Супернова остатък N 63A. Кредит за изображение: Hubble Кликнете за увеличение
Животът на Земята стана възможен от смъртта на звезди. Атоми като въглерод и кислород бяха изгонени през последните няколко умиращи газове на звезди, след като окончателните им доставки на водородно гориво бяха изразходвани.
Как тези звездни неща се събраха, за да образуват живот, все още е загадка, но учените знаят, че някои атомни комбинации са били необходими. Вода - два водородни атома, свързани с един кислороден атом, бяха жизненоважни за развитието на живота на Земята и затова мисиите на НАСА сега търсят вода в други светове с надеждата да намерят живот другаде. Органичните молекули, изградени предимно от въглеродни атоми, също се смятат за важни, тъй като целият живот на Земята се основава на въглерод.
Най-популярните теории за произхода на живота казват, че необходимата химия е възникнала при хидротермални отвори на океанското дъно или в някакъв плитък басейн, облян от слънце. Откритията през последните няколко години обаче показват, че много от основните материали за живота се оформят в студените дълбочини на космоса, където животът, както знаем, не е възможен.
След като умиращите звезди отделят въглерод, част от въглеродните атоми се комбинират с водород и образуват полициклични ароматни въглеводороди (PAHs). ПАУ - вид въглеродна сажди, подобен на изгорелите части на изгорелия тост - са най-обилните органични съединения в космоса и основна съставка на метеоритите от въглеродни хондрити. Въпреки че PAH не се намират в живи клетки, те могат да бъдат превърнати в хинони, молекули, които участват в клетъчните енергийни процеси. Например, хиноните играят основна роля във фотосинтезата, като помагат на растенията да превърнат светлината в химическа енергия.
Трансформацията на PAH се случва в междузвездни облаци от лед и прах. След като плава из космоса, PAH сажди в крайна сметка се кондензира в тези „плътни молекулярни облаци“. Материалът в тези облаци блокира някои, но не всички остри радиации на космоса. Излъчването, което филтрира през, променя ПАУ и други материали в облаците.
Инфрачервените и радио телескопни наблюдения на облаците са открили PAH, както и мастни киселини, прости захари, слабо количество от аминокиселината глицин и над 100 други молекули, включително вода, въглероден окис, амоняк, формалдехид и циановодород.
Облаците никога не са били взети проба директно - те са твърде далеч - така че за да потвърдят какво се случва химически в облаците, изследователски екип, ръководен от Макс Бернщайн и Скот Сандфорд в лабораторията по астрохимия в Научния център на Еймс на НАСА, създаде експерименти, които да имитират облачните условия.
В един експеримент, смес от PAH / вода се отлага на пара върху сол и след това се бомбардира с ултравиолетово (UV) лъчение. Това позволява на изследователите да наблюдават как основният скелет на ПАХ се превръща в хинони. Облъчването на замразена смес от вода, амоняк, циановодород и метанол (химически предшественик на формалдехид) генерира аминокиселините глицин, аланин и серин - трите най-разпространени аминокиселини в живите системи.
Учените са създали примитивни органични клетъчни структури или везикули.
Тъй като UV не е единственият вид радиация в космоса, изследователите също са използвали генератор Van de Graaff за бомбардиране на PAH с протони на мега-електронни волта (MeV), които имат енергия, подобна на космическите лъчи. Резултатите от MeV за PAH бяха сходни, макар и не идентични с UV бомбардировките. Все още не е проведено проучване на MeV за аминокиселините.
Тези експерименти предполагат, че UV и други форми на радиация осигуряват енергията, необходима за разрушаване на химичните връзки при ниските температури и налягането на плътните облаци. Тъй като атомите все още са заключени в лед, молекулите не се разпадат, а вместо това се рекомбинират в по-сложни структури.
В друг експеримент, ръководен от Джейсън Дворкин, замразена смес от вода, метанол, амоняк и въглероден оксид е била подложена на UV лъчение. Тази комбинация дава органичен материал, който образува мехурчета, когато се потапя във вода. Тези мехурчета напомнят клетъчните мембрани, които обграждат и концентрират химията на живота, отделяйки го от външния свят.
Мехурчетата, получени в този експеримент, бяха между 10 и 40 микрометра, или около размера на червените кръвни клетки. Забележително е, че мехурчетата флуоресцират или светят, когато са изложени на UV светлина. Поглъщането на UV и превръщането му във видима светлина по този начин би могло да осигури енергия на примитивната клетка. Ако такива мехурчета играеха роля в произхода на живота, флуоресценцията можеше да бъде предшественик на фотосинтезата.
Флуоресценцията също може да действа като слънцезащитен крем, разсейвайки всякакви щети, които в противен случай биха били нанесени от UV лъчение. Такава защитна функция би била жизненоважна за живота на ранната Земя, тъй като озоновият слой, който блокира най-разрушителните слънчеви лъчи на Слънцето, не се образува, докато фотосинтетичният живот не започне да произвежда кислород.
От космическите облаци до семената на живота
Плътните молекулярни облаци в космоса в крайна сметка гравитационно се сриват, образувайки нови звезди. Някои от остатъчния прах по-късно се струпват заедно, за да образуват астероиди и комети, а някои от тези астероиди се струпват заедно, образувайки планетарни ядра. Тогава на нашата планета животът възниква от каквито и да са основни материали.
Големите молекули, необходими за изграждането на живи клетки, са:
* Протеини
* Въглехидрати (захари)
* Липиди (мазнини)
* Нуклеинова киселина
Установено е, че метеоритите съдържат аминокиселини (градивни елементи на протеини), захари, мастни киселини (градивни елементи на липидите) и основи на нуклеиновите киселини. Метеоритът Мърчисън например съдържа вериги от мастни киселини, различни видове захари, всички пет основи на нуклеиновите киселини и повече от 70 различни аминокиселини (в живота се използват 20 аминокиселини, само шест от които са в метеорита на Мърчисън).
Тъй като такива въглеродни метеорити обикновено са еднородни по състав, се смята, че те представляват първоначалния прашен облак, от който са се родили Слънцето и Слънчевата система. Така че изглежда, че почти всичко необходимо за живота е било налично в началото и метеоритите и кометите след това извършват свежи доставки на тези материали до планетите във времето.
Ако това е вярно и ако молекулите на молекулния прах са химически сходни в цялата галактика, тогава съставките за живота трябва да бъдат широко разпространени.
Недостатъкът на абиотичното производство на съставки за цял живот е, че никоя от тях не може да се използва като „биомаркери“, показатели, че животът съществува в определена среда.
Макс Бернщайн посочва метеорита 84001 на Алън Хилс като пример за биомаркери, които не са дали доказателство за живота. През 1996 г. Дейв Маккей от космическия център на Джонсън в НАСА и неговите колеги обявиха, че в този марсиански метеорит има четири възможни биомаркера. ALH84001 има въглеродни глобули, съдържащи PAH, минерално разпределение, предполагащо биологична химия, кристали на магнетит, наподобяващи тези, произведени от бактерии, и форми, подобни на бактерии. Докато всеки сам не се смяташе за доказателство за цял живот, четиримата във връзка изглеждаха непреодолими.
След съобщението на Маккей, последващи проучвания установяват, че всеки от тези така наречени биомаркери също може да бъде произведен с неживи средства. Затова повечето учени сега са склонни да вярват, че метеоритът не съдържа вкаменен извънземен живот.
„Веднага щом постигнаха резултата, хората започнаха да стрелят по тях, защото така работи“, казва Бернщайн. „Шансовете ни да не направим грешка, когато измислим биомаркер на Марс или на Европа, ще бъдат много по-добри, ако вече направихме еквивалент на това, което направиха тези момчета, след като McKay и др. Публикуваха своята статия.“
Бернщайн казва, че симулирайки условията на други планети, учените могат да разберат какво трябва да се случва там химически и геоложки. След това, когато посещаваме една планета, можем да видим доколко реалността съвпада с прогнозите. Ако има нещо на планетата, което не очаквахме да открием, това може да е знак, че жизнените процеси са променили картината.
„Това, което имате на Марс или на Европа, е материал, който е доставен“, казва Бернщайн. „Плюс това, вие имате всичко, което се е формирало впоследствие от всякакви условия. Така че (за да търсите живот), трябва да погледнете молекулите, които са там, и да имате предвид химията, която може да се е случила с течение на времето. "
Бернщайн смята, че хиралността, или „мощността на молекулата“, може да бъде биомаркер за други светове. Биологичните молекули често се предлагат в две форми, които, макар и да са химически идентични, имат противоположни форми: „ляв” и огледален образ, „десен”. Преносимостта на молекулата се дължи на това как атомите се свързват. Докато херметичността е равномерно разпръсната в цялата природа, в повечето случаи живите системи на Земята имат леви аминокиселини и десни захари. Ако молекулите на други планети показват различно предпочитание в ръцете, казва Бернщайн, това може да е индикация за живот на извънземни.
„Ако отидохте на Марс или Европа и видяхте пристрастие, подобно на нашето, със захари или аминокиселини, които имат нашата хиралност, хората просто биха подозирали, че става въпрос за заразяване“, казва Бернщайн. "Но ако видяхте аминокиселина с отклонение вдясно или ако видяхте захар, която има отклонение вляво - с други думи, не нашата форма - това би било наистина убедително."
Въпреки това, Бернщайн отбелязва, че хиралните форми, открити в метеоритите, отразяват видяното на Земята: метеоритите съдържат леви аминокиселини и десни захари. Ако метеоритите представляват шаблона за живот на Земята, тогава животът другаде в Слънчевата система също може да отразява същите пристрастия към херметичността. По този начин може да е необходимо нещо повече от хиралност за доказателство за живота. Бернщайн казва, че намирането на вериги от молекули, „като няколко аминокиселини, свързани заедно“, също може да бъде доказателство за живота, „защото в метеоритите сме склонни да виждаме единични молекули“.
Оригинален източник: Астробиология на НАСА
