Astrobiologi, Apa Itu dan Apa Pentingnya Bagi Industri di Masa Depan?

Antara sains murni dan sains terapan, bagaimana kita dapat memahami potensi sebenarnya dari astrobiologi?

Sedikit pengantar saja, sejujurnya saya mulai tertarik dengan topik ini semenjak saya mengembangkan artikel Wikipedia Bahasa Indonesia bertajuk “Astrobiologi” sekitar dua tahun yang lalu. Artikel tersebut dikembangkan dari versi bahasa Inggrisnya yang memang lebih lengkap, akibat kegerahan saya pada artikel-artikel WBI yang kurang dikembangkan. Dan sebenarnya sudah sejak lama pula saya ingin mengulas topik ini menjadi sebuah tulisan bebas, tetapi keterbatasan ilmu masih menjadi penghalang terbesar saya.

Dua tahun berselang, dan kini saya ingin menghubungkan topik yang pernah saya dalami ini dengan keilmuan yang saya dapatkan dari bangku kuliah. Harapannya tulisan ini dapat memantik sesama mahasiswa dari berbagai jurusan keilmuan atau bahkan orang-orang dari luar cakupan umur tersebut untuk mengembangkan keilmuan dan pikirannya untuk merespon perkembangan dunia yang begitu pesat.

Habitat luar angkasa O’Neill. Credits: NASA ARC

Astrobiologi berasal dari kata astro- yang berarti luar angkasa, bio- yang berarti makhluk hidup, dan -logi yang berarti ilmu. Secara kasar, astrobiologi adalah ilmu yang mempelajari tentang asal muasal, perkembangan, distribusi, dan masa depan kehidupan dalam cakupan seluruh luar angkasa. Bisa dibilang, astrobiologi adalah cabang biologi yang mempertemukan ilmu biologi, biokimia, biofisika, biologi molekuler, geologi, astronomi, dan eksoplanetologi. Sebutan kerennya, ilmu antardisiplin.

Pada dasarnya, astrobiologi adalah ilmu sains murni yang berkaitan dengan segala bentuk kehidupan di luar angkasa. Sifatnya sebagai sains murni yang berupaya menjawab rasa ingin tahu manusia seringkali dikritik oleh sebagian masyarakat, karena tidak berdampak langsung pada kehidupan mereka di Bumi. Maka menjadi pertanyaan bagi kita semua, apa pentingnya astrobiologi ini dan bagaimana kita dapat menerapkan ilmunya untuk penggunaan yang dapat dirasakan secara langsung?

13 cabang keilmuan yang diteliti di ISS, beberapa di antaranya termasuk dalam cakupan astrobiologi. Ukuran lingkaran mewakili jumlah publikasi. Credits: NASA

Sejarah dan Perkembangan

Konsep kehidupan luar angkasa sebenarnya sudah dimulai sejak abad ke-17 dan 18 seiring dengan perkembangan ilmu observasi luar angkasa, ditandai dengan diciptakannya teleskop modern pertama pada tahun 1608. Filsuf Italia terkemuka, Giordano Bruno pernah berpendapat,

“… the nature is deduced of these sensible compound bodies which as so many animals and worlds are in that spacious field which is the air or the heaven, or the void, in which are all those worlds which contain animals and inhabitants no less than can our own earth, since those worlds have no less virtue nor a nature different from that of our earth.”

Perkembangan konsep ini dilanjutkan dengan bermunculannya berbagai karya fiksi ilmiah yang menjadi booming di kalangan masyarakat pada abad ke-19 dan 20, seperti War of the Worlds (1897), A Princess of Mars (1912), A Martian Odyssey (1934), dll. Tentunya, karya-karya tersebut mengambil asumsi bahwa sudah ada kehidupan maju di luar angkasa setingkat peradaban manusia di Bumi. Dan tentu saja, keakuratan ilmiah karya-karya fiksi tersebut dipertanyakan pada zaman modern ini. Namun, pada saat itu luar angkasa masih menjadi misteri besar dan penuh imajinasi yang liar.

Karya fiksi H.G. Wells yang kemudian diadaptasi menjadi film terkenal.

Sementara itu, babak penelitian ilmiah terkait kehidupan di luar angkasa baru dapat dilaksanakan setelah manusia mencapai luar angkasa dengan roket V2 pada tahun 1944. Tahun-tahun setelahnya diwarnai dengan pencapaian-pencapaian ilmiah yang sangat mengagumkan, dipimpin oleh Amerika Serikat dan Uni Soviet sebagai pemegang teknologi luar angkasa termaju di dunia. Berbagai wahana penjelajah antariksa diluncurkan oleh kedua negara untuk memburu informasi mengenai kehidupan di benda antariksa selain Bumi.

Penjelajahan Mars misalnya, diawali oleh Soviet melalui program Mars dan Phobos pada tahun 1960–1973 dan oleh Amerika Serikat dengan program Mariner dan Viking pada tahun 1964–1975. Kedua negara berupaya mencari tanda-tanda kehidupan (biosignature) seperti kandungan air cair, komposisi udara, temperatur udara, zat-zat organik, hingga zat hasil sisa proses metabolisme yang mungkin saja terjadi jauh di masa lalu. Pencarian tanda-tanda kehidupan di Mars masih berlangsung hingga sekarang, ditandai oleh program wahana penjelajah Perseverance dan Tianwen-1 serta wahana helikopter Ingenuity yang baru saja mendarat pada awal tahun 2021.

Tak berhenti sampai di Mars, banyak badan antariksa di seluruh penjuru dunia yang juga telah meluncurkan wahana antariksanya masing-masing untuk menyelidiki planet, satelit-satelitnya, komet, hingga asteroid dengan tujuan yang sama: mencari tanda-tanda kehidupan. Sebut saja wahana Venera yang menyelidiki Venus, Cassini yang menyelidiki Saturnus dan satelitnya, Huygens yang mendarat di Titan (satelit Saturnus), Philae yang menyelidiki komet Churyumov–Gerasimenko, Hayabusa2 yang menyelidiki asteroid Ryugu dan membawa pulang sampel batuannya, dan masih banyak lagi. Apakah tanda-tanda kehidupan itu sudah ditemukan? Beberapa kali sudah, tetapi meragukan dan masih perlu lebih banyak penjelajahan untuk mendapatkan kesimpulan yang pasti.

Dari sisi observasi jarak jauh, ilmu astrobiologi juga telah mengalami perkembangan yang sangat pesat dengan perburuan eksoplanet atau planet yang berada di luar Tata Surya secara intensif dalam dua puluh tahun terakhir. Teleskop luar angkasa Kepler selama sembilan tahun misinya telah menemukan lebih dari 530.000 bintang dan 2.600 planet yang dapat diamati. Sementara itu, teleskop serupa dari NASA dengan nama TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) telah menemukan lebih dari 2.600 planet dengan 122 planet yang telah dikonfirmasi. Beberapa dari planet yang telah ditemukan itu disinyalir memiliki potensi untuk menyokong kehidupan. Sebagian kecilnya bahkan dinilai memiliki kemampuan menyokong kehidupan yang lebih baik daripada Bumi, disebut dengan superhabitability.

Teleskop luar angkasa TESS sebelum diluncurkan. Credits: NASA

Astrobiologi sendiri adalah sebuah ilmu dengan cakupan yang sangat luas. Dalam praktiknya, astrobiologi masih dapat dibagi beragam cabang seperti astrobotani, astromikrobiologi, astroekologi, kedokteran luar angkasa, farmasi luar angkasa, dll. Untuk aplikasi astrobiologi, akan lebih mudah jika kita membahas cabang ilmunya dengan lebih spesifik.

Pentingnya bagi Industri di Masa Depan

Semua penelitian di atas adalah penelitian sains murni atau teoretis yang berupaya menjawab pertanyaan-pertanyaan mendasar mengenai asal-usul dan perkembangan kehidupan di alam semesta. Mengenai penerapan yang bisa dirasakan oleh masyarakat luas secara langsung, kita perlu membicarakan aplikasi astrobiologi untuk industri. Secara umum, penerapan astrobiologi untuk industri dapat dibagi menjadi dua: di Bumi dan luar angkasa. Penerapan di Bumi berupa hasil penelitian astrobiologi yang nantinya digunakan secara umum oleh industri di Bumi, sedangkan penerapan di luar angkasa berupa hasil penelitian yang nantinya digunakan untuk industri di luar angkasa.

Penerapan di luar angkasa

Astrobotani adalah ilmu yang mempelajari kehidupan tanaman di luar angkasa. Kondisi umumnya adalah perkembangan dan pertumbuhan tanaman dalam lingkungan yang terkendali, tetapi dengan kondisi gravitasi yang berbeda dari di Bumi. Para astronot di ISS telah berhasil menumbuhkan beberapa tanaman seperti bok choi, selada, kubis, bunga matahari, dll. Nantinya, manusia dapat membuat sentra pertanian luar angkasa, baik dalam wahana stasiun besar serupa dengan ISS maupun di permukaan planet atau benda angkasa lainnya. Industri pertanian di luar angkasa berbasis hidroponik dapat menjawab permasalahan seperti sumber oksigen dan makanan untuk misi luar angkasa berjangka waktu panjang dengan tempat dan sumber daya yang terbatas.

Ilustrasi pertanian di Mars. Credits: NASA JPL

Astromikrobiologi mungkin menjadi cabang astrobiologi dengan penerapan terbesar untuk saat ini. Ukuran, kemudahan mengendalikan, dan bobot yang ringan menjadi keunggulan utama menggunakan mikroba sebagai objek penelitian. Di ISS, perusahaan Belanda Bioclear telah berhasil membuat sebuah penyaring udara berbasis bakteri untuk mengonversi kontaminan menjadi karbon dioksida dan air untuk diolah kembali. Perusahaan tersebut juga membuat teknologi Mikroba juga dapat dimanfaatkan sebagai agen pembantu ekstraksi material di benda langit lain. Ekstraksi logam tanah jarang (rare earth elements) menjadi salah satu potensi yang menjanjikan bagi industri. Sudah ada beberapa rencana pembuatan bioreaktor industri di Bulan dan Mars untuk mendukung kolonisasi keduanya.

Diagram potensi bioreaktor di Mars. Credits: Helen Matsos

Topik lainnya yang cukup hangat adalah kedokteran luar angkasa, mengingat ilmu ini berkaitan sangat erat dengan keberlangsungan misi penjelajahan luar angkasa berawak yang berjangka waktu panjang, seperti misi penjelajahan Mars yang dapat memakan waktu hingga delapan bulan hanya untuk sekali perjalanan. Saat ini, belum ada peristiwa darurat medis yang pernah terjadi pada astronot di luar angkasa. Akan tetapi, jika di masa depan akan ada banyak misi berawak jangka waktu panjang, perlu ada antisipasi untuk darurat medis di tempat kejadian tanpa bantuan langsung dari Bumi. Termasuk di antaranya adalah penerapan operasi medis dalam kondisi mikrogravitasi.

Sulitnya akses bantuan medis secara langsung dari Bumi membuka peluang bagi proses manufaktur kesehatan yang sedang berkembang, yakni 3D bioprinting. Proses ini dapat memproduksi jaringan manusia untuk penanganan kecelakaan dan penyakit, bahkan organ secara utuh untuk mensubstitusi donor organ tubuh yang akan sangat sulit didapatkan di luar angkasa. Proses manufaktur 3D printing secara umum juga dapat digunakan untuk memproduksi alat-alat darurat medis yang tidak dapat didatangkan dari Bumi dalam jangka waktu tertentu.

Astronot NASA dan Roscosmos sedang melakukan latihan darurat medis di ISS, 2011. Credits: NASA

Penerapan di Bumi

Ilmu astromikrobiologi juga dapat dimanfaatkan untuk penerapan industri di Bumi. Teknologi yang digunakan Bioclear untuk menganalisis bakteri yang menempel pada penyaring udara di ISS ternyata dapat digunakan untuk mengidentifikasi ancaman bakteri berbahaya di tanah dan air. Teknologi yang sama juga digunakan untuk mengidentifikasi bakteri pembantu korosi pada bidang industri yang menggunakan peralatan dan fasilitas berbasis logam, dengan tujuan perawatan dan pemeliharaan. Teknologi inkubasi dan penyimpanan sel dan mikroba yang digunakan di ISS (Commercial Generic Bioprocessing Apparatus/CGBA) dapat diproduksi untuk tujuan serupa di Bumi.

CGBA yang berisi sampel sel hati sapi untuk eksperimen replikasi dan diferensiasi sel di ISS. Credits: University of Colorado Boulder

Salah satu penerapan potensial cabang astrobiologi yang sedang mendapat banyak perhatian adalah biokimia dan farmasi. Telah ditemukan bahwa kondisi mikrogravitasi di ISS dapat memfasilitasi pembuatan kristal protein yang lebih besar dan lebih murni daripada kristal yang dibuat di Bumi. Kristal protein yang dibuat di luar angkasa digunakan sebagai sarana mempelajari struktur protein secara lebih detail agar peneliti dapat menghasilkan obat-obatan yang lebih manjur dan aman bagi para penderita penyakit. Kristal protein yang lebih murni juga dapat digunakan untuk membuat antibodi monoklonal berkonsentrasi tinggi yang dapat menangani berbagai penyakit melalui injeksi/suntikan.

Kristal protein hemoglobin yang ditumbuhkan di ISS (kiri) dan di Bumi (kanan). Credits: JAXA

Kelangkaan donor organ tubuh, ironisnya juga sering terjadi di Bumi. Jika demikian, kita dapat menggunakan proses 3D bioprinting untuk memenuhi permintaan donor organ tubuh yang sangat tinggi. Organ hasil bioprinting tersebut digunakan di Bumi, tetapi proses produksinya untuk beberapa tahun ke depan masih harus dilakukan di luar angkasa. Hal ini diakibatkan oleh efek gravitasi yang dapat merusak struktur sel yang lunak pada saat proses percetakan dilakukan. Namun, tidak menutup kemungkinan di masa depan akan ditemukan teknologi untuk melakukan bioprinting dengan kualitas setara di Bumi.

Proses percetakan organ tubuh menggunakan 3D bioprinter. Credits: Previn Ramiah et al.

Referensi:

  1. “International Space Station Benefits for Humanity, 3rd edition”. 2021.
  2. “Protein Crystals in Microgravity”. 2015.
  3. “Microgravity protein crystallization”. 2015.
  4. “SECURING PURE AIR IN THE SPACE STATION LEADS TO CORROSION MONITORING ON EARTH”. 2018.
  5. “Mining with microbes in space”. 2020.
  6. “Space station biomining experiment demonstrates rare earth element extraction in microgravity and Mars gravity”. 2020.
  7. “Latest advances of bioprinting in space: an interview with Michael Gelinsky”. 2020.
  8. How 3D bioprinting in space could ease donor organ shortage”. 2020

Newfound repository of my heritage. A military, history, science, and engineering enthusiast. Seeking to combine the four disciplines into my writings.

Get the Medium app

A button that says 'Download on the App Store', and if clicked it will lead you to the iOS App store
A button that says 'Get it on, Google Play', and if clicked it will lead you to the Google Play store