Predgovor Borisa Sterna
Dugo smo planirali održati raspravu koja se odnosi na vječno pitanje mjesta čovjeka u Svemiru. Riječ je, naravno, o izvanzemaljskom životu i planetima drugih zvijezda. Trenutno je poznato nešto manje od 6 tisuća egzoplaneta, od kojih više od dvije tisuće čeka neovisnu potvrdu. Ali za statistička istraživanja možete upotrijebiti svih 6 tisuća.
Među njima je vrlo malo planeta koji su navodno pogodni za život. To je prirodno, jer ih je najteže pronaći: vrlo moćan selekcijski učinak djeluje protiv planeta sličnih zemlji. Previše su lagane da bi ih mogla uhvatiti metoda radijalne brzine zvijezde, a godina im je preduga da bi se njihovi tranziti mogli pouzdano iskopati u podacima svemirskog teleskopa Kepler. Izuzetak su planeti u naseljenoj zoni crvenih patuljaka, koji su otvoreni pod našim nosom, mnogo ih je lakše pronaći. Takvih je planeta puno, ali, nažalost, crveni patuljci su vrlo nezgodni za život pored njih. Međutim, ekstrapolacija Keplerovih podataka za "vruće zemlje" zvijezda kao što je Sunce daje vrlo optimističan rezultat: barem 15% tih zvijezda ima planete u svojoj naseljenoj zoni. Mnogo je autora neovisnost dobilo ovu procjenu,a s vremenom postaje sve optimističniji: 20%, pa čak i četvrtina sunca ima zemlju. To znači da je najbliža zvijezda klase G ili K nama sa Zemljom u orbiti u raspoloživom rasponu unutar 15 svjetlosnih godina. Takvih je zvijezda malo, a kandidati se već pojavljuju, na primjer Tau Ceti. A u radijusu od, recimo, 30 svjetlosnih godina postoji mnogo takvih planeta.
Metode promatranja postupno napreduju. Otkrivat će se nove obližnje planete u blizini Zemlje pomoću poboljšanog instrumenta HARPS. U sljedećem desetljeću naučit ćemo stvar ili dvije o atmosferi nekih planeta sličnih Zemlji pomoću instrumenata poput ogromnog ekstremno velikog teleskopa (ELT) i svemirskog teleskopa James Webb. A moguće je da će se kisik pojaviti u apsorpcijskom spektru atmosfere neke tranzitne planete (prolazeći kroz disk zvijezde). Ako zvijezda nije pretjerano aktivna i dovoljno stara, kisik može biti samo biogen. Tako se može otkriti izvanzemaljski život.
Je li stvarno? Ako život nastane u bilo kojem kutku čim se za to stvore uvjeti - zašto ne? Ali je li? Često se izvodi argument da se život na Zemlji pojavio vrlo brzo, što znači da je to slučaj - nekoliko stotina milijuna godina dovoljno je da se pojavi u nekoj vrsti juhe. Ali postoji i kontraargument - prikladna „juha“može postojati samo na mladom planetu - život nastaje brzo ili nikad.
I, naravno, postoji suprotno gledište: život je rijedak fenomen zasnovan na potpuno nevjerojatnoj slučajnosti. Naj detaljnije stajalište o tom pitanju, profesionalno i s kvantitativnim procjenama, izrazio je Evgeny Kunin. Život se temelji na kopiranju dugih molekula, izvorno su to bile molekule RNA. Kopiranje vrši određeni uređaj zvan "replika" (te je redove napisao fizičar, pa je terminologija s gledišta biologa pomalo nespretna). Replikacija neće doći odasvud ako nije programirana u istoj RNA kopiraju.
Prema Kuninu, kako bi se započela samoprodukcija RNA, a s njom i evolucijom, „u najmanju ruku, nužna je spontana pojava sljedeće.
- Dvije rRNA ukupne veličine od najmanje 1000 nukleotida.
- Otprilike 10 primitivnih adaptera od 30 nukleotida svaki, za oko 300 nukleotida.
- Najmanje jedna replika koja kodira RNA je veličine oko 500 nukleotida (donja ocjena). U prihvaćenom modelu, n = 1800, i kao rezultat, E <10 - 1081 ".
U datom fragmentu mislimo na kodiranje s četiri slova, broj mogućih kombinacija je 41800 = 101081, ako samo nekoliko njih pokrene proces evolucije, tada je vjerojatnost potrebnog skupa po jednom "pokušaju" spontanog sastavljanja ~ 10-1081.
Promotivni video:
Nema kontradikcije u činjenici da je rezultat pred našim očima, ne postoji: prema teoriji inflacije, Svemir je ogroman, deseci reda veličine veće od njegovog vidljivog dijela, a ako razumijemo svemir kao zatvoreni prostor, tada postoje svemiri s istim vakuumom kao i naš, gigantski skup … Najmanja vjerojatnost je negdje ostvarena, što je potaknulo iznenađenog promatrača.
Ove dvije krajnosti mnogo znače u pogledu našeg mjesta u svemiru. U svakom slučaju, sami smo. Ali ako život postoji nekoliko desetaka svjetlosnih godina udaljenih od nas, to je tehnološka usamljenost koju prevladava razvoj i tisućljetno strpljenje. Ako je Kuninova procjena tačna, to je temeljna usamljenost koju ništa ne može prevladati. Tada smo mi i zemaljski život jedinstveni fenomen u uzročno povezanom volumenu Svemira. Jedino i najvrjednije. Ovo je važno za buduću strategiju čovječanstva. U prvom slučaju, osnova strategije je traženje. U drugom slučaju - sjetva (postoji čak i takav izraz "usmjerena panspermija"), koja uključuje i traženje odgovarajućeg tla.
Sve ovo zaslužuje raspravu. Postoje li rupe u Kuninovoj argumentaciji? Postoje li neki mehanizmi koji se mogu razabrati zaobilazeći "neizrecivu složenost" RNA replikatora? Je li to zaista neoprostivo? Itd
Pitali smo nekoliko biologa za njihovo mišljenje.
Aleksandar Markov, doktor. biol. znanosti, vodio. znanstvena. sotr. Paleontološki zavod RAS, voditelj. Odjel za biološku evoluciju, Biološki fakultet, Moskovsko državno sveučilište:
Procjena Evgenija Kunina koja podrazumijeva da smo beznadno sami u svemiru, temelji se na jednoj ključnoj pretpostavci. Kunin je vjerovao da je za pokretanje procesa replikacije RNA (a s njom i Darwinova evolucija; logično je taj trenutak smatrati trenutkom nastanka života), bilo je potrebno slučajno - kao rezultat slučajne kombinacije polimerizacije (na primjer, na mineralnim matricama) ribonukleotida - pojavio se ribozim s aktivnošću RNK polimeraze, to jest duga RNA molekula koja ima vrlo određen (i ne samo bilo koji) nukleotidni slijed i, zahvaljujući tome, je u stanju učinkovito katalizirati replikaciju RNA.
Ako nema drugog načina, drugog "ulaza" u svijet živog iz svijeta nežive materije, onda je Kunin u pravu, i trebali bismo se odreći nade da ćemo naći bilo kakav život u Svemiru osim zemaljskog. Može se pretpostaviti da je sve počelo ne jednom jedinom visoko učinkovitom polimerazom, već, primjerice, određenom zajednicom malih, neučinkovitih polimeraza i ligaza (ribozimi koji mogu prebaciti kratke molekule RNA u dulje): možda će to učiniti malo optimističniju procjenu, ali neće bitno promijeniti situaciju. Jer je prvi replikator bio još uvijek vrlo složen i trebao se pojaviti bez pomoći darvinističke evolucije - u stvari slučajno.
Izvodljiva alternativa je neenzimska replikacija RNA (NR RNA): postupak kojim se molekule RNA repliciraju bez pomoći složenih ribozima ili proteinskih enzima. Takav postupak postoji, katalizira ga Mg2 + ion, ali to ide presporo i netočno - barem pod uvjetima da su istraživači imali vremena probati.
Međutim, postoji nada da će ipak biti moguće naći neke uvjerljive uvjete (koji bi u principu mogli postojati na nekim planetima) kada NR RNA krene dovoljno brzo i točno. Možda je za to potreban nekakav relativno jednostavan katalizator koji se može sintetizirati na abiogeni način. Moguće je da jednostavni abiogeni peptidi s nekoliko negativno nabijenih ostataka aspartinske kiseline koji zadržavaju magnezijeve ione mogu djelovati kao takvi katalizatori: proteinske RNA polimeraze imaju slične aktivne centre, a ova se mogućnost sada istražuje.
Pitanje mogućnosti učinkovite NR RNA od temeljnog je značaja za procjenu vjerojatnosti nastanka života. Ako je NR RNA moguća, onda u svemiru koji može promatrati možda postoji dosta živih planeta. Temeljne razlike između dva scenarija - s mogućim i nemogućim NR RNA - prikazane su u tablici. Ako je NR moguć, tada bi Darwinova evolucija mogla početi gotovo odmah nakon pojave prvih kratkih RNA molekula. Selektivnu prednost trebale bi dobiti one molekule RNA koje su se efikasnije množile pomoću HP-a. To bi mogle biti, na primjer, molekule s palindromskim ponavljanjima, koje bi same mogle poslužiti kao prajmeri - „sjeme“za replikaciju; palindromi se mogu presaviti u trodimenzionalne strukture - "ukosnice", što povećava vjerojatnost pojave katalitičkih svojstava u molekuli RNA. Svejedno, nakonKako je započela darvinistička evolucija, daljnji razvoj života bio je određen ne samo slučajno, nego i zakonom.
Procjene vjerojatnosti (učestalosti) nastanka života prema ova dva scenarija trebale bi se razlikovati ogromnim brojem naloga (iako, naravno, nitko neće dati točne brojke). Važno je također napomenuti da ako život nastaje "prema Kuninu", to jest zbog nasumičnog sastavljanja učinkovite ribozim-polimeraze, tada se načelo komplementarnosti (specifično uparivanje nukleotida), na kojem se sposobnost RNK reproducira i razvija, pretvara u svojevrsni "klavir u grmlju" ", Što nije imalo nikakve veze s činjenicom da se tako ogromna količina RNA molekula nakupila na planetama da se efektivni ribozim s aktivnostima RNA polimeraze slučajno pojavio na jednoj od planeta. Ako je život nastao "prema Shostaku" (nobelovac Jack Shostak sada aktivno proučava NR RNA i vjeruje da je taj proces ključ za misteriju porijekla života),tada komplementarnost nije bila "klavir u grmu", već je djelovala od samog početka. To čini cijeli scenarij nastanka života mnogo uvjerljivijim i logičnijim. Kladio bih se na Shostaka.
Dakle, sada sve ovisi o uspjehu stručnjaka iz područja prebiotske kemije. Ako pronađu realne uvjete u kojima NR RNA ide dobro, onda imamo priliku pronaći život na drugim planetima. A ako ne, onda … moramo dalje pogledati.
Armen Mulkidzhanyan, Dr. biol. Sci., Sveučilište u Osnabrücku (Njemačka), vodio. znanstvena. sotr. MSU:
Teško je raspravljati se s činjenicom da je život nastao davno i na mladoj Zemlji. Zemlja je sastavljena od kondritskih stijena, poput meteorita. Zagrijavanje ovih stijena tijekom stvaranja Zemlje uzrokovalo je otapanje vode dovedene kondritima. Interakcija vode s grijanom, reduciranom stijenom trebala je dovesti do oslobađanja elektrona, stvaranja vodika i smanjenja ugljičnog dioksida (CO2) na različite organske spojeve. Slični procesi se još uvijek odvijaju u područjima geotermalne aktivnosti, na primjer, u geotermalnim poljima, ali s malim intenzitetom. Dakle, stvaranje organske tvari u velikim količinama može se očekivati na mladim planetima drugih zvijezda. Vjerojatnost da se život može pojaviti u ovom slučaju može se procijeniti razmatranjem evolucije zemaljskog života.
Prve dvije milijarde godina na Zemlji su živjeli samo mikrobi. Tako bi i nastavljeno, ali prije otprilike 2,5 milijardi godina fotosintetske bakterije naučile su koristiti energiju svjetlosti za razgradnju vode. Fotosinteza je izvorno nastala kao zamjena za prigušene geokemijske procese "odbacivanja" viška elektrona. U fotosintezi energija svjetlosti koristi se za oksidaciju različitih spojeva, odnosno za "oduzimanje" elektrona od njih, za fotoaktivaciju tih elektrona i na kraju za njihovo smanjenje CO2 u organske spojeve. Sustav razgradnje vode nastao je kao rezultat postupnog razvijanja jednostavnijih fotosintetskih enzima sačuvanih u nekim bakterijama. Postoji nekoliko vrlo uvjerljivih scenarija kako su takvi enzimi, koristeći svjetlost i klorofil, prvo oksidirali sumporovodik (pa čak i sada to rade neki ljudi),kako se sumporovodik u mediju iscrpio, uzimali su se elektroni iz iona željeza, zatim iz manganovih iona. Kao rezultat toga, nekako su naučili raspadati vodu. U ovom slučaju, elektroni oduzeti iz vode prešli su na sintezu organske tvari, a kisik se otpuštao kao nusproizvod. Kisik je vrlo snažno oksidacijsko sredstvo. Morao sam se braniti protiv njega. Pojava višećeličnosti, toplokrvnosti i, u konačnici, inteligencije su sve različite faze zaštite od oksidacije atmosferskim kisikom.toplokrvnost i, u konačnici, razlog - sve su to različiti stupnjevi zaštite od oksidacije atmosferskim kisikom.toplokrvnost i, u konačnici, razlog - sve su to različiti stupnjevi zaštite od oksidacije atmosferskim kisikom.
Raspadanje vode događa se u jedinstvenom katalitičkom centru koji sadrži grozd od četiri atoma mangana i jedan atom kalcija. U ovoj reakciji, koja zahtijeva četiri kvante svjetla, dvije molekule vode (2 H20) se razgrađuju odjednom da bi tvorile jednu molekulu kisika (O2). Za to je potrebna energija četiri kvanta svjetlosti. Na atomima mangana, kao odgovor na apsorpciju tri svjetlosna kvanta, sekvencijalno se akumuliraju tri slobodna prostora elektrona ("rupe"), a tek kada se četvrti kvant svjetlosti apsorbira, obje molekule vode se oksidiraju, rupe se pune elektronima i stvara se molekula kisika. Iako je struktura manganovog grozda nedavno određena s velikom preciznošću, način na koji ovaj četverotaktni uređaj djeluje nije u potpunosti razumljiv. Također nije jasno kako i zašto u katalitičkom centru, gdje u primitivnim fotosintetskim bakterijama, očito,manganovi ioni oksidirali su, četiri njegova atoma kombinirana s atomom kalcija u grozd koji može razgraditi vodu. Termodinamika sudjelovanja klorofila u oksidaciji vode također je tajanstvena. Teoretski, klorofil pod osvjetljenjem može oksidirati sumporovodik, željezo i mangan, ali ne i vodu. Međutim, oksidira. Općenito, to je poput bumbara: "Prema zakonima aerodinamike, bumbar ne može letjeti, ali on ne zna za to i leti samo iz tog razloga."
Vrlo je teško procijeniti vjerojatnost sustava raspadanja vode. No ta je vjerojatnost vrlo mala, jer se u 4,5 milijardi godina takav sustav pojavio samo jednom. Ne postoji posebna potreba za njom, a bez nje bi mikrobi uspijevali na Zemlji i bili uključeni u geokemijske cikluse. Štoviše, nakon pojave kisika u atmosferi većina mikrobne biosfere trebala je umrijeti ili, točnije, izgorjeti - interakcija organske tvari s kisikom je izgaranje. Preživeli su samo mikrobi, naučivši disati, to jest brzo vratiti kisik u vodu izravno na svojoj vanjskoj ljusci, sprečavajući je iznutra, kao i stanovnici nekoliko preostalih ekoloških niša bez kisika.
Ova priča može poslužiti kao primjer relativno nedavnog (prije nekih 2,5 milijardi godina) i relativno razumljivog događaja koji je doveo do naglog povećanja složenosti živih sustava. Sve je počelo postupnim promjenama fotosintetskih enzima. Zatim je uslijedio jednokratan i vrlo netrivilan evolucijski izum (grozd mangan-kalcij), koji možda i nije bio. Naredne ogromne promjene bile su reakcija na pojavu "toksičnog" kisika u atmosferi: Darvinijev se odabir uključio punom snagom, morao sam naučiti disati dublje i pomicati mozak.
Sve u svemu, imamo proces koji se odvija u tri faze: (1) postupne promjene - (2) jednokratni malo vjerojatni događaji - (3) daljnja evolucija, ali na drugačijoj razini ili u različitim uvjetima. Ova se shema može smatrati molekularnim analogom Severcove klasične sheme aromorfoza.
Ako pogledate post-kisikovu evoluciju, možete prepoznati još nekoliko takvih malo vjerojatnih jednokratnih događaja koji su promijenili tijek evolucije. Ovo je "sastavljanje" složene eukariotske stanice, i nastanak vaskularnih biljaka, te različiti "proboji" u evoluciji životinja, o čemu je, u stvari, pisao Severtsov.
Nastanak života, koji se u okviru hipoteze o RNA svijetu shvaća kao pojava samoobnavljajućih cjelina molekula RNA (replikatora), također se može predstaviti kao trofazni proces.
1) Pripremni stadij: ribonukleotidi koji formiraju RNA mogu se spontano „sastaviti“iz jednostavnih molekula poput cijanida ili formamida pod utjecajem ultraljubičastog (UV) svjetla. Bio je u izobilju na mladoj Zemlji; u atmosferi još nije bilo ozona koji je apsorbirao ultraljubičasto svjetlo, jer nije bilo kisika, vidi gore. Kao što su pokazali Pouner i Saderland (University of Manchester), nukleotidi u posebnom, "aktiviranom" cikličkom obliku su "odabrani" na UV svjetlu; takvi nukleotidi mogu spontano formirati RNA lance. Štoviše, dvostruki lanci RNA Watson-Crick značajno su otporniji na UV zračenje od pojedinačnih - takav rezultat opisao je Evgeny Kunin u svom prvom objavljenom radu 1980. godine. To jest, na mladoj Zemlji, zbog protoka "dodatnih" elektrona, mogle bi se formirati razne organske molekule,ali pod utjecajem tvrdog sunčevog zračenja preživjele su prvenstveno molekule slične RNA, po mogućnosti umotane u spiralne strukture.
2) Jednokratni, malo vjerovatni događaj: skup nekoliko molekula sličnih RNA počeo se kopirati (milijarde godina kasnije, slični samokopirajući RNA sastavi dobiveni su odabirom RNA u laboratorijskim uvjetima).
3) Naknadna evolucija: RNA replikatori su se počeli međusobno nadmetati za resurse, razvijati se, ujedinjavati u veće zajednice itd.
Nedostatak ove hipotetičke sheme je taj što nisu poznati niti molekularni detalji podrijetla RNA replikatora, niti prirodni čimbenici koji doprinose njihovoj selekciji. Nadu daje činjenica da su u slučaju sljedećeg najvažnijeg (a zauzvrat) evolucijskog događaja, odnosno pojave ribosoma, stroja za sintezu proteina, rekonstruirani molekularni detalji. To su radili raznim metodama u četiri laboratorija; rezultati rekonstrukcija vrlo su slični. Ukratko, predak modernih vrlo složenih ribosoma bio je konstrukcija dviju RNA petlji od po 50-60 ribonukleotida, sposobnih za kombiniranje dvije aminokiseline s peptidnom vezom. Međufazne staze na putu od ove strukture s dva petlja do modernih ribosoma detaljno su pratili Konstantin Bokov i Sergey Stadler (Sveučilište u Montrealu),Nobelovac Ada Yonath i njegovi kolege (Institut Weizmann), George Fox i kolege (Sveučilište u Houstonu) te Anton Petrov i kolege (University of Georgia).
Ribosom, koji je isprva imao jednu katalitičku RNA podjedinicu, postepeno je postajao složeniji i povećavao se, svo vrijeme sintetizirajući proteinske sekvence iz slučajnog skupa aminokiselina. Tek u posljednjim fazama svoje evolucije spojio se s drugom molekulom RNA, koja je postala mala podjedinica ribosoma, i započela je sinteza kodiranog proteina. Dakle, nastanak genetskog koda je malo vjerovatno evolucijski događaj odvojen od pojave sinteze ribosomalnih proteina.
Najvjerojatnije će daljnja istraživanja omogućiti rekonstrukciju i pojave replikatora i drugih malo vjerojatnih događaja, na primjer, onih povezanih s pojavom prvih stanica, razmjenom gena između prvih stanica i virusa itd.
Vraćajući se pitanjima o vjerojatnostima: naše detaljno razmatranje pokazuje da evolucija zemaljskog života nije jedna "apsolutno nevjerojatna slučajnost", već mnogi sukcesivni izuzetno nevjerovatni događaji.
Snažna generacija organske materije najvjerojatnije se odvijala na drugim mladim planetima. Ali to nije nužno vodilo nastanku života. Da se samo ponavljajući ansambl RNA nije okupio na Zemlji, ne bi bilo života. Proizvodnja organske tvari bi postupno izblijedjela, a Zemlja bi postala slična Marsu ili Veneri.
Ali čak i u slučaju pojave života na drugim planetima, ovaj se život mogao „zaglaviti“u bilo kojoj početnoj fazi, a vjerojatnost da će zauvijek ostati na primitivnoj razini razvoja bila je neusporedivo veća od vjerojatnosti da se popnemo na sljedeći korak i krenemo dalje.
Stoga je vjerojatnost da ćete susresti mudre vanzemaljce na drugom planetu neizmjerno manja od šanse da uđete u tamošnju jednostavnu, ali živu slinu (a ovo je ako imate veliku sreću). Vjerojatnost postojanja negdje života s kisikom također je neizmjerno mala: raspadanje vode do stvaranja kisika vrlo je netrivijalna reakcija na četiri elektrona.
Stoga graditi bilo koju strategiju u nadi da će pronaći tuđinsku inteligenciju jednostavno nije baš pametno. Činjenica da na Zemlji postoje (za sada) inteligentna bića vrlo je uspješan. Stoga je puno više smisla ulagati u stvaranje „alternativnih zračnih polja“za već postojeći inteligentni život u slučaju da priroda propadne ili sami nosioci uma ne uspiju. To znači da nam treba rezervna Zemlja ili još bolje nekoliko njih.
Evgeny Kunin, vodio. znanstvena. sotr. Nacionalni centar za informacije o biotehnologiji, član Nacionalne akademije znanosti:
Mogu se ograničiti na vrlo kratke primjedbe, budući da se u potpunosti slažem sa svime što je rekao Aleksandar Markov … osim, naravno, zaključaka. Doista, ograničavajuća faza u nastanku života je spontano formiranje populacije molekula ribozima-polimeraze s dovoljno visokom brzinom i točnošću samokopiranja. Vjerojatnost takvog događaja je nestašno mala. Da bi se on značajno povećao, potreban je proces koji stvara mogućnost evolucije bez sudjelovanja takvih ribozima u mnogo jednostavnijem sustavu. Neenzimska replikacija o kojoj je govorio Aleksandar dobar je kandidat za takav postupak. Jedina je poteškoća što na osnovu svega što znam iz kemije i termodinamike nema šanse da se te reakcije dovedu do razine dovoljno točne replikacije dugih molekula. Replikacija vrlo kratkih oligonukleotida bila bi vrlo zanimljiva kao mogući posredni korak, ali ne bi značajno povećala vjerojatnost. Dakle, moj zaključak ostaje isti: pojava života zahtijeva izuzetno malo vjerojatne događaje, i samim tim smo sami u svom Svemiru (pitanje više svemira ovdje nije potrebno raspravljati). Ne samo da smo inteligentna bića, već šire, uopšte živa bića.
Važno je napomenuti sljedeće: izrazito mala vjerojatnost pojave života ni na koji način ne znači da se sve dogodilo čudom. Naprotiv, svi su oni niz normalnih kemijskih reakcija, uključujući samo faze s vrlo malom vjerojatnošću. Slijedom toga, proučavanje mehanizama koji nekako olakšavaju nastanak života nije samo besmisleno, nego i izuzetno važno i zanimljivo. Samo još nije vidljivo (još) da bi to moglo značajno povećati vjerojatnost, ali stvaranje scenarija događaja može pomoći.
Završit ću kvazifilozofskim, ali, po mom mišljenju, relevantnim razmatranjem. Izuzetno mala vjerojatnost nastanka života krši princip osrednjosti: događaji koji su se dogodili na našem planetu iznimni su, čak jedinstveni u Svemiru. Načelo osrednjosti u ovom se slučaju gubi na antropskom načelu: ma koliko apriori bili nevjerojatni nastanci života, U UVJETU postojanja inteligentnih bića i samo stanica, vjerojatnost je jednaka 1.
Mihail Nikitin, istraživač sotr. Zavod za evolucijsku biokemiju, Istraživački institut za fizikalno-kemijsku biologiju. A. N. Belozersky Moskovsko državno sveučilište:
Čini mi se da je život bakterijske razine složenosti rasprostranjen u Svemiru, ali razvoj na višećelijskim životinjama i potencijalno inteligentnim bićima je mnogo manje vjerojatan.
Zašto mislim da je život bakterija vrlo vjerojatan?
Kuninovo obrazloženje temelji se na eksperimentima na umjetnom odabiru ribozima-replika, koji kopiraju RNA molekule i mogu se kopirati. Svi su ovi ribozimi u redoslijedu od 200 nukleotida, a vjerojatnost da će se dobiti slučajnim samo-sastavljanjem kreće se od 4-200. Međutim, ti eksperimenti nisu uzeli u obzir mnogo važnih čimbenika koji bi mogli, prvo, osigurati replikaciju koristeći kraće i jednostavnije ribozime, i drugo, prije početka bilo kakve replikacije, usmjeriti samo-sklapanje prema strukturiranim RNA-ima koji mogu raditi kao ribozimi. Neke od ovih čimbenika već su imenovali i drugi autori: Shostakova neenzimska replikacija, odabir za samozalijevanje u Markovom „svijetu palindroma“, odabir za UV otpornost, koji usmjerava samo-sastavljanje RNA prema strukturama dlaka koje je predložio Mulkidzhanyan). Na ovaj ću popis dodati mineralne podloge i "zamke topline" (uske pore s temperaturnim gradijentom) koji čine kopiranje RNA vrlo jednostavnim. Nadalje, budući da imamo jednostavan samoponovljivi genetski sustav, Darwinov evolucija će s velikom vjerojatnošću brzo stvoriti na svojoj bazi bakterijsku stanicu ili nešto slično - sa staničnom membranom koja održava stalan sastav soli unutar stanice.
Zašto vjerujem da evolucija života od jednostavnih stanica do višećelijskih životinja može biti malo vjerojatna? Ovdje postoje dva razmatranja, jedno više geološko, a drugo čisto biološko. Krenimo od prvog.
U paleontologiji je pouzdano utvrđeno da je evolucija organizama vrlo neujednačena. Krize i revolucije izmjenjuju se s razdobljema zastoja, ponekad vrlo dugim. Najduže razdoblje stasisa zvalo se "dosadna milijarda" i trajalo je veći dio Proterozoika - prije otprilike 2 do 0,8 milijardi godina. Njemu je prethodila pojava kisika u atmosferi, pojava eukariotskih stanica i globalno glaciranje Hurona, a završilo je najvećim Sturtovim glacijacijom u Zemlji, povećanjem sadržaja kisika na gotovo moderne vrijednosti i pojavom višećelijskih životinja. Evolucija je također bila relativno spora u arhejskom eonu prije 3,5 do 2,5 milijardi godina u usporedbi s prethodnim katarhijskim eonom (vrijeme nastanka života i kasnim bombardiranjem meteorita) i kasnijom kisičkom revolucijom. Razlozi ove neravnine nisu potpuno razumljeni. Osobno mi se čini uvjerljivo da je "kisikova revolucija" (masovno širenje cijanobakterija koje proizvode kisik) bila povezana s iscrpljivanjem rezervi reduciranog (željeznog) željeza u oceanskoj vodi. Sve dok je u oceanu bilo dovoljno željeza, mikrobi su tamo uspijevali koristeći jednostavniju i sigurniju fotosintezu željeza koja oksidira. U njemu se ne oslobađa kisik, već spojevi željeznog oksida - magnetiti i hematiti, koji su odloženi na morskom dnu diljem Arheja. Dobava novog željeza u more (uglavnom iz hidrotermalnih izvora na dnu) smanjivala se kako je geološka aktivnost planete propadala, i konačno je resursna kriza prisilila fotosintetske mikrobe da pređu na složeniju „tehnologiju“fotosinteze kisika. Slično tome,uzrok „dosadne milijarde“mogla bi biti stalna potrošnja kisika za oksidaciju raznih minerala na kopnu, što ne dopušta povećanje sadržaja kisika iznad 1–2%. U morskim sedimentima Proterozoja postoje mnogi tragovi kopnene oksidacije sulfidnih ruda zbog kojih su rijeke prenijele sulfate, arsen, antimon, bakar, krom, molibden, uran i druge elemente u ocean koji su gotovo bili odsutni u Arhejskom oceanu. Kasna proterozojska kriza s globalnim glacijacijama, nagli porast sadržaja kisika i stvaranje višećelijskih životinja možda su uzrokovane iscrpljivanjem minerala koji se lako oksidiraju na kopnu.zbog kojih su rijeke u ocean uzimale sulfate, arsen, antimon, bakar, krom, molibden, uran i druge elemente, koji su u Arhejskom oceanu gotovo nedostajali. Kasna proterozojska kriza s globalnim glacijacijama, nagli porast sadržaja kisika i stvaranje višećelijskih životinja možda su uzrokovane iscrpljivanjem minerala koji se lako oksidiraju na kopnu.zbog čega su rijeke nosile sulfate, arsen, antimon, bakar, krom, molibden, uran i druge elemente u ocean koji su gotovo bili odsutni u Arheanskom oceanu. Kasna proterozojska kriza s globalnim glacijacijama, nagli porast sadržaja kisika i pojava višećelijskih životinja možda su uzrokovane iscrpljivanjem minerala koji se lako oksidiraju na kopnu.
Dakle, vrijeme početka dviju ključnih okretaja (fotosinteza kisika i višećelijske životinje) vjerojatno je određeno ravnotežom bioloških (fotosinteza) i geoloških (oslobađanje željeznog željeza i drugih tvari oksidirajući hidrotermalnim otvorima i zemaljskim vulkanima). Sasvim je moguće da na drugim planetima ove revolucije dolaze mnogo kasnije. Na primjer, masivniji planet (super-zemlja) izgubit će geološku aktivnost sporije, dulje će otpuštati željezo u ocean i može odgoditi kisikovu revoluciju za milijarde godina. Planeti u naseljenoj zoni crvenih patuljaka dobit će malo vidljive svjetlosti pogodne za fotosintezu, a njihove biosfere također riskiraju da se zaglave u fazi bez kisika. Količina vode na planeti je također važna. Ako je čitav planet prekriven dubokim oceanom, tada će mu nedostajati fosfora,dolaze uglavnom od kopnenih vulkana, a ako ima malo vode, tada će i oceanski prostor koji je dostupan fotosintetskim mikrobovima također biti mali (prije pojave višećelijskih biljaka, produktivnost zemaljskih ekosustava bila je zanemariva u usporedbi s morima). To jest, postoji puno razloga zbog kojih se biosfera može zaglaviti u fazi mikroba bez kisika i ne razviti se u životinje. Vrijeme za razvoj, usput, je ograničeno: svjetlucavost zvijezda raste s vremenom, a Zemlja će se za 1,5-2 milijarde godina početi nepovratno zagrijavati, oceani će isparavati, a rastući efekt staklenika pretvorit će je u drugu Veneru. U crvenim patuljcima svjetlost raste sporije, ali njihovi planeti mogu postati nenastanjivi zbog nestanka magnetskog polja i naknadnog gubitka vode u svemir, kao što se dogodilo na Marsu.područje oceana dostupno fotosintetskim mikrobima također će biti malo (prije pojave višećelijskih biljaka, produktivnost kopnenih ekosustava bila je zanemariva u usporedbi s morima). To jest, postoji puno razloga zbog kojih se biosfera može zaglaviti u fazi mikroba bez kisika i ne razviti se u životinje. Vrijeme za razvoj, usput, je ograničeno: svjetlucavost zvijezda raste s vremenom, a Zemlja će se za 1,5-2 milijarde godina početi nepovratno zagrijavati, oceani će isparavati, a rastući efekt staklenika pretvorit će je u drugu Veneru. U crvenim patuljcima svjetlost raste sporije, ali njihovi planeti mogu postati nenastanjivi zbog nestanka magnetskog polja i naknadnog gubitka vode u svemir, kao što se dogodilo na Marsu.područje oceana dostupno fotosintetskim mikrobima također će biti malo (prije pojave višećelijskih biljaka produktivnost kopnenih ekosustava bila je zanemariva u usporedbi s morima). To jest, postoji puno razloga zbog kojih se biosfera može zaglaviti u fazi mikroba bez kisika i ne razviti se u životinje. Vrijeme za razvoj, usput, je ograničeno: svjetlucavost zvijezda raste s vremenom, a Zemlja će se za 1,5-2 milijarde godina početi nepovratno zagrijavati, oceani će isparavati, a rastući efekt staklenika pretvorit će je u drugu Veneru. U crvenim patuljcima svjetlost raste sporije, ali njihovi planeti mogu postati nenastanjivi zbog nestanka magnetskog polja i naknadnog gubitka vode u svemir, kao što se dogodilo na Marsu.dostupne fotosintetskim mikrobima (prije pojave višećelijskih biljaka, produktivnost kopnenih ekosustava bila je zanemariva u odnosu na mora). To jest, postoji puno razloga zbog kojih se biosfera može zaglaviti u fazi mikroba bez kisika i ne razviti se u životinje. Vrijeme je za razvoj, usput, ograničeno: svjetlucavost zvijezda povećava se s vremenom, a Zemlja će se za 1,5-2 milijarde godina nepovratno zagrijati, njeni oceani će isparavati, a sve veći efekt staklenika pretvorit će ga u drugu Veneru. U crvenim patuljcima svjetlost raste sporije, ali njihovi planeti mogu postati nenastanjivi zbog nestanka magnetskog polja i naknadnog gubitka vode u svemir, kao što se dogodilo na Marsu.dostupne fotosintetskim mikrobima (prije pojave višećelijskih biljaka, produktivnost kopnenih ekosustava bila je zanemariva u odnosu na mora). To jest, postoji puno razloga zbog kojih se biosfera može zaglaviti u fazi mikroba bez kisika i ne razviti se u životinje. Vrijeme je za razvoj, usput, ograničeno: svjetlucavost zvijezda povećava se s vremenom, a Zemlja će se za 1,5-2 milijarde godina nepovratno zagrijati, njeni oceani će isparavati, a sve veći efekt staklenika pretvorit će ga u drugu Veneru. U crvenim patuljcima svjetlost raste sporije, ali njihovi planeti mogu postati nenastanjivi zbog nestanka magnetskog polja i naknadnog gubitka vode u svemir, kao što se dogodilo na Marsu. Vrijeme je za razvoj, usput, ograničeno: svjetlucavost zvijezda povećava se s vremenom, a Zemlja će se za 1,5-2 milijarde godina nepovratno zagrijati, njeni oceani će isparavati, a sve veći efekt staklenika pretvorit će ga u drugu Veneru. U crvenim patuljcima svjetlost raste sporije, ali njihovi planeti mogu postati nenastanjivi zbog nestanka magnetskog polja i naknadnog gubitka vode u svemir, kao što se dogodilo na Marsu. Vrijeme je za razvoj, usput, ograničeno: svjetlucavost zvijezda povećava se s vremenom, a Zemlja će se za 1,5-2 milijarde godina nepovratno zagrijati, njeni oceani će isparavati, a sve veći efekt staklenika pretvorit će ga u drugu Veneru. U crvenim patuljcima svjetlost raste sporije, ali njihovi planeti mogu postati nenastanjivi zbog nestanka magnetskog polja i naknadnog gubitka vode u svemir, kao što se dogodilo na Marsu.
Drugo razmatranje odnosi se na nastanak eukariota - stanica s jezgrom. Eukariotske stanice su mnogo veće i složenije od bakterija i arheja i pojavile su se kasnije, najvjerojatnije tijekom "kisikove revolucije". Eukariotska stanica pojavila se kao himerna arhealna stanica, simbiotska bakterija koja se naselila unutar nje i, možda, virus koji ih je zarazio (ili čak više od jedne). Struktura genoma eukariota nedvosmisleno pokazuje da se njihova rana evolucija dogodila ne zbog prirodne selekcije, već u mnogim aspektima usprkos. U maloj populaciji selekcija nije vrlo učinkovita, a lagano štetne osobine mogu se usađivati zbog odljeva gena i drugih čisto slučajnih procesa. To je detaljno opisano u odgovarajućem poglavlju Kuninove logike slučaja i sugerirada pojava eukariota može biti malo vjerojatna čak i u prikladnom okruženju (bakterijska biosfera koja ulazi u kisikovu revoluciju). U najmanju ruku, slučajevi unutarćelijske simbioze između bakterija i arheja praktično su nepoznati - iako se bakterije lako nastanjuju unutar eukariotskih stanica.
Rezimirajući: Mislim da bi kombinacija opisanih faktora trebala dovesti do činjenice da će u našoj Galaksiji postojati milijuni planeta s bakterijskim životom i mnogo manje (vjerojatno, samo nekoliko) - sa životom eukariotske i višećelijske razine složenosti.
PostScript Borisa Sterna
Nekoliko riječi za kraj rasprave. Sasvim je moguće da je Evgeny Kunin podcijenio vjerojatnost nastanka života pod prikladnim uvjetima. I svejedno, ovu procjenu treba shvatiti ozbiljno. Ako je pogriješio 900 veličine veličine, to ništa ne mijenja: svi smo isti sami unutar horizonta Svemira, gdje postoji samo oko 1020-1021 primjerenih planeta. Čak i ako su ostali sudionici u raspravi u pravu i sve vrste prirodnih trikova poput neenzimske replikacije mogu podrijetlo života učiniti manje ili više vjerojatnim, tada će to biti vrlo primitivan život, u ogromnoj većini slučajeva, koji neće moći skočiti na višu razinu razvoja. Dvoje panelista su o tome pisali crno-bijelo. To je cijeli Fermi paradoks.
Stoga slijede najmanje dva važna organizacijska zaključka. Prvo: Razvijeni život je najrjeđa i najvrjednija pojava u svemiru. Stoga pogledajte posljednji odlomak Armen Mulkidzhanyan-ove napomene: čovječanstvo ima plemeniti ukupni cilj - širenje ove pojave. Razgovarat ćemo odvojeno o mogućnostima i metodama postizanja ovog cilja.
Drugi organizacijski zaključak: uništenje ovog života bit će nepopravljiv gubitak galaktičke ili čak kozmološke razmjere. To bi trebalo uzeti u obzir u njihovoj vlastitoj procjeni "jastrebova" i političara koji su spremni pribjeći nuklearnoj ucjeni kako bi napuhali svoju "veličinu". Isto se odnosi na civilizaciju neuzvraćene potrošnje.
Autori: Boris Stern, Aleksandar Markov, Armen Mulkidzhanyan, Evgeny Kunin, Mikhail Nikitin