Залишок наднової N 63A. Кредит зображення: Хаббл Натисніть, щоб збільшити
Життя на Землі стало можливим завдяки смерті зірок. Атоми, такі як вуглець і кисень, були вигнані в останні кілька загиблих задирок зірок після остаточного запасу водневого палива.
Як ця зіркова штука зібралася для формування життя, поки залишається загадкою, але вчені знають, що певні комбінації атомів були необхідними. Вода - два атоми водню, пов'язані з одним атомом кисню, були життєво важливими для розвитку життя на Землі, і тому місії NASA зараз шукають воду в інших світах з надією знайти життя в іншому місці. Органічні молекули, побудовані переважно з атомів вуглецю, також вважаються важливими, оскільки все життя на Землі засноване на вуглеці.
Найпопулярніші теорії походження життя стверджують, що необхідна хімія відбулася у гідротермальних отворах на океанському дні чи в якомусь невеликому басейні, освітленому сонячним промінням. Однак відкриття за останні кілька років показали, що багато основних матеріалів для життя формуються в холодних глибинах космосу, де життя, як ми знаємо, неможливе.
Після вмирання зірок виділяється вуглець, частина атомів вуглецю поєднується з воднем, утворюючи поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАВ). ПАУ - вид вуглецевої сажі, подібний до випалених порцій обпаленого тосту - є найпоширенішими органічними сполуками у космосі та основним інгредієнтом метеоритів хондритів вуглецю. Хоча ПАВ не містяться в живих клітинах, вони можуть бути перетворені в хінони, молекули, які беруть участь у процесах клітинної енергії. Наприклад, хінони відіграють важливу роль у фотосинтезі, допомагаючи рослинам перетворювати світло на хімічну енергію.
Перетворення ПАУ відбувається в міжзоряних хмарах льоду та пилу. Після плавання через космос саха ПАХ зрештою конденсується в ці «щільні молекулярні хмари». Матеріал у цих хмарах блокує деяке, але не все суворе випромінювання космосу. Випромінювання, яке фільтрує, модифікує ПАУ та інший матеріал у хмарах.
Інфрачервоні та радіотелескопні спостереження за хмарами виявили ПАВ, а також жирні кислоти, прості цукри, слабкі кількості амінокислоти гліцину та понад 100 інших молекул, включаючи воду, оксид вуглецю, аміак, формальдегід та ціанід водню.
Хмари ніколи не брали проби безпосередньо - вони занадто далеко - тому для підтвердження того, що хімічно відбувається в хмарах, дослідницька група під керівництвом Макса Бернштейна та Скотта Сандфорда в лабораторії астрохімії в дослідницькому центрі Еймса НАСА створила експерименти для імітації хмарні умови.
В одному експерименті суміш ПАХ / вода осаджується паром на сіль і потім бомбардується ультрафіолетовим (УФ) випромінюванням. Це дозволяє дослідникам спостерігати, як основний скелет ПАВ перетворюється на хінони. Опромінення замерзлої суміші води, аміаку, ціаніду водню та метанолу (хімічний попередник формальдегіду) генерує амінокислоти гліцин, аланін та серин - три найпоширеніші амінокислоти в живих системах.
Вчені створили примітивні органічні структури, подібні клітинам, або везикули.
Оскільки УФ - не єдиний тип випромінювання в космосі, дослідники також використовували генератор Ван де Граафа для бомбардування ПАУ протонами мега-електронного вольта (МеВ), які мають енергію, подібну до космічних променів. Результати MeV для ПАВ були схожими, хоча не ідентичними ультрафіолетовим обстрілам. Дослідження MeV на амінокислоти ще не проводилось.
Ці експерименти припускають, що УФ та інші форми випромінювання забезпечують енергію, необхідну для розриву хімічних зв'язків при низьких температурах і тисках щільних хмар. Оскільки атоми все ще замикаються на льоду, молекули не розлітаються, а замість цього рекомбінуються у складніші структури.
В іншому експерименті під керівництвом Джейсона Дворкіна заморожена суміш води, метанолу, аміаку і оксиду вуглецю була піддана УФ-випромінюванню. Ця комбінація дала органічний матеріал, який утворював бульбашки при зануренні у воду. Ці бульбашки нагадують клітинні мембрани, які оточують і концентрують хімію життя, відокремлюючи її від зовнішнього світу.
Бульбашки, що утворюються в цьому експерименті, становили від 10 до 40 мікрометрів, або приблизно розмір еритроцитів. Примітно, що бульбашки флуоресцирували або світилися при впливі УФ-світла. Поглинання УФ та перетворення його у видиме світло таким чином могло б забезпечити енергією примітивної клітини. Якби такі бульбашки відігравали певну роль у виникненні життя, флуоресценція могла бути попередником фотосинтезу.
Флуоресценція також може діяти як сонцезахисний крем, дифундуючи будь-які пошкодження, які в іншому випадку були б нанесені УФ-випромінюванням. Така захисна функція мала б життєво важливе значення для життя на ранній Землі, оскільки озоновий шар, який блокує найбільш руйнівні ультрафіолетові промені Сонця, не сформувався, поки фотосинтетичне життя не почало виробляти кисень.
Від космічних хмар до насіння життя
Густі молекулярні хмари в просторі з часом гравітаційно руйнуються, утворюючи нові зірки. Частина залишків пилу згодом згущується, утворюючи астероїди і комети, а деякі з цих астероїдів зливаються разом, утворюючи планетарні ядра. На нашій планеті життя тоді виникало з будь-яких основних матеріалів, які були під рукою.
Великі молекули, необхідні для побудови живих клітин:
* Білки
* Вуглеводи (цукру)
* Ліпіди (жири)
* Нуклеїнові кислоти
Було встановлено, що метеорити містять амінокислоти (будівельні блоки білків), цукру, жирні кислоти (будівельні блоки ліпідів) та основи нуклеїнових кислот. Наприклад, метеорит Мерчісона містить ланцюги жирних кислот, різні типи цукрів, усі п’ять основ нуклеїнової кислоти та понад 70 різних амінокислот (у житті використовується 20 амінокислот, лише шість із яких є метеоритом Мерчісона).
Оскільки такі вуглецеві метеорити, як правило, однакові за складом, вони вважаються представником початкової хмари пилу, з якої народилося Сонце та Сонячна система. Отож, здається, що майже все, що потрібно для життя, було доступно на початку, а метеорити та комети потім роблять свіжі поставки цих матеріалів на планети з часом.
Якщо це правда, і якщо молекулярні хмари пилу хімічно схожі по всій галактиці, то інгредієнти для життя повинні бути широко поширені.
Мінусом абіотичного виробництва інгредієнтів для життя є те, що жоден з них не може бути використаний як «біомаркер», показник того, що життя існує в певному середовищі.
Макс Бернштейн вказує на метеорит 84001 Алан-Хіллз як на приклад біомаркерів, які не давали доказів життя. У 1996 році Дейв Маккей з космічного центру Джонсона NASA та його колеги оголосили, що в цьому марсіанському метеориті є чотири можливі біомарки. ALH84001 мав вуглецеві кульки, що містять PAH, мінеральний розподіл, що говорить про біологічну хімію, кристали магнетиту, що нагадують вироблені бактеріями, і форми, подібні бактеріям. Хоча кожен поодинці не вважався доказом життя, ці чотири спільно здавалися переконливими.
Після оголошення Маккея, наступні дослідження встановили, що кожен з цих так званих біомаркерів також може бути вироблений неживими способами. Тому більшість вчених зараз схиляються до думки, що метеорит не містить скам’янілого чужорідного життя.
"Як тільки вони отримали результат, люди почали стріляти по них, бо це так, як це працює", - каже Бернштейн. "Наші шанси не помилитися, коли ми придумаємо біомаркер на Марсі чи на Європі, будуть набагато кращими, якщо ми вже зробили еквівалент тому, що зробили ті хлопці після того, як McKay та ін. Опублікували свою статтю".
Бернштейн каже, що, моделюючи умови на інших планетах, вчені можуть зрозуміти, що має відбуватися там хімічно та геологічно. Потім, відвідуючи планету, ми можемо побачити, наскільки реально відповідає прогнозам. Якщо на планеті є щось, чого ми не очікували знайти, це може бути свідченням того, що життєві процеси змінили картину.
"Те, що ви маєте на Марсі чи Європі, - це матеріал, який доставляють", - каже Бернштейн. «Крім того, у вас є все, що згодом склалося з будь-яких умов. Отже (щоб шукати життя), вам потрібно подивитися на молекули, які там є, і пам’ятати про хімію, яка, можливо, трапилася з часом ».
Бернштейн вважає, що хиральність, або молекулярна «ручність», може бути біомаркером для інших світів. Біологічні молекули часто бувають у двох формах, які, хоча є хімічно однаковими, мають протилежні форми: «лівша» та її дзеркальне зображення - «праворука». Порушення молекули пов'язане з тим, як зв'язуються атоми. Хоча рухливість рівномірно розподілена по всій природі, у більшості випадків живі системи на Землі мають ліворукі амінокислоти та праві цукри. Якщо молекули на інших планетах виявляють іншу перевагу в руці, говорить Бернштейн, це може бути свідченням чужорідного життя.
"Якщо ви їхали на Марс або Європу і бачили ухил такий же, як у нас, із цукрами або амінокислотами, які мають нашу хіральність, люди просто підозрювали б, що це забруднення", - каже Бернштейн. "Але якщо ви побачили амінокислоту з ухилом вправо, або якщо ви побачили цукор, який мав ухил вліво - іншими словами, не наша форма - це було б справді переконливо".
Однак Бернштейн зазначає, що хіральні форми, знайдені в метеоритах, відображають те, що можна побачити на Землі: метеорити містять ліві амінокислоти та праві цукри. Якщо метеорити представляють шаблон для життя на Землі, то життя в іншому місці Сонячної системи також може відображати той самий ухил в руці. Таким чином, для підтвердження життя може знадобитися щось більше, ніж хиральність. Бернштейн каже, що знаходження ланцюгів молекул, "таких, як пара амінокислот, пов'язаних між собою", також може бути свідченням життя, "оскільки в метеоритах ми, як правило, бачимо окремі молекули".
Оригінальне джерело: NASA Astrobiology
