Наука астробиология. Поиски жизни. ч.2

Знаменитый эксперимент Стэнли Миллера в 1950-х годах показал, что аминокислоты могут образовываться из неорганической материи в запечатанной колбе, имитирующей условия на молодой Земле

0

Идея существования жизни на других планетах была очень популярной, но за исключением библейской истории не было объяснения того, как зародилась жизнь на Земле. Даже Чарльз Дарвин, как он сам утверждал, не понимал как именно примитивная жизнь стала сложной. Альфред Рассел Уоллес, который по мнению многих ученых, в том числе и Дарвина, был первооткрывателем принципа естественного отбора, тоже изучал условия на других планетах с целью выяснить природу возникновения жизни, но так и не смог объяснить, как началась жизнь. Дарвин размышлял в личном письме Расселу о возможных ингредиентах, необходимых для появления жизни и ее развития на ранней Земле. Русский ученый Александр Опарин писал о том, как именно вода и атмосфера на Земле повлияли на рождение жизни. Опарин был биохимиком и проводил различные эксперименты для исследования того, как могут образовываться мембраны при смешивании изначальных химикатов, существовавших на ранней Земле. Проверки этих теорий происхождения жизни были затруднены, а также ограничены скудными знаниями о ранней земной атмосфере.

Знаменитый эксперимент Стэнли Миллера в 1950-х годах показал, что аминокислоты могут образовываться из неорганической материи в запечатанной колбе, имитирующей условия на молодой Земле. С тех пор многие лаборатории проводили эксперименты по пребиотической химии для производства различных аминокислот. Но, хотя аминокислоты и необходимы для жизни, они непосредственно не указывают на ее наличие. Мы знаем что аминокислоты могут синтезироваться в безжизненной и стерильной окружающая среде, и они очень распространены в межзвездном пространстве. Недостающую часть информации о том, как биология развилась из химии получить можно будет лишь имея лучшее понимание состава окружающей среды нашей планеты 4,6 миллиарда лет назад, в то время, когда на Земле появилась жизнь.

Опираясь лишь на теории, и не имея возможности использовать космические аппараты, биологи прошлых лет не могли и мечтать о тех возможностях, которые имеют современные ученые для оценки того, может ли существовать жизнь на других планетах, и того, как она может перемещаться с одной планеты на другую. Только с началом космической эры мы смогли проверить жизнестойкость микроорганизмов в открытом космосе.

Возникновение молекул, формирующих жизнь

Жизнь, которую мы знаем, вся без исключения основана на комплексе углеродных соединений, таких как белки и нуклеиновые кислоты (включая ДНК и РНК), а так же некоторых других органических молекулах. Все они состоят из сотен или тысяч атомов упорядоченных определенным способом. Интересно, что 21 аминокислота найденная в живых организмах на Земле, демонстрируют левостороннюю хиральность (асимметрию). При этом в физико-химических экспериментах Миллера правосторонние аминокислоты возникают просто в изобилии, но не встречаются в земных организмах.

Клетки, растения и животные собраны из одних и тех же молекулярных строительных блоков, и, по-видимому, эволюционировали очень длительное время от простейшего общего предка. Шансы на появление жизни из неживого материала ошеломляют своей крайне малой вероятностью. Вероятно, конечный “продукт” стал результатом длительного процесса химической эволюции. Как же все эти молекулы смогли образовать такой сложный, функциональный комплекс, способный к росту и размножению?

Возможно, это началось с молекул на основе углерода, образовавшихся в ядрах гигантских красных звезд, и впоследствии выброшенных в космос. Процессы, которые создали жизнь из простых смесей белков и нуклеиновых кислот, все еще остаются загадкой, хотя мы знаем, что, например, ультрафиолетовое излучение оказывает значительное влияние на разрушение химических связей и является катализатором реакций в космическом пространстве и атмосферах планет. Раскрытие этой тайны является ключевым элементом исследований в астробиологии. В ходе проводимых в открытом космосе экспериментов органические соединения подвергались различным воздействиям, которые можно найти в межзвездном пространстве, или даже в атмосферах небесных тел. Это может однажды помочь ученым получить ключ к тому, где и как химические процессы превратились в биологические, а также помочь в поисках признаков существующей или существовавшей жизни на других планетах.

Биохимия и альтернативная биохимии

Определение того, что такое “жизнь”, как известно, сложно – а отслеживание
свидетельства прошлой активности жизни в окаменелостях может быть еще сложнее. Однако жизнь на Земле имеет один общий признак – живущим клеткам нужна энергия.

Жизнь на Земле нуждается в энергии

Некоторые организмы – автотрофы – производят пищу непосредственно из солнечного света. Другие, включая людей, гетеротрофны, что означает, что они ищут пищу в своей среде.

Передача информации

еще одно важное свойство жизни – это передача информации, например через ДНК.

Растворитель

все данные говорят о том, что растворителем, необходимым для проведения всех химических взаимодействий в биохимии является жидкая вода.

Радиационная защита

жизненные формы должны быть либо устойчивы к
радиации, либо защищены от нее для того чтобы нормально функционировать.

Общий набор элементов

вся жизнь, которую мы знаем, использует
один и тот же набор элементов – это углерод, водород, азот, кислород,
фосфор и сера. Наша биохимия, и все те живые существа, которые мы знаем, основаны на углероде. Углерод образует большие молекулы, имеющие связи, которые очень стабильны в присутствии воды и кислорода.
Органическая химия занимается соединениями углерода, которые следует рассматривать как маркер присутствия жизни. Однако в научной фантастике часто описывается жизнь, основанная на кремнии, поскольку кремний имеет химические свойства, похожие на свойства углерода. Например, он способен образовывать стабильные соединения с другими известными ингредиентами жизни (углерод, азот, фосфор и кислород).
Растения и водоросли на Земле используют двуокись кремния для построения своих клеточных стенок, что предлагает что этот элемент может быть использован и другими формами жизни, по крайней мере для создания своих внешних структур. Химические условия на других планетах, особенно на недавно обнаруженных экзопланетах могут предложить и другие факторы, которые будут более или менее благоприятны для кремниевой жизни. Хотя
многие в сообществе астробиологов по-прежнему считают, только что жидкая вода может быть растворителем для жизни, некоторые из ученых рассматривают возможность существования альтернативных растворителей
для других форм жизни. Среди возможных вариантов присутствуют серная кислота, аммиак, метан, этан и азот, которые позволяют подразумевать различный диапазон обитаемых зон на разных звездах.

Жизнь в экстремальных условиях

Когда ученые исследуют процессы, приведшие к возникновению жизни на Земле, они вдруг обнаруживают жизнь в самых неожиданных местах и в неожиданных видах. При исследовании выживания жизни в открытом космосе,
некоторые из экспериментов проводятся с использованием растений или животных, которые умеют выживать в экстремальных условиях на Земле, и это происходит либо благодаря природной устойчивости, либо погружению в состояние покоя, что позволяет им избежать условий, смертельных для них.
Условия открытого пространства можно использовать для имитации условий на поверхности или под поверхностью метеорита в межзвездном пространстве, на ранней Земле перед тем, как ее атмосфера была насыщена кислородом, или смоделировать условия на поверхности планеты, такой как Марс или Титан. Определение организмов и соединений, которые остаются жизнеспособными в таких условиях может обеспечить потенциальную возможность увидеть условия для жизни на других планетах.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Комментировать

Войти с помощью: 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: