Popular science
June 2018 19

Найдут ли когда-нибудь учёные жизнь, появившуюся не на планете?

Original author: Ethan Siegel
Translation


Атомы способны связываться в молекулы, в том числе и органические, как на планетах, так и в космосе. Возможно ли, что жизнь появилась не просто до появления Земли, но и вообще не на планете?

После раскрытия свойств других миров нашей Солнечной системы стало ясно, что Земля уникальна. Только у нас есть жидкая вода на поверхности; только у нас есть разнообразная, сложная, многоклеточная жизнь, свидетельства которой можно увидеть с орбиты; только у нас есть огромные количества атмосферного кислорода. У иных миров могут быть скрытые под поверхностью океаны или свидетельства наличия жидкой воды в прошлом, и одноклеточная жизнь, или свидетельства существования жизни в прошлом. Конечно, в других звёздных системах могут существовать землеподобные миры, с условиями, достаточно сходными с теми, в которых тут возникла жизнь. Но землеподобная планета не обязательна для существования жизни; недавние свидетельства показывают, что никакой мир может и не понадобиться. Возможно, что жизнь существует в глубинах межзвёздного пространства.


Признаки наличия органических молекул, порождающих жизнь, встречаются по всему космосу, включая и ближайший к нам крупный регион формирования звёзд: туманность Ориона.

Насколько нам известно, для жизни необходимо выполнение лишь нескольких главных требований. Нам нужна:

  • сложная молекула или набор молекул,
  • которые способны кодировать информацию,
  • которая будет ключевым мотиватором активности организма,
  • который будет способен заниматься сбором и накоплением энергии и превращением её в работу,
  • в результате чего он сможет копировать сам себя и передавать информацию, закодированную в нём, следующему поколению.

Между жизнью и не жизнью есть тонкие грани, которые мы иногда не можем определить точно – к примеру, бактерии считаются жизнью, кристаллы не считаются, а по поводу вирусов до сих пор идут споры.


Формирование и рост снежинки, определённой конфигурации ледяного кристалла. Хотя молекулярная структура кристаллов позволяет им воспроизводство и самокопирование, они не применяют энергию и не кодируют генетической информации.

Но зачем для появления жизни вообще нужна планета? Конечно, водная среда, которую обеспечивают океаны, может служить местом процветания известной нам жизни, но первичные её ингредиенты мы находим по всей Вселенной. Звёзды через планетарные туманности, сверхновые, столкновения нейтронных звёзд и выбросы массы (включая и другие процессы) жгут водород и гелий, синтезируя целый набор стабильных элементов периодической таблицы. Спустя достаточное количество поколений звёзд Вселенная заполняется этими элементами. Это большое количество углерода, азота, кислорода, кальция, фосфора, калия, натрия, серы, магния и хлора. Вместе с водородом эти элементы составляют 99,5% человеческого тела.


Элементы, составляющие человеческое тело и наиболее важные для жизни находятся по всей периодической таблице, но все они могут быть созданы в процессах, идущих внутри звёзд нескольких типов

Чтобы связать эти элементы вместе в интересную органическую конфигурацию, необходим источник энергии. У Земли есть Солнце, но в Млечном Пути есть миллиарды звёзд, а также множество межзвёздных источников энергии. Нейтронные звёзды, белые карлики, остатки сверхновых, протопланеты и протозвёзды, туманности, и много чего ещё заполняют наш Млечный Путь и все крупные галактики. Наблюдая за выброшенной молодыми звёздами материей, протопланетными туманностями и газовыми облаками в межзвёздном пространстве, мы находим весьма разные сложные молекулы. Среди них – аминокислоты, сахара, ароматические соединения (арены), и даже такие эзотерические вещи, как этилформиат, придающий [якобы / прим. перев.] аромат малине.


В межзвёздном пространстве полно разновидностей органических молекул, включая и бакминстерфуллерены, которые были найдены в разных местах

Есть даже свидетельства наличия в космосе бакминстерфуллеренов (или бакиболов – C60), имеющихся в остатках взорвавшихся звёзд. Но если вернуться на Землю, то и тут можно найти свидетельства наличия этих органических материалов в весьма неорганических местах: внутри метеоров, упавших из космоса на землю. На Земле существует 20 различных аминокислот, играющих роль в биологических процессах. В теории у всех аминокислот, составляющих белки, идентичная структура, за исключением радикалов, которые могут состоять из разных атомов, собранных в различные конфигурации. В земных жизненных процессах участвуют только эти 20, и практически у всех молекул левосторонняя хиральность. Но внутри остатков астероидов можно обнаружить 80 различных аминокислот, и одинаково много с правой и левой хиральностью.


В Мурчисонском метеорите, упавшем в Австралии в XX веке, было найдено множество аминокислот, не встречающихся в природе.

Если взглянуть на простейшие из существующих сегодня видов жизни, и на то, когда на Земле появились другие, более сложные формы жизни, мы заметим интересную закономерность: количество информации, кодируемой в геноме, возрастает вместе со сложностью. Это имеет смысл, поскольку мутации, копии и избыточность увеличивают содержащуюся внутри информацию. Но даже если посмотреть на геном без избыточности, мы обнаружим не просто увеличение информации – она увеличивается со времени логарифмически. Если пойти назад во времени, то мы обнаружим, что:

  • У млекопитающих с 0,1 млрд лет назад есть 6 × 109 спаренных оснований.
  • У рыб с 0,5 млрд лет назад есть 109 спаренных оснований.
  • У червей с 1,0 млрд лет назад есть 8 × 108 спаренных оснований.
  • У эукариотов с 2,2 млрд лет назад есть 3 × 106 спаренных оснований.
  • У прокариотов, первой формы жизни с 3,5 млрд лет назад, есть 7 × 105 спаренных оснований.

Построив график зависимости, мы получим нечто примечательное и интригующее:


На этом полулогарифмическом графике сложность организмов, измеряемая по длине функциональной не избыточной ДНК на геном, считаемой по парам оснований, линейно растёт со временем. Время считается назад, в миллиардах лет, до сегодняшнего дня (0). [Момент появления планеты Земля отмечен вертикальной жирной чертой (-4,5 млрд лет) / прим. перев.]

Либо жизнь на Земле началась со сложности порядка 100 000 спаренных оснований в первом организме, или она началась на миллиарды лет раньше в более простом виде. Это могло произойти на ранее существовавшем мире, чьё содержимое перемещалось по космосу и в итоге попало на Землю в великом событии панспермии, что, конечно же, возможно. Но также возможно, что в глубинах межзвёздного пространства энергия от звёзд и катаклизмов, происходящих в галактике, обеспечила окружение, подходящее для сборки молекул. Это не обязательно должна была быть жизнь в форме клетки; но молекула, способная собирать энергию из окружающей среды, выполнять определённую функцию и воспроизводить себя, кодируя необходимую для её существования информацию в воспроизведённой молекуле, как раз подходит под определение жизни.


Туманность, богатая газом, вытолкнутым в межзвёздное пространство горячими новыми звёздами, сформировавшимися в центральном регионе. Земля могла сформироваться в таком же регионе, и он уже мог кишмя кишеть примитивными формами жизни, подчиняющимися определённым правилам и определениям.

Так что если мы хотим понять происхождение жизни на Земле, или жизни вне Земли, нам, возможно, не обязательно отправляться в другой мир. Главные секреты, дающие ключ к жизни, могут скрываться в наименее подходящем для этого месте: в бездне межзвёздного пространства. Если ответ лежит там, это может научить нас тому, что в космосе могут существовать не только ингредиенты жизни, но и сама жизнь. Возможно, нам лишь надо научиться, как и где её искать.


Наличие гликольальдегидов – простых сахаров – в облаке межзвёздного газа

Одно ясно точно. Если в межзвёздном пространстве существует жизнь, тогда практически на любой мир, формирующийся во Вселенной, ко времени, когда он появится, будет занесена жизнь. Если там будет любая защита от смертельного излучения родительской звезды и источник энергии, а также дружелюбная для развития жизни среда, то эволюция, в результате которой появляется нечто сложное, может оказаться неизбежной. Когда-нибудь учёные могут не только обнаружить жизнь, появившуюся не на планете – но и то, что жизнь нашего мира обязана происхождением глубинам межзвёздного пространства.
+17
8.8k 24
Support the author
Comments 9
Top of the day