Zbytek Supernovy N 63A. Obrazový kredit: Hubble Kliknutím zvětšíte
Život na Zemi byl umožněn smrtí hvězd. Atomy jako uhlík a kyslík byly vyloučeny v několika posledních umírajících výdechech hvězd poté, co byly vyčerpány jejich konečné zásoby vodíkového paliva.
Jak se tato hvězdná hmota spojila do života, je stále záhadou, ale vědci vědí, že určité atomové kombinace byly nezbytné. Voda - dva atomy vodíku spojené s jedním atomem kyslíku - byly životně důležité pro rozvoj života na Zemi, a tak mise NASA nyní hledají vodu v jiných světech v naději, že najdou život jinde. Organické molekuly vytvořené většinou z atomů uhlíku jsou také považovány za důležité, protože veškerý život na Zemi je založen na uhlíku.
Nejoblíbenější teorie původu života říkají, že nezbytná chemie nastala u hydrotermálních průduchů na dně oceánu nebo v nějakém sluncem zalitém mělkém bazénu. Objevy v posledních několika letech však ukázaly, že mnoho základních materiálů pro život se tvoří v chladných hlubinách vesmíru, kde život, jak víme, není možný.
Poté, co hvězdy vymřou uhlík, některé atomy uhlíku se spojí s vodíkem za vzniku polycyklických aromatických uhlovodíků (PAH). PAH - druh uhlíkových sazí podobných spáleným částem spáleného topinky - jsou nejhojnějšími organickými sloučeninami ve vesmíru a primární složkou meteoritů uhlíkatých chondritů. Ačkoli se PAU nenacházejí v živých buňkách, lze je převést na chinony, molekuly, které se podílejí na buněčných energetických procesech. Například chinony hrají zásadní roli ve fotosyntéze a pomáhají rostlinám přeměnit světlo na chemickou energii.
Transformace PAH probíhá v mezihvězdných oblacích ledu a prachu. Poté, co se vznáší vesmírem, saze PAH nakonec kondenzují do těchto „hustých molekulárních mraků“. Materiál v těchto oblacích blokuje některé, ale ne všechny, drsné záření vesmíru. Záření, které filtruje, upravuje PAH a další materiál v oblacích.
Pozorování mraků pomocí infračerveného a radioteleskopu detekovalo PAH, stejně jako mastné kyseliny, jednoduché cukry, slabá množství aminokyseliny glycinu a více než 100 dalších molekul, včetně vody, oxidu uhelnatého, amoniaku, formaldehydu a kyanovodíku.
Výzkumné týmy vedené Maxem Bernsteinem a Scottem Sandfordem v Astrochemistry Laboratory ve Výzkumném centru Ames ve společnosti NASA provedly experimenty tak, aby potvrdily, co se v oblacích chemicky odehrává přímo - jsou příliš daleko - cloudové podmínky.
V jednom experimentu je směs PAH / voda deponována na sůl a poté bombardována ultrafialovým (UV) zářením. To umožňuje vědcům pozorovat, jak se základní kostra PAH mění v chinony. Ozařováním zmrazené směsi vody, amoniaku, kyanovodíku a methanolu (prekurzorové chemikálie k formaldehydu) se generují aminokyseliny glycin, alanin a serin - tři nejhojnější aminokyseliny v živých systémech.
Vědci vytvořili primitivní struktury podobné organickým buňkám nebo váčky.
Protože UV není jediný typ záření ve vesmíru, vědci také použili generátor Van de Graaff k bombardování PAHs mega-elektronovými voltovými (MeV) protony, které mají podobné energie jako kosmické paprsky. Výsledky MeV pro PAH byly podobné, i když ne identické s UV bombardováním. Studie MeV pro aminokyseliny dosud nebyla provedena.
Tyto experimenty naznačují, že UV a další formy záření poskytují energii potřebnou k rozbití chemických vazeb při nízkých teplotách a tlacích hustých mraků. Protože atomy jsou stále zamčené v ledu, molekuly nelétají, ale místo toho se rekombinují do složitějších struktur.
V dalším experimentu vedeném Jasonem Dworkinem byla zmrazená směs vody, methanolu, amoniaku a oxidu uhelnatého vystavena UV záření. Tato kombinace poskytla organický materiál, který po ponoření do vody vytvořil bubliny. Tyto bubliny připomínají buněčné membrány, které obklopují a koncentrují chemii života a oddělují ji od vnějšího světa.
Bubliny vytvořené v tomto experimentu byly mezi 10 až 40 mikrometry, nebo o velikosti červených krvinek. Je pozoruhodné, že bubliny fluoreskovaly nebo svítily, když byly vystaveny UV světlu. Absorpce UV a přeměna na viditelné světlo tímto způsobem by mohla poskytnout energii primitivní buňce. Pokud by takové bubliny hrály roli v původu života, fluorescence mohla být předchůdcem fotosyntézy.
Fluorescence by také mohla působit jako opalovací krém a šířit jakékoli poškození, které by jinak bylo způsobeno UV zářením. Taková ochranná funkce by byla životně důležitá pro život na počátku Země, protože ozonová vrstva, která blokuje nejničivější UV paprsky slunce, se netvořila až poté, co fotosyntetický život začal produkovat kyslík.
Od vesmírných mraků až po semena života
Husté molekulární mraky ve vesmíru se nakonec gravitačně zhroutí a vytvoří nové hvězdy. Některé zbytky prachu se později shlukují do formy asteroidů a komet a některé z těchto asteroidů se shlukují do planetárních jader. Na naší planetě pak vznikl život z jakéhokoli základního materiálu, který měl po ruce.
Velké molekuly potřebné k vytvoření živých buněk jsou:
* Proteiny
* Sacharidy (cukry)
* Lipidy (tuky)
* Nukleové kyseliny
Bylo zjištěno, že meteority obsahují aminokyseliny (stavební bloky proteinů), cukry, mastné kyseliny (stavební bloky lipidů) a báze nukleových kyselin. Například meteorit Murchison obsahuje řetězce mastných kyselin, různé typy cukrů, všech pět bází nukleových kyselin a více než 70 různých aminokyselin (život používá 20 aminokyselin, z nichž pouze šest je v meteoritu Murchison).
Protože takové uhlíkaté meteority mají obecně jednotné složení, považují se za reprezentativní pro počáteční oblak prachu, ze kterého se zrodilo slunce a sluneční soustava. Zdá se tedy, že na začátku bylo k dispozici téměř všechno, co bylo potřeba pro život, a meteority a komety pak v průběhu času dodávají tyto planety čerstvé dodávky.
Pokud je to pravda a pokud jsou mraky molekulárního prachu chemicky podobné v celé galaxii, měly by být složky pro život rozšířené.
Nevýhodou abiotické výroby ingrediencí pro život je, že žádná z nich nemůže být použita jako „biomarkery“, což je indikátor toho, že život existuje v konkrétním prostředí.
Max Bernstein ukazuje na meteorit Alan Hills 84001 jako příklad biomarkerů, které neposkytly důkaz života. V roce 1996, Dave McKay z NASA Johnson Space Center a jeho kolegové oznámili, že v tomto marťanském meteoritu existují čtyři možné biomarkery. ALH84001 měl uhlíkové kuličky obsahující PAH, minerální distribuci připomínající biologickou chemii, magnetitové krystaly připomínající ty produkované bakteriemi a bakteriálně podobné tvary. Zatímco každý sám o sobě nebyl považován za důkaz života, všichni čtyři spolu vypadali přesvědčivě.
Po oznámení McKay následné studie zjistily, že každý z těchto tzv. Biomarkerů lze také produkovat neživými prostředky. Většina vědců je proto nyní nakloněna věřit, že meteorit neobsahuje zkamenělý cizí život.
"Jakmile dosáhli výsledku, lidé na ně začali střílet, protože tak to funguje," říká Bernstein. "Naše šance, že nedojde k chybě, když přijdeme s biomarkerem na Marsu nebo na Evropu, budou mnohem lepší, pokud jsme již udělali ekvivalent toho, co tito kluci udělali poté, co McKay, et al., Publikovali svůj článek."
Bernstein říká, že simulací podmínek na jiných planetách mohou vědci zjistit, co by se tam mělo stát chemicky a geologicky. Když potom navštívíme planetu, uvidíme, jak blízko realita odpovídá předpovědím. Pokud na planetě existuje něco, co jsme neočekávali, mohlo by to být známkou toho, že životní procesy změnily obraz.
"To, co máte na Marsu nebo v Evropě, je materiál, který byl dodán," říká Bernstein. "Navíc máte cokoli, co se vytvořilo z jakýchkoli podmínek." Takže (hledejte život), musíte se podívat na molekuly, které jsou tam, a mějte na paměti chemii, která se mohla v průběhu času stát. “
Bernstein si myslí, že chiralita nebo „handedness“ molekuly by mohla být biomarkerem v jiných světech. Biologické molekuly často přicházejí ve dvou formách, které, i když jsou chemicky identické, mají opačné tvary: „levák“ a jeho zrcadlový obraz „pravák“. Handlovost molekuly je způsobena vazbou atomů. Zatímco handedness je rovnoměrně rozptýlen v celé přírodě, ve většině případů živé systémy na Zemi mají levotočivé aminokyseliny a pravotočivé cukry. Pokud molekuly na jiných planetách vykazují odlišnou preferenci v handedness, říká Bernstein, mohlo by to být známkou mimozemského života.
"Kdybyste šli na Mars nebo do Evropy a viděli byste zkreslení stejné jako naše, protože cukry nebo aminokyseliny mají naši chiralitu, lidé by prostě měli podezření, že to byla kontaminace," říká Bernstein. "Ale pokud jste viděli aminokyselinu se zkreslením směrem doprava, nebo pokud jste viděli cukr, který měl zkreslení směrem doleva - jinými slovy, ne naši formu -, bylo by to opravdu přesvědčivé."
Bernstein však poznamenává, že chirální formy nalezené v meteoritech odrážejí to, co je vidět na Zemi: meteority obsahují levotočivé aminokyseliny a pravotočivé cukry. Pokud meteority představují šablonu pro život na Zemi, pak život jinde ve sluneční soustavě může také odrážet stejnou zaujatost v handedness. Pro důkaz života tedy může být potřeba něco víc než chiralita. Bernstein říká, že nalezení řetězců molekul, „například pár aminokyselin spojených dohromady“, může být také důkazem života, „protože v meteoritech máme sklon vidět pouze jednotlivé molekuly.“
Původní zdroj: NASA Astrobiology
