Obcy wśród nich

Obcy wśród nich

Paul davis
"W świecie nauki" №3, 2008

O autorze

Paul davis (Paul Davies) – fizyk teoretyczny, zajmuje się kosmologią i astrobiologią. Obecnie kieruje Centrum Badawczym Dalej na Uniwersytecie Arizony, stworzonym do badania "najbardziej palących" pytań naukowych. Davis jest autorem i współautorem 27 książek. Ten ostatni jest Cosmic Jackpot: Dlaczego nasz Wszechświat jest sprawiedliwy dla życiae ("Kosmiczna ruletka: dlaczego życie jest możliwe w naszym wszechświecie", 2007).

W poszukiwaniu dowodów na to, że życie na Ziemi pojawiło się nie raz, naukowcy dokładnie badają nisze ekologiczne, w których mogą żyć mikroorganizmy, radykalnie odmienne od tych, które są nam tak bliskie.

Kwestia pochodzenia życia jest jedną z najtrudniejszych dla nauki. Jak, gdzie i kiedy powstało, nikt nie wie. Wiadomo tylko, że mikroorganizmy rozprzestrzeniły się na Ziemi około trzy i pół miliarda lat temu. To, co wydarzyło się wcześniej, pozostaje tajemnicą.

Aż do lat 70. W ubiegłym stuleciu w świecie biologicznym dominował pogląd, że życie powstało dzięki szczęśliwemu zbiegowi okoliczności i tak mało prawdopodobnemu, że ich rozmnażanie się gdziekolwiek indziej w granicach widzialnej przestrzeni i czasu jest niemożliwe.Autorem konserwatywnej idei był zdobywca Nagrody Nobla w dziedzinie biologii, francuski biochemik Jacques Monod. W 1970 roku napisał: "Człowiek w końcu zdał sobie sprawę, że był sam w obojętnej ciszy wszechświata i pojawił się tam zupełnie przypadkowo". Jednak w ostatnich latach zmieniły się poglądy na temat pochodzenia życia. W 1995 r. Słynny belgijski biochemik Christian De Duve nazwał zjawisko życia "imperatywem kosmicznym" i oświadczył, że "nie może się ono pojawić na żadnej planecie podobnej do Ziemi". To stwierdzenie jeszcze bardziej wzmocniło wielu astrobiologów w ich przekonaniu, że "życie w kosmosie jest w toku".

Czy można ustalić, który punkt widzenia jest prawidłowy? Najprostszym sposobem znalezienia odpowiedzi na to pytanie jest wykrycie oznak życia na innych planetach Układu Słonecznego, takich jak Mars. Gdyby okazało się, że życie powstało od razu na dwóch planetach w ramach tego samego układu słonecznego, niewątpliwie wskazywałoby to na prawdziwość hipotezy biologicznego determinizmu. Niestety ekspedycja na Marsa, wyposażona we wszystko, co niezbędne do poszukiwania marsjańskich form życia, jest kwestią odległej przyszłości. To zajmie dużo czasu, aby dokładnie zbadać przedstawicieli znalezionej fauny pozaziemskiej (jeśli masz szczęście!).

Czy na Marsie jest życie?

Jeśli prawda o biologicznym determinizmie, sugerującym nieuchronność pojawienia się życia w odpowiednich warunkach, jest prawdziwa, wówczas życie mogłoby zapoczątkować gdziekolwiek w Układzie Słonecznym. To miejsce mogło być Marsiem, które niegdyś było najwyraźniej wodą. W przeszłości asteroidy i komety często spadały na Ziemię i Marsa, wybijając z nich kawałki skały. Te skały, a wraz z nimi znajdujące się w nich mikroorganizmy, wpadły w otwartą przestrzeń, a następnie na inne ciała kosmiczne. Tak więc może nastąpić wymiana materiału między planetami. A jeśli życie powstało niezależnie na Marsie i na Ziemi, to z czasem marsjańskie i ziemskie mikroorganizmy mogły trafić na obie planety. To sprawia, że ​​konieczne jest świeże spojrzenie na hipotezę o współistnieniu "cienia" i zwykłych biosfer: każdy mikroorganizm znaleziony na Ziemi z alternatywnymi cechami biochemicznymi najprawdopodobniej ma pochodzenie pozaziemskie. Sensowne jest poszukiwanie takich organizmów, w których warunki klimatyczne są podobne do marsjańskich, na przykład w lodowych pustyniach Antarktydy, najwyższych szczytach gór lub w miejscach o podwyższonym poziomie promieniowania.

Jednak hipotezę biologicznego determinizmu można "przetestować na siłę" w prostszy sposób. Żadna inna planeta nie jest bardziej podobna do Ziemi niż sama Ziemia. A jeśli kiedyś życie rzeczywiście zaczęło się w ziemskich warunkach, to co zapobiegało jego pojawieniu się tutaj wiele razy? Taka kusząca okazja skłoniła biologów do zbadania najbardziej egzotycznych pod względem warunków naturalnych w zakątkach naszej planety: pustyń, gorących podziemnych źródeł, jaskiń, wulkanów. Najprawdopodobniej niezwykłe formy życia – jeśli przyjmiemy, że rzeczywiście istnieją – mają wymiary mikroskopowe, dlatego stosowane testy mają na celu identyfikację egzotycznych mikrobów, które mogą żyć obok nas.

Główne postanowienia

  • Wielu biologów wierzy, że życie może powstać, ilekroć nadają się do tego warunki. Możliwe, że na naszej planecie powstało wiele razy. Aby znaleźć dowód na to, naukowcy poszukują egzotycznych mikroorganizmów.
  • Wśród najbardziej prawdopodobnych siedlisk takich organizmów są nisz izolowane ekologicznie,jak wulkan rozchodzi się w głębokich zagłębieniach oceanicznej skorupy i zamarzniętych pustyniach Antarktyki.
  • Ale alternatywne mikroorganizmy mogą być wśród nas. Nie różniąc się od znanych nam form, mogą one mieć zupełnie inne właściwości biochemiczne.

Badacze nie mają konsensusu w kwestii: "Czym jest życie?". Ale większość z nich zgadza się, że wszystkie żywe istoty powinny mieć co najmniej dwa znaki: zdolność metabolizowania (wchłaniania składników odżywczych z otoczenia, wydobywania z nich energii i usuwania odpadów) oraz samodzielnego rozmnażania. Według ortodoksyjnego poglądu na biogenezę, nawet jeśli życie na Ziemi powstało więcej niż raz, jedna z bardziej udanych form nieuchronnie wyparłaby wszystkie inne. Może się to zdarzyć, na przykład, gdy jedna forma szybko opanuje wszystkie dostępne zasoby lub "zapadnie się" w słabszą moc swoich genów. Ten argument jest jednak łatwo odrzucony. Bakterie i archeony, dwa różne typy mikroorganizmów, wywodzące się od jednego przodka ponad trzy miliardy lat temu, nadal koegzystują pokojowo.Ponadto alternatywne formy życia niekoniecznie muszą konkurować ze znanymi organizmami. "Obcy" mogą zajmować nisze ekologiczne, nie nadające się do życia w innych formach lub wykorzystywać inne zasoby.

W obronie hipotezy o istnieniu "obcych"

Załóżmy, że obecnie nie ma alternatywnych form życia na Ziemi. Ale kto będzie twierdził, że nie rozwinęli się w odległej przeszłości, a potem z jakiegoś powodu wymarli? Być może naukowcom uda się zaatakować ich szlak w geologicznie wyjątkowych skałach. Alternatywne formy życia mogą mieć zupełnie inny metabolizm; dlatego tam, gdzie żyli, właściwości skał mogły ulec zmianie, albo mogły powstać osady określonych minerałów. I jednego i drugiego nie można wytłumaczyć działaniami znanych już żywych istot.


Mikroorganizmy powstałe podczas alternatywnej biogenezy mogą wyglądać jak zwykłe bakterie. Jednak ich metabolizm jest zupełnie inny: być może będą używać egzotycznych aminokwasów lub pierwiastków chemicznych.


Może w starożytnych mikro-skamielinach sprzed 2,5 miliarda lat (na przełomie Archeanu i Proterozoiku),możliwe będzie wykrywanie biomarkerów w postaci specjalnych cząsteczek organicznych, których powstawania nie mogą wiązać przedstawiciele znanych nam wspólnych flory i fauny.

Jeszcze bardziej intrygujące, ale także bardziej kontrowersyjne jest założenie, że alternatywne formy życia nie zniknęły i nadal pozostają w środowisku, tworząc "biosferę cienia". Na pierwszy rzut oka pomysł wydaje się absurdalny: jeśli mają rację pod naszymi nosami (a może w nosie), dlaczego jeszcze ich nie znaleziono? Większość żyjących na ziemi istot to mikroorganizmy; nie można powiedzieć nic konkretnego na ich temat, oglądając je tylko mikroskopem. Aby dowiedzieć się, jakie miejsce zajmują na drzewie filogenetycznym ("drzewo życia"), konieczne jest określenie sekwencji nukleotydów ich genomu, a dzisiaj tylko niewielka część znanych mikroorganizmów przeszła taką procedurę testowania.

Las życia

Do klasyfikacji żywych organizmów naukowcy używają "drzewa życia" (drzewa filogenetycznego). Może być użyty do śledzenia pochodzenia różnych przedstawicieli flory i fauny Ziemi i ich relacji pokrewieństwa. Jeśli życie na naszej planecie powstawało wiele razy, to ta metoda klasyfikacji będzie musiała zostać zastąpiona inną. To nie będzie jedno drzewo życia, ale cały las.

Nasze drzewo życia.Zdjęcie: "W świecie nauki"

Wszystkie organizmy znane nauce mają podobne charakterystyki biochemiczne i używają tej samej metody przechowywania informacji genetycznej. Trzy główne gałęzie naszego drzewa życia to bakterie, archaebakterie (jednokomórkowe organizmy, podobne do bakterii, również pozbawione jądra) i eukariotyczne, składające się z komórek bardziej złożonej organizacji. Trzeci oddział obejmuje wszystkie zwierzęta, wszystkie rośliny i grzyby.

Życie lustrzane
Duże cząsteczki biologiczne mogą znajdować się w dwóch konfiguracjach przestrzennych, różniących się od siebie tym, że obracają płaszczyznę polaryzacji światła w innym kierunku – w prawo lub w lewo. W związku z tym nazywa się je pravo i lewrawirat. Wszystkie naturalne lewoskrętne aminokwasy i podwójna helisa DNA – prawoskrętna. Ale może istnieją organizmy zbudowane na bazie lustrzanych cząsteczek – lewrawirowego DNA i prawoskrętnych aminokwasów?

Egzotyczne aminokwasy
Zdecydowana większość znanych nam organizmów używa tego samego zestawu 20 aminokwasów do składania białek, ale chemicy syntetyczne mogą uzyskać o wiele więcej.Być może alternatywne formy życia budują białka z innych aminokwasów. Mogą to być m.in. izowalina i pseudoleucyna, znajdujące się w meteorytach, które spadły na Ziemię

Arsen zamiast fosforu
Według jednej z hipotez arsen może odgrywać rolę fosforu w alternatywnych żywych organizmach. Dla nas arszenik jest trucizną właśnie dlatego, że bardzo dobrze imituje wszystkie funkcje fosforu. Podobnie, fosfor może być trujący dla organizmów, których biochemia jest zbudowana na arsenzie

Krzem zamiast węgla
Najbardziej egzotyczne formy życia spośród wszystkich innych mogłyby wykorzystywać krzem zamiast węgla. Trwać również czterowartościowy (m. E. można zamocować cztery atomy lub grupy), jego atomów zdolnych do tworzenia struktury cyklicznej i długie łańcuchy, które służą za podstawę wielu cząsteczek biologicznych

Wszystkie badane organizmy prawdopodobnie mają wspólne pochodzenie. Mają podobną przemianę materii, prawie taki sam kod genetyczny – a więc może określić swoje miejsce w drzewa filogenetycznego. Ale wszystkie metody wykorzystywane przez biologów do identyfikacji nowych organizmów tworzone są z myślą o zwykłych formach życia.Jeśli "firmy-cienie" różnią się od nich, to naukowcy po prostu ich nie zauważą.

Żyć w izolacji

Gdzie szukać alternatywnych organizmów na współczesnej Ziemi? Niektórzy badacze uważają, że ekologiczne izolowane nisze niedostępne dla zwykłych form życia mogą służyć jako ich siedliska. Niedawno dokonano niesamowitego odkrycia: nawet dobrze znane organizmy są w stanie przetrwać w całkowicie nieznośnych warunkach. Znaleziono bakterie znalezione w tak egzotycznych miejscach, jak wulkany wulkanów lub lodowe pustynie Antarktydy. Istnieją "skrajności", które nie umierają w nasyconych roztworach soli, opracowane skały kopalniane, które zawierają metale ciężkie, w wodzie używanej w układzie chłodzenia reaktorów atomowych.

Niewidzialne polowanie. Gdzie szukać "obcych"?

W poszukiwaniu alternatywnych form życia biolodzy badają izolowane ekologicznie nisze, w których nie można tolerować żadnego z organizmów znanych nauce. Mogą to być wysokokaloryczne baseny lub bardzo słonowodne jeziora, takie jak Mono Lake w Kalifornii (u góry), suche mrożone pustynie na Antarktydzie (w środku) lub zanieczyszczone odpadami przemysłowymi, na przykład Rio Tinto w Hiszpanii (poniżej), który zawiera metale ciężkie.

Życie, jak wiemy, jest niemożliwe bez wody w stanie ciekłym. Na pustyni Atakama w północnym Chile jest takie suche miejsce, w którym nie ma oznak życia. Ponadto, pomimo faktu, że niektóre mikroorganizmy przeżywają we wrzącej wodzie (100 ° C pod normalnym ciśnieniem atmosferycznym), nie są wykrywane żaroodporne stworzenia, które wytrzymają temperaturę 130 ° C. Nie oznacza to jednak, że nie istnieją inne formy życia, które wytrzymają jeszcze ostrzejsze warunki.

Naukowcom uda się zaatakować szlak alternatywnych form życia, odkrywając takie oznaki aktywności biologicznej, jak cykl węglowy między glebą i powietrzem w ekologicznie odizolowanych regionach, na przykład w zamkniętych ekosystemach położonych w głębinach skorupy ziemskiej, na pustyniach na Antarktydzie, w kopalniach soli, na obszarach zanieczyszczone metalami ciężkimi i innymi substancjami niekompatybilnymi z życiem. W laboratorium można stworzyć ekstremalne warunki, zmieniając temperaturę i wilgotność, aż do całkowitego wygaszenia znanych form życia i sprawdzając, czy pozostają jakiekolwiek oznaki aktywności biologicznej. Jeśli tak, to może są to ślady alternatywnego życia.W ten sposób znaleziono bakterię odporną na promieniowanie. Deinococcus radioduransdla których śmiertelna dawka promieniowania gamma jest tysiąc razy większa niż dla ludzi. Okazało się, że D. radiodurany a wszystkie inne "radiofile" są genetycznie spokrewnione ze znanymi formami życia i nie nadają się do roli "kosmitów". Jednak fakt ten nie oznacza, że ​​podobne eksperymenty nie są odpowiednie do poszukiwania alternatywnych form życia.

Znaleziono kilka ekosystemów, najwyraźniej całkowicie odizolowanych od reszty biosfery. Społeczności mikrobiologiczne głęboko pod ziemią żyją bez światła, tlenu i materii organicznej wytwarzanej przez inne organizmy. Ich istnienie jest wspierane przez zdolność niektórych członków społeczności do wykorzystania do wzrostu i reprodukcji dwutlenku węgla i wodoru uwalnianych podczas reakcji chemicznych lub procesów radiacyjnych. Ustalono, że wszyscy członkowie tych ekosystemów są genetycznie blisko związani z mikroorganizmami żyjącymi w powierzchniowych warstwach gleby. Jednak tego rodzaju poszukiwania dopiero się rozpoczynają i być może wiele niespodzianek czeka na naukowców w głębi ziemi.W ramach programu głębokich wierceń dna oceanicznego pobierano już próbki gleby z głębokości do 1 km. Jednym z celów programu jest odnalezienie oznak życia w skorupie oceanicznej. W próbkach gleby pobranych w skorupie kontynentalnej na jeszcze większych głębokościach stwierdzono ślady aktywności biologicznej. Należy zauważyć, że systematyczne badania tego rodzaju nie zostały jeszcze przeprowadzone i jest za wcześnie, aby wyciągać jakiekolwiek wnioski.

Kandydat na "obcych"?

Odkrywając skaningowy mikroskop elektronowy, 200-milionowe skały osadowe wydobyte z dna głębokiego oceanicznego deptaka u wybrzeży Australii Zachodniej, Phillip Uinz (Philippa Uwins) z University of Queensland odkrył maleńkie struktury o rozmiarach od 20 do 15 nm (na zdjęciu brązowe kształty sferyczne i podłużne). Zawierały one DNA i najwyraźniej pomnożone w warunkach laboratoryjnych. Jednak wielu naukowców wątpi, że te tak zwane nanomiklesy są istotami żywymi.

Zintegrowany ekologicznie "kosmici"

Rozważ inną opcję. Alternatywne formy życia można znaleźć w najczęstszych ekosystemach, zakładając, że niezidentyfikowany "kosmita" żyje wśród nas.Jeśli jednak są reprezentowane tylko przez mikroformy, będą niezwykle trudne do odróżnienia od przedstawicieli zwykłej mikroflory, koncentrując się wyłącznie na zewnętrznych znakach. Morfologia drobnoustrojów nie jest bardzo zróżnicowana – wiele z nich ma kształt sferyczny lub prętowy. Ale "obcy" może mieć zupełnie inną biochemię, która może służyć jako wytyczna w ich poszukiwaniach.

Jedną z wyróżniających cech znanych nam form życia jest zdolność głównych składników ich cząsteczek do obracania płaszczyzny polaryzacji światła w jednym z możliwych kierunków (w lewo lub w prawo). Pomimo tego in vitro cząsteczki mogą znajdować się w obu konformacjach lustrzanych (lewoskrętnych i prawoskrętnych), w znanych żywych organizmach znajdują się tylko w jednym. Tak więc aminokwasy (budulce białek) to lewrawirat, a cukry są prawoskrętne. Właściwa podwójna helisa tworzy cząsteczkę DNA. Jednak prawa chemii działają w taki sam sposób zarówno w "lewym", jak i "właściwym" świecie, a jeśli założymy, że życie może się powtórzyć, jego bloki konstrukcyjne będą miały przeciwną symetrię z prawdopodobieństwem 50%."Wspólnota cieni" może przestrzegać tych samych praw biologicznych, co zwykłe, ale składa się z lustrzanych symetrycznych cząsteczek. Jego członkowie nie będą bezpośrednio konkurować ze znanymi formami życia ani wymieniać z nimi genów.

Identyfikacja symetrycznych postaci życia lustrzanego nie jest trudna. Produkty ich życiowej aktywności będą takie same pod względem chemicznym, ale jednocześnie będą miały przeciwną symetrię i będą rosły tylko w środowisku z lustrzastym symetrycznym składnikiem odżywczym. Richard Hoover (Richard Hoover) i Elena Picuta (Elena Picuta) z Marshall Space Flight Center (NASA) przeprowadzili eksperyment, w którym przedstawili w środę rozmaite ostatnio odkryte "ekstremum" z lustrzanymi substancjami odżywczymi i prześledzili, czy pojawią się oznaki aktywności biologicznej. Naukowcy odkryli jeden mikroorganizm zdolny do uprawy w egzotycznym środowisku: Anaerovirgula multivoranswyizolowany z osadów dennych alkalicznego jeziora w Kalifornii. Ku zaskoczeniu naukowców nie był wcale drobnoustrojem z lustrzanym, symetrycznym urządzeniem wewnętrznym, ale mikroorganizmem posiadającym niesamowitą zdolność do chemicznej zmiany aminokwasów i cukrów, przekładając je na "właściwą" formę, a następnie wykorzystując ją.

W świecie "życia w cieniu" używa się innego zestawu aminokwasów lub nukleotydów (bloków DNA). Wszystkie znane nam organizmy żywe syntetyzują swój DNA z tych samych nukleotydów – A, T, G i C (adenina, tymina, guanina i cytozyna) oraz białka (z rzadkim wyjątkiem) – z 20 identycznych aminokwasów. Kod genetyczny w całym świecie żywym jest uniwersalny: pewne trójki nukleotydów (trojaczki) kodują równie specyficzne aminokwasy. Sekwencja kodonów w genach, które składają się na DNA, wyznacza sekwencję aminokwasów w białkach. Ale biochemicy mogą syntetyzować wiele aminokwasów, które nie są obecne w cząsteczkach białek zwykłych organizmów w laboratorium. W meteorycie Murchison, który spadł na terytorium Australii w 1969 roku, znaleziono wiele dobrze znanych aminokwasów, ale także kilka niezwykłych, takich jak Isovalin i pseudoleucyna. (Naukowcy nie wiedzą, w jaki sposób wpadli w meteoryt, ale są pewni, że aminokwasy są pochodzenia niebiologicznego). Niektóre z nich mogłyby służyć jako budulec alternatywnych form życia. Aby wyśledzić takiego "obcego", konieczne jest zidentyfikowanie aminokwasu,których żaden ze znanych organizmów nie wykorzystuje i który nie służy jako produkt uboczny ich metabolizmu lub rozkładu i nie znajduje dowodów na jego obecność w środowisku.

Drogocenne ziarno informacji można zgromadzić na "żyznej ziemi", gdzie rosną sztuczne (syntetyczne) formy życia. Obecnie biochemicy aktywnie angażują się w tworzenie zupełnie nowych organizmów, w tym niezwykłych aminokwasów w białkach. Steve Benner (Steve Benner) z Foundation for Applied Molecular Evolution w Gainesville, Fla., uważa bardzo obiecującą całą klasę molekuł znanych jako alfametylowe aminokwasy. Jednakże nie znaleziono ich w żadnym z badanych organizmów. Gdy tylko zostanie zidentyfikowany nowy mikroorganizm, konieczne będzie natychmiastowe przeanalizowanie składu jego białka, na przykład za pomocą spektrometrii mas, a następnie ustalenie, z których aminokwasów składają się te białka. Każde poważne odchylenie właściwości nowicjusza od standardu będzie okazją do podejrzenia go o "kogoś innego".

Nawet jeśli taka strategia zakończy się sukcesem, naukowcy muszą się jeszcze dowiedziećczy naprawdę znaleźli alternatywną formę życia z bardzo szczególnym punktem wyjścia, czy jest to po prostu inny nieznany wcześniej przedstawiciel zwykłej mikroflory, tak jak to było w przypadku archaebakterii zidentyfikowanych dopiero pod koniec lat siedemdziesiątych. Innymi słowy, konieczne jest upewnienie się, że kandydatem na "obcych" w ogóle nie jest opuszczona gałąź drzewa życia, która już dawno zniknęła z głównego pnia. Formy wczesnego życia mogą radykalnie różnić się od tych, które pojawiły się później. Na przykład istnieją dowody na to, że obecny kod tripletowy był wynikiem optymalizacji wydajności kodowania pod presją doboru naturalnego. Oznacza to istnienie prymitywnego prekursora, na przykład kodu dubletu, który zapewnia tworzenie mniejszej liczby aminokwasów. Można założyć, że niektóre prymitywne organizmy wciąż używają takiego systemu kodowania. Nie są obcy w dosłownym tego słowa znaczeniu, są po prostu żyjącymi skamielinami. Ich odkrycie ma również duże znaczenie naukowe.

Prawdopodobieństwo, że wcześniej nieznana gałąź na "naszym" drzewie życia zostanie pomylona z oddzielnym drzewem "obcym", zmniejszy się, jeśli przyjmie się, że biochemia alternatywnych form życia radykalnie różni się od naszych zwykłych.Astrobiolodzy nie wykluczają, że egzotyczne organizmy mogą używać innych rozpuszczalników zamiast wody, na przykład etanu i metanu. Jednak świat jest trudne do znalezienia miejsca, w których substancje te byłyby w stanie ciekłym – wymaga bardzo niskich temperaturach, na przykład takich jak na powierzchni Tytana, największego księżyca Saturna. Inne rozważanie dotyczy spektrum podstawowych pierwiastków chemicznych, które składają się z cząsteczek organicznych: węgla, wodoru, tlenu, azotu i fosforu. Czy życie może powstać, jeśli przynajmniej jeden z pięciu elementów zostanie zastąpiony innym?

Fosfor to najbardziej "problematyczny" element w świecie organicznym. Jest to stosunkowo rzadkie, a w warunkach charakterystycznych dla wczesnego okresu ewolucji Ziemi było go mało w wystarczającej ilości w łatwo dostępnej formie – postaci rozpuszczonej. Felisa Wolf-Simon (Felisa wolf-simon) z Uniwersytetu Harvarda sugeruje, że arsen może z powodzeniem spełniać rolę fosforu w świecie organicznym; ponadto, w warunkach prymitywnej Ziemi, byłby nawet bardziej pożądany. W swojej zdolności do tworzenia elementów strukturalnych systemów żywych i tworzenia związków bogatych w energię, arsen nie jest gorszy od fosforu. Ponadto mógł uczestniczyć w regulacji metabolizmu.Nie może wykonywać tej funkcji w obecnie żyjących systemach, właśnie dlatego, że jest zbyt podobny do fosforu. Dla nas arsen jest trucizną; podobnie, fosfor byłby trucizną dla organizmów, które wykorzystują arsen jako jeden z głównych elementów. Być może organizmy, które preferują arsen, nadal żyją w egzotycznych niszach, na przykład w dziuplach oceanicznych lub gorących źródłach.

Kolejnym ważnym czynnikiem jest rozmiar. Wszystkie znane organizmy syntetyzują białka z aminokwasów przy użyciu dużych komórkowych "maszyn montażowych" – rybosomów. Taka struktura może zmieścić się w komórce tylko wtedy, gdy jej rozmiar przekracza kilkaset nanometrów (miliardową część metra). Cząstki wirusa są znacznie mniejsze – około 20 nm. Ale mikroorganizmy nie są zależne, do rozmnażania wykorzystują struktury zainfekowanej komórki i dlatego nie mogą być uważane za alternatywną formę życia. Jednak według wielu naukowców, biosfera dosłownie roi się od komórek, które są zbyt małe, aby pomieścić rybosomy. W 1990 roku Robert Folk (Robert Folk) z University of Texas w Austin zwrócił uwagę na małe formacje sferoidalne i elipsoidalne w skałach osadowych gorących źródeł w Viterbo (Włochy).Lud sugerował, że są to skamieniałe "nanobakterie", zwapniałe szczątki organizmów o średnicy 30 nm. Później Philip Uinz (Philippa Uwins) z University of Queensland odkrył podobne struktury w próbkach skalnych pobranych z dna głębokiego oceanicznego depresji u wybrzeży Australii Zachodniej. Jeżeli znaleziska rzeczywiście mają pochodzenie biologiczne, mogą być uznane za dowód istnienia alternatywnych systemów żywych, które nie potrzebują rybosomów do składania białek, a zatem mogą mieć arbitralnie mały rozmiar.


Alternatywne mikroorganizmy mogą żyć w naszym ciele.


Ale prawdopodobnie najbardziej egzotycznym środowiskiem alternatywnych form życia może być nasz własny organizm. W 1988 r. Olavi Kayander (Olavi Kajander) i jego koledzy z Uniwersytetu Kuopio w Finlandii, patrząc na komórki ssaków pod mikroskopem elektronowym, zobaczyli w wielu z nich maleńkie cząsteczki o rozmiarach do 50 nm – około 10 razy mniejsze od najmniejszych bakterii. Po 10 latach Kayander postawił hipotezę, że te cząstki są żywymi mikroorganizmami, które wykorzystują mocznik i przyczyniają się do powstawania kamieni nerkowych poprzez absorpcję wapnia i innych minerałów.Jest możliwe, że przynajmniej niektóre z tych karłów, ekstremalne wykorzystanie zupełnie różne szlaki metaboliczne i może być, to tylko te nieuchwytne alternatywne formy życia, które tak długo szuka biologów.

Drobni nieznajomi

Najmniejsze bakterie mają średnicę około 200 nm. Niezależnie żywych organizmów, które tworzą nasze „drzewo życia” nie może być mniejsza, w przeciwnym razie nie pomieścić wielkości białka syntezy struktur 20-30 nm – rybosomów. Ale jeśli alternatywne mikroorganizmy nie zawierają rybosomów, mogą być bardzo małe, na przykład wirusy, – 20 nm średnicy. Wirusy rybosomów nie są potrzebne – używają aparatu zainfekowanej komórki do rozmnażania.

Czym jest życie?

Załóżmy, że w końcu znaleziono mikroorganizm o niezwykłych właściwościach biochemicznych. Przed zapisaniem go w oderwaniu od "obcego", musisz dowiedzieć się, jak radykalnie różni się on od zwykłych form życia. Jeśli jednak nie wiemy, czym jest życie, niemożliwe jest sformułowanie jasnych kryteriów różnic. A więc niektórzy astrobiolodzy przyznają, że żywe formy mogłyby używać krzemu zamiast węgla.Ponieważ węgiel odgrywa kluczową rolę w biochemii współczesnych organizmów, trudno sobie wyobrazić, że formy życia "węglowe" i "krzemowe" mogły pochodzić od jednego wspólnego przodka. Z drugiej strony, organizm, który wykorzystuje tradycyjny zestaw nukleotydów i aminokwasów, ale inny kod genetyczny, nie może być jednoznacznie uznany za przybysza z innego świata. Różnice w kodzie genetycznym mogą powstać w toku ewolucji.

Istnieje również problem przeciwnej własności: odmienne organizmy, które wpadają w te same warunki, mogą stopniowo się zbiegać, zmieniając się, aby optymalnie dopasować się do otoczenia. Jeśli zbieżność idzie wystarczająco daleko, ich niezależne pochodzenie jest całkowicie zamaskowane. Wiadomo na przykład, że częstotliwość stosowania aminokwasów kodowanych przez ten sam tryplet nukleotydowy jest różna w zależności od organizmu, a różne organizmy, a różnica ta rozwinęła się pod naciskiem doboru naturalnego. Alternatywne formy życia, które początkowo stosowały określony zestaw aminokwasów, z biegiem czasu, mogły ewoluować wzdłuż tej cechy w kierunku zbieżności z naszymi zwykłymi formami i tracić ichwyjątkowość.

Problem identyfikacji innych form pogłębia fakt, że istnieją dwie teorie biogenezy. Według jednego z nich proces narodzin życia był niemal równoczesny, było to coś w rodzaju przejścia fazowego dobrze znanego fizykom. Być może wszystko to miało miejsce w czasie, gdy system osiągnął pewien poziom złożoności z chemicznego punktu widzenia. "System" niekoniecznie jest jakąś pojedynczą komórką. Według wielu biologów prymitywne życie powstało na bazie pewnej społeczności komórkowej, której członkowie wymieniali substancje i informacje; autonomia na poziomie komórkowym i organizmu pojawiła się później. Zgodnie z drugą teorią biogenezy przejście od chemii do biologii było długie i niejasno zdefiniowane, a wyraźna linia demarkacyjna między tymi światami nie może zostać narysowana.

Jeśli żywy organizm jest nadal uważany za system o określonych właściwościach (takich jak zdolność do przechowywania i przetwarzania informacji), który oddziela żyjących od nieożywionych, wtedy sensowne jest mówienie o jednym lub kilku wydarzeniach, które określają wygląd życia. Ale jeśli życie jest złożonym systemem, którego nie da się jasno zdefiniować, jego korzenie mogą rozpłynąć się bez śladu w równie złożonym świecie chemii.I w tym przypadku mówienie o niezależnym pochodzeniu niektórych form życia nie jest możliwe – chyba że powstały, na przykład, na planetach różnych systemów gwiezdnych i nigdy nie były ze sobą w kontakcie.

Do tej pory badano tylko niewielką część zróżnicowanej mikroflory Ziemi. Przy każdym nowym odkryciu nasze pomysły dotyczące tego, co jest możliwe w świecie biologicznym, a co nie, rozszerzają się. Im bardziej egzotyczne miejsca na naszej planecie staną się przedmiotem naszych badań, tym szybciej odkryjemy nowe, nieznane formy życia. Jeśli w toku badań dowiedzą się o istnieniu biogenezy o innej naturze, oznacza to, że teoria kosmicznej istoty życia ma prawo istnieć, a zatem istnieje nadzieja, że ​​nie jesteśmy sami we Wszechświecie.

Tłumaczenie: N. N Shafranovskaya


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: