृष्टिकोण अलग-अलग प्रकार के तारों (विशाल, गर्म नीले तारों से लेकर छोटे, ठंडे लाल तारों तक) की परिक्रमा करने वाले एक प्रारंभिक पृथ्वी जैसे ग्रह के रासायनिक वातावरण का अनुकरण करना था।

शोधकर्ताओं ने पराबैंगनी (ultraviolet) प्रकाश के एक विशिष्ट दायरे पर ध्यान केंद्रित किया। प्रारंभिक पृथ्वी पर, ओजोन परत विकसित होने से पहले, सतह को कोमल पराबैgetिक प्रकाश से नहलाया जाता था। इस प्रकाश में रासायनिक बंधों को तोड़ने और परमाणुओं को जटिल संरचनाओं में पुनर्व्यवस्थित करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा थी, लेकिन इतनी ऊर्जा नहीं थी कि वे उन्हें तुरंत नष्ट कर दें। अध्ययन ने 205 और 320 नैनोमीटर के बीच प्रकाश के एक संकीकर बैंड को इस रासायनिक निर्माण के लिए "स्वीट स्पॉट" (sweet spot) के रूप में पहचाना। 205 नैनोमीटर से नीचे, प्रकाश इतना ऊर्जावान है कि यह एक हथौड़े की तरह काम करता है, जो कार्बनिक अणुओं को आयनित और छिन्न-भिन्न कर देता है। 320 नैनोमीटर से ऊपर, प्रकाश में आवश्यक रासायनिक प्रतिक्रियाओं को चलाने के लिए आवश्यक शक्ति की कमी होती है। लेखकों का तर्क है कि जीवन की उत्पत्ति की कुंजी एक ऐसा तारा है जो उस विशिष्ट "स्वीट स्पॉट" प्रकाश की एक स्थिर, तीव्र धारा प्रदान करता है और साथ ही विनाशकारी, उच्च-ऊर्जा वाले प्रकाश को न्यूनतम रखता है।

इसका परीक्षण करने के लिए, टीम ने विशाल O-प्रकार के तारों से लेकर छोटे M-प्रकार के रेड ड्वार्फ (लाल बौने) तारों तक, विभिन्न मुख्य-अनुक्रम (main-sequence) तारों की परिक्रमा करने वाले ग्रहों तक पहुँचने वाले प्रकाश की गणना की। उन्होंने प्रत्येक ग्रह की दूरी को इस तरह सामान्य (normalize) किया कि वायुमंडल के शीर्ष पर टकराने वाली कुल ऊर्जा ठीक उतनी ही थी जितनी पृथ्वी को सूर्य से प्राप्त होती है। इससे यह सुनिश्चित हुआ कि ग्रहों के तापमान और तरल पानी समान थे, जिससे केवल तारकीय प्रकाश के रंग को एकमात्र चर (variable) के रूप में अलग किया जा सका। इसके बाद उन्होंने मॉडल किया कि डीएनए और प्रोटीन के मूलभूत निर्माण खंड जैसे अणु विभिन्न प्रकाश स्थितियों के तहत कैसे व्यवहार करेंगे। उन्होंने इस तथ्य को भी ध्यान में रखा कि ये अणु पानी में ऊष्मा और रासायनिक प्रतिक्रियाओं द्वारा लगातार तोड़े जा रहे हैं, और उन्होंने गणना की कि क्या तारे का प्रकाश उन्हें एक स्थिर आबादी बनाए रखने के लिए पर्याप्त तेजी से पुनर्गठित कर सकता है।

परिणामों ने जीवन के शुरू होने की सबसे अधिक संभावना वाली जगहों की एक स्पष्ट और कुछ हद तक आश्चर्यजनक तस्वीर पेश की। सिमुलेशन ने दिखाया कि F-प्रकार, G-प्रकार और उच्च-द्रव्यमान वाले K-प्रकार के तारों की परिक्रमा करने वाले ग्रह सर्वोत्तम स्थितियाँ प्रदान करते हैं। ये तारे, जिनमें हमारा अपना सूर्य (एक G-प्रकार का तारा) शामिल है, उत्पादक कोमल पराबैंगनी प्रकाश का एक स्थिर, निरंतर प्रवाह प्रदान करते हैं जबकि विनाशकारी कठोर पराबैंगनी प्रकाश को फ़िल्टर कर देते हैं। इन स्थितियों के तहत, सिमुलेशन ने भविष्यवाणी की कि मौलिक जीवन अणुओं की सांद्रता तेजी से बढ़ेगी, और कुछ हफ्तों या महीनों के भीतर स्थिर स्तर तक पहुँच जाएगी। यह तीव्र संचय महत्वपूर्ण है क्योंकि यह अणुओं को आपस में जुड़ने, एक दूसरे से जुड़ने और जीवन के लिए आवश्यक जटिल श्रृंखलाओं को बनाने की अनुमति देता है, इससे पहले कि वे नष्ट हो जाएं।

इसके विपरीत, अध्ययन में पाया गया कि आकाशगंगा में सबसे आम निम्न-द्रव्यमान वाले M-प्रकार के तारों की परिक्रमा करने वाले ग्रहों को गंभीर बाधाओं का सामना करना पड़ता है। हालांकि ये तारे प्रचुर मात्रा में हैं, लेकिन उनकी रोशनी उत्पादक पराबैंगनी रेंज में बहुत कमजोर है। सिमुलेशन ने दिखाया कि इन तारों के आसपास के ग्रहों पर, आवश्यक अणुओं की सांद्रता सूर्य जैसे तारे के आसपास के पृथ्वी जैसे ग्रह की तुलना में लाखों गुना कम होगी। भले ही तारा कभी-कभी ऊर्जा के विस्फोट (flares) भेजता हो, औसत स्थितियाँ जीवन के लिए आधार बनाने हेतु बहुत खराब बनी रहती हैं। अणुओं को यहाँ तक कि इन सूक्ष्म स्तरों तक पहुँचने में भी वर्षों लग जाएंगे, जिससे वे किसी भी यादृच्छिक रासायनिक क्षय या पर्यावरणीय घटना द्वारा नष्ट होने के प्रति अत्यधिक संवेदनशील हो जाते हैं। लेखकों का सुझाव है कि इन दुनियाओं पर जीवन के अस्तित्व के लिए, इसे कहीं और से "बीजित" (seeded) किया जाना चाहिए, शायद एक अधिक उपयुक्त तारे की परिक्रमा करने वाले पड़ोसी ग्रह से चट्टानों के माध्यम से लाया गया हो।

विशाल, गर्म O, B और A-प्रकार के तारों के लिए स्थिति और भी गंभीर है। ये तारे इतनी अधिक उच्च-ऊर्जा पराबैgetिक प्रकाश उत्सर्जित करते हैं कि यह एक विनाशकारी शक्ति के रूप में कार्य करता है, जो कार्बनिक अणुओं को उनके बनने की दर से अधिक तेजी से तोड़ देता है। सिमुलेशन ने संकेत दिया कि इन तारों के आसपास के ग्रहों पर जीवन-निर्माण वाले अणुओं की सांद्रता नगण्य होगी। इसके अलावा, ये विशाल तारे अपना ईंधन इतनी जल्दी जला देते हैं कि वे कुछ मिलियन वर्षों में ही समाप्त हो जाते हैं, जो ब्रह्मांडीय समय में एक पल के समान है। जीवन की उत्पत्ति की धीमी, नाजुक प्रक्रिया के प्रकट होने के लिए यह अवधि बहुत कम है। भले ही प्रकाश की स्थितियाँ आदर्श हों, जीवन को जड़ जमाने से पहले ही तारा गायब हो जाएगा।

अध्ययन ने ग्रहों की स्थिरता के मुद्दे को भी संबोधित किया। हमारे सूर्य जैसे तारे अपेक्षाकृत शांत होते हैं, जो एक सुसंगत प्रकाश वातावरण प्रदान करते हैं जिससे रासायनिक प्रणालियाँ एक स्थिर अवस्था में स्थापित हो सकें। हालाँकि, कई निम्न-द्रव्यमान वाले तारे हिंसक फ्लेयर्स और विकिरण के विस्फोटों के प्रति संवेदनशील होते हैं। शोधकर्ताओं ने नोट किया कि यह अस्थिरता जीवन के निर्माण के लिए हानिकारक है। जटिल अणुओं के निर्माण के लिए एक स्थिर, निरंतर धक्के की आवश्यकता होती; यदि प्रकाश स्रोत बेतहाशा झिलमिलाता है, तो नाजुक रासायनिक संरचनाएं अपना रूप बनाए नहीं रख सकतीं। इसके अतिरिक्त, गर्मी बनाए रखने के लिए छोटे तारों के करीब रहने वाले ग्रह 'टाइडली लॉक्ड' (tidally locked) हो सकते हैं, जिसका अर्थ है कि एक तरफ हमेशा तारा होगा और दूसरी तरफ अनंत अंधकार। अध्ययन का सुझाव है कि दिन-रात का चक्र न केवल जीवन के लिए आरामदायक है, बल्कि उनके प्रारंभिक रूपों में आनुवंशिक सामग्री के प्रतिकृति (replication) के लिए एक आवश्यक तंत्र भी है, जो एक स्थायी रूप से प्रकाशित या स्थायी रूप से अंधेरे वाले विश्व पर असंभव होगा।

इन निष्कर्षों के आधार पर, लेखक ब्रह्मांड में जीवन खोजने का एक नया तरीका प्रस्तावित करते हैं। केवल रहने योग्य क्षेत्र (habitable zone) में हर ग्रह की तलाश करने के बजाय, वे सुझाव देते हैं कि F, G और उच्च-द्रव्यमान वाले K तारों की परिक्रमा करने वाले ग्रहों को प्राथमिकता दी जाए। वे एक विशिष्ट हस्ताक्षर (signature) का भी प्रस्ताव करते हैं जिसे देखना चाहिए: एक ऐसा ग्रह जिसमें कोमल पराबैंगनी प्रकाश का असामान्य रूप से कम परावर्तन (reflection) हो। यदि कोई ग्रह प्रारंभिक जीवन के पिगमेंट (pigments) से ढका हुआ है, तो वह इस प्रकाश को परावर्तित करने के बजाय अवशोषित करेगा, जिससे एक विशिष्ट थर्मोडायनामिक फिंगरप्रिंट बनेगा। यह कम एल्बेडो (albedo) यह संकेत देगा कि ग्रह सक्रिय रूप से ऊर्जा को नष्ट (dissipate) कर रहा है, जो एक जीवित प्रणाली की पहचान है।

लेख का निष्कर्ष है कि जीवन की उत्पत्ति केवल पानी के होने से कहीं भी होने वाली एक सरल रासायनिक दुर्घटना नहीं है। यह एक नाजुक, गैर-संतुलन (non-equilibrium) प्रक्रिया है जिसके लिए बहुत विशिष्ट पर्यावरणीय स्थितियों, विशेष रूप से प्रकाश के सही प्रकार की आवश्यकता होती है। ब्रह्मांड में ग्रह तो बहुत हैं, लेकिन अध्ययन बताता है कि जीवन शुरू होने के लिए खिड़की बहुत संकीर्ण और सटीक है। यह सबसे अधिक संभावना उन दुनियाओं पर खुलेगी जो न तो बहुत गर्म हैं और न ही बहुत ठंडी, न ही बहुत हिंसक हैं और न ही बहुत धुंधली। यह दृष्टिकोण जीवन की खोज को रहने योग्य क्षेत्रों की एक व्यापक खोज से बदलकर उन विशिष्ट थर्मोडायनामिक स्थितियों की लक्षित खोज की ओर ले जाता है जो ब्रह्मांड को सरल रसायन विज्ञान को जटिल, डिसिपेटिव संरचनाओं में बदलने की अनुमति देती हैं जिन्हें हम जीवन कहते हैं।