Ostatak supernove N 63A. Kreditna slika: Hubble Klikni za veću sliku
Život na Zemlji omogućio je smrt zvijezda. Atomi poput ugljika i kisika istisnuti su u posljednjih nekoliko umirućih zvijezda nakon što su potrošene posljednje zalihe vodikovog goriva.
Kako su se te zvijezde sakupile u život, još uvijek je misterija, ali znanstvenici znaju da su određene kombinacije atoma bile potrebne. Voda - dva atoma vodika povezana s jednim atomom kisika - bila su od vitalnog značaja za razvoj života na Zemlji i tako NASA-ine misije sada pretražuju vodu na drugim svjetovima u nadi da će naći život drugdje. Organske molekule izgrađene uglavnom od ugljikovih atoma također se smatraju važnim, jer je čitav život na Zemlji temeljen na ugljiku.
Najpopularnije teorije o podrijetlu života kažu da se potrebna kemija dogodila na hidrotermalnim otvorima na dnu oceana ili u nekom plitkom bazenu osunčanom suncem. Međutim, otkrića u posljednjih nekoliko godina pokazala su da se mnogi osnovni materijali za život formiraju u hladnim dubinama prostora, gdje život kakav znamo nije moguć.
Nakon što zvijezde umiru od ugljika, neki se atomi ugljika kombiniraju s vodikom i tvore policikličke aromatske ugljikovodike (PAH). PAH-ovi - vrsta ugljične čađi slična spaljenim dijelovima spaljenog tosta - najčešći su organski spojevi u prostoru i osnovni sastojak meteorita ugljičnih hondrita. Iako se PAH ne nalaze u živim stanicama, oni se mogu pretvoriti u kinone, molekule koje sudjeluju u staničnim energetskim procesima. Na primjer, kinoni igraju ključnu ulogu u fotosintezi, pomažući biljkama da svjetlost pretvore u kemijsku energiju.
Transformacija PAH-a događa se u međuzvjezdanim oblacima leda i prašine. Nakon što pluta kroz svemir, PAH čađa se na kraju kondenzira u te "guste molekularne oblake". Materijal u tim oblacima sprječava dio, ali ne svih, oštrih zračenja prostora. Zračenje koje filtrira kroz modificira PAH-ove i druge materijale u oblacima.
Infracrvenim i radio teleskopskim opažanjima oblaka otkriveni su PAH, kao i masne kiseline, jednostavni šećeri, slabe količine aminokiseline glicin i preko 100 drugih molekula, uključujući vodu, ugljični monoksid, amonijak, formaldehid i cijanovodik.
Oblaci nikada nisu uzorkovani izravno - oni su predaleko - tako da potvrde ono što se kemijski događa u oblacima, istraživački tim pod vodstvom Maxa Bernsteina i Scotta Sandforda u Astrohemijskoj laboratoriji u NASA-ovom istraživačkom centru Ames postavio je eksperimente za oponašanje oblačni uvjeti.
U jednom pokusu, smjesa PAH / voda se taloži na sol i zatim bombardira ultraljubičastim (UV) zračenjem. To omogućava istraživačima da promatraju kako se osnovni PAH kostur pretvara u kinone. Zračenjem smrznute smjese vode, amonijaka, vodikovog cijanida i metanola (kemijske prethodnice formaldehidu) stvaraju se aminokiseline glicin, alanin i serin - tri najzastupljenije aminokiseline u živim sustavima.
Znanstvenici su stvorili primitivne organske strukture slične stanicama, ili vezikule.
Kako UV nije jedina vrsta zračenja u svemiru, istraživači su također koristili Van de Graaffov generator kako bi bombardirali PAH protone mega-elektronskih volti (MeV), koji imaju energije slične kozmičkim zrakama. MeV rezultati za PAH bili su slični iako nisu identični UV bombardiranju. MeV studija za aminokiseline još nije provedena.
Ovi eksperimenti sugeriraju da UV i drugi oblici zračenja daju energiju potrebnu za razdvajanje kemijskih veza pri niskim temperaturama i pritiscima gustih oblaka. Budući da su atomi još uvijek zaključani u ledu, molekule se ne lete, već se rekombiniraju u složenije strukture.
U drugom pokusu koji je vodio Jason Dworkin, smrznuta mješavina vode, metanola, amonijaka i ugljičnog monoksida bila je izložena UV zračenju. Ta kombinacija daje organski materijal koji tvori mjehuriće kad je uronjen u vodu. Ti mjehurići podsjećaju na stanične membrane koje okružuju i koncentriraju kemiju života, odvajajući ga od vanjskog svijeta.
Mjehurići proizvedeni u ovom eksperimentu bili su između 10 i 40 mikrometara, odnosno otprilike veličine crvenih krvnih zrnaca. Izuzetno, mjehurići su fluorescirali ili užarili, kada su bili izloženi UV svjetlu. Apsorbiranje UV-a i pretvaranje u vidljivu svjetlost na taj bi način moglo pružiti energiju primitivnoj ćeliji. Da su takvi mjehurići igrali ulogu u nastanku života, fluorescencija je mogla biti prethodnica fotosinteze.
Fluorescencija bi također mogla djelovati kao krema za zaštitu od sunca, difuzujući štetu koja bi inače bila nanesena UV zračenjem. Takva zaštitna funkcija bila bi presudna za život na ranoj Zemlji, jer ozonski omotač, koji blokira sunčeve najrazornije UV zrake, nije nastao sve dok fotosintetski život nije počeo stvarati kisik.
Od svemirskih oblaka do sjemena života
Gusti molekulski oblaci u svemiru na kraju se gravitacijski kolabiraju kako bi tvorili nove zvijezde. Dio ostatka prašine skuplja se kasnije u obliku asteroida i kometa, a neki od tih asteroida skupljaju se u obliku planetarnih jezgara. Na našem planetu život je tada nastao iz bilo kojeg osnovnog materijala.
Velike molekule potrebne za izgradnju živih stanica su:
* Proteini
* Ugljikohidrati (šećeri)
* Lipidi (masti)
* Nukleinske kiseline
Otkriveno je da meteoriti sadrže aminokiseline (građevne blokove proteina), šećere, masne kiseline (građevni blok lipida) i baze nukleinskih kiselina. Murchisonov meteorit, na primjer, sadrži lance masnih kiselina, različite vrste šećera, svih pet baza nukleinskih kiselina i više od 70 različitih aminokiselina (u životu se koristi 20 aminokiselina, od kojih je samo šest u Murchisonovom meteoritu).
Budući da su takvi ugljični meteoriti uglavnom jednolični u sastavu, smatra se da predstavljaju predstavnike početnog oblaka prašine iz kojeg su rođeni Sunce i Sunčev sustav. Stoga se čini da je u početku bilo dostupno gotovo sve potrebno za život, a meteoriti i kometi zatim s vremenom donose svježe isporuke tih materijala na planete.
Ako je to istina i ako su molekularni oblaci prašine kemijski slični u cijeloj galaksiji, tada bi se sastojci za život trebali raširiti.
Loša strana abiotske proizvodnje sastojaka za život je ta što se niti jedan od njih ne može upotrijebiti kao „biomarkeri“, pokazatelji da život postoji u određenom okruženju.
Max Bernstein navodi meteorit 8400 Alan Hills kao primjer biomarkera koji nisu pružili dokaz života. 1996. Dave McKay iz NASA-inog svemirskog centra Johnson i njegovi kolege objavili su da postoje četiri moguća biomarkera unutar ovog marsovskog meteorita. ALH84001 imao je ugljične kugle koje sadrže PAH-ove, mineralnu raspodjelu koja sugerira biološku kemiju, kristale magnetita koji nalikuju onima koje stvaraju bakterije i oblike slične bakterijama. Iako se za svakoga nije smatralo da je to dokaz života, njih četvero u vezi izgledalo je uvjerljivo.
Nakon najave McKay, naknadne studije otkrile su da se svaki od tih takozvanih biomarkera također može proizvesti neživim sredstvima. Stoga je većina znanstvenika danas sklona vjerovanju da meteorit ne sadrži fosilizirani izvanzemaljski život.
"Čim su dobili rezultat, ljudi su pucali na njih, jer to tako funkcionira", kaže Bernstein. "Naše šanse da ne napravimo pogrešku kada budemo otkrili biomarker na Marsu ili Europi bit će mnogo bolje ako smo već učinili ekvivalent onome što su napravili oni momci nakon što su McKay i ostali objavili svoj članak."
Bernstein kaže da, simulirajući uvjete na drugim planetima, znanstvenici mogu shvatiti što bi se tamo trebalo kemijski i geološki događati. Tada, kad posjetimo jedan planet, možemo vidjeti koliko se stvarnost podudara s predviđanjima. Ako na planeti postoji nešto što nismo očekivali da bi to mogli naći, to bi mogao biti pokazatelj da su životni procesi promijenili sliku.
"Ono što imate na Marsu ili u Europi, materijal je koji je dostavljen", kaže Bernstein. "Uz to, imate sve što se nakon toga stvorilo iz bilo kakvih uvjeta. Dakle (da biste tražili život) morate pogledati molekule koje su tamo i imati na umu kemiju koja se možda dogodila s vremenom. "
Bernstein smatra da bi hiralnost, ili "predanost molekula", mogla biti biomarker na drugim svjetovima. Biološke molekule često dolaze u dva oblika koji, iako su hemijski identični, imaju suprotne oblike: „ljevoruki“ i njegova zrcalna slika, „desna“. Prednost molekula je zbog povezanosti atoma. Iako je priroda ravnomjerno raspoređena po prirodi, u većini slučajeva živi sustavi na Zemlji imaju lijeve aminokiseline i desni šećer. Bernstein kaže, ako molekule na drugim planetima imaju drugačiju sklonost, to bi mogao biti znak vanzemaljskog života.
"Kada biste otišli na Mars ili Europu i vidjeli pristranost kao i naša, sa šećerima ili aminokiselinama koje imaju našu hiralnost, ljudi bi jednostavno sumnjali da je to kontaminacija", kaže Bernstein. "Ali ako ste vidjeli aminokiselinu s pristranom prema desnoj strani ili ako ste vidjeli šećer koji ima nagib prema lijevoj strani - drugim riječima, ne naš oblik - to bi bilo zaista uvjerljivo."
Međutim, Bernstein primjećuje da kiralni oblici koji se nalaze u meteoritima odražavaju ono što se vidi na Zemlji: meteoriti sadrže lijeve aminokiseline i desno šećere. Ako meteoriti predstavljaju predložak za život na Zemlji, onda život drugdje u Sunčevom sustavu također može odražavati istu pristranost pri ruci. Stoga će za dokaz života biti potrebno nešto više od hiralnosti. Bernstein kaže da bi pronalazak lanaca molekula, "poput nekoliko povezanih aminokiselina povezanih", također mogao biti dokaz života, "jer u meteoritima često vidimo pojedinačne molekule".
Izvorni izvor: NASA Astrobiology
