Supernova jäänuk N 63A. Pildikrediit: Hubble Pilt suuremalt
Maakera elu tegi võimalikuks tähtede surm. Aatomid, nagu süsinik ja hapnik, saadeti pärast viimast vesinikkütuse tarnimist ära mõne viimase tähe sureva tähega.
Kuidas see täht-värk elu moodustas, on endiselt mõistatus, kuid teadlased teavad, et teatud aatomikombinatsioonid olid vajalikud. Vesi - kaks vesinikuaatomit, mis on ühendatud ühe hapnikuaatomiga, olid Maa elu arengu seisukohalt üliolulised ja seetõttu otsivad NASA missioonid vett mujalt maailmast, et leida elu mujalt. Arvatakse, et olulised on ka peamiselt süsinikuaatomitest ehitatud orgaanilised molekulid, kuna kogu maakera elu on süsinikupõhine.
Elu päritolu kõige populaarsemad teooriad väidavad, et vajalik keemia tekkis hüdrotermiliste õhuavade juures ookeani põhjas või mõnes päikesevalguses madalas basseinis. Viimaste aastate avastused on aga näidanud, et paljud elu põhimaterjalid asuvad kosmoses külmas sügavuses, kus elu, nagu me teame, pole võimalik.
Pärast seda, kui tähed hukkuvad süsinikku, ühendavad mõned süsinikuaatomid vesinikuga polütsüklilisi aromaatseid süsivesinikke (PAH-sid). PAH-id - omamoodi süsinik, mis sarnaneb põletatud röstsaia kõrbenud osadega - on kosmoses kõige rikkalikumalt levinud orgaanilised ühendid ja süsihappegaasi chondrite meteoriitide peamine koostisosa. Ehkki PAH-sid ei leidu elavates rakkudes, saab neid muundada kinoonideks, molekulideks, mis osalevad raku energiaprotsessides. Näiteks kinoonid mängivad olulist rolli fotosünteesis, aidates taimedel muuta valgust keemiliseks energiaks.
PAH-de muutumine toimub tähtedevahelistes jää- ja tolmupilvedes. Pärast kosmoses hõljumist kondenseerub PAH-tahk nendeks tihedateks molekulaarpilvedeks. Nendes pilvedes olev materjal blokeerib kosmose karmi kiirguse osa, kuid mitte kõiki. Läbi filtreeriv kiirgus muudab PAH-sid ja muud materjali pilvedes.
Pilvede infrapuna- ja raadioteleskoobivaatlustes on tuvastatud PAH-id, samuti rasvhapped, lihtsad suhkrud, aminohappe glütsiini nõrgad kogused ja üle 100 muu molekuli, sealhulgas vesi, vingugaas, ammoniaak, formaldehüüd ja vesiniktsüaniid.
Pilvedest pole kunagi otseselt võetud proove - nad on liiga kaugel - nii et pilvedes keemiliselt toimuva kinnitamiseks pani NASA Amesi uurimiskeskuse asterokeemialaboris Max Bernsteini ja Scott Sandfordi juhitud uurimisrühm eksperimente matkima pilvetingimused.
Ühes katses sadestatakse PAH-i / vee segu soolale ja seejärel pommitatakse seda ultraviolettkiirgusega (UV). See võimaldab teadlastel jälgida, kuidas põhiline PAH-luustik muutub kinoonideks. Külmutatud vee, ammoniaagi, vesiniktsüaniidi ja metanooli (formaldehüüdi eelkäija kemikaal) kiiritamisel genereeritakse aminohapped glütsiin, alaniin ja seriin - kolm kõige arvukamat aminohapet elavates süsteemides.
Teadlased on loonud primitiivsed orgaanilised rakusarnased struktuurid ehk vesiikulid.
Kuna ultraviolettvalgus pole kosmoses ainus kiirgusviis, on teadlased kasutanud ka Van de Graaffi generaatorit, et pommitada PAH-e megaelektronvoltide (MeV) prootonitega, mille energia on sarnane kosmiliste kiirtega. PAH-de MeV tulemused olid sarnased, ehkki mitte identsed UV-pommitamisega. MeV-uuringut aminohapete kohta pole veel läbi viidud.
Need katsed viitavad sellele, et ultraviolettkiirgus ja muud kiirguse vormid annavad energiat, mis on vajalik keemiliste sidemete purustamiseks tihedate pilvede madalatel temperatuuridel ja rõhul. Kuna aatomid on endiselt jääl lukustatud, ei lenda molekulid lahku, vaid rekombineeruvad selle asemel keerukamateks struktuurideks.
Teises Jason Dworkini juhitud katses allutati vee, metanooli, ammoniaagi ja vingugaasi külmunud segu UV-kiirgusele. See kombinatsioon andis orgaanilise materjali, mis moodustas mullid vette kastetud. Need mullid meenutavad rakumembraane, mis ümbritsevad ja kontsentreerivad elukeemiat, eraldades selle välismaailmast.
Selles katses tekkinud mullid olid vahemikus 10 kuni 40 mikromeetrit või umbes punaste vereliblede suurused. Märkimisväärne on, et mullid fluorestseerusid või hõõgusid UV-valguse käes. UV-kiirguse neelamine ja sellisel viisil nähtavaks valguseks muundamine võiks anda energiat primitiivsele rakule. Kui sellised mullid mängisid rolli elu päritolus, võis fluorestsents olla fotosünteesi eelkäija.
Fluorestsents võib toimida ka päikesekaitsekreemina, hajutades UV-kiirguse poolt tekitatavat kahju. Selline kaitsefunktsioon oleks olnud varajase Maa elus hädavajalik, kuna osooni kiht, mis blokeerib päikese kõige hävitavamad UV-kiired, moodustus alles pärast seda, kui fotosünteesi käigus hakkas elu hapnikku tootma.
Kosmosepilvedest kuni elu seemneteni
Tihedad molekulaarpilved kosmoses varisevad lõpuks gravitatsiooniliselt kokku, moodustades uusi tähti. Osa järelejäänud tolmust koguneb hiljem kokku, moodustades asteroide ja komeete, ja osa neist asteroididest, kokku, et moodustada planeedisüdamikke. Meie planeedil tekkis elu siis, kui põhimaterjalid käepärast olid.
Elavate rakkude ehitamiseks vajalikud suured molekulid on:
* Valgud
* Süsivesikud (suhkrud)
* Lipiidid (rasvad)
* Nukleiinhapped
On leitud, et meteoriidid sisaldavad aminohappeid (valkude ehitusplokke), suhkruid, rasvhappeid (lipiidide ehitusplokke) ja nukleiinhappe aluseid. Näiteks Murchisoni meteoriit sisaldab rasvhapete ahelaid, erinevat tüüpi suhkruid, kõiki viit nukleiinhappe alust ja enam kui 70 erinevat aminohapet (elus kasutatakse 20 aminohapet, millest ainult kuus asuvad Murchisoni meteoriidis).
Kuna sellised süsinikdioksiidi sisaldavad meteoriidid on üldiselt koostisega ühtlased, arvatakse, et need esindavad esialgset tolmupilve, millest päike ja päikesesüsteem sündisid. Seega näib, et alguses oli peaaegu kõik eluks vajalik olemas ning meteoriidid ja komeedid viivad aja jooksul planeedile neid materjale.
Kui see on tõsi ja kui molekulaarsed tolmupilved on kogu galaktikas keemiliselt sarnased, peaksid elu koostisosad olema laialt levinud.
Eluaegsete koostisosade abiootilise tootmise negatiivne külg on see, et ühtegi neist ei saa kasutada biomarkeritena, mis näitab, et elu eksisteerib konkreetses keskkonnas.
Max Bernstein osutab Alan Hillsi meteoriidile 84001 kui näitele biomarkeritest, mis ei esitanud elu tõendeid. NASA Johnsoni kosmosekeskuse Dave McKay ja tema kolleegid teatasid 1996. aastal, et selles marsilises meteoriidis on neli võimalikku biomarkerit. ALH84001-l olid süsinikuaatomid, mis sisaldasid polütsüklilisi aromaatseid süsivesinikke, mineraaljaotust, mis viitab bioloogilisele keemiale, magnetiidikristalle, mis sarnanevad bakterite tekitatuga, ja bakterisarnaseid kujundeid. Ehkki mõlemat üksi ei peetud eluks tõendiks, tundusid neli koosmõjul sundimatut.
Pärast McKay teadaannet leiti hilisemates uuringutes, et ka kõiki neid niinimetatud biomarkereid saab toota elutute vahenditega. Seetõttu kaldub enamik teadlasi nüüd uskuma, et meteoriit ei sisalda kivistunud võõrliikide elu.
"Niipea, kui tulemus oli olemas, läksid inimesed nende jaoks järele, sest see töötab nii," ütleb Bernstein. "Meie võimalused mitte teha viga, kui tuleme välja biomarkeriga Marsi või Europa peal, on palju paremad, kui oleme juba teinud samaväärse, mida need poisid tegid pärast seda, kui McKay jt avaldasid oma artikli."
Bernstein ütleb, et teistes planeetides tingimusi simuleerides saavad teadlased aru saada, mis peaks seal keemiliselt ja geoloogiliselt toimuma. Seejärel näeme planeeti külastades, kui tihedalt reaalsus vastab ennustustele. Kui planeedil leidub midagi, mida me ei osanud oodata, võib see olla märk sellest, et eluprotsessid on pilti muutnud.
"See, mis teil on Marsil või Europa'il, on tarnitud materjal," ütleb Bernstein. “Lisaks on teil kõik, mis on tekkinud hiljem, olenevatest tingimustest. Niisiis (elu otsimiseks) peate vaatama seal olevaid molekule ja pidama meeles keemiat, mis aja jooksul võib olla juhtunud. ”
Bernstein arvab, et kiraalsus või molekuli „käelisus” võiks olla biomarker teistes maailmades. Bioloogilised molekulid esinevad sageli kahel kujul, mis on küll keemiliselt identsed, kuid vastupidise kujuga: vasakukäeline ja peegelpilt parempoolne. Molekuli käelisus tuleneb aatomite sidumisest. Ehkki käelisus on kogu looduses ühtlaselt jaotunud, on enamikul juhtudel Maal elavates süsteemides vasakukäelised aminohapped ja paremakäelised suhkrud. Kui teiste planeetide molekulid eelistavad käelisust erinevalt, võiks Bernstein öelda, et see võib olla märk võõrast elust.
"Kui te läheksite Marsile või Europa ja näeksite sama kallutatust nagu meie oma, kus suhkrute või aminohapetega on meie kiraalsus, siis arvaksid inimesed lihtsalt, et see on saastumine," ütleb Bernstein. "Aga kui te näeksite aminohapet, millel on kaldus paremale, või kui te näeksite suhkrut, millel oli kaldus vasakpoolsusesse - teisisõnu, mitte meie vormi -, siis oleks see tõesti kaalukas."
Bernstein märgib siiski, et meteoriitides leiduvad kiraalsed vormid peegeldavad Maal nähtut: meteoriidid sisaldavad vasakukäelisi aminohappeid ja paremakäelisi suhkruid. Kui meteoriidid esindavad Maal elava elu malli, võib ka mujal Päikesesüsteemis peegelduv elu kajastada seda sama käelisuse eelarvamust. Seega võib elu tõendamiseks vaja minna midagi enamat kui kiraalsus. Bernstein ütleb, et molekulide ahelate leidmine, "näiteks paar aminohapet, mis on omavahel ühendatud", võib olla ka elu tõestuseks, "kuna meteoriitides näeme me lihtsalt üksikuid molekule."
Algne allikas: NASA Astrobiology
