ปัจจัยที่ทำให้โลกเป็นถิ่นที่อยู่อาศัย

        หากมองดูภาพถ่ายดาวเทียมในภาพที่ 1 จะเห็นว่าโลกถูกห่อหุ้มด้วยคลอโรฟิลล์ (สีเขียว) ของสิ่งมีชีวิต  โลกเป็นดาวเคราะห์ดวงเดียวในระบบสุริยะที่เต็มไปด้วยสิ่งมีชีวิต เหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น? ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ยังไม่ค้นพบสิ่งมีชีวิตบนดาวดวงอื่น แต่สันนิษฐานว่าดาวอังคารอาจเคยมีสิ่งมีชิวิตมาก่อนพราะมีหลักฐานว่าเคยมีน้ำและออกซิเจน และมีความเป็นไปได้ที่อาจมีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่บนดวงจันทร์ของดาวเคราะห์ดวงอื่น เช่น ดวงจันทร์ยุโรปาของดาวพฤหัสบดีมีมหาสมุทรซึ่งถูกปกคลุมด้วยแผ่นน้ำแข็ง อาจมีสิ่งมีชีวิตคล้ายกับบริเวณมหาสมุทรอาร์คติกที่ขั้วโลกเหนือ  ดวงจันทร์ไททันของดาวเสาร์มีมีเทนครบทั้งสามสถานะเช่นเดียวกับที่โลกของเรามีน้ำครบทั้งสถานะ อาจมีสิ่งมีชีวิตดังโลกในยุคเริ่มแรก  นักวิทยาศาสตร์ตั้งข้อสันนิษฐานโดยใช้บรรทัดฐานของสิ่งมีชีวิตที่เรารู้จักกันบนโลก เช่น มีองค์ประกอบหลักเป็นคาร์บอนและต้องการน้ำเพื่อดำรงชีวิต โดยพิจารณาปัจจัยต่างๆ ที่เกื้อกูลต่อการดำรงชีวิต ดังนี้

ภาพที่ 1 ภาพถ่ายดาวเทียมแสดงคลอโรฟิลล์ซึ่งปกคลุมโลก

สิ่งป้องกันภัยจากอวกาศ

        อวกาศเป็นสภาพแวดล้อมที่อันตราย ภัยธรรมชาติในอวกาศมี 4 ประเภท คือ 

        1. อนุภาคพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์ (ลมสุริยะ) 

        2. รังสีคลื่นสั้นจากดวงอาทิตย์​ ได้แก่ รังสีเอ็กซ์เรย์ และรังสีอัลตราไวโอเล็ต 

        3. รังสีคอสมิก ได้แก่ อนุภาคขนาดจิ๋วที่มีอยู่ทั่วไปในอวกาศ สามารถเจาะผ่านทะลุทะลวงทุกสรรพสิ่ง

        4. อุกกาบาต ได้แก่ ฝุ่นละอองในอวกาศ สะเก็ดดาวเคราะห์น้อยและดาวหาง 

        ดวงอาทิตย์เปรียบเสมือนเตาปฏิกรณ์ปรมาณูที่ปล่อยประจุอนุภาคพลังงานสูงที่เรียกว่า ลมสุริยะ (Solar wind) ออกสู่อวกาศในทุกทิศทุกทาง อนุภาคเหล่านี้เดินทางด้วยความเร็วสูงและปะทะทุกอย่างที่ขวางหน้า ทว่าแก่นชั้นนอกของโลก (Outer core) เป็นเหล็กหลอมละลายหมุนวนด้วยการพาความร้อน (Convection cell) ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กห่อหุ้มโลกไว้ ป้องกันมิให้อนุภาคลมสุริยะผ่านทะลุเข้ามาดังที่แสดงในภาพที่ 2  สิ่งมีชีวิตจึงดำรงอยู่บนพื้นผิวโลกได้อย่างปลอดภัย

ภาพที่ 2 สนามแม่เหล็กโลก

        นอกจากลมสุริยะแล้ว ดวงอาทิตย์ยังแผ่รังสีมีทั้งที่เป็นประโยชน์และอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต คลื่นสั้นเช่น รังสีเอ็กซ์และรังสีอัลตราไวโอเล็ต ทำลายเนื้อเยื่อของเซลล์ แต่รังสีคลื่นยาว เช่น แสงที่ตามองเห็น (Visible light) และรังสีอินฟราเรดทำให้โลกมีความอบอุ่น  โชคดีที่โลกมีบรรยากาศห่อหุ้ม บรรยากาศชั้นบนช่วยป้องกันรังสีเอ็กซ์และรังสีคอสมิก  โอโซนในชั้นสตาโตสเฟียส์ป้องกันรังสีอัลตราไวโอเล็ต ดังภาพที่ 3  

ภาพที่ 3 เกราะป้องกันรังสี

        นอกจากนั้นบรรยากาศยังสร้างป้องกันอันตรายซึ่งเกิดจากการพุ่งชนของอุกกาบาตในอวกาศ เมื่ออุกกาบาตขนาดเล็กตกลงสู่ชั้นบรรยากาศของโลก มันจะเสียดสีกับอากาศจนเกิดความร้อน และถูกเผาไหม้หมดก่อนที่จะตกถึงพื้นผิวโลก อย่างไรก็ตามสิ่งมีชีวิตบนโลกบางสปีชีส์เคยสูญสิ้นเผ่าพันธุ์ เพราะดาวหางหรือดาวเคราะห์น้อยตกพุ่งชนโลกหลายครั้งแล้ว นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าครั้งล่าสุดเกิดขึ้นเมี่อ 65 ล้านปีก่อน ซึ่งเป็นสาเหตุทำให้ไดโนเสาร์สูญพันธุ์

พลังงาน

          สิ่งมีชีวิตต้องการพลังงานเพื่อใช้ในกระบวนการต่างๆ ในการดำรงชีวิต แหล่งพลังงานที่สำคัญที่สุดคือ แสงอาทิตย์ พืชและแบคทีเรียบางชนิดใช้แสงอาทิตย์ช่วยในการสังเคราะห์อาหาร ทว่าในบางบริเวณที่แสงอาทิตย์ส่องไปไม่ถึง ได้แก่ ใต้พื้นผิวหรือก้นมหาสมุทร สิ่งมีชีวิตสังเคราะห์พลังงานจากกระบวนการทางเคมี เช่น แบคทีเรียใต้มหาสมุทร สังเคราะห์พลังงานจากการย่อยสลายโมเลกุลของกำมะถันและเหล็ก ซึ่งผุดขึ้นมาจากน้ำพุร้อน  ในกรณีของดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกล เช่น ดาวพฤหัสบดี หรือดาวเสาร์ ซึ่งแสงอาทิตย์มีพลังงานน้อยมาก สิ่งมีชีวิตสามารถอาศัยแหล่งพลังงานภายในของดาวเคราะห์ เช่น ความร้อนจากแก่นของดาว หรือเคมีจากภูเขาไฟ นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า สิ่งมีชีวิตบนดวงจันทร์ของดาวเคราะห์ชั้นนอก มีคุณสมบัติคล้ายสิ่งมีชีวิตในยุคเริ่มแรกของโลก

อุณหภูมิ 

          อุณหภูมิของพื้นผิวดาวเคราะห์ขึ้นอยู่กับระยะห่างจากดวงอาทิตย์ องค์ประกอบของแก๊สในบรรยากาศ และแหล่งพลังงานความร้อนที่อยู่ภายในดาวเคราะห์เอง ดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ย่อมได้รับพลังงานมากกว่าดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกล อุณหภูมิเป็นปัจจัยที่สำคัญยิ่งในการรักษาโครงสร้างของโมเลกุล ถ้าหากอุณหภูมิต่ำเกินไป ปฏิกิริยาเคมีของสิ่งมีชีวิตจะเกิดขึ้นอย่างช้า แต่ถ้าอุณหภูมิสูงเกินไป เซลล์จะถูกทำลาย โมเลกุลของโปรตีนและคาร์โบไฮเดรตรวมทั้งโครงสร้าง DNA จะถูกทำลายที่อุณหภูมิ 125°C  สิ่งมีชีวิตบนโลกจึงถูกจำกัดอยู่ที่อุณหภูมิ -15°C ถึง 125°C

บรรยากาศ

          นอกจากบรรยากาศจะทำหน้าที่ป้องกันสิ่งมีชีวิตจากภัยอวกาศแล้ว  บรรยากาศยังให้ความอบอุ่น เป็นแหล่งพลังงานและธาตุอาหารให้กับสิ่งมีชีวิตอีกด้วย  โลกอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ 150 ล้านกิโลเมตร ทำให้บรรยากาศชั้นบนได้รับพลังงานแสงอาทิตย์ 1,370 วัตต์/ตารางเมตร อย่างไรก็ตามพลังงานระดับนี้ทำให้โลกมีอุณหภูมิสูงเพียง -18°C ซึ่งหมายความว่าน้ำบนพื้นผิวโลกทั้งหมดจะเป็นน้ำแข็ง ทว่าในความเป็นจริงโลกของเราเป็นดาวเคราะห์เพียงดวงเดียวที่มีน้ำอยู่ครบทั้งสามสถานะ (ของแข็ง ของเหลว และแก๊ส)  เนื่องจากบรรยากาศของโลกมีแก๊สเรือนกระจก ได้แก่ คาร์บอนไดออกไซด์ ไอน้ำ และมีเทน แม้ว่าแก๊สเรือนกระจกเหล่านี้จะมีปริมาณรวมกันไม่ถึง 1% ของบรรยากาศ แต่ก็มีคุณสมบัติในการดูดกลืนรังสีอินฟราเรด ทำให้พื้นผิวโลกมีอุณหภูมิเฉลี่ย 15°C  ดังภาพที่ 4  อุณหภูมิเวลากลางวันและกลางคืนไม่แตกต่างกันมาก ทำให้สิ่งมีชีวิตดำรงชีพอยู่ได้ 

ภาพที่ 4 ภาวะเรือนกระจกช่วยให้โลกอบอุ่น

        บรรยากาศมีความสำคัญทางชีวภาพเป็นอย่างยิ่ง สิ่งมีชีวิตต้องปฏิสัมพันธ์กับบรรยากาศ พืชสร้างอาหารและโปรตีน ด้วยการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์และไนโตรเจนในอากาศ เปลี่ยนเป็นอาหารโดยการสังเคราะห์ด้วยแสง สัตว์หายใจนำออกซิเจนไปใช้ในการเผาผลาญอาหารดาวเคราะห์ที่มีสิ่งมีชีวิตจำเป็นต้องมีบรรยากาศ ดาวเคราะห์ที่ไม่มีบรรยากาศ เช่น ดาวพุธ และดวงจันทร์ ไม่มีปัจจัยที่เกื้อกูลต่อการดำรงชีวิตได้เลย

น้ำ

          โลกเป็นดาวเคราะห์เพียงดวงเดียวที่มีน้ำครบทั้งสามสถานะ และเป็นดาวเคราะห์ดวงเดียวที่มีสิ่งมีชีวิต (อาจมีสิ่งมีชีวิตบนดาวดวงอื่น แต่ยังไม่ถูกค้นพบ) น้ำเป็นองค์ประกอบส่วนใหญ่ของสิ่งมีชีวิตบนโลก เนื่องจากน้ำเป็นของเหลวและมีคุณสมบัติเฉพาะตัวที่ต่างจากสารประกอบชนิดอื่น เช่น เป็นตัวทำละลายที่ดี มีความเป็นกรดเบสปานกลาง เซลล์ในระบบต่างๆ ของร่างกายต้องอาศัยน้ำในการทำงาน ไม่ว่าจะเป็นดูดกลืนธาตุอาหาร หล่อเลี้ยงเนื้อเยื่อ นำพาความร้อน ถ่ายเทของเสีย หรือเป็นถิ่นที่อยู่อาศัย 

          แม้ว่าไม่มีการค้นพบน้ำในสถานะของเหลวบนดาวเคราะห์ดวงอื่น อย่างไรก็ตามใต้พื้นผิวของดาวอังคารลึกลงไปที่ซึ่งมีความกดดันมากก็อาจจะมีน้ำใต้ดิน  ดวงจันทร์ยูโรปาของดาวพฤหัสบดีอาศัยแหล่งกำเนิดความร้อนภายในทำให้มีน้ำในมหาสมุทรใต้แผ่นน้ำแข็งหนาที่ปกคลุมพื้นผิว นอกจากนั้นยังเป็นไปได้ที่มีสิ่งมีชีวิตอาจใช้ของเหลวชนิดอื่นในการดำรงชีวิต เช่น ดวงจันทร์ไททันของดาวเสาร์มีมีเทนครบทั้งสามสถานะ แผ่นน้ำแข็งมีเทน มหาสมุทรมีเทน บรรยากาศมีเทน ถ้าเป็นเช่นนั้นจริงสิ่งมีชีวิตบนดาวดวงนี้ย่อมมีบรรทัดฐานต่างไปจากสิ่งมีชีวิตบนโลกของเรา  ภาพที่ 5 คือหนอนน้ำแข็ง (Ice worm) ที่อาศัยอยู่ในสิ่งแวดล้อมที่เป็นมีเทนไฮเดรทบนโลกของเรา 

ภาพที่ 5 หนอนน้ำแข็ง