Кредит зображення: Океанографічний Вуд Хол
Дуже багато речей повинно було пройти для життя. Якщо ви повернетесь назад, все починається з Всесвіту Великого вибуху, що народжує простір та час. У тому ранньому світлі Всесвіту відлунювалося, сповільнювалося в живності, споконвічні елементи зливалися, потім конденсувалися в перше покоління масивних зірок селекціонера. Після нагрівання до поняття (гравітаційним стисненням) споконвічна речовина почала зливатися в зоряних ядрах, а менша форма світла рухалася назовні, щоб зігріти і освітлити молодий і потенційно постійно розширюється Всесвіт.
Більше часу та простору бачило, що багато хто з тих синіх зірок запливає (проживши дуже коротке життя). Подальші вибухи ввели у космос величезні кількості більш важких - не первісних - атомів. З цієї багатої космічної обстановки утворилися нові зірки - багато з планетних службовців. Оскільки такі сонця другого і третього поколінь менш масивні, ніж їхні потомники, вони горять повільніше, прохолодніше, і набагато, набагато довше - щось важливе для такого роду доброякісних послідовних рівнів енергії, необхідних для забезпечення можливості органічного життя.
Хоча зірки заводчиків утворилися протягом кількох сотень мільйонів років від Великого вибуху, життя тут, на Землі, забрало свій час. Наше Сонце - зірка третього покоління скромної маси - сформувалася десь дев'ять мільярдів років пізніше. Форми життя склалися трохи більше одного мільярда років після цього. Як це сталося, молекули об'єднувались, утворюючи органічні сполуки, які - у відповідних умовах - об'єднувались як амінокислоти, білки та клітини. Протягом усього цього один шар складності додався іншому, і істоти ставали все більш сприйнятливими до навколишнього світу. Врешті - через більше мільярдів років - бачення розвинулося. А бачення - додане до суб'єктивного почуття усвідомлення - дало можливість Всесвіту озирнутися на себе.
Емпіричні дослідження основ життєдіяльності показують, що суміш добре підібраних елементів (водню, вуглецю, кисню та азоту), що піддається впливу неіонізуючого ультрафіолетового випромінювання, утворює амінокислоти. Самі амінокислоти мають надзвичайну здатність з’єднуватись у білки. А білки мають досить «протеанову» здатність надавати клітинам форму та поведінку. Зараз вважається цілком можливим, що найперші амінокислоти утворилися в космосі1 - захищений від більш твердих форм випромінювання у величезних хмарах, що складаються з первинного та зоряного матеріалу. З цієї причини життя може бути всюдисущим явищем, просто очікуючи лише певних сприятливих умов, щоб прижитися і перерости в найрізноманітніші форми.
В даний час екзобіологи вважають, що рідка вода має важливе значення для формування та розмноження органічного життя. Вода - надзвичайна речовина. Як м'який розчинник, вода дає можливість іншим молекулам дисоціювати і змішуватися. Тим часом він дуже стійкий і прозорий для видимого світла - щось корисне, якщо біотика має отримувати енергію безпосередньо від сонячного світла. Нарешті вода добре тримає температуру, відводить надлишки тепла через випаровування і плаває, коли охолоджується, твердне як лід.
За словами екзобіолога NASA Ендрю Похорла, "Вода об'єднує органічні молекули і дозволяє організувати структури, які в кінцевому підсумку стали клітинами". При цьому вода діє в незрівнянну матрицю, що дозволяє органічним молекулам утворювати самоорганізуючі структури. Ендрю наводить одну властивість, унікально пов’язану з водою, яка робить можливою самоорганізацію та зростання: "Гідрофобний ефект відповідає за те, що вода та олія не змішуються, мило та миючі засоби" захоплюють "жирну бруд під час миття у воді та для величезна кількість інших явищ. Більш загально, гідрофобний ефект є причиною відокремлення неполярних (маслянистих) молекул або частин молекул від води, тому вони можуть злипатися, навіть не зв'язуючись. У біології це саме взаємодія, що відповідає за формування мембранозних клітинних стінок і за складання білків у функціональні структури ».
Щоб вода приймала рідкий стан, вона повинна залишатися у відносно вузькому діапазоні температур і тиску. Через це лише декілька добре розміщених планет - і, можливо, жменька великих лун підтримують умови, необхідні для життя. У багатьох випадках все зводиться до форми небесної нерухомості - розташування, місцезнаходження, розташування ...
Раннє життя на Землі було дуже простим за формою та поведінкою. Хоча клітинні, їм не вистачало центрального ядра (прокаріотичного) та інших підструктур (органел). Не вистачає ядра, такі клітини розмножуються безстатево. Ці анаероби знижувались головним чином, створюючи (анаболізуючи) газ метану з водню та вуглекислого газу. Їм сподобалося тепло - і було багато, щоб обійти!
Те, що життя, розвинене на Землі, не повинно бути таким дивним, як можна було б подумати. Життя зараз вважається набагато міцнішим, ніж колись уявлялося. Навіть зараз гідротермальні отвори глибоко в океані викидають майже киплячу воду. Поруч з такими отворами життя - у вигляді гігантських трубчастих червів і молюсків - процвітає. Глибоко під поверхнею Землі виявлені мінерально-метаболізуючі анаеробні бактерії. Такі умови вважалися неможливими протягом більшої частини XX століття. Здається, життя зароджується навіть у найсуворіших умовах.
Коли життєві форми розвиваються у нашому світі, клітини розвивали органели - деякі, включаючи в свої структури менші, спеціалізованіші клітини. Планета охолола, її атмосфера прояснилася і сонячне проміння грало на океанах. Виникли первісні бактерії, які фіксували енергію від сонячного світла як їжі. Деякі залишилися прокаріотичними, а інші виробили ядро (еукаріотичне). Ці примітивні бактерії збільшували вміст кисню в земній атмосфері. Все це вийшло десь 2 мільярди років тому і мало важливе значення для підтримки якості та кількості життя, населеного в даний час «Синьою планетою».
Спочатку атмосфера складалася з менш ніж 1% кисню, але зі збільшенням рівня життєдіяльності бактерій, що харчуються, адаптувались до синтезу води з кисню та водню. Це звільняє набагато більше енергії, ніж здатний метаболізм метану. Контрольований синтез води був величезним досягненням для життя. Розгляньте експерименти з хімічної лабораторії середньої школи, де газ водень та кисень поєднуються, нагріваються та вибухають. Первісні форми життя повинні були навчитися обробляти цей дуже мінливий матеріал набагато безпечнішим способом - поклавши фосфор на завдання при перетворенні АДФ в АТФ і назад.
Пізніше - приблизно 1 мільярд років тому - сформувалися найпростіші багатоклітинні істоти. Це сталося, коли клітини зібралися для загального блага. Але такі істоти були простими колоніями. Кожна клітина була повністю самодостатньою і піклувалася про власні потреби. Все, що їм потрібно було, було постійне перебування у теплому бульйоні раннього океану для отримання поживних речовин та виведення відходів.
Наступний великий крок в еволюції життя2
з'явилися у міру розвитку спеціалізованих типів клітинної тканини. М’язи, нерви, епідерміс та хрящі сприяли розвитку безлічі складних життєвих форм, що населяють нашу планету - від квітучої рослини до молодого астронома! Але це найперше організоване створіння цілком могло бути хробаком (кольцевим), що проривається через морський шлам близько 700 мільйонів років тому. Не маючи очей та центральної нервової системи, вона мала лише здатність до дотику та смаку. Але тепер життя мало здатність диференціюватися та спеціалізуватися. Сама істота стала океаном ...
З появою добре організованих істот темп життя посилився:
До 500 MYA еволюціонували перші хребетні. Ймовірно, це істоти, подібні до вугрів, позбавлених зору, але чутливих до хімічних - і, можливо, електричних - змін у своєму середовищі.
До 450 MYA перші тварини (комахи) приєдналися до вкорінення рослин на суші.
Десь 400 МОЯ перших хребетних вилізли з моря. Це, можливо, була риба-амфібія, що існувала на комах і рослинного світу вздовж берега.
До 350 MYA - з'явилися перші плазуни, подібні до ігуани. Вони мали міцні, жорсткі щелепи в цілісному черепі. У міру того, як вони зростали, такі рептилії освітлювали черепи, додаючи отвори (поза простими очницями). До того, як динозаври домінували над землею, перед ними передували крокодили, черепахи та птеразаври (літаючі плазуни).
Первісні ссавці повертаються майже в 220 млн. Грн. Більшість цих істот були маленькими і схожими на гризунів. Пізніші версії розробили плаценту - але більш ранні види просто вилупили всередину яйця. Усі ссавці, звичайно, теплокровні, і тому повинні їсти несанкціоновано, щоб підтримувати температуру тіла, особливо в холодні вітряні ночі, відстежуючи слабкі галактики вздовж річки Ерідан ...
Як і ссавці, теплокровним птахам потрібно більше їжі, ніж плазунам - але як рептилії - відкладені яйця. Не погана ідея для істоти польоту! Сьогодні небесні птахи літають (наприклад, Лебідь Сигнус та Орел Акіла наприкінці літа), бо справжні птахи взяли крило близько 150 млн. Грн.
Найдавніші примати існували ще за часів вимирання динозаврів. Наслідки того, що самі динозаври перейшли у групу після того, як астероїд - або комета - вплинув на півострів Юкатан Сполучених Штатів Мексики. Після цієї катастрофічної події температура знизилася, як знизилася «ядерна» зима. За таких умов їжа була запасною, але теплокровність прийшла в свої сили. Однак раніше одного типу «гігантизму» незабаром не замінили іншого - самі ссавці виросли до надзвичайних розмірів і найбільше розвинулися в утробі моря і зараз набувають виду великих китів.
Кінець "жахливих ящірок" був не першим масовим вимиранням життя - перед цим передували чотири попередні вимирання. Сьогодні, усвідомлюючи потенціал інших подібних катаклізмних впливів, деякі світові астрономи стежать за навколоземними орбітами, що залишилися від утворення сонячної системи. Найменші типи - наприклад, метеори - виставляють нешкідливі небесні світлові шоу. Більш великі метеори (боліди) періодично поширюють «полум’я» і слідують «димом», коли вони руйнуються на Землю. Більш крупні тіла залишили просочення природного спустошення через милі лісів - навіть не залишивши за собою сліду власного "партійного краху". Але більші зловмисники мало такої скромності. Астероїд або комета діаметром один кілометр означала б абсолютне лихо для населення. Органи, що в десять разів перевищують цей розмір, можуть спричинити масові відмирання такого типу, які написали кінець динозаврії.
Люди спочатку йшли вертикально близько 6 мільйонів. Це, мабуть, сталося, коли шлях розходився між протошимпанзе та ранніми гомінідами. Це розбіжність пішло за десятимільйонним періодом бурхливої еволюції приматів і вступило в шестимільйонний цикл еволюції людини. Перші кам'яні знаряддя були зроблені рукою людини приблизно 2 мільйони років тому. Мільйон років вогню було запряжено деяким підприємливим представником людського виду. Технологія набирала обертів дуже повільно - сотні тисяч років минули без значного вдосконалення знарядь праці, використовуваних племінними суспільствами давно минулого.
Сучасна людина виникла понад 200 000 років тому. Приблизно через 125 тисяч років сталася подія, яка, можливо, зменшила все людське населення планети Земля до менш ніж 10 000 особин. Ця подія не мала позаземного характеру - сама Земля, ймовірно, вибухнула «вогнем та сірою каменем» під час виверження газової камери магми (подібно до національного парку Єллоустоун у західній частині США). Пройшло ще 65 000 років, і кам'яний вік поступився віком сільського господарства. До 5000 років тому перші міста-держави згуртувалися в родючих долинах, оточених далеко не гостинними кліматами. Цілі цивілізації прийшли і пішли. Кожен передає факел культури і технологію, що повільно розвивається до наступної. Сьогодні минуло лише кілька коротких століть з часу появи перших лінз скла у формі людини, які перетворили людське око на речі Нічного неба.
Сьогодні величезні дзеркала та космічні зонди дозволяють нам споглядати величезні простори Всесвіту. Ми бачимо, що Космос динамічний і цілком можливо захоплюючий життям ряснішим, ніж хто-небудь міг собі уявити. Як світло і матерія, життя може бути дуже важливою якістю простору-часу. Життя може бути таким же універсальним, як гравітація - і таким же особистим, як вечір наодинці з телескопом під нічним небом ...
1 Фактично, радіочастотний спектрографічний відбиток принаймні однієї амінокислоти (гліцину) був знайдений у величезних хмарах пилу та газу в міжзоряному середовищі (ISM). (Див. Амінокислоту, знайдену в глибокому космосі).
2 Те, що життя розвивається від менш складних до більш досконалих форм, - питання поза науковим суперечкою. Саме те, як відбувається цей процес, є питанням глибокого поділу в людському суспільстві. Астрономи, на відміну від біологів, не зобов'язані вести якусь конкретну теорію з цього питання. Незалежно від того, чи є випадком мутація та природний відбір, що рухає цим процесом, чи існує якась невидима «рука», яка може принести подібні речі, поза межами сфери астрономічних розслідувань. Астрономів цікавлять структури, умови та процеси у Всесвіті взагалі. Оскільки життя стає більш помітним у цій дискусії, про астрономію - зокрема екзобіологію - доведеться сказати більше про це. Але сам факт, що астрономи можуть дозволити природі говорити з таких питань, як раптове і миттєве «творіння ex nihilo» у формі Великого вибуху, показує, наскільки гнучким є астрономічне мислення щодо кінцевих джерел.
Підтвердження: Моя подяка виходить екзобіологу
Ендрю Похоріл з НАСА, який просвітив мене щодо великого значення гідрофобного впливу на формування самоорганізуючих структур. Для отримання додаткової інформації про екзобіологію, будь ласка, відвідайте офіційний веб-сайт Екзобіології НАСА «Життя через космос та час» НАСА, через який я мав щастя зв’язатися з Ендрю.
Про автора:
Натхненний шедевром початку 1900 року: "Небо через три, чотири і п'ять дюймових телескопів", Джефф Барбур отримав початок в астрономії та космічній науці у семирічному віці. В даний час Джефф приділяє значну частину свого часу спостереженню за небом та підтримці веб-сайту
Astro.Geekjoy
