Predgovor Borisa Šterna
Dolgo smo načrtovali razpravo v zvezi z večnim vprašanjem kraja človeka v vesolju. Tu gre seveda za nezemeljsko življenje in planete drugih zvezd. Trenutno je znanih nekaj manj kot 6 tisoč eksoplanetov, od tega jih več kot dva tisoč čaka na neodvisno potrditev. Toda za statistične raziskave lahko uporabite vseh 6 tisoč.
Med njimi je zelo malo planetov, ki naj bi bili primerni za življenje. To je naravno, saj jih je najtežje najti: zelo močan selekcijski učinek deluje proti zemeljskim planetom. Preveč so lahki, da bi jih lahko ujela metoda radialne hitrosti zvezde, njihovo leto pa je predolgo, da bi bili njihovi tranziti zanesljivo odkriti v podatkih o vesoljskem teleskopu Kepler. Izjema so planeti v naseljeni coni rdečih škratov, ki so odprti pod našimi noski, veliko lažje jih je najti. Takšnih planetov je veliko, toda, žal, rdeči palčki so zelo neprijetni za življenje poleg njih. Vendar ekstrapolacija Keplerjevih podatkov za "vroče dežele" zvezd, kot je Sonce, daje zelo optimističen rezultat: vsaj 15% teh zvezd ima planete v svojem bivalnem območju. To oceno so številni avtorji dobili neodvisno,sčasoma pa postaja vse bolj optimističen: 20% in celo četrtina soncev ima zemljišča. To pomeni, da je najbližja zvezda razreda G ali K z Zemljo v orbiti v območju bivanja v 15 svetlobnih letih. Takšnih zvezd je malo in že se pojavljajo kandidati, na primer Tau Ceti. In v polmeru recimo 30 svetlobnih let je veliko takih planetov.
Metode opazovanja postopoma napredujejo. Novi bližnji zemeljski planeti bodo odkriti z uporabo izboljšanega instrumenta HARPS. V naslednjem desetletju se bomo naučili nekaj ali dve o atmosferi nekaterih zemeljskih planetov s pomočjo instrumentov, kot sta orjaški izjemno velik teleskop (ELT) in vesoljski teleskop James Webb. In možno je, da se bo kisik pojavil v absorpcijskem spektru atmosfere nekega tranzitnega planeta (skozi disk zvezde). Če zvezda ni preveč aktivna in dovolj stara, je kisik lahko samo biogen. Tako je mogoče zaznati nezemeljsko življenje.
Je resnično? Če se življenje pojavi v katerem koli kotu, takoj ko se zanjo pojavijo pogoji - zakaj ne? A je? Pogosto se navaja argument, da se je življenje na Zemlji pojavilo zelo hitro, kar pomeni, da je tako - nekaj sto milijonov let je dovolj, da se pojavi v nekakšni juhi. Obstaja pa tudi protitargument - primerna "juha" lahko obstaja le na mladem planetu - življenje se pojavi hitro ali nikoli.
In seveda obstaja nasprotno stališče: življenje je redek pojav, ki temelji na povsem neverjetnem naključju. Najbolj podrobno stališče o tej zadevi, strokovno in s kvantitativnimi ocenami, je izrazil Evgeny Kunin. Življenje temelji na kopiranju dolgih molekul, prvotno so bile to molekule RNA. Kopiranje opravi določena naprava, imenovana "replika" (te vrstice je napisal fizik, zato je terminologija s stališča biologa nekoliko nerodna). Replikacija ne bo prišla od nikoder, če ni programirana v isti kopirani RNA.
Po Kuninovem mnenju je za začetek samoreprodukcije RNA in z njo evolucija "vsaj spontani pojav naslednjega" potreben.
- Dve rRNA s skupno velikostjo vsaj 1000 nukleotidov.
- Približno 10 primitivnih adapterjev po 30 nukleotidov, skupno za približno 300 nukleotidov.
- Vsaj ena replika, ki kodira RNA, je približno 500 nukleotidov (spodnja ocena). V sprejetem modelu je n = 1800 in kot rezultat je E <10 - 1081 ".
V danem fragmentu mislimo na štiričrkovno kodiranje, število možnih kombinacij je 41800 = 101081, če le nekaj njih začne proces evolucije, potem je verjetnost potrebnega sestavljanja na en "poskus" spontanega sestavljanja ~ 10-1081.
Promocijski video:
V tem, da je rezultat pred našimi očmi, ni nobenega protislovja: glede na teorijo o inflaciji je Vesolje ogromno, desetine zaporedja večje od njegovega vidnega dela, in če razumemo vesolje kot zaprt prostor, potem obstajajo vesolji z istim vakuumom kot naš, velikanski niz … Najmanjša verjetnost se nekje uresniči, kar povzroči presenečeno gledalce.
Ti dve skrajnosti pomenita veliko glede na naše mesto v vesolju. Vsekakor smo sami. Če pa je življenje od nas na desetine svetlobnih let, je to tehnološka osamljenost, ki jo premaga razvoj in tisočletna potrpežljivost. Če je Kuninova ocena pravilna, je to temeljna osamljenost, ki je ne more premagati nič. Potem smo mi in zemeljsko življenje edinstven pojav v vzročno povezanem volumnu Vesolja. Edino in najdragocenejše. To je pomembno za prihodnjo strategijo človeštva. V prvem primeru je osnova strategije iskanje. V drugem primeru - setva (obstaja celo tak izraz "usmerjena panspermija"), ki vključuje tudi iskanje primerne zemlje.
Vse to si zasluži razpravo. Ali obstajajo vrzeli v Kuninovem argumentu? Ali obstajajo kakšni mehanizmi, ki jih je mogoče razbrati tako, da presežemo "neznosno kompleksnost" replikatorja RNA? Je res tako neoprostljivo? Itd.
Za njihovo mnenje smo povprašali več biologov.
Aleksander Markov, dr. biol. znanosti, vod. znanstveni. sotr. Paleontološki inštitut RAS, vodja. Oddelek za biološko evolucijo, Biološka fakulteta, Moskovska državna univerza:
Ocena Evgenija Kunina, ki pomeni, da smo v vesolju brezupno sami, temelji na eni ključni domnevi. Kunin je verjel, da je za začetek procesa razmnoževanja RNA (in z njim darvinsko evolucijo; logično je ta trenutek obravnavati kot trenutek nastanka življenja), kar je bilo treba povsem po naključju - kot rezultat naključnega - pojavil se je ribozim z aktivnostjo polimeraze RNA, to je dolga molekula RNA, ki ima zelo določeno (in ne le katerokoli) nukleotidno zaporedje in je zaradi tega sposobna učinkovito katalizirati podvajanje RNA.
Če ni drugega načina, drugega "vstopa" v svet živega iz sveta nežive materije, potem je Kunin prav in morali bi se odpovedati upanju, da bomo v vesolju našli vse življenje razen zemeljskega. Domnevamo, da se je vse začelo ne z eno učinkovito učinkovito polimerazo, ampak na primer z določeno skupnostjo majhnih, neučinkovitih polimeraz in ligaz (ribocimi, ki lahko kratke molekule RNA povežejo z daljšimi): morda bo to oceno nekoliko bolj optimistično, vendar ne bo bistveno spremenil razmer. Ker je bil prvi razmnoževalec še vedno zelo zapleten in bi se moral pojaviti brez pomoči Darwinov evolucije - pravzaprav po naključju.
Izvedljiva alternativa je neenzimska replikacija RNA (NR RNA): postopek, pri katerem se molekule RNA razmnožujejo brez pomoči kompleksnih ribocimov ali beljakovinskih encimov. Tak postopek obstaja, katalizirajo ga ioni Mg2 +, vendar gre prepočasi in nenatančno - vsaj pod pogoji, ki so jih imeli raziskovalci čas, da poskusijo.
Vendar pa obstaja upanje, da bo kljub temu mogoče najti nekaj verjetnih pogojev (ki bi načeloma lahko obstajali na nekaterih planetih), ko bo RNR NR potekala dovolj hitro in natančno. Morda je za to potreben kakšen razmeroma preprost katalizator, ki ga je mogoče sintetizirati na abiogenski način. Možno je, da preprosti abiogeni peptidi z več negativno nabitimi ostanki asparaginske kisline, ki zadržijo magnezijeve ione, lahko delujejo kot taki katalizatorji: beljakovinske RNP polimeraze imajo podobne aktivne centre in to možnost zdaj preučujemo.
Vprašanje možnosti učinkovite NR RNA je temeljnega pomena za oceno verjetnosti nastanka življenja. Če je NR RNA možna, je v opazovanem vesolju morda kar nekaj živih planetov. Temeljne razlike med obema scenarijema - z možnimi in nemogočimi NR RNA - so prikazane v tabeli. Če je NR možen, bi se lahko Darwinova evolucija začela skoraj takoj po pojavu prvih kratkih molekul RNA. Selektivno prednost bi morale dobiti tiste molekule RNA, ki so se učinkoviteje množile s HP-jem. To so lahko na primer molekule s palindromičnimi ponovitvami, ki bi lahko same služile kot osnovni premazi - "semena" za replikacijo; palindromi se lahko zložijo v tridimenzionalne strukture - "lasnice", kar povečuje verjetnost pojava katalitičnih lastnosti v molekuli RNA. Kakorkoli že, potemKo se je začela darvinska evolucija, nadaljnji razvoj življenja ni bil določen samo po naključju, temveč tudi z zakonom.
Ocene verjetnosti (pogostosti) nastanka življenja po teh dveh scenarijih bi se morale razlikovati od ogromnega števila naročil (čeprav seveda nihče ne bo dal natančnih številk). Pomembno je tudi poudariti, da če življenje izvira "po Kuninu", torej zaradi naključnega sestavljanja učinkovite ribozim-polimeraze, potem se načelo komplementarnosti (specifično seznanjanje nukleotidov), na katerem se sposobnost RNA razmnožuje in razvija, izkaže za nekakšen "klavir v grmovju" ", Kar nima nobene zveze z dejstvom, da se je na planetih nabralo tako ogromno število molekul RNA, da se je na enem od planetov naključno pojavil učinkovit ribozim z aktivnostjo RNA polimeraze. Če je življenje nastalo "v skladu s Shostakom" (Nobelov nagrajenec Jack Shostak zdaj aktivno preučuje NR RNA in verjame, da je ta postopek ključ do skrivnosti izvora življenja),takrat komplementarnost ni bila "klavir v grmu", ampak je delovala od samega začetka. Zaradi tega je celoten scenarij nastanka življenja veliko bolj prepričljiv in logičen. Stavil bi na Shostaka.
Tako je zdaj vse odvisno od uspeha specialistov s področja prebiotične kemije. Če najdejo realne razmere, v katerih NR RNA gre dobro, potem imamo priložnost najti življenje na drugih planetih. In če ne, potem … moramo pogledati naprej.
Armen Mulkidzhanyan, Dr. biol. Sci., Univerza v Osnabrücku (Nemčija), vod. znanstveni. sotr. MSU:
Težko je trditi, da je življenje nastalo že zdavnaj in na mladi Zemlji. Zemlja je sestavljena iz hondritskih kamnin, kot meteoriti. Segrevanje teh kamnin med nastajanjem Zemlje je povzročilo taljenje vode, ki jo prinašajo hondriti. Medsebojno delovanje vode z segreto, zmanjšano kamnino naj bi povzročilo sproščanje elektronov, tvorbo vodika in zmanjšanje ogljikovega dioksida (CO2) na različne organske spojine. Podobni procesi še vedno potekajo na območjih geotermalne aktivnosti, na primer na geotermalnih poljih, vendar z nizko intenzivnostjo. Tako lahko na mladih planetih drugih zvezd pričakujemo nastajanje organskih snovi v velikih količinah. Verjetnost, da v tem primeru lahko nastane življenje, je mogoče oceniti z upoštevanjem evolucije zemeljskega življenja.
Prve dve milijardi let so na Zemlji živeli samo mikrobi. Tako bi nadaljevalo, vendar so se pred približno 2,5 milijarde let fotosintetske bakterije naučile uporabljati energijo svetlobe za razgradnjo vode. Fotosinteza je prvotno nastala kot nadomestilo za dušene geokemične procese »odmetavanja« odvečnih elektronov. Pri fotosintezi se energija svetlobe uporablja za oksidacijo različnih spojin, torej za "odvzemanje" elektronov iz njih, za njihovo fotoaktivacijo in na koncu za zmanjšanje CO2 v organske spojine. Sistem razkrajanja vode je nastal kot posledica postopnega razvoja preprostejših fotosintetskih encimov, ki so se ohranili v nekaterih bakterijah. Obstaja več zelo verjetnih scenarijev, kako so takšni encimi s pomočjo svetlobe in klorofila najprej oksidirali vodikov sulfid (in še zdaj to počnejo nekateri),Ker se je vodikov sulfid v gojišču izčrpal, so bili elektroni odvzeti iz železov železovih ionov, nato pa iz manganovih ionov. Kot rezultat, so se nekako naučili razgraditi vodo. V tem primeru so elektroni, odvzeti vodi, prešli v sintezo organske snovi, kisik pa se je sprostil kot stranski produkt. Kisik je zelo močno oksidacijsko sredstvo. Moral sem se braniti pred njim. Pojav večceličnosti, toplokrvnosti in nenazadnje inteligence so vse različne stopnje zaščite pred oksidacijo z atmosferskim kisikom.toplokrvnost in ne nazadnje tudi razlog - vse to so različne stopnje zaščite pred oksidacijo z atmosferskim kisikom.toplokrvnost in ne nazadnje tudi razlog - vse to so različne stopnje zaščite pred oksidacijo z atmosferskim kisikom.
Razpad vode se zgodi v edinstvenem katalitskem centru, ki vsebuje gručo štirih manganovih atomov in en kalcijev atom. V tej reakciji, ki zahteva štiri kvante svetlobe, se dve molekuli vode (2 H2O) naenkrat razpadeta, da tvorita eno molekulo kisika (O2). Za to je potrebna energija štirih kvantov svetlobe. Na manganovih atomih se kot odgovor na absorpcijo treh svetlobnih kvantov zaporedno naberejo tri elektronska prosta mesta ("luknje"), in šele ko se absorbira četrti svetlobni kvant, se oba molekula vode oksidirata, luknje se napolnijo z elektroni in nastane molekula kisika. Čeprav je bila struktura manganovega grozda v zadnjem času zelo natančno določena, kako deluje ta štiritaktna naprava, ni povsem razjasnjeno. Prav tako ni jasno, kako in zakaj v katalitičnem centru, kjer v primitivnih fotosintetskih bakterijah menda obstajajomanganovi ioni so bili oksidirani, štirje njegovi atomi so združeni z atomom kalcija v grozd, ki je sposoben razgraditi vodo. Skrivnostna je tudi termodinamika udeležbe klorofila pri oksidaciji vode. Teoretično lahko klorofil pod osvetlitvijo oksidira vodikov sulfid, železo in mangan, ne pa tudi vode. Vendar pa oksidira. Na splošno velja za čmrlja: "Po zakonih o aerodinamiki čmrlji ne morejo leteti, a za to ne ve in zaradi tega le leti."
Zelo težko je oceniti verjetnost sistema za razkroj vode. Toda ta verjetnost je zelo majhna, saj se je v 4,5 milijarde let tak sistem pojavil le enkrat. Ni bilo posebne potrebe in brez nje bi mikrobi uspevali na Zemlji in bili vključeni v geokemične cikle. Še več, po pojavu kisika v atmosferi bi morala večina mikrobne biosfere izumreti ali, natančneje, izgoreti - medsebojno delovanje organske snovi s kisikom je zgorevanje. Preživeli so le mikrobi, ki so se naučili dihati, torej hitro obnoviti kisik nazaj v vodo neposredno na svoji zunanji lupini in preprečevati od znotraj, pa tudi prebivalce nekaj preostalih ekoloških niš brez kisika.
Ta zgodba lahko služi kot primer relativno nedavnega (pred približno 2,5 milijarde let) in razmeroma razumljivega dogodka, ki je privedel do močnega povečanja zahtevnosti živih sistemov. Vse se je začelo s postopnimi spremembami fotosintetskih encimov. Potem je obstajal enkratni in zelo netrivialni evolucijski izum (grozd mangan-kalcij), ki ga morda ne bi bilo. Kasnejše ogromne spremembe so bile reakcija na pojav "strupenega" kisika v atmosferi: Darwinova selekcija se je vklopila s polno močjo, moral sem se naučiti globoko dihati in premikati možgane.
Skupaj imamo proces, ki poteka v treh stopnjah: (1) postopne spremembe - (2) enkratni malo verjeten dogodek - (3) nadaljnji razvoj, vendar na drugačni ravni ali v različnih pogojih. To shemo lahko obravnavamo kot molekularni analog Severtsove klasične sheme aromorfoz.
Če si omislite post-kisikovo evolucijo, lahko prepoznate več takšnih malo verjetnih enkratnih dogodkov, ki so spremenili potek evolucije. To je "sestavljanje" kompleksne evkariontske celice in nastanek vaskularnih rastlin ter različni "preboji" v evoluciji živali, o katerih je pravzaprav pisal Severcov.
Pojav življenja, ki ga v okviru hipoteze sveta RNA razumemo kot nastanek samoreproducirajočih sestavov molekul RNA (replikatorjev), si lahko predstavljamo tudi kot tristopenjski proces.
1) Pripravljalna faza: ribonukleotidi, ki tvorijo RNA, se lahko spontano "sestavijo" iz preprostih molekul, kot je cianid ali formamid, pod vplivom ultravijolične (UV) svetlobe. Na mladi Zemlji ga je bilo v izobilju; v ozračju še ni bilo ultravijoličnega ozona, saj kisika ni bilo, glej zgoraj. Kot sta pokazala Pouner in Saderland (Univerza v Manchestru), so nukleotidi v posebni, "aktivirani" ciklični obliki "izbrani" v UV svetlobi; takšni nukleotidi lahko spontano tvorijo verige RNA. Še več, dvojne verige RNA Watson-Crick so bistveno bolj odporne na UV-sevanje kot enojne - ta rezultat je opisal Evgeny Kunin v svojem prvem objavljenem delu leta 1980. Se pravi, da bi na mladi Zemlji zaradi pretoka "dodatnih" elektronov lahko nastale različne organske molekule oz.toda pod vplivom trdega sončnega sevanja so preživele predvsem molekule, podobne RNK, prednostno zvite v spiralne strukture.
2) Enkraten, malo verjeten dogodek: ansambel več molekul, podobnih RNA, se je začel kopirati (milijarde let pozneje so podobne samokopirajoče sestave RNA pridobili z izbiro RNA v laboratorijskih pogojih).
3) Naknadna evolucija: replikatorji RNA so se med seboj začeli tekmovati za vire, se razvijati, združevati v večje skupnosti itd.
Slabost te hipotetične sheme je, da niso znani niti molekularni podatki o izvoru RNA razmnoževalcev, niti naravni dejavniki, ki prispevajo k njihovi izbiri. Upanje daje dejstvo, da so bili v primeru naslednjega najpomembnejšega (in posledično) evolucijskega dogodka, in sicer pojava ribosomov, strojev za sintezo beljakovin, rekonstruirane molekularne podrobnosti. To so izvedli z različnimi metodami v štirih laboratorijih; rezultati rekonstrukcij so si zelo podobni. Skratka, prednik modernih zelo zapletenih ribosomov je bil konstrukt dveh RNK zank po 50-60 ribonukleotidov, ki sta lahko združili dve aminokislini s peptidno vezjo. Vmesne stopnje na poti od te strukture z dvema zankama do sodobnih ribosomov sta podrobno spremljala Konstantin Bokov in Sergey Stadler (Univerza v Montrealu),Nobelovka Ada Yonath s sodelavci (Inštitut Weizmann), George Fox s sodelavci (Univerza v Houstonu) in Anton Petrov s sodelavci (Univerza v državi Georgia).
Ribosom, ki je sprva imel eno katalitično podenoto RNA, je postopoma naraščal po kompleksnosti in velikosti, ves ta čas pa sintetizirajo beljakovinska zaporedja iz naključnega niza aminokislin. Šele na zadnjih stopnjah svoje evolucije se je združila z drugo molekulo RNA, ki je postala majhna podenota ribosoma, in začela se je kodirana sinteza beljakovin. Tako je nastanek genetskega koda malo verjeten evolucijski dogodek, ločen od nastanka ribosomalne sinteze beljakovin.
Najverjetneje bodo z nadaljnjimi raziskavami lahko rekonstruirali tako pojavljanje razmnoževalcev kot druge malo verjetne dogodke, na primer tiste, ki so povezani z nastankom prvih celic, izmenjavo genov med prvimi celicami in virusi itd.
Če se vrnemo na vprašanja o verjetnostih: naša podrobna preučitev kaže, da evolucija zemeljskega življenja ni eno "popolnoma neverjetno naključje", ampak mnogo zaporednih izjemno malo verjetnih dogodkov.
Zmogljiva generacija organske snovi se je najverjetneje dogajala na drugih mladih planetih. A to ni nujno pripeljalo do nastanka življenja. Če se na Zemlji ne bi zbral samoponovljivi ansambel RNA, ne bi bilo življenja. Proizvodnja organske snovi bi postopoma zbledela in Zemlja bi postala podobna Marsu ali Veneri.
Toda tudi v primeru pojava življenja na drugih planetih bi se lahko to življenje "zataknilo" na kateri koli začetni stopnji in verjetnost, da bo za vedno ostala na primitivni stopnji razvoja, je bila neprimerljivo večja od verjetnosti, da se povzpnemo na naslednji korak in se premaknemo naprej.
Zato je verjetnost srečanja modrih tujcev na drugem planetu neizmerno manjša od možnosti, da se tam znajdete v preprosti, a živi blatu (in to je, če imate veliko srečo). Neizmerno majhna je tudi verjetnost, da je nekje življenje s kisikom: razpad vode za tvorbo kisika je zelo netrivialna štiri-elektronska reakcija.
Torej graditi katero koli strategijo v upanju, da bi našli tujce, ni ravno pametno. Dejstvo, da na Zemlji obstajajo (za zdaj) inteligentna bitja, je zelo velik uspeh. Zato je veliko bolj smiselno vlagati v oblikovanje "nadomestnih letališč" za že obstoječe inteligentno življenje v primeru, da narava odpove ali sami nosilci uma ne uspejo. To pomeni, da potrebujemo rezervno Zemljo ali še bolje nekaj.
Evgenij Kunin, vod. znanstveni. sotr. Nacionalni center za informacije o biotehnologiji, član Nacionalne akademije znanosti ZDA:
Lahko se omejim na zelo kratke pripombe, saj se popolnoma strinjam z vsem, kar je povedal Aleksander Markov … razen, seveda, zaključkov. Dejansko je omejevalna faza v nastanku življenja spontana tvorba populacije molekul ribozom-polimeraze z dovolj visoko hitrostjo in natančnostjo samokopiranja. Verjetnost takega dogodka je izredno majhna. Da bi ga znatno povečali, je potreben postopek, ki ustvarja možnost evolucije brez sodelovanja takšnih ribocimov v veliko enostavnejšem sistemu. Neenzimska replikacija, o kateri je govoril Aleksander, je dober kandidat za tak postopek. Edina težava je, da na podlagi vsega, kar vem iz kemije in termodinamike, ni možnosti, da bi te reakcije pripeljali do stopnje dovolj natančne replikacije dolgih molekul. Razmnoževanje zelo kratkih oligonukleotidov bi bilo zelo zanimivo kot možen vmesni korak, vendar ne bo bistveno povečalo verjetnosti. Tako moj zaključek ostaja enak: za nastanek življenja so potrebni izjemno malo verjetni dogodki, in zato smo sami v svojem vesolju (o vprašanju več vesoljev tukaj ni treba razpravljati). Ne samo, da smo inteligentna bitja, ampak širše na splošno živa bitja.
Pomembno je omeniti naslednje: izjemno nizka verjetnost pojava življenja nikakor ne pomeni, da se je vse zgodilo po čudežu. Nasprotno, vsi so niz običajnih kemičnih reakcij, vključno s stopnjami z zelo majhno verjetnostjo. Posledično preučevanje mehanizmov, ki nekako olajšajo nastanek življenja, ni samo nesmiselno, ampak izjemno pomembno in zanimivo. Preprosto še ni vidno, da bi to lahko znatno povečalo verjetnost, toda ustvarjanje scenarija dogodkov bi lahko pomagalo.
No, zaključil bom s kvazi-filozofsko, a po mojem mnenju ustreznim premislekom. Izjemno majhna verjetnost nastanka življenja krši načelo povprečnosti: dogodki, ki so se zgodili na našem planetu, so izjemni, celo edinstveni v vesolju. Načelo povprečnosti v tem primeru izgubi antropsko načelo: ne glede na to, kako neverjeten je bil nastanek življenja a priori, POD POGOJU obstoja inteligentnih bitij in samo celic je njegova verjetnost natanko enaka 1.
Mihail Nikitin, raziskovalec sotr. Oddelek za evolucijsko biokemijo, Inštitut za fizikalno-kemijsko biologijo. A. N. Belozersky Moskovska državna univerza:
Zdi se mi, da je življenje bakterijske zapletenosti zelo razširjeno v vesolju, vendar je razvoj večceličnih živali in potencialno inteligentnih bitij veliko manj verjetno.
Zakaj mislim, da je življenje bakterij zelo verjetno?
Kuninova utemeljitev temelji na poskusih na umetni selekciji ribozimov-ponovitev, ki kopirajo molekule RNA in se lahko potencialno kopirajo. Vsi ti ribocimi so v dolžini 200 nukleotidov, verjetnost, da jih dobimo z naključnim samo sestavljanjem, pa je 4–200. Vendar ti poskusi niso upoštevali številnih pomembnih dejavnikov, ki bi lahko zagotovili replikacijo s krajšimi in enostavnejšimi ribocimi in drugič, pred začetkom kakršne koli replikacije usmerili samosestavljanje v strukturirane RNA, ki bi lahko delovale kot ribocimi. Nekatere izmed teh dejavnikov so že navedli drugi avtorji: Shostakova neenzimska replikacija, izbor za samosesanje v Markovem "svetu palindromov", izbor za UV odpornost, ki usmerja samonastavljanje RNA na strukture las, ki jih je predlagal Mulkidzhanyan). Na ta seznam bom dodal mineralne podlage in "vročinske pasti" (ozke pore s temperaturnim gradientom), ki omogočajo enostavno kopiranje RNA. Ker imamo preprost samo ponovljiv genetski sistem, bo Darwinov evolucija z veliko verjetnostjo na njegovi osnovi hitro ustvarila bakterijsko celico ali kaj podobnega - s celično membrano, ki v celici ohranja konstantno sestavo soli.
Zakaj verjamem, da je lahko razvoj življenja od preprostih celic do večceličnih živali zelo malo verjeten? Tu obstajata dva vidika, eden bolj geološki, drugi čisto biološki. Začnimo s prvim.
V paleontologiji je zanesljivo ugotovljeno, da je razvoj organizmov zelo neenakomeren. Krize in revolucije se spreminjajo z obdobji zastoja, včasih zelo dolgimi. Najdaljše obdobje zastoja se je imenovalo "dolgočasna milijarda" in je trajalo večino proterozojskega - od približno 2 do 0,8 milijarde let nazaj. Pred njim so se pojavili kisik v ozračju, nastanek evkariontskih celic in globalno huronsko glaciracijo, končalo pa se je z največjim Sturtovim ledeništvom v zgodovini Zemlje, povečanjem vsebnosti kisika na skoraj sodobne vrednosti in pojavom večceličnih živali. Evolucija je bila tudi v arhejskem eonu pred 3,5 do 2,5 milijarde let sorazmerno počasna v primerjavi s prejšnjim katarskim eonom (čas pojava življenja in poznim meteoritskim bombardiranjem) in s kasnejšo revolucijo s kisikom. Razlogi za to neenakomernost niso popolnoma razumljeni. Zdi se mi osebno prepričljivo, da je bila "kisikova revolucija" (množično širjenje cianobakterij, ki proizvajajo kisik) povezana z izčrpavanjem rezerv reduciranega (železovega) železa v oceanski vodi. Dokler je bilo v oceanu dovolj železa, so mikrobi tam uspevali s preprostejšo in varnejšo fotosintezo, ki oksidira železo. V njem se ne sprošča kisik, ampak spojine železovega oksida - magnetiti in hematiti, ki so bili odloženi na morskem dnu po celotnem Arheju. Dobava novega železa v morje (večinoma iz hidrotermalnih virov na dnu) se je zmanjšala, ko se je geološka aktivnost planeta umirila, končno pa je kriza virov prisilila fotosintetske mikrobe, da so prešli na bolj kompleksno "tehnologijo" fotosinteze kisika. Podobno,vzrok za »dolgočasno milijardo« bi lahko bila stalna poraba kisika za oksidacijo različnih mineralov na kopnem, kar ne omogoča povečanja vsebnosti kisika nad 1–2%. V morskih sedimentih Proterozoic je veliko sledi oksidacije sulfidnih rud na kopnem, zaradi katerih so reke prenašale sulfate, arzen, antimone, baker, krom, molibden, uran in druge elemente v ocean, ki jih v arhejskem oceanu skoraj ni bilo. Pozno proterozojska kriza z globalnimi ledeniki, hitro povečanje vsebnosti kisika in pojav večceličnih živali so morda povzročili izčrpavanje zlahka oksidiranih mineralov na kopnem.zaradi katerih so reke prenašale sulfate, arzen, antimone, baker, krom, molibden, uran in druge elemente v ocean, ki jih skoraj ni bilo v arhejskem oceanu. Pozno proterozojska kriza z globalnimi ledeniki, hitro povečanje vsebnosti kisika in pojav večceličnih živali so morda povzročili izčrpavanje zlahka oksidiranih mineralov na kopnem.zaradi katerih so reke prenašale sulfate, arzen, antimone, baker, krom, molibden, uran in druge elemente v ocean, ki jih skoraj ni bilo v arhejskem oceanu. Pozno proterozojska kriza z globalnimi ledeniki, hitro povečanje vsebnosti kisika in pojav večceličnih živali so morda povzročili izčrpavanje zlahka oksidiranih mineralov na kopnem.
Tako je bil čas nastanka dveh ključnih vrtljajev (fotosinteza kisika in večcelične živali) verjetno določen z ravnovesjem bioloških (fotosinteza) in geoloških (sproščanje železovega železa in drugih snovi, ki jih je mogoče oksidirati s hidrotermalnimi zračniki in zemeljskimi vulkani). Povsem mogoče je, da na drugih planetih te revolucije pridejo veliko kasneje. Na primer, bolj masiven planet (super-zemlja) bo počasneje izgubljal geološko aktivnost, dlje sproščal železo v ocean in lahko zakasnil kisikovo revolucijo za milijarde let. Planeti v območju bivanja rdečih palčkov bodo dobili malo vidne svetlobe, primerne za fotosintezo, njihove biosfere pa lahko tudi ostanejo v fazi brez kisika. Pomembna je tudi količina vode na planetu. Če je celoten planet pokrit z globokim oceanom, potem bo primanjkovalo fosforja oz.prihajajo predvsem iz kopenskih vulkanov in če je vode malo, bo tudi oceansko območje, ki je na voljo fotosintetskim mikrobom, majhno (pred pojavom večceličnih rastlin je bila produktivnost kopenskih ekosistemov zanemarljiva v primerjavi z morji). To je veliko razlogov, da se lahko biosfera zatakne v fazi brez kisika in ne razvije v živali. Čas za razvoj, mimogrede, je omejen: svetilnost zvezd se s časom povečuje in Zemlja se bo čez 1,5-2 milijarde let nepovratno segrela, njeni oceani bodo izhlapeli, naraščajoči učinek tople grede pa ga bo spremenil v drugo Venero. V rdečih palčkih svetilnost raste počasneje, vendar njihovi planeti lahko postanejo neprimerni za življenje zaradi izginotja magnetnega polja in kasnejše izgube vode v vesolje, kot se je to zgodilo na Marsu.tudi območje oceana, ki je na voljo fotosintetskim mikrobom, bo majhno (pred pojavom večceličnih rastlin je bila produktivnost kopenskih ekosistemov zanemarljiva v primerjavi z morji). To je veliko razlogov, da se lahko biosfera zatakne v fazi brez kisika in ne razvije v živali. Čas za razvoj, mimogrede, je omejen: svetilnost zvezd raste s časom in Zemlja se bo čez 1,5-2 milijarde let nepovratno segrevala, njeni oceani bodo izhlapeli, naraščajoči učinek tople grede pa ga bo spremenil v drugo Venero. Pri rdečih palčkih svetilnost raste počasneje, vendar njihovi planeti lahko postanejo neprimerni za življenje zaradi izginotja magnetnega polja in kasnejše izgube vode v vesolje, kot se je to zgodilo na Marsu.potem bo tudi območje oceana, ki je na voljo fotosintetskim mikrobom, majhno (pred pojavom večceličnih rastlin je bila produktivnost kopenskih ekosistemov zanemarljiva v primerjavi z morji). To je veliko razlogov, da se lahko biosfera zatakne v fazi brez kisika in ne razvije v živali. Čas za razvoj, mimogrede, je omejen: svetilnost zvezd raste s časom in Zemlja se bo čez 1,5-2 milijarde let nepovratno segrevala, njeni oceani bodo izhlapeli, naraščajoči učinek tople grede pa ga bo spremenil v drugo Venero. Pri rdečih palčkih svetilnost raste počasneje, vendar njihovi planeti lahko postanejo neprimerni za življenje zaradi izginotja magnetnega polja in kasnejše izgube vode v vesolje, kot se je to zgodilo na Marsu.dostopni fotosintetskim mikrobom (pred pojavom večceličnih rastlin je bila produktivnost kopenskih ekosistemov zanemarljiva v primerjavi z morji). To je veliko razlogov, da se lahko biosfera zatakne v fazi brez kisika in ne razvije v živali. Čas za razvoj, mimogrede, je omejen: svetilnost zvezd raste s časom in Zemlja se bo čez 1,5-2 milijarde let nepovratno segrevala, njeni oceani bodo izhlapeli, naraščajoči učinek tople grede pa ga bo spremenil v drugo Venero. V rdečih palčkih svetilnost raste počasneje, vendar njihovi planeti lahko postanejo neprimerni za življenje zaradi izginotja magnetnega polja in kasnejše izgube vode v vesolje, kot se je to zgodilo na Marsu.dostopni fotosintetskim mikrobom (pred pojavom večceličnih rastlin je bila produktivnost kopenskih ekosistemov zanemarljiva v primerjavi z morji). To je veliko razlogov, da se lahko biosfera zatakne v fazi brez kisika in ne razvije v živali. Čas za razvoj, mimogrede, je omejen: svetilnost zvezd se s časom povečuje in Zemlja se bo čez 1,5-2 milijarde let nepovratno segrela, njeni oceani bodo izhlapeli, naraščajoči učinek tople grede pa ga bo spremenil v drugo Venero. Pri rdečih palčkih svetilnost raste počasneje, vendar njihovi planeti lahko postanejo neprimerni za življenje zaradi izginotja magnetnega polja in kasnejše izgube vode v vesolje, kot se je to zgodilo na Marsu. Čas za razvoj, mimogrede, je omejen: svetilnost zvezd raste s časom in Zemlja se bo čez 1,5-2 milijarde let nepovratno segrevala, njeni oceani bodo izhlapeli, naraščajoči učinek tople grede pa ga bo spremenil v drugo Venero. V rdečih palčkih svetilnost raste počasneje, vendar njihovi planeti lahko postanejo neprimerni za življenje zaradi izginotja magnetnega polja in kasnejše izgube vode v vesolje, kot se je to zgodilo na Marsu. Čas za razvoj, mimogrede, je omejen: svetilnost zvezd se s časom povečuje in Zemlja se bo čez 1,5-2 milijarde let nepovratno segrela, njeni oceani bodo izhlapeli, naraščajoči učinek tople grede pa ga bo spremenil v drugo Venero. Pri rdečih palčkih svetilnost raste počasneje, vendar njihovi planeti lahko postanejo neprimerni za življenje zaradi izginotja magnetnega polja in kasnejše izgube vode v vesolje, kot se je to zgodilo na Marsu.
Drugi premislek se nanaša na nastanek evkariotov - celic z jedrom. Evkariontske celice so veliko večje in bolj zapletene kot bakterije in arheje in so se pojavile kasneje, najverjetneje med "kisikovo revolucijo". Evkariontska celica se je pojavila kot himera iz arhealne celice, simbiotske bakterije, ki se je naselila v njej, in morda virusa, ki jih je okužil (ali celo več kot eno). Struktura genoma evkariontov nedvoumno kaže na to, da do zgodnje evolucije ni prišlo zaradi naravne selekcije, ampak v mnogih pogledih kljub. V majhnih populacijah selekcija ni zelo učinkovita, zato se lahko zaradi gnilobe genov in drugih povsem naključnih procesov ukoreninijo nekoliko škodljive lastnosti. To je podrobno opisano v ustreznem poglavju Kuninove logike naključja in predlagada je pojav evkariontov zelo verjetno tudi v primernem okolju (bakterijska biosfera, ki vstopi v kisikovo revolucijo). Primeri znotrajcelične simbioze med bakterijami in arhejami so praktično neznani - čeprav se bakterije zlahka naselijo v evkariontskih celicah.
Če povzamem: menim, da bi morala kombinacija opisanih dejavnikov privesti do dejstva, da bo v naši Galaksiji na milijone planetov z bakterijskim življenjem in še veliko manj (po možnosti le nekaj) - z življenjem evkariontske in večcelične zapletenosti.
Prispevek Borisa Šterna
Nekaj besed za zaključek razprave. Povsem mogoče je, da je Evgenij Kunin pod ustreznimi pogoji močno podcenjeval verjetnost nastanka življenja. In vseeno je treba to oceno jemati resno. Če ga je zmotilo 900 vrst veličine, to ne spremeni ničesar: vsi smo isti sami na obzorju Vesolja, kjer je le približno 1020-1021 primernih planetov. Tudi če so ostali udeleženci razprave v redu in bodo lahko z različnimi triki narave, kot je neenzimska replikacija, izvor življenja bolj ali manj verjeten, bo zelo primitivno življenje v veliki večini primerov ne bo moglo skočiti na višjo stopnjo razvoja. O tem sta pisala dva panelista črno-belo. To je celoten Fermi paradoks.
Zato sledita vsaj dva pomembna organizacijska sklepa. Prvič: Razvito življenje je najredkejši in najdragocenejši pojav v vesolju. Zato glejte zadnji odstavek opombe Armena Mulkidzhanyana: človeštvo ima plemenit skupni cilj - širjenje tega pojava. Ločeno se bomo pogovarjali o možnostih in metodah doseganja tega cilja.
Drugi organizacijski zaključek: uničenje tega življenja bo nepopravljiva izguba galaktičnega ali celo kozmološkega obsega. To je treba upoštevati pri lastni oceni "jastrebov" in politikov, ki so se pripravljeni zateči k jedrskem izsiljevanju, da bi napihnili svojo "veličino". Enako velja za civilizacijo nebrzdane potrošnje.
Avtorji: Boris Stern, Aleksander Markov, Armen Mulkidzhanyan, Evgeny Kunin, Mihail Nikitin