„Supernova“ liekana N 63A. Atvaizdo kreditas: Hablas Padidinti
Gyvenimas Žemėje tapo įmanomas mirus žvaigždėms. Atomai, tokie kaip anglis ir deguonis, buvo išstumti per keletą paskutinių mirštančių žvaigždžių dūmų, kai buvo sunaudotas jų paskutinis vandenilio kuras.
Kaip šios žvaigždės sudarė gyvybę, vis dar yra paslaptis, tačiau mokslininkai žino, kad tam tikri atomų deriniai buvo būtini. Vanduo - du vandenilio atomai, sujungti su vienu deguonies atomu, buvo gyvybiškai svarbūs gyvybei Žemėje vystytis, todėl NASA misijos dabar ieško vandens kituose pasauliuose tikėdamiesi rasti gyvybę kitur. Manoma, kad svarbios ir organinės molekulės, sudarytos daugiausia iš anglies atomų, nes visas gyvenimas Žemėje yra anglies pagrindu.
Populiariausios gyvenimo kilmės teorijos sako, kad reikalinga chemija atsirado hidroterminėse angose vandenyno dugne arba kokiame saulės spinduliuotame sekliame baseine. Tačiau per pastaruosius kelerius metus atlikti atradimai parodė, kad daugelis pagrindinių gyvybės medžiagų susidaro šaltose kosmoso gelmėse, kur gyvenimas, kaip mes žinome, yra neįmanomas.
Mirštant žvaigždėms išsisklaido anglis, kai kurie anglies atomai susijungia su vandeniliu ir sudaro policiklinius aromatinius angliavandenilius (PAH). PAH - anglies suodžių rūšis, panaši į išdegtas skrebučio porcijas - yra gausiausi organiniai junginiai kosmose ir pagrindinė angliavandenių chondrito meteoritų sudedamoji dalis. Nors PAH nėra gyvose ląstelėse, jie gali būti paverčiami chinonais - molekulėmis, kurios dalyvauja ląstelių energijos procesuose. Pavyzdžiui, chinonai vaidina svarbų vaidmenį fotosintezėje ir padeda augalams šviesą paversti chemine energija.
PAH transformacija vyksta tarpžvaigždiniuose ledo ir dulkių debesyse. Plaukdami erdve, PAH suodžiai galiausiai kondensuojasi į šiuos „tankius molekulinius debesis“. Šiuose debesyse esanti medžiaga blokuoja kai kuriuos, bet ne visus, atšiaurius kosmoso spindulius. Filtruota radiacija modifikuoja PAH ir kitas medžiagas debesyse.
Infraraudonųjų spindulių ir radijo teleskopo debesų stebėjimais buvo aptikti PAH, taip pat riebalų rūgštys, paprastasis cukrus, silpnas aminorūgšties glicino kiekis ir daugiau kaip 100 kitų molekulių, įskaitant vandenį, anglies monoksidą, amoniaką, formaldehidą ir vandenilio cianidą.
Iš debesų niekada nebuvo imami tiesioginiai mėginiai - jie yra per toli - todėl norėdami patvirtinti tai, kas chemiškai vyksta debesyse, NASA Ameso tyrimų centro Astrochemijos laboratorijoje Makso Bernsteino ir Scotto Sandfordo vadovaujama tyrimų komanda įsteigė eksperimentus mėgdžiojant debesų sąlygos.
Viename eksperimente PAH / vandens mišinys garuose nusodinamas ant druskos, o po to bombarduojamas ultravioletiniu (UV) spinduliavimu. Tai leidžia tyrėjams stebėti, kaip pagrindinis PAH skeletas virsta chinonais. Švitinant sušaldytu vandens, amoniako, vandenilio cianido ir metanolio (pirmtako, kuris yra formaldehidas, mišinį), susidaro aminorūgštys glicinas, alaninas ir serinas - trys gausiausios aminorūgštys gyvose sistemose.
Mokslininkai sukūrė primityvias organines ląsteles primenančias struktūras arba pūsleles.
Kadangi UV nėra vienintelis spinduliuotės tipas kosmose, tyrėjai taip pat panaudojo „Van de Graaff“ generatorių, kad bombarduotų PAH su megaelektronvoltų (MeV) protonais, kurių energija yra panaši į kosminių spindulių. PAH MeV rezultatai buvo panašūs, nors ir nebuvo identiški UV sprogdinimui. MeV tyrimas dėl aminorūgščių dar nebuvo atliktas.
Šie eksperimentai rodo, kad UV ir kitos radiacijos formos suteikia energijos, reikalingos cheminių ryšių atskyrimui esant žemai temperatūrai ir tankaus debesies slėgiui. Kadangi atomai vis dar yra užfiksuoti lede, molekulės neskrenda vienas į kitą, o vietoj to rekombinuojasi į sudėtingesnes struktūras.
Kitame eksperimente, kuriam vadovavo Jasonas Dworkinas, užšaldytas vandens, metanolio, amoniako ir anglies monoksido mišinys buvo veikiamas UV spinduliuotės. Šis derinys davė organinių medžiagų, kurios panardindamos į vandenį susidarė burbuliukai. Šie burbulai primena ląstelių membranas, apgaubiančias ir sutelkiančias gyvenimo chemiją, atskiriančią ją nuo išorinio pasaulio.
Šiame eksperimente susidarę burbuliukai buvo nuo 10 iki 40 mikrometrų arba maždaug raudonųjų kraujo kūnelių dydžio. Pažymėtina, kad, veikiant UV spinduliams, burbuliukai švytėjo arba švytėjo. Tokiu būdu sugeriant UV spindulius ir paverčiant juos matoma šviesa, jis galėtų suteikti energijos primityviajai ląstelei. Jei tokie burbuliukai vaidino gyvybės kilmę, fluorescencija galėjo būti fotosintezės pirmtakas.
Fluorescencija taip pat gali veikti kaip apsaugos nuo saulės priemonė, išsklaidydama bet kokią žalą, kurią priešingu atveju padarytų UV spinduliai. Tokia apsauginė funkcija būtų buvusi gyvybiškai svarbi ankstyvojoje Žemėje, nes ozono sluoksnis, kuris blokuoja naikinamiausius saulės ultravioletinius spindulius, nesusiformavo tol, kol po fotosintezės gyvybė pradėjo gaminti deguonį.
Nuo debesų debesies iki gyvybės sėklų
Tankūs molekuliniai debesys kosmose galiausiai gravitaciniu būdu griūva, kad susidarytų naujos žvaigždės. Dalis likusių dulkių vėliau susikaupia, sudarydami asteroidus ir kometas, o kai kurie iš šių asteroidų susikaupia, sudarydami planetų branduolius. Tuomet mūsų planetoje gyvybė atsirado dėl kokių pagrindinių medžiagų.
Didelės molekulės, reikalingos gyvoms ląstelėms sukurti, yra:
* Baltymai
* Angliavandeniai (cukrūs)
* Lipidai (riebalai)
* Nukleorūgštys
Nustatyta, kad meteorituose yra aminorūgščių (baltymų statybiniai blokai), cukraus, riebalų rūgščių (lipidų statybiniai blokai) ir nukleorūgščių bazių. Pavyzdžiui, Murchisono meteorite yra riebalų rūgščių grandinės, įvairių rūšių cukrūs, visos penkios nukleorūgšties bazės ir daugiau kaip 70 skirtingų aminorūgščių (gyvenime naudojama 20 aminorūgščių, iš kurių tik šešios yra Murchisono meteorite).
Kadangi tokie angliavandeniliai meteoritai paprastai būna vienodos sudėties, manoma, kad jie atspindi pradinį dulkių debesį, iš kurio gimė saulė ir saulės sistema. Taigi atrodo, kad pradžioje buvo galima įsigyti beveik viską, kas reikalinga gyvybei, o meteoritai ir kometos bėgant laikui iš naujo pristato šias medžiagas į planetas.
Jei tai tiesa ir jei molekuliniai dulkių debesys yra chemiškai panašūs visoje galaktikoje, gyvybės sudedamosios dalys turėtų būti plačiai paplitusios.
Gyvybės ingredientų abiotinės gamybos neigiama pusė yra ta, kad nė vienas iš jų negali būti naudojamas kaip „biomarkeriai“, rodantis, kad gyvybė egzistuoja tam tikroje aplinkoje.
Maxas Bernsteinas nurodo Alano kalvų meteoritą 84001 kaip biomarkerių, kurie nepateikė gyvybės įrodymų, pavyzdį. 1996 m. Dave'as McKay iš NASA Johnsono kosminio centro ir jo kolegos paskelbė, kad šiame Marso meteorite yra keturi galimi biomarkeriai. ALH84001 turėjo anglies rutulius, kuriuose yra PAH, mineralų pasiskirstymą, kuris rodo biologinę chemiją, magnetito kristalus, primenančius bakterijų gaminamus, ir į bakterijas panašias formas. Nors nebuvo manoma, kad kiekvienas atskirai yra gyvybės įrodymas, keturi kartu jie atrodė įtikinamai.
Po McKay pranešimo vėlesni tyrimai nustatė, kad kiekvienas iš šių vadinamųjų biomarkerių taip pat gali būti gaminamas negyvomis priemonėmis. Todėl dauguma mokslininkų dabar linkę manyti, kad meteoritas neturi suakmenėjusių svetimų gyvybių.
„Kai tik jie turėjo rezultatą, žmonės ėmė juos žavėti, nes taip jis veikia“, - sako Bernsteinas. „Mūsų šansai nepadaryti klaidos suradus biomarkerį„ Mars “ar„ Europa “bus daug geresni, jei mes jau padarysime lygiavertį tam, ką padarė šie vaikinai po to, kai McKay ir kt. Paskelbė savo straipsnį“.
Bernsteinas sako, kad imituodami kitų planetų sąlygas, mokslininkai gali išsiaiškinti, kas ten turėtų vykti chemiškai ir geologiškai. Tuomet, lankydamiesi planetoje, galime pamatyti, kaip realybė tiksliai atitinka prognozes. Jei planetoje yra kažkas, ko mes nesitikėjome rasti, tai gali būti ženklas, kad gyvenimo procesai pakeitė vaizdą.
„Tai, ką jūs turite„ Mars “ar„ Europa “, yra medžiaga, kuri buvo pristatyta“, - sako Bernsteinas. „Be to, jūs turite tai, kas vėliau susiformavo iš bet kokių sąlygų. Taigi (norėdami ieškoti gyvenimo) turite pažvelgti į ten esančias molekules ir nepamiršti chemijos, kuri galėjo nutikti bėgant laikui “.
Bernsteinas mano, kad chirališkumas arba molekulės „rankumas“ galėtų būti biologinis žymeklis kituose pasauliuose. Biologinės molekulės dažnai būna dviejų formų, kurios, nors ir chemiškai tapačios, turi priešingas formas: „kairiarankė“ ir veidrodinis vaizdas, „dešiniarankė“. Molekulės rankumas atsiranda dėl to, kaip susilieja atomai. Nors ranka yra tolygiai paskirstoma visoje gamtoje, daugeliu atvejų gyvosios Žemės sistemos turi kairiosios rankos aminorūgštis ir dešiniąją ranką. Pasak Bernsteino, jei kitose planetose esančios molekulės pasirenka kitokią ranką, tai gali būti svetimo gyvenimo požymis.
„Jei nuvyktumėte į Marsą ar Europą ir pamatytumėte tokį patį šališkumą kaip ir mes, cukrų ar aminorūgščių chirurgija, tada žmonės tiesiog pamanytų, kad tai užteršimas“, - sako Bernsteinas. „Bet jei pamatytumėte aminorūgštį, turinčią pakreipimą į dešinę, arba jei pamatytumėte cukrų, turintį poslinkį į kairę, kitaip tariant, ne mūsų formą, tai būtų tikrai įtikinama“.
Tačiau Bernsteinas pažymi, kad meteorituose aptinkamos chiralinės formos atspindi tai, kas matoma Žemėje: meteorituose yra kairiųjų aminorūgščių ir dešiniosios rankos cukraus. Jei meteoritai vaizduoja gyvybės Žemėje šabloną, tada gyvenimas kitoje Saulės sistemos dalyje taip pat gali atspindėti tą pačią rankos paklaidą. Taigi norint įrodyti gyvybę gali reikėti daugiau nei chirališkumo. Bernsteinas sako, kad molekulių grandinių, tokių kaip „viena pora sujungtų aminorūgščių“, radimas taip pat galėtų būti įrodymas visam gyvenimui, „nes meteorituose mes linkę tiesiog matyti atskiras molekules“.
Originalus šaltinis: NASA Astrobiologija
