Supernova ostanek N 63A. Kreditna slika: Hubble Klikni za povečavo
Življenje na Zemlji je omogočilo smrt zvezd. Atomi, kot sta ogljik in kisik, so bili izpuščeni v zadnjih nekaj umirajočih plisih zvezd, potem ko so se dokončno porabile vodikove goriva.
Kako so se te zvezde združile v življenje, je še vedno skrivnost, vendar znanstveniki vedo, da so bile potrebne nekatere kombinacije atomov. Voda - dva atoma vodika, povezana z enim kisikovim atomom, sta bila ključnega pomena za razvoj življenja na Zemlji, zato NASA-ine misije zdaj iščejo vodo na drugih svetovih v upanju, da bi našli življenje drugje. Pomembne so tudi organske molekule, zgrajene večinoma iz ogljikovih atomov, saj vse življenje na Zemlji temelji na ogljiku.
Najbolj priljubljene teorije o nastanku življenja pravijo, da se je potrebna kemija pojavila pri hidrotermalnih odprtinah na oceanskem dnu ali v nekem plitkem bazenu, osvetljenem soncu. Vendar pa odkritja v zadnjih nekaj letih kažejo, da se veliko osnovnih materialov za življenje oblikuje v hladnih globinah prostora, kjer življenje, kot ga poznamo, ni mogoče.
Potem ko zvezde umirajo iz ogljika, se nekateri ogljikovi atomi združujejo z vodikom in tvorijo policiklične aromatske ogljikovodike (PAH). PAH-ji - nekakšna ogljikova saja, podobna ožganim delom zgorelega tosta - so najpogostejše organske spojine v vesolju in glavna sestavina meteoritov ogljikovih hondritov. Čeprav PAH ne najdemo v živih celicah, jih je mogoče pretvoriti v kinone, molekule, ki sodelujejo v celičnih energetskih procesih. Na primer, kinoni igrajo bistveno vlogo pri fotosintezi in pomagajo rastlinam, da svetlobo pretvorijo v kemično energijo.
Transformacija PAH se zgodi v medzvezdnih oblakih ledu in prahu. Po plavanju skozi vesolje se PAH saje sčasoma kondenzirajo v te "goste molekularne oblake." Material v teh oblakih blokira nekaj, vendar ne vseh, močnih sevanj prostora. Sevanje, ki filtrira skozi, spreminja PAH in drug material v oblakih.
Infrardeči in radio-teleskopski opazovanja oblakov so zaznala PAH, pa tudi maščobne kisline, preproste sladkorje, šibke količine aminokisline glicin in več kot 100 drugih molekul, vključno z vodo, ogljikovim monoksidom, amoniakom, formaldehidom in cianidom vodika.
Oblaki niso bili nikoli vzorčeni neposredno - so predaleč - zato so za potrditev tega, kar se kemično dogaja v oblakih, raziskovalna skupina pod vodstvom Maxa Bernsteina in Scotta Sandforda v astrotehničnem laboratoriju v Nasinem raziskovalnem centru Ames ustanovila poskuse, ki bi posnemali razmere v oblaku.
V enem poskusu se mešanica PAH / voda odloži hlapi na sol in nato bombardira z ultravijoličnim (UV) sevanjem. To omogoča raziskovalcem, da opazujejo, kako se osnovni okostje PAH spreminja v kinone. Ob obsevanju zamrznjene mešanice vode, amonijaka, vodikovega cianida in metanola (predhodnika kemikalije do formaldehida) nastajajo aminokisline glicin, alanin in serin - tri najpogostejše aminokisline v živih sistemih.
Znanstveniki so ustvarili primitivne organske celicam podobne strukture ali vezikle.
Ker UV ni edina vrsta sevanja v vesolju, so raziskovalci uporabili tudi Van de Graaffov generator za bombardiranje PAH z protoni mega-elektronskih voltov (MeV), ki imajo energijo podobno kot kozmični žarki. Rezultati MeV za PAH so bili podobni, čeprav niso identični UV-bombardiranju. MeV študija za aminokisline še ni bila izvedena.
Ti poskusi kažejo, da UV in druge oblike sevanja zagotavljajo energijo, potrebno za razpad kemičnih vezi pri nizkih temperaturah in pritiskih gostih oblakov. Ker so atomi še vedno zaprti v ledu, se molekule ne razletijo, temveč se rekombinirajo v bolj zapletene strukture.
V drugem poskusu, ki ga je vodil Jason Dworkin, smo zamrznjeno mešanico vode, metanola, amoniaka in ogljikovega monoksida podvrgli UV-sevanju. Ta kombinacija je dala organski material, ki ob potopitvi v vodo tvori mehurčke. Ti mehurčki spominjajo na celične membrane, ki obdajajo in koncentrirajo kemijo življenja, ločujejo ga od zunanjega sveta.
Mehurčki, ustvarjeni v tem poskusu, so bili od 10 do 40 mikrometrov, ali približno velikosti rdečih krvnih celic. Izjemno je, da so mehurčki fluorescirali ali žareli, ko so bili izpostavljeni UV svetlobi. Absorpcija UV in pretvorba v vidno svetlobo na ta način lahko priskrbi energijo primitivni celici. Če bi takšni mehurčki igrali vlogo pri nastanku življenja, bi lahko fluorescenca bila predhodnica fotosinteze.
Fluorescenca lahko deluje tudi kot zaščita pred soncem in razprši kakršno koli škodo, ki bi jo sicer povzročilo UV-sevanje. Takšna zaščitna funkcija bi bila življenjsko pomembna za življenje na zgodnji Zemlji, saj ozonski sloj, ki preprečuje sončne najbolj uničujoče UV žarke, ni bil oblikovan, dokler fotosintetično življenje ni začelo proizvajati kisika.
Od vesoljskih oblakov do semen življenja
Gosti molekularni oblaki v vesolju se sčasoma gravitacijsko zrušijo in tvorijo nove zvezde. Nekateri ostanki prahu se kasneje združijo, da tvorijo asteroide in komete, nekateri od teh pa se združijo v planetna jedra. Na našem planetu je življenje nastalo iz ne glede na osnovne materiale.
Velike molekule, potrebne za izgradnjo živih celic, so:
* Beljakovine
* Ogljikovi hidrati (sladkorji)
* Lipidi (maščobe)
* Nukleinska kislina
Ugotovljeno je bilo, da meteoriti vsebujejo aminokisline (gradnike beljakovin), sladkorje, maščobne kisline (gradnike lipidov) in baze nukleinskih kislin. Na primer, meteorit Murchison vsebuje verige maščobnih kislin, različne vrste sladkorjev, vseh pet baz nukleinskih kislin in več kot 70 različnih aminokislin (življenje uporablja 20 aminokislin, od tega le šest meteoritov Murchison).
Ker so takšni ogljikovi meteoriti po sestavi na splošno enotni, velja, da so reprezentativni za začetni oblak prahu, iz katerega sta se rodila sonce in osončje. Tako se zdi, da je bilo na začetku na voljo skoraj vse, kar je potrebno za življenje, meteoriti in kometi pa sčasoma sveže dobavljajo te materiale na planete.
Če je to res in če so molekularni oblaki prahu kemično podobni po celotni galaksiji, potem je treba sestavine za življenje razširiti.
Slaba stran abiotske proizvodnje sestavin za življenje je, da nobene od njih ni mogoče uporabiti kot "biomarkerje", pokazatelje, da življenje obstaja v določenem okolju.
Max Bernstein navaja meteorit Alan Hills 84001 kot primer biomarkerjev, ki niso zagotovili življenja. Leta 1996 je Dave McKay iz Nasinovega vesoljskega centra Johnson in njegovi sodelavci sporočili, da so v tem marsovskem meteoritu štirje možni biomarkerji. ALH84001 je imel ogljikove krogle, ki vsebujejo PAH, mineralno porazdelitev, ki kaže na biološko kemijo, kristale magnetita, ki so podobni tistim, ki jih proizvajajo bakterije, in bakterijam podobne oblike. Medtem ko se za vsakega sam ni mislil, da je dokaz za življenje, se je štirje v povezavi zdel prepričljiv.
Po razglasitvi McKaya so poznejše študije pokazale, da se lahko vsak od teh tako imenovanih biomarkerjev proizvede tudi z neživimi sredstvi. Večina znanstvenikov je zato nagnjena k prepričanju, da meteorit ne vsebuje fosiliziranega tujca.
"Takoj, ko so dosegli rezultat, so ljudje nanje streljali, ker tako deluje," pravi Bernstein. "Naše možnosti, da ne bomo naredili napake, ko bomo na Marsu ali na Evropi predstavili biomarker, bodo veliko boljše, če smo že naredili enakovredno tistemu, kar so storili ti fantje, potem ko so McKay in drugi objavili svoj članek."
Bernstein pravi, da lahko znanstveniki s simulacijo pogojev na drugih planetih ugotovijo, kaj bi se tam moralo kemično in geološko dogajati. Nato ob obisku planeta vidimo, kako se resničnost ujema z napovedmi. Če na planetu obstaja nekaj, česar nismo pričakovali, bi to lahko kazalo, da so življenjski procesi spremenili sliko.
"To, kar imate na Marsu ali v Evropi, je material, ki je bil dostavljen," pravi Bernstein. "Poleg tega imate vse, kar je nastalo naknadno, iz kakršnih koli pogojev. Torej (iskati življenje) morate pogledati molekule, ki so tam, in ne pozabite na kemijo, ki se je morda zgodila sčasoma. "
Bernstein meni, da bi bila lahko hiralnost ali "izročenost molekule" biomarker za druge svetove. Biološke molekule se pogosto pojavljajo v dveh oblikah, ki imajo kemijsko enake oblike, in sicer nasprotne oblike: levičarko in zrcalno sliko, "desničarsko". Močnost molekule je posledica tega, kako se atomi vežejo. Medtem ko je ročnost enakomerno razporejena po naravi, imajo živi sistemi na Zemlji v večini primerov levo aminokisline in desničarji. Bernstein, če molekule na drugih planetih kažejo drugačno prednost, bi to lahko kazalo življenje tujcev.
"Če bi šli na Mars ali v Evropo in videli, da je pristranskost enaka naši, s sladkorji ali aminokislinami, ki imajo našo hiralnost, bi ljudje preprosto sumili, da gre za kontaminacijo," pravi Bernstein. "Toda če bi videli aminokislino s pristranskostjo na desni ali če bi videli sladkor, ki ima pristranskost proti levi - z drugimi besedami, ne naše oblike -, bi bilo to resnično prepričljivo."
Vendar Bernstein ugotavlja, da kiralne oblike, ki jih najdemo v meteoritih, odražajo to, kar vidimo na Zemlji: meteoriti vsebujejo levo aminokisline in desničarje. Če meteoriti predstavljajo predlogo za življenje na Zemlji, potem lahko življenje drugje v osončju odraža isto pristranskost. Tako bo za dokaz življenja potrebno nekaj več kot hiralnost. Bernstein pravi, da bi bilo iskanje verig molekul, "na primer par aminokislin, povezanih", lahko tudi dokaz za življenje, "saj pri meteoritih običajno vidimo samo ene molekule."
Izvirni vir: NASA Astrobiology
