Zou je een ruimteplant kunnen ontwikkelen?
Aan zonlicht is in de ruimte geen gebrek. Zou het in principe mogelijk zijn een levensvorm te ontwikkelen die het uit zou kunnen houden in het onverbiddelijke vacuüm van outer space? Of nog uitdagender: in de koude ruimte tussen de sterren?
Extreem vijandige omstandigheden
Een temperatuur waarbij alleen helium nog vloeibaar is en een vacuüm, zo diep dat we dat op aarde alleen met de grootste moeite kunnen bereiken. Een vijandiger omgeving voor leven is nauwelijks voor te stellen. Vloeibaar water, absoluut noodzakelijk voor leven, kookt in een paar seconden weg.
Overleven in slaaptoestand
Toch, ongelooflijk genoeg, zijn er enkele aardse levensvormen bekend die een verblijf onder deze omstandigheden overleven. Dit zijn bepaalde bacteriën en archeae, alsmede de meercellige beerdiertjes. Al deze organismen kunnen in slaaptoestand gaan en zo het vacuüm en de koude overleven. In principe is het intact blijven van organisch materiaal dus mogelijk, althans voor beperkte tijd. Maar zijn levensprocessen ook mogelijk?
Alternatieven voor water
Om te leven moet een organisme een stofwisseling hebben. Die kan alleen plaats vinden als er een medium is dat chemische stoffen kan opnemen en transporteren. In aardse organismen is dit water. Deze keuze is echter in het koude vacuüm uitgesloten. Er moet een systeem worden gebruikt dat niet afhankelijk is van een medium dat in het vacuüm verdampt. Grote moleculen, zoals lange koolwaterstofketens,verdampen niet maar stromen ook niet. Ook moet het stofwisselingsysteem de enorme temperatuurwisselingen in de ruimte kunnen overleven: in het geval van bijvoorbeeld de maan, een temperatuursverschil tussen de +110 en -173 graden Celsius. Als sprake is van gelijkmatige, extreem koude omstandigheden kan je wellicht denken aan stoffen als vloeibaar helium (dit vormt een supervloeistof, waaruit door kwantumeffecten geen heliumatomen kunnen ontsnappen) of vloeibaar waterstof (wat in dat geval wel een goede afdichting vereist). De biochemie onder deze omstandigheden zal totaal anders zijn: quantumtunneling maakt vlak boven het absolute nulpunt bijvoorbeeld veel bizarre, “onmogelijke” chemische reacties mogelijk (zolang deze maar energie opleveren), waardoor de chemie ondanks de extreem lage temperatuur nog verrassend actief is.
De beste oplossing is waarschijnlijk het vacuüm zelf, waarbij gebruik wordt gemaakt van elektrische verschijnselen, aangevuld met kwantumtunneling van protonen als transportmethode. Hierbij zal vacuümsedimentatie, het verschijnsel dat twee oppervlakten door het Casimireffect omwrikbaar aan elkaar worden gelijmd, voorkomen moeten worden. Een andere oplossing, voor ruimteplanten dicht bij een ster, is een transportvloeistof die alleen bij hoge temperaturen vloeibaar wordt. Dit is ook de periode waarin er de meeste energie ter beschikking is. Het organisme zal dan de rest van de tijd in winterslaap zijn.
Beschikbare energiebronnen
Op relatief korte afstand van een ster als de zon, is zonlicht de meest voor de hand liggende energiebron. Op aarde komen er nog algen voor op diepten, waar de hoeveelheid zonlicht niet groter is dan die op bijvoorbeeld Saturnus. In de interstellaire ruimte is er nauwelijks energie. Alleen de alomtegenwoordige kosmische straling levert nog enige energie, rond de 1 eV per kubieke centimeter. Ter vergelijking: dit is ongeveer drie keer zoveel als de energie in sterrenlicht. Een extreem traag levende levensvorm dat deze energie oogst, zou het desondanks in theorie hier nog kunnen uithouden, zeker als het hemellichaam waar het organisme op leeft, chemische of radioactieve energie levert.
Bescherming tegen straling
Kosmische straling is veel energierijker in de ruimte dan op aarde. Dit betekent dat de moleculen van de levensvorm voortdurend uiteen gereten zullen worden door bijvoorbeeld röntgenstraling en energierijke protonen. De levensvorm moet hier een vorm van bescherming tegen hebben. Schimmels die gespecialiseerd zijn voor hoog-radioactieve omgevingen kennen bijvoorbeeld vier kopieën van hun DNA. Planten op grote hoogte bevatten heel veel stoffen die beschermen tegen zogeheten vrije radicalen: incomplete molecuulfragmenten die bijvoorbeeld DNA beschadigen (wat ze vaak ook zeer waardevol maakt als geneeskrachtige plant). Ook een ruimteplant zal dergelijke voorzorgsmaatregelen moeten hebben.
Gewichtloosheid
Aardse planten gebruiken de verdamping van water om stoffen te transporteren en de zwaartekracht om hun vorm mee af te stemmen. Deze verspillende luxe kunnen ruimteplanten zich niet veroorloven. Wellicht kunnen ze gebruik maken van het elektrische potentieel tussen het deel van de plant dat voedingsstoffen opneemt en het deel dat bloot gesteld is aan de ruimte. Als de structuur van de plant eenvoudig blijft, een soort bol, korstmos of schimmel, kan dit ook. Vermoedelijk zal de plant zich ingraven in het medium waar deze op groeit.
Levenssnelheid
In deze gevallen zullen de levensprocessen van de ruimteplant waarschijnlijk extreem traag verlopen. Zo traag, dat vergeleken hiermee zelfs korstmos nog een snelle groeier lijkt. Misschien dat in duizend jaar een verdubbeling van de massa plaatsvindt. In periodes dat de temperatuur hoog is, zal de levensvorm vermoedelijk een relatief extreem hoog activiteitsniveau tentoonspreiden. Bij lagere temperaturen zal het in een slaaptoestand terecht komen. Het is mogelijk, zoals voor bepaalde schimmels is voorgesteld, dat ioniserende straling als energiebron dient. Er is in absolute energietermen niet veel kosmische straling, maar voor een zeer traag levend organisme kan dit toch interessant zijn. Bang zijn voor ruimteplanten is dus niet nodig, vermoedelijk zullen ze voor ons niet eens levend lijken.