Υπόλοιπο Supernova N 63A. Πιστωτική εικόνα: Hubble Κάντε κλικ για μεγέθυνση
Η ζωή στη Γη έγινε δυνατή με το θάνατο των αστεριών. Άτομα όπως ο άνθρακας και το οξυγόνο εκδιώχθηκαν κατά τους τελευταίους αστέρι που πεθαίνουν μετά την εξάντληση των τελικών αποθεμάτων υδρογόνου.
Το πώς αυτά τα αστέρια ενώθηκαν για να σχηματίσουν τη ζωή είναι ακόμα ένα μυστήριο, αλλά οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι ήταν απαραίτητοι ορισμένοι ατομικοί συνδυασμοί. Νερό - δύο άτομα υδρογόνου που συνδέονται με ένα άτομο οξυγόνου - ήταν ζωτικής σημασίας για την ανάπτυξη της ζωής στη Γη, και έτσι οι αποστολές της NASA αναζητούν τώρα νερό σε άλλους κόσμους με την ελπίδα να βρουν ζωή αλλού. Τα οργανικά μόρια που κατασκευάζονται κυρίως από άτομα άνθρακα πιστεύεται επίσης ότι είναι σημαντικά, καθώς όλη η ζωή στη Γη βασίζεται στον άνθρακα.
Οι πιο δημοφιλείς θεωρίες για την προέλευση της ζωής λένε ότι η απαραίτητη χημεία συνέβη σε υδροθερμικούς αεραγωγούς στον πυθμένα του ωκεανού ή σε κάποια ηλιόλουστη ρηχή πισίνα. Ωστόσο, ανακαλύψεις τα τελευταία χρόνια έχουν δείξει ότι πολλά από τα βασικά υλικά για τη ζωή σχηματίζονται στα ψυχρά βάθη του χώρου, όπου η ζωή όπως γνωρίζουμε δεν είναι δυνατή.
Αφού πεθαίνουν τα αστέρια εκτοξεύουν άνθρακα, μερικά από τα άτομα άνθρακα συνδυάζονται με υδρογόνο για να σχηματίσουν πολυκυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες (PAHs). Οι PAH - ένα είδος αιθάλης άνθρακα παρόμοιο με τα καψαρισμένα τμήματα του καμένου τοστ - είναι οι πιο άφθονες οργανικές ενώσεις στο διάστημα και ένα κύριο συστατικό των μετεωριτών ανθρακούχων χονδριτών. Αν και οι PAH δεν βρίσκονται σε ζωντανά κύτταρα, μπορούν να μετατραπούν σε κινόνες, μόρια που εμπλέκονται σε κυτταρικές ενεργειακές διεργασίες. Για παράδειγμα, οι κινόνες διαδραματίζουν ουσιαστικό ρόλο στη φωτοσύνθεση, βοηθώντας τα φυτά να μετατρέψουν το φως σε χημική ενέργεια.
Ο μετασχηματισμός των PAH συμβαίνει σε διαστρικά σύννεφα πάγου και σκόνης. Αφού επιπλέει στο διάστημα, η αιθάλη PAH συμπυκνώνεται τελικά σε αυτά τα «πυκνά μοριακά σύννεφα». Το υλικό σε αυτά τα σύννεφα αποκλείει κάποια αλλά όχι όλη τη σκληρή ακτινοβολία του διαστήματος. Η ακτινοβολία που φιλτράρει τροποποιεί τους PAH και άλλο υλικό στα σύννεφα.
Οι παρατηρήσεις υπέρυθρων και ραδιοτηλεσκοπίων των νεφών έχουν ανιχνεύσει τους ΠΑΥ, καθώς και λιπαρά οξέα, απλά σάκχαρα, λιπαρές ποσότητες γλυκίνης αμινοξέων και πάνω από 100 άλλα μόρια, όπως νερό, μονοξείδιο του άνθρακα, αμμωνία, φορμαλδεΰδη και υδροκυάνιο.
Τα σύννεφα δεν έχουν δειχθεί ποτέ άμεσα - είναι πολύ μακριά - έτσι για να επιβεβαιώσουμε τι συμβαίνει χημικά στα σύννεφα, μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Max Bernstein και τον Scott Sandford στο Εργαστήριο Αστροχημείας στο Κέντρο Έρευνας Ames της NASA οργάνωσε πειράματα για να μιμηθούν τις συνθήκες σύννεφων.
Σε ένα πείραμα, ένα μείγμα PAH / νερού εναποτίθεται ατμός σε αλάτι και στη συνέχεια βομβαρδίζεται με υπεριώδη ακτινοβολία (UV). Αυτό επιτρέπει στους ερευνητές να παρατηρήσουν πώς ο βασικός σκελετός PAH μετατρέπεται σε κινόνες. Ακτινοβολώντας ένα κατεψυγμένο μείγμα νερού, αμμωνίας, υδροκυανίου και μεθανόλης (μια πρόδρομη χημική ουσία σε φορμαλδεΰδη) παράγει τα αμινοξέα γλυκίνη, αλανίνη και σερίνη - τα τρία πιο άφθονα αμινοξέα στα ζωντανά συστήματα.
Οι επιστήμονες έχουν δημιουργήσει πρωτόγονες οργανικές κυτταρικές δομές ή κυστίδια.
Επειδή η υπεριώδης ακτινοβολία δεν είναι ο μόνος τύπος ακτινοβολίας στο διάστημα, οι ερευνητές έχουν επίσης χρησιμοποιήσει μια γεννήτρια Van de Graaff για να βομβαρδίσουν τους PAH με πρωτόνια mega-electron volt (MeV), τα οποία έχουν παρόμοιες ενέργειες με τις κοσμικές ακτίνες. Τα αποτελέσματα MeV για τους PAH ήταν παρόμοια, αν και δεν ήταν πανομοιότυπα με τον βομβαρδισμό UV. Δεν έχει διεξαχθεί ακόμη μελέτη MeV για τα αμινοξέα.
Αυτά τα πειράματα υποδηλώνουν ότι η υπεριώδης ακτινοβολία και άλλες μορφές ακτινοβολίας παρέχουν την ενέργεια που απαιτείται για τη διάσπαση των χημικών δεσμών στις χαμηλές θερμοκρασίες και τις πιέσεις των πυκνών νεφών. Επειδή τα άτομα εξακολουθούν να είναι κλειδωμένα σε πάγο, τα μόρια δεν πετάνε χώρια, αλλά ανασυνδυάζονται σε πιο πολύπλοκες δομές.
Σε ένα άλλο πείραμα με επικεφαλής τον Jason Dworkin, ένα κατεψυγμένο μείγμα νερού, μεθανόλης, αμμωνίας και μονοξειδίου του άνθρακα υποβλήθηκε σε υπεριώδη ακτινοβολία. Αυτός ο συνδυασμός απέδωσε οργανικό υλικό που σχηματίζει φυσαλίδες όταν βυθίζεται σε νερό. Αυτές οι φυσαλίδες θυμίζουν κυτταρικές μεμβράνες που περικλείουν και συγκεντρώνουν τη χημεία της ζωής, χωρίζοντάς την από τον έξω κόσμο.
Οι φυσαλίδες που παράγονται σε αυτό το πείραμα ήταν μεταξύ 10 και 40 μικρομέτρων, ή περίπου το μέγεθος των ερυθρών αιμοσφαιρίων. Είναι αξιοσημείωτο ότι οι φυσαλίδες φθορίζονταν ή λάμπονταν, όταν εκτίθενται σε υπεριώδες φως. Η απορρόφηση της υπεριώδους ακτινοβολίας και η μετατροπή της σε ορατό φως με αυτόν τον τρόπο θα μπορούσε να παρέχει ενέργεια σε ένα πρωτόγονο κύτταρο. Εάν τέτοιες φυσαλίδες έπαιζαν ρόλο στην αρχή της ζωής, ο φθορισμός θα μπορούσε να ήταν πρόδρομος της φωτοσύνθεσης.
Ο φθορισμός μπορεί επίσης να λειτουργήσει ως αντηλιακό, διαχέοντας οποιαδήποτε ζημιά που διαφορετικά θα προκληθεί από την υπεριώδη ακτινοβολία. Μια τέτοια προστατευτική λειτουργία θα ήταν ζωτικής σημασίας για τη ζωή στην πρώιμη Γη, αφού το στρώμα του όζοντος, το οποίο αποκλείει τις πιο καταστροφικές υπεριώδεις ακτίνες του ήλιου, δεν σχηματίστηκε παρά μόνο αφού άρχισε η φωτοσυνθετική ζωή να παράγει οξυγόνο.
Από τα διαστημικά σύννεφα στους σπόρους της ζωής
Πυκνά μοριακά σύννεφα στο διάστημα τελικά καταρρέουν για να σχηματίσουν νέα αστέρια. Μερικά από τα υπολείμματα σκόνης συγκεντρώνονται αργότερα για να σχηματίσουν αστεροειδείς και κομήτες, και μερικά από αυτά τα αστεροειδή συσσωρεύονται μαζί για να σχηματίσουν πλανητικούς πυρήνες. Στον πλανήτη μας, η ζωή στη συνέχεια προέκυψε από ό, τι βασικά υλικά ήταν διαθέσιμα.
Τα μεγάλα μόρια που είναι απαραίτητα για την κατασκευή ζωντανών κυττάρων είναι:
* Πρωτεΐνες
* Υδατάνθρακες (σάκχαρα)
* Λιπίδια (λίπη)
* Νουκλεϊκά οξέα
Έχει διαπιστωθεί ότι οι μετεωρίτες περιέχουν αμινοξέα (τα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών), σάκχαρα, λιπαρά οξέα (τα δομικά στοιχεία των λιπιδίων) και βάσεις νουκλεϊκών οξέων. Ο μετεωρίτης Murchison, για παράδειγμα, περιέχει αλυσίδες λιπαρών οξέων, διάφορους τύπους σακχάρων, και τις πέντε βάσεις νουκλεϊκών οξέων και περισσότερα από 70 διαφορετικά αμινοξέα (η ζωή χρησιμοποιεί 20 αμινοξέα, μόνο έξι από τα οποία βρίσκονται στον μετεωρίτη Murchison).
Επειδή αυτοί οι ανθρακούχοι μετεωρίτες είναι γενικά ομοιόμορφοι στη σύνθεση, πιστεύεται ότι είναι αντιπροσωπευτικοί του αρχικού νέφους σκόνης από το οποίο γεννήθηκαν ο ήλιος και το ηλιακό σύστημα. Φαίνεται λοιπόν ότι σχεδόν όλα όσα χρειάζονταν για τη ζωή ήταν διαθέσιμα στην αρχή και οι μετεωρίτες και οι κομήτες έπειτα έκαναν νέες παραδόσεις αυτών των υλικών στους πλανήτες με την πάροδο του χρόνου.
Εάν αυτό ισχύει και εάν τα σύννεφα μοριακής σκόνης είναι χημικά παρόμοια σε ολόκληρο τον γαλαξία, τότε τα συστατικά για τη ζωή πρέπει να είναι ευρέως διαδεδομένα.
Το μειονέκτημα της αβιοτικής παραγωγής των συστατικών για τη ζωή είναι ότι κανένα από αυτά δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως «βιοδείκτες», δείκτες ότι η ζωή υπάρχει σε ένα συγκεκριμένο περιβάλλον.
Ο Max Bernstein επισημαίνει τον μετεωρίτη Alan Hills 84001 ως παράδειγμα βιοδεικτών που δεν παρείχαν απόδειξη ζωής. Το 1996, ο Dave McKay του διαστημικού κέντρου Johnson της NASA και οι συνάδελφοί του ανακοίνωσαν ότι υπήρχαν τέσσερις πιθανοί βιοδείκτες σε αυτόν τον μετεωρίτη. Το ALH84001 είχε σφαιρίδια άνθρακα που περιείχαν PAHs, μια κατανομή μετάλλων που υποδηλώνει τη βιολογική χημεία, τους κρυστάλλους μαγνητίτη που μοιάζουν με αυτούς που παράγονται από βακτήρια και σχήματα που μοιάζουν με βακτήρια. Ενώ ο καθένας από μόνος του δεν θεωρήθηκε απόδειξη για τη ζωή, οι τέσσερις σε συνδυασμό φαινόταν συναρπαστικοί.
Μετά την ανακοίνωση του McKay, μεταγενέστερες μελέτες διαπίστωσαν ότι καθένας από αυτούς τους λεγόμενους βιοδείκτες θα μπορούσε επίσης να παραχθεί με μη ζωντανά μέσα. Οι περισσότεροι επιστήμονες επομένως τείνουν τώρα να πιστεύουν ότι ο μετεωρίτης δεν περιέχει απολιθωμένη ξένη ζωή.
«Μόλις είχαν το αποτέλεσμα, οι άνθρωποι πυροβόλησαν για αυτούς γιατί αυτός είναι ο τρόπος που λειτουργεί», λέει ο Bernstein. «Οι πιθανότητές μας να μην κάνουμε λάθος όταν βρούμε έναν βιοδείκτη στον Άρη ή στον Europa θα είναι πολύ καλύτερες αν έχουμε ήδη κάνει το ισοδύναμο με αυτό που έκαναν αυτοί οι άντρες μετά τη δημοσίευση του άρθρου τους από τους McKay et al.»
Ο Bernstein λέει ότι με την προσομοίωση συνθηκών σε άλλους πλανήτες, οι επιστήμονες μπορούν να καταλάβουν τι πρέπει να συμβαίνει εκεί χημικά και γεωλογικά. Στη συνέχεια, όταν επισκέπτουμαστε έναν πλανήτη, μπορούμε να δούμε πόσο κοντά η πραγματικότητα ταιριάζει με τις προβλέψεις. Εάν υπάρχει κάτι στον πλανήτη που δεν περιμέναμε να βρούμε, αυτό θα μπορούσε να είναι ένδειξη ότι οι διαδικασίες της ζωής έχουν αλλάξει την εικόνα.
«Αυτό που έχετε στον Άρη ή στην Ευρώπη είναι υλικό που έχει παραδοθεί», λέει ο Bernstein. «Επιπλέον, έχετε ό, τι έχει διαμορφωθεί στη συνέχεια από οποιεσδήποτε συνθήκες υπάρχουν. Έτσι (για να αναζητήσετε ζωή), πρέπει να κοιτάξετε τα μόρια που υπάρχουν εκεί και να θυμάστε τη χημεία που μπορεί να συνέβη με την πάροδο του χρόνου. "
Ο Μπερνστάιν πιστεύει ότι η χειρομορφία ή η «ευστροφία» ενός μορίου θα μπορούσε να είναι βιοδείκτης σε άλλους κόσμους. Τα βιολογικά μόρια έρχονται συχνά σε δύο μορφές οι οποίες, ενώ είναι χημικά πανομοιότυπες, έχουν αντίθετα σχήματα: ένα "αριστερόχειρα" και το είδωλό του, ένα "δεξιόχειρο". Η χειρονομία ενός μορίου οφείλεται στον τρόπο με τον οποίο τα άτομα συνδέονται. Ενώ η χειρονομία διασκορπίζεται ομοιόμορφα σε όλη τη φύση, στις περισσότερες περιπτώσεις τα ζωντανά συστήματα στη Γη έχουν αριστερόχειρα αμινοξέα και δεξιόχειρα σάκχαρα. Εάν τα μόρια σε άλλους πλανήτες δείχνουν μια διαφορετική προτίμηση στη χειραψία, λέει ο Bernstein, αυτό θα μπορούσε να είναι ένδειξη της εξωγήινης ζωής.
«Αν πήγατε στον Άρη ή την Ευρώπη και είδατε μια προκατάληψη ίδια με τη δική μας, με τα σάκχαρα ή τα αμινοξέα να έχουν την ιδιότητά μας, τότε οι άνθρωποι απλά θα υποπτεύονταν ότι ήταν μόλυνση», λέει ο Bernstein. «Αλλά αν είδες ένα αμινοξύ με προκατάληψη προς τα δεξιά, ή αν είδες μια ζάχαρη που είχε προκατάληψη προς τα αριστερά - με άλλα λόγια, όχι τη μορφή μας - αυτό θα ήταν πραγματικά συναρπαστικό."
Ωστόσο, ο Bernstein σημειώνει ότι οι χειρικές μορφές που βρίσκονται στους μετεωρίτες αντικατοπτρίζουν αυτό που φαίνεται στη Γη: οι μετεωρίτες περιέχουν αριστερά αμινοξέα και σάκχαρα δεξιού χεριού. Εάν οι μετεωρίτες αντιπροσωπεύουν το πρότυπο για τη ζωή στη Γη, τότε η ζωή αλλού στο ηλιακό σύστημα μπορεί επίσης να αντικατοπτρίζει την ίδια μεροληψία στην ελευθερία. Έτσι, κάτι περισσότερο από τη χειρομορφία μπορεί να χρειαστεί για την απόδειξη της ζωής. Ο Bernstein λέει ότι η εύρεση αλυσίδων μορίων, "όπως μερικά αμινοξέα που συνδέονται μεταξύ τους", θα μπορούσε επίσης να είναι απόδειξη για τη ζωή, "επειδή στους μετεωρίτες τείνουμε να βλέπουμε απλά μόρια."
Αρχική πηγή: Αστροβιολογία της NASA
