Dimitar Sasselov: Hoe we honderden Aarde-achtige planeten vonden

Ik ben zeer gelukkig. Mijn voordracht gaat uit van drie historische gebeurtenissen die binnen enkele dagen van elkaar gebeurden in de afgelopen twee maanden. Schijnbaar los van elkaar, maar zoals u zult zien, hebben ze alle te maken met het verhaal dat ik u vandaag wil vertellen. De eerste was eigenlijk een begrafenis - om precies te zijn, een herbegrafenis. Op 22 mei was er de herbegrafenis in Frombork in Polen van een held, de 16de-eeuwse astronoom die de wereld heeft veranderd. Hij deed dat, letterlijk, door het vervangen van de Aarde door de Zon in het centrum van het Zonnestelsel. En door dit eenvoudige feit, startte hij een wetenschappelijke en technologische revolutie, die velen nu de Copernicaanse revolutie noemen. Nu was dat ironisch genoeg, en zeer passend, de manier waarop we zijn graf vonden. Zoals het de gewoonte was in die tijd, werd Copernicus gewoon begraven in een anoniem graf samen met 14 anderen in die kathedraal. DNA-analyse, een van de kenmerken van die wetenschappelijke revolutie die hij 400 jaar geleden in gang zette, was de manier waarop we uitmaakten welk skelet behoorde bij de persoon die deze astronomische boeken las en gevuld waren met restjes haar dat was Copernicus' haar - uiteraard hebben niet veel andere mensen de moeite genomen om deze boeken later te lezen. Die overeenkomst was eenduidig. het DNA was van hem. En nu we weten dat dit inderdaad Nicolaus Copernicus was.

Nu, de verbinding leggen tussen biologie en DNA en het leven is zeer verleidelijk als u het over Copernicus wil hebben. Omdat, ook toen al, zijn volgelingen zeer snel de logische stap hebben gemaakt om te vragen: als de Aarde slechts één planeet is, hoe zit het dan met planeten rond andere sterren? Hoe zit het met de idee van de pluraliteit van de werelden, over het leven op andere planeten? In feite leen ik hier even wat uit een van die zeer populaire boeken van die tijd. En op het moment beantwoordden mensen daadwerkelijk die vraag met een positief, "ja." Maar er was geen bewijs. En hier beginnen 400 jaar van frustratie, van onvervulde dromen - de dromen van Galileo, Giordano Bruno, en vele anderen, die nooit hebben geleid tot het antwoord op die zeer fundamentele vragen die de mensheid de hele tijd heeft gesteld. Wat is leven? Wat is de oorsprong van het leven? Zijn wij alleen? En vooral wat gebeurd is in de afgelopen 10 jaar aan het eind van de 20e eeuw, toen die mooie ontwikkelingen in de moleculaire biologie, het begrijpen van de code van het leven, DNA, ons eigenlijk niet dichter, maar verder van het beantwoorden van deze fundamentele vragen leek te brengen.

Nu het goede nieuws. Er is veel gebeurd in de afgelopen jaren. En laten we beginnen met de planeten. Laten we beginnen met de oude Copernicaanse vraag: Zijn er aardes rond andere sterren? En zoals we al hebben gehoord, is er een manier waarop we proberen en nu in staat zijn deze vraag te beantwoorden. Het is een nieuwe telescoop. Ons team noemde het, passend denk ik, naar een van die dromers van de Copernicaanse tijd, Johannes Kepler. En het enige doel van die telescoop is om erop uit te gaan, en de planeten in een baan rond andere sterren in ons melkwegstelsel te vinden, en ons te vertellen hoe vaak planeten, zoals onze eigen aarde daar voorkomen. De telescoop is op dezelfde wijze opgebouwd als de u bekende Hubble Space Telescoop, behalve dat hij uitgerust is met een extra lens, een breedhoeklens, zoals een fotograaf ze zou noemen. En als je in de komende paar maanden, in de vroege avond gaat wandelen en recht omhoog kijkt en je handpalm zo houdt, je ongeveer naar het gedeelte van de hemel kijkt waar deze telescoop op zoek is naar planeten. Dag en nacht, zonder onderbreking, voor de komende vier jaar.

De manier waarop we dat doen is met een methode die we de transit-methode noemen. Het zijn eigenlijk mini-verduisteringen die zich voordoen als een planeet voor zijn ster passeert. Niet alle de planeten zullen zich in een gunstige baan bevinden om ons dat te laten doen, maar als je een miljoen sterren hebt, zal je daarvoor genoeg planeten vinden. En zoals je ziet op deze animatie, is wat Kepler gaat zien slechts het afzwakken van het licht van de ster. We gaan niet het beeld van de ster en de planeet zien zoals hier. Alle sterren zijn slechts lichtpuntjes voor Kepler. Maar we leren er veel van, niet alleen dat er een planeet is, maar ook leren we de grootte ervan kennen. Hoeveel van het licht wordt gedimd hangt af van hoe groot de planeet is. We leren over zijn baan, de periode van zijn baan en ga zo maar door. Wat hebben we dan geleerd? Nou, laat me proberen om u een overzicht te geven van wat we zien om het nieuws te begrijpen van van wat ik u vandaag wil vertellen.

Wat Kepler doet is een hoop kandidaten ontdekken, die wij dan kunnen opvolgen om planeten te vinden, en ze als dusdanig te bevestigen. Het vertelt ons de verdeling van de planeten naar grootte. Er zijn kleine planeten, er zijn grotere planeten en er zijn grote planeten, oke. Dus tellen we vele, vele dergelijke planeten, en ze hebben verschillende maten. We doen dat in ons eigen zonnestelsel. Zelfs in de oude tijden zou een diagram van het zonnestelsel in die zin er zo uitzien. Er zullen kleinere planeten, en er zullen grote planeten zijn, zelfs terug naar de tijd van Epicurus en dan natuurlijk van Copernicus en zijn volgelingen. Tot voor kort was dat het Zonnestelsel - vier aarde-achtige planeten met kleine radius, kleiner dan ongeveer twee keer de grootte van de Aarde. En dat zijn natuurlijk Mercurius, Venus, Mars, en natuurlijk de Aarde, en dan de twee grote, reusachtige planeten. Dan bracht de copernicaanse revolutie ons de telescoop. En werden er nog drie planeten zijn ontdekt. Dat bracht het totale aantal planeten in ons zonnestelsel op negen. De kleine planeten domineerden, en er was een zekere harmonie in die Copernicus blij was op te merken, en Kepler was daar een van de grote voorstanders van. Nu hebben we Pluto om de aantallen van de kleine planeten af te sluiten. Maar dat was letterlijk tot 15 jaar geleden, alles wat we wisten over planeten. En dat was de frustratie. De copernicaanse droom bleef onvervuld.

Eindelijk, 15 jaar geleden, bereikte de technologie het punt waar we een planeet rond een andere ster konden ontdekken, en wij deden dat best goed. In de volgende 15 jaar werden bijna 500 planeten ontdekt rond andere sterren, met verschillende methodes. Helaas, zoals je kunt zien, kregen we een heel ander beeld. Er was natuurlijk een verklaring voor. We zagen alleen de grote planeten. Daarom vielen de meeste van deze planeten in de categorie "zoals Jupiter." Maar zoals je ziet, zijn we nog niet erg gevorderd. We waren terug naar waar Copernicus was. We hebben geen enkel bewijs of er planeten zoals de aarde zijn. En we geven vooral om planeten zoals de Aarde want inmiddels hebben we begrepen dat het leven als een chemisch systeem echt behoefte heeft aan een kleinere planeet met water en met rotsen en met een complexe chemie om te kunnen ontstaan, te ontwikkelen, te overleven. En daar hadden we geen bewijsmateriaal voor.

Dus ben ik vandaag hier, om jullie een eerste glimp te geven van wat de nieuwe telescoop Kepler, ons kon zeggen in de afgelopen weken. En kijk, we zijn terug bij de harmonie om te voldoen aan de dromen van Copernicus. U kunt hier zien, dat de kleine planeten het beeld domineren. De planeten die zijn aangemerkt als de "aarde-achtig", zijn zeker het talrijkst van alle andere planeten die we zien. En nu voor de eerste keer, kunnen we dat zeggen. Er is veel meer werk dat hieraan valt te doen. De meeste van deze kandidaten zullen in de komende paar jaar bevestigd worden. Maar het statistisch resultaat is luid en duidelijk. En het statistische resultaat is dat daar planeten zoals onze eigen aarde zijn te vinden. Onze eigen Melkweg is rijk aan dit soort planeten.

Dus de vraag is: wat doen we nu? Nou, allereerst kunnen we ze bestuderen Nu we weten waar ze zijn. En we kunnen die vinden die we bewoonbaar zouden noemen, wat betekent dat ze dezelfde voorwaarden hebben als de voorwaarden die we hier op aarde ervaren en waar complexe chemie kan plaatsvinden. We kunnen zelfs een schatting maken hoeveel van die planeten we kunnen verwachten in onze eigen Melkweg. En het aantal, zoals je misschien zou verwachten, is vrij onthutsend. Het is ongeveer 100 miljoen van zulke planeten. Dat is geweldig nieuws. Waarom? Want met onze eigen kleine telescoop zullen we alleen al in de komende twee jaar, in staat zijn om ten minste 60 ervan te identificeren. Dus dat is geweldig want dan we kunnen we ze gaan bestuderen - op afstand, uiteraard - met alle technieken die we al hebben getest in de afgelopen vijf jaar. We kunnen vinden waarvan ze gemaakt zijn, of hun atmosfeer water, kooldioxide en methaan zou bevatten. Wij weten en verwachten dat we dat te zien krijgen.

Dat is geweldig, maar dat is niet het hele nieuws. Dat is niet waarom ik hier ben. Waarom ik hier ben is om u te vertellen dat de volgende stap echt het leukste deel is. Deze stap zal ons in staat stellen om naar de volgende over te gaan. En hier komt de biologie op de proppen- biologie, met zijn fundamentele vraag, die nog steeds onbeantwoord is, en die in wezen is: "Als er leven is op andere planeten, we verwachten dan dat het net als het leven op aarde zal zijn? " En laat ik u meteen even vertellen, als ik zeg het leven, ik bedoel niet "dolce vita" het goede leven, het menselijk leven. Ik bedoel het leven zoals het was en is op aarde, van microben tot mensen in zijn rijke moleculaire diversiteit de manier waarop we nu leven op aarde begrijpen als een verzameling van moleculen en chemische reacties - en dat noemen we biochemie, leven als een chemisch proces, als een chemisch fenomeen.

De vraag is dus: is dat chemische verschijnsel universeel, of is het iets dat afhankelijk is van de planeet? Is het zoals de zwaartekracht, die overal dezelfde is in de kosmos, of zouden er allerlei verschillende soorten biochemie zijn waar we ze ook vinden? Wij moeten weten wat we zoeken wanneer wij dat proberen te doen. En dat is een heel fundamentele vraag waar we het antwoord niet op weten, maar die we kunnen proberen - en we proberen - te beantwoorden in het lab. We hoeven niet de ruimte in om deze vraag te beantwoorden. Dat is wat wij proberen te doen. En dat is wat veel mensen nu proberen te doen. En veel van het goede nieuws komt van dat deel van de brug die wij ook proberen te bouwen.

Dus dit is een voorbeeld van wat wil ik hier laten zien. Als we denken aan wat nodig is voor het verschijnsel dat we leven noemen, we denken van compartimentering, het bijhouden van de moleculen die van belang zijn voor het leven in een membraan, geïsoleerd van de rest van het milieu, Maar toch, in een omgeving waarin zij daadwerkelijk samen zouden kunnen ontstaan. En in een van onze laboratoria, dat van Jack Szostak, werden er een reeks van experimenten in de afgelopen vier jaar uitgevoerd waaruit bleek dat de omgevingen - die zeer vaak op planeten, op bepaalde types van planeten zoals de Aarde voorkomen, waar je wat vloeibaar water en klei vindt, je met natuurlijk beschikbare moleculen spontaan bubbels krijgt. Maar die bubbels zijn membranen zeer vergelijkbaar met het membraan van elke cel van elk levend wezen op aarde. Zoals deze. En ze helpen echt moleculen, als nucleïnezuren, zoals RNA en DNA, erin te blijven, zich te ontwikkelen, te veranderen, te delen en voeren een aantal van de processen uit die we leven noemen.

Nu is dit slechts een voorbeeld om u te vertellen welke route wij volgen om te proberen een antwoord te vinden op de grotere vraag naar de universaliteit van dit verschijnsel. En in zekere zin kun je denken aan dat werk dat mensen nu beginnen te doen over de hele wereld als een brug bouwen, het bouwen van een brug aan twee kanten van de rivier. Aan de ene kant, op de linkeroever van de rivier, zijn de mensen zoals ik die planeten bestuderen en proberen om de omgeving te definiëren. We willen niet in het blinde weg werken, want er zijn veel te veel mogelijkheden, en er is maar een beperkt aantal labs, en er is niet genoeg menselijke tijd om alle experimenten te doen. Dat is wat wij dus opbouwen van de linkerkant van de rivier. Op de rechteroever van de rivier worden de experimenten in het lab uitgevoerd die ik net je hebt laten zien, waar we dat uitprobeerden, en het voedt elkaar wederzijds, en we hopen elkaar op een dag in het midden te ontmoeten.

Waarom zou u daarmee moeten inzitten? Waarom probeer ik jullie een half gebouwde brug aan te smeren? Ben ik dan zo charmant? Nou, er zijn vele redenen, en je hoorde sommige van hen in deze korte toespraak vandaag. Dit inzicht in de chemie kan ons helpen met ons dagelijks leven. Maar er is iets diepers hier iets diepers. En dat diepere, onderliggende punt is dat de wetenschap bezig is met de herdefiniëring van het leven zoals wij het kennen. En dat gaat ons wereldbeeld op een diepgaande manier veranderen - op een vergelijkbare manier als 400 jaar geleden, zoals Copernicus' daad dat deed, door het veranderen van de manier waarop Wij ruimte en tijd zien. Nu gaat het over iets anders maar het is even ingrijpend. En de helft van de tijd, wat er gebeurd is is dat het dit soort gevoel van onbeduidendheid aan de mensheid meedeelde, en ook de Aarde, in een grotere ruimte. En hoe meer we leren, hoe meer dat gevoel werd versterkt. Jullie hebben allemaal in school geleerd hoe klein de aarde is in vergelijking met de immense universum. En hoe groter de telescoop, des te groter wordt dat universum. En kijk eens naar deze afbeelding van de kleine, blauwe stip. Deze pixel is de Aarde. Het is de aarde zoals wij die kennen. Hier zien we haar van voorbij de baan van Saturnus. Maar ze is erg klein. Wij weten dat. Laten we aan het leven te denken als die hele planeet want in zekere zin is dat zo. De biosfeer is zo groot als de Aarde. Leven op Aarde is van de grootte van de Aarde. En laten we het vergelijken met de rest van de wereld in ruimtelijke termen. Wat als die Copernicaanse onbeduidendheid nu eens helemaal verkeerd was? Zou ons dat meer verantwoordelijk maken voor wat er vandaag gebeurt? Laten we het eens proberen.

Dus vanuit de ruimte is de aarde erg klein. Kun je je voorstellen hoe klein? Laat ik het eens proberen. Okay, laten we zeggen dat dit de grootte is van het waarneembare heelal, met alle melkwegstelsels, met alle sterren, oke, van hier naar hier. Weet je wat de grootte van het leven in deze stropdas zal worden? Het zal de afmeting hebben van een enkel, klein atoom. Het is onvoorstelbaar klein. We kunnen het ons niet voorstellen. Ik bedoel kijk, je ziet de stropdas, maar je kunt niet eens voorstellen hoe groot dat kleine, kleine atoom is. Maar dat is niet het hele verhaal. Het universum en het leven bestaan zowel in ruimte en tijd. Als dit de ouderdom van het heelal zou voorstellen, dan is dit de ouderdom van het leven op aarde. Denk na over de oudste levende wezens op aarde, maar dan in een kosmische proportie. Dit is niet onbelangrijk. Dit is zeer belangrijk. Dus het leven is dan misschien gering in omvang, maar het is niet onbelangrijk in de tijd. Leven en het universum zijn met elkaar te vergelijken als een kind en een ouder, ouders en kinderen.

Dus wat heeft dit ons te vertellen? Dit vertelt ons dat dat dat onbeduidendheidsparadigma dat we een of andere manier van het Copernicaanse principe hebben geleerd helemaal fout is. Er is een immens, krachtig potentieel aan het leven in dit universum - vooral nu we weten dat plaatsen als de Aarde legio zijn. En dat potentieel, dat krachtige potentieel, is ook ons potentieel, van u en mij. En als we onszelf zien als de beheerders van onze planeet Aarde en de biosfeer, begrijpen we beter de kosmische betekenis ervan en zullen daar ook iets mee doen. En het goede nieuws is dat we dat ook kunnen. Laten we het dan ook doen. Laten we beginnen met deze nieuwe revolutie aan het uiteinde van de oude, om met synthetische biologie zowel ons milieu als onze toekomst vorm te geven. En laten we hopen dat we deze brug samen bouwen om elkaar in het midden tegen te komen.

Heel hartelijk bedankt.

(Applaus)