Supernova paliekas N 63A. Attēla kredīts: Habls Noklikšķiniet, lai palielinātu
Dzīvību uz Zemes padarīja iespējamu zvaigžņu nāve. Atomi, piemēram, ogleklis un skābeklis, tika izraidīti dažos pēdējos mirstošajos zvaigznīšu gāzienos pēc tam, kad bija izlietotas pēdējās ūdeņraža piegādes.
Tas, kā šie zvaigžņu materiāli saplūda, veidojot dzīvību, joprojām ir noslēpums, taču zinātnieki zina, ka bija vajadzīgas noteiktas atomu kombinācijas. Ūdens - divi ūdeņraža atomi, kas saistīti ar vienu skābekļa atomu, bija ļoti svarīgi dzīvības attīstībai uz Zemes, un tāpēc NASA misijas tagad meklē ūdeni citās pasaulēs, cerot atrast dzīvību citur. Tiek uzskatīts, ka svarīgas ir arī organiskās molekulas, kas veidotas galvenokārt no oglekļa atomiem, jo visa dzīvība uz Zemes ir balstīta uz oglekli.
Vispopulārākās dzīves izcelsmes teorijas saka, ka nepieciešamā ķīmija notika hidrotermiskās ventilācijas atverēs okeāna dibenā vai dažos saules apspīdētos seklos baseinos. Tomēr pēdējo gadu atklājumi liecina, ka daudzi dzīvības pamatmateriāli veidojas kosmosa aukstajos dziļumos, kur dzīve, kā mēs zinām, nav iespējama.
Pēc mirstošām zvaigznēm atslāņojas ogleklis, daži oglekļa atomi apvienojas ar ūdeņradi, veidojot policikliskos aromātiskos ogļūdeņražus (PAH). PAH - sava veida oglekļa sodrēji, kas līdzīgi sadedzinātās grauzdētās daļiņām - ir visbagātākie organiskie savienojumi kosmosā un oglekļa hondrīta meteorītu galvenā sastāvdaļa. Kaut arī PAH nav atrodami dzīvās šūnās, tos var pārveidot par hinoniem - molekulām, kas ir iesaistītas šūnu enerģijas procesos. Piemēram, hinoniem ir būtiska loma fotosintēzē, palīdzot augiem pārvērst gaismu ķīmiskajā enerģijā.
PAO transformācija notiek starpzvaigžņu ledus un putekļu mākoņos. Pēc kosmosa peldēšanas PAH kvēpi galu galā kondensējas šajos “blīvajos molekulārajos mākoņos”. Šajos mākoņos esošais materiāls bloķē daļu, bet ne visu, skarbo kosmosa starojumu. Caur izstaroto starojumu mainās PAH un citi materiāli mākoņos.
Infrasarkanie un radioteleskopa novērojumi mākoņos ir atklājuši PAH, kā arī taukskābes, vienkāršos cukurus, nelielu aminoskābes glicīna daudzumu un vairāk nekā 100 citas molekulas, ieskaitot ūdeni, oglekļa monoksīdu, amonjaku, formaldehīdu un ciānūdeņradi.
Mākoņu mākoņi nekad nav tikuši tieši ņemti - tie ir pārāk tālu - tāpēc, lai apstiprinātu, kas ķīmiski notiek mākoņos, NASA Amesas pētniecības centra Astroķīmijas laboratorijas Maksa Bernsteina un Skota Sandforda vadītā pētījumu grupa izveidoja eksperimentus, lai atdarinātu mākoņu apstākļi.
Vienā eksperimentā PAH / ūdens maisījumu tvaikos nogulsnē uz sāls un pēc tam bombardē ar ultravioleto (UV) starojumu. Tas ļauj pētniekiem novērot, kā PAH pamata skelets pārvēršas par chinoniem. Apstarojot sasaldētu ūdens, amonjaka, ciānūdeņraža un metanola (formaldehīda prekursora ķīmisko maisījumu), rodas aminoskābes glicīns, alanīns un serīns - trīs visbagātākās aminoskābes dzīvās sistēmās.
Zinātnieki ir izveidojuši primitīvas organiskām šūnām līdzīgas struktūras jeb pūslīšus.
Tā kā UV nav vienīgais starojuma veids kosmosā, pētnieki ir izmantojuši arī Van de Graaff ģeneratoru, lai bombardētu PAH ar megaelektronu voltiem (MeV) protoniem, kuriem ir līdzīga enerģija kā kosmiskajiem stariem. PAV MeV rezultāti bija līdzīgi, lai arī nebija identiski UV bombardēšanai. MeV pētījums par aminoskābēm vēl nav veikts.
Šie eksperimenti liecina, ka UV un citi starojuma veidi nodrošina enerģiju, kas nepieciešama ķīmisko saišu sadalīšanai blīvu mākoņu zemā temperatūrā un spiedienā. Tā kā atomi joprojām ir bloķēti ledus formā, molekulas nevis lido viens no otra, bet gan rekombinējas sarežģītākās struktūrās.
Citā eksperimentā, ko vadīja Džeisons Dvorkins, sasaldēts ūdens, metanola, amonjaka un oglekļa monoksīda maisījums tika pakļauts UV starojumam. Šī kombinācija ieguva organisku materiālu, kas, iegremdējot ūdenī, veidoja burbuļus. Šie burbuļi atgādina šūnu membrānas, kas ieskauj un koncentrē dzīves ķīmiju, atdalot to no ārpasaules.
Šajā eksperimentā radītie burbuļi bija no 10 līdz 40 mikrometriem vai apmēram sarkano asins šūnu lielumā. Jāatzīmē, ka burbuļi fluorescēja vai kvēloja, kad tika pakļauti UV gaismai. UV absorbcija un šādā veidā pārvēršana redzamā gaismā varētu dot enerģiju primitīvai šūnai. Ja šādiem burbuļiem bija nozīme dzīvības izcelsmē, fluorescence varēja būt fotosintēzes priekšgājējs.
Fluorescence var darboties arī kā saules aizsarglīdzeklis, izkliedējot visus bojājumus, ko pretējā gadījumā varētu radīt UV starojums. Šāda aizsargfunkcija būtu bijusi vitāli nepieciešama dzīvībai uz agrīnās Zemes, jo ozona slānis, kas bloķē saules visiznīcinošākos UV starus, neveidojās, kamēr pēc fotosintēzes dzīve sāka ražot skābekli.
No kosmosa mākoņiem līdz dzīvības sēklām
Blīvie molekulārie mākoņi kosmosā galu galā gravitācijas ceļā sabrūk, veidojot jaunas zvaigznes. Daži no pārpalikušajiem putekļiem vēlāk saliek kopā, veidojot asteroīdus un komētas, un daži no šiem asteroīdiem saliek kopā, veidojot planētas serdes. Pēc tam dzīve uz mūsu planētas radās neatkarīgi no tā, kādi pamata materiāli bija pa rokai.
Dzīvu šūnu veidošanai nepieciešamās lielās molekulas ir:
* Olbaltumvielas
* Ogļhidrāti (cukuri)
* Lipīdi (tauki)
* Nukleīnskābes
Ir atklāts, ka meteorīti satur aminoskābes (olbaltumvielu pamatakmeņus), cukurus, taukskābes (lipīdu veidojošos blokus) un nukleīnskābju bāzes. Piemēram, Murchison meteorīts satur taukskābju ķēdes, dažāda veida cukurus, visas piecas nukleīnskābju bāzes un vairāk nekā 70 dažādas aminoskābes (dzīvē tiek izmantotas 20 aminoskābes, no kurām tikai sešas atrodas Murchison meteorītā).
Tā kā šādi oglekļa meteorīti pēc sastāva parasti ir vienādi, tiek uzskatīts, ka tie ir reprezentatīvi sākotnējam putekļu mākonim, no kura dzimusi saule un Saules sistēma. Tāpēc šķiet, ka sākumā bija pieejams gandrīz viss dzīvībai nepieciešamais, un laika gaitā meteorīti un komētas no jauna piegādā šos materiālus uz planētām.
Ja tā ir taisnība un ja molekulārie putekļu mākoņi ir ķīmiski līdzīgi visā galaktikā, tad dzīvības sastāvdaļām jābūt plaši izplatītām.
Dzīves sastāvdaļu abiotiskās ražošanas mīnuss ir tas, ka nevienu no tām nevar izmantot kā “biomarķierus”, kas norāda, ka dzīvība pastāv noteiktā vidē.
Makss Bernsteins norāda uz Alan Hills meteorītu 84001 kā biomarķieru piemēru, kas nesniedza dzīvības pierādījumu. 1996. gadā Deivs Makjūjs no NASA Džonsona kosmosa centra un viņa kolēģi paziņoja, ka šajā Marsa meteorītā ir četri iespējamie biomarķieri. ALH84001 bija oglekļa globulas, kas satur PAH, minerālu sadalījumu, kas liecina par bioloģisko ķīmiju, magnīta kristālus, kas atgādina baktēriju radītus, un baktērijām līdzīgas formas. Kaut arī netika uzskatīts, ka katrs atsevišķi ir dzīvības pierādījums, četri kopā šķita pārliecinoši.
Pēc Makkeja paziņojuma turpmākajos pētījumos atklājās, ka katru no šiem tā dēvētajiem biomarķieriem var ražot arī ar nedzīviem līdzekļiem. Tāpēc vairumam zinātnieku tagad ir tendence uzskatīt, ka meteorīts nesatur fosilizētu svešzemju dzīvi.
"Tiklīdz viņi bija ieguvuši rezultātu, cilvēki gāja viņiem garām, jo tieši tā tas darbojas," saka Bernsteins. "Mūsu iespējas nepieļaut kļūdu, kad mēs nāks klajā ar biomarķieri uz Marsa vai uz Europa, būs daudz labākas, ja mēs jau būsim paveikuši līdzvērtīgu tam, ko izdarījuši šie puiši pēc tam, kad Makki, et al., Publicēja savu rakstu."
Bernsteins saka, ka, simulējot apstākļus uz citām planētām, zinātnieki var izdomāt, kam tur vajadzētu notikt ķīmiski un ģeoloģiski. Tad, kad mēs apmeklējam planētu, mēs varam redzēt, cik cieši realitāte sakrīt ar prognozēm. Ja uz planētas ir kaut kas tāds, ko mēs negaidījām atrast, tas varētu liecināt par to, ka dzīvības procesi ir mainījuši attēlu.
“Tas, kas jums ir uz Marsa vai uz Europa, ir piegādāts materiāls,” saka Bernsteins. “Turklāt jums ir viss, kas pēc tam izveidojies, no visiem esošajiem apstākļiem. Tātad (lai meklētu dzīvību), jums jāaplūko tajā esošās molekulas un jāpatur prātā ķīmija, kas laika gaitā varētu būt notikusi. ”
Bernsteins domā, ka horiralitāte vai molekulas “roku spēks” varētu būt biomarķieris citās pasaulēs. Bioloģiskās molekulas bieži ir divās formās, kurām, kaut arī ķīmiski identiskām, ir pretējas formas: “kreiso roku” un tās spoguļattēlu, “labo roku”. Molekulu roku spējas rada tas, kā atomi saista. Kaut arī roku darbs ir vienmērīgi izkliedēts visā dabā, vairumā gadījumu dzīvās sistēmās uz Zemes ir kreisās puses aminoskābes un labās puses cukuri. Ja citu planētu molekulas izrāda atšķirīgu priekšroku roku spēkam, saka Bernsteins, tas varētu būt svešas dzīves norāde.
"Ja jūs dotos uz Marsu vai Eiropu un redzētu tādu pašu aizspriedumu kā mūsu, ar cukuru vai aminoskābēm, kurām ir mūsu chralitāte, tad cilvēkiem vienkārši būtu aizdomas, ka tas ir piesārņojums," saka Bernsteins. "Bet, ja jūs redzētu aminoskābi ar nobīdi pa labi vai ja redzētu cukuru, kam bija nobīde pa kreisi - citiem vārdiem sakot, nevis mūsu formu -, tas būtu patiešām pārliecinoši."
Tomēr Bernsteins atzīmē, ka meteorītos atrastās hirālās formas atspoguļo to, kas redzams uz Zemes: meteorīti satur kreisās puses aminoskābes un labās puses cukurus. Ja meteorīti ir dzīvības paraugs uz Zemes, tad arī dzīve citur Saules sistēmā var atspoguļot to pašu novirzību rokās. Tādējādi dzīvības pierādīšanai var būt nepieciešams kaut kas vairāk nekā hirālisms. Bernsteins saka, ka molekulu ķēžu atrašana, “piemēram, pāris savstarpēji savienotas aminoskābes”, arī varētu būt dzīvības pierādījums, “jo meteorītos mēs mēdzam redzēt tikai atsevišķas molekulas”.
Oriģinālais avots: NASA Astrobioloģija
