Predslov Boris Stern
Dlho sme plánovali viesť diskusiu o večnej otázke o mieste človeka vo vesmíre. Ide samozrejme o mimozemský život a planéty iných hviezd. V súčasnosti je známych menej ako 6 000 exoplanet, z ktorých viac ako dvetisíc čaká na nezávislé potvrdenie. Ale na štatistický výskum môžete použiť všetkých 6 tisíc.
Existuje len veľmi málo planét, ktoré sú údajne vhodné pre život. Je to prirodzené, pretože sa dajú najťažšie nájsť: veľmi silný selekčný efekt pôsobí proti planétam podobným Zemi. Sú príliš ľahké na to, aby ich zachytila radiálna rýchlosť hviezdy, a ich rok je príliš dlhý na to, aby sa ich prechody spoľahlivo objavili z Keplerovho vesmírneho teleskopu 1. Výnimkou sú planéty v obývateľnej zóne červených trpaslíkov, ktoré sú otvorené pod našimi nosmi, je oveľa ľahšie ich nájsť. Existuje veľa takýchto planét, ale bohužiaľ, červení trpaslíci sú pre život veľmi nepohodlní. Extrapolácia Keplerových údajov pre „horúce krajiny“hviezd ako Slnko však vedie k veľmi optimistickým výsledkom: najmenej 15% z týchto hviezd má planéty vo svojej obývateľnej zóne. Tento odhad bol získaný nezávisle mnohými autormi,a časom sa stáva stále optimistickejším: 20% a dokonca štvrtina slnka má pozemky. To znamená, že najbližšia trieda G alebo K nám, ktorá sa nachádza na Zemi na obežnej dráhe v obývateľnom rozsahu, je do 15 svetelných rokov. Existuje len málo takýchto hviezd a kandidáti sa už objavujú, napríklad Tau Ceti. A mnoho takýchto planét je v okruhu napríklad 30 svetelných rokov.
Metódy pozorovania postupne napredujú. Nové blízke planéty podobné Zemi sa objavia pomocou vylepšeného nástroja HARPS. V nasledujúcom desaťročí sa dozvieme niečo o atmosfére niektorých planét podobných Zemi pomocou prístrojov, ako sú obrovský extrémne veľký ďalekohľad (ELT) a James Webb Space Telescope. A je možné, že sa kyslík objaví v absorpčnom spektre atmosféry nejakej tranzitnej planéty (prechádzajúcej diskom hviezdy). Ak hviezda nie je príliš aktívna a stará, kyslík môže byť biogénny. Takto je možné zistiť mimozemský život.
Je to skutočné? Ak život nastane v ľubovoľnom rohu, len čo na to vzniknú podmienky - prečo nie? Ale je to tak? Často sa tvrdí, že život na Zemi sa objavil veľmi rýchlo, čo znamená, že je to tak - pár sto miliónov rokov stačí, aby sa objavilo v nejakej polievke. Existuje však aj protiargument - vhodná „polievka“môže existovať iba na mladej planéte - život vzniká buď rýchlo alebo nikdy.
A, samozrejme, existuje opačné hľadisko: život je zriedkavý jav založený na úplne neuveriteľnej náhode. Najpodrobnejší pohľad na túto záležitosť, odborný as kvantitatívnymi odhadmi, vyjadril Evgeny Kunin. Život je založený na kopírovaní dlhých molekúl, pôvodne to boli molekuly RNA. Kopírovanie sa vykonáva určitým zariadením, ktoré sa nazýva „replika“(tieto riadky boli napísané fyzikom, a preto je terminológia z hľadiska biológa trochu nepríjemná). Replikácia nebude pochádzať odkiaľkoľvek, pokiaľ nie je naprogramovaná v tej istej kopírovanej RNA.
Podľa Kunina, aby sa mohla začať reprodukcia RNA a tým aj vývoj, „minimálne je nevyhnutný spontánny vzhľad nasledujúceho.
- Dve rRNA s celkovou veľkosťou najmenej 1000 nukleotidov.
- Približne 10 primitívnych adaptérov po 30 nukleotidoch, celkovo asi 300 nukleotidov.
- Aspoň jedna replikáza kódujúca RNA má veľkosť približne 500 nukleotidov (spodné skóre). V akceptovanom modeli je n = 1800 a výsledkom je E <10 - 1081 ".
V danom fragmente máme na mysli štvorpísmenové kódovanie, počet možných kombinácií je 41800 = 101081, ak iba pár z nich začne proces evolúcie, pravdepodobnosť požadovanej zostavy na jeden „pokus“spontánnej montáže je ~ 10 až 1081.
Propagačné video:
Neexistuje žiadny rozpor v tom, že výsledok je pred našimi očami, nie je tam žiadny: podľa teórie inflácie je vesmír obrovský, desiatky rádov väčšie ako jeho viditeľná časť, a ak chápeme vesmír ako uzavretý priestor, potom existujú vesmíry s rovnakým vákuom ako naše, obrovský súbor. … Najmenšia pravdepodobnosť je niekde realizovaná, čo vedie k prekvapenému divákovi.
Tieto dva extrémy znamenajú veľa z hľadiska nášho miesta vo vesmíre. V každom prípade sme sami. Ale ak život existuje desiatky svetelných rokov od nás, je to technologická osamelosť prekonaná vývojom a tisícročnou trpezlivosťou. Ak je Kuninovo hodnotenie správne, jedná sa o základnú osamelosť, ktorú nemôže nič prekonať. Potom sme my a pozemský život jedinečným fenoménom v kauzálne prepojenom objeme vesmíru. Jediný a najcennejší. Je to dôležité pre budúcu stratégiu ľudstva. V prvom prípade je základom stratégie vyhľadávanie. V druhom prípade - siatie (existuje dokonca aj výraz „riadená panspermia“), ktorý zahŕňa aj hľadanie vhodnej pôdy.
To všetko si zaslúži diskusiu. Existujú medzery v Kuninovom argumente? Existujú nejaké mechanizmy, ktoré je možné rozlíšiť tak, že sa obíde „neredukovateľná komplexnosť“replikátora RNA? Je to skutočne také neodpustiteľné? Atď.
Požiadali sme niekoľko biológov o ich názory.
Alexander Markov, Ph. D. Biol. vedy. vedecký. Sotra. Paleontologický ústav RAS, vedúci. Katedra biologickej evolúcie, Biologická fakulta, Moskovská štátna univerzita:
Posúdenie Evgeny Kuninovej, z čoho vyplýva, že sme vo vesmíre beznádejne, je založené na jednom kľúčovom predpoklade. Kunin veril, že na začatie procesu replikácie RNA (a tým aj darwinovského vývoja; je logické považovať tento okamih za okamih vzniku života) bolo nevyhnutné, aby čisto náhodou - v dôsledku náhodnej kombinácie polymerizácie (napríklad na minerálnych matriciach) ribonukleotidov - objavil sa ribozým s aktivitou RNA polymerázy, tj dlhá molekula RNA, ktorá má úplne určitú (a nielen nejakú) nukleotidovú sekvenciu, a preto je schopná účinne katalyzovať replikáciu RNA.
Ak neexistuje žiadny iný spôsob, iný „vstup“do sveta života zo sveta neživých vecí, potom má Kunin pravdu a mali by sme sa vzdať nádeje na nájdenie akéhokoľvek života vo vesmíre, okrem pozemského. Dá sa predpokladať, že to všetko začalo nie jednou vysokoúčinnou polymerázou, ale napríklad určitou komunitou malých, neúčinných polymeráz a ligáz (ribozýmov, ktoré sú schopné spojiť krátke molekuly RNA do dlhších): možno to zlepší hodnotenie trochu optimistickejšie, ale zásadne nezmení situáciu. Pretože prvý replikátor bol stále veľmi komplexný a mal sa objaviť bez pomoci darwinovského vývoja - v skutočnosti náhodou.
Realizovateľnou alternatívou je neenzymatická replikácia RNA (NR RNA): proces, ktorým sa molekuly RNA replikujú bez pomoci komplexných ribozýmov alebo proteínových enzýmov. Takýto proces existuje, je katalyzovaný iónmi Mg2 +, ale ide príliš pomaly a nepresne - aspoň za podmienok, ktoré mali vedci čas vyskúšať.
Existuje však nádej, že napriek tomu bude možné nájsť nejaké prijateľné podmienky (ktoré by sa v zásade mohli vyskytnúť na niektorých planétach), keď NR RNA pôjde dostatočne rýchlo a presne. Možno to vyžaduje nejaký druh relatívne jednoduchého katalyzátora, ktorý je možné syntetizovať abiogénnym spôsobom. Je možné, že jednoduché abiogénne peptidy s niekoľkými negatívne nabitými zvyškami kyseliny asparágovej, ktoré si zachovávajú ióny horčíka, môžu pôsobiť ako také katalyzátory: proteínové RNA polymerázy majú podobné aktívne centrá a táto možnosť sa teraz skúma.
Otázka možnosti účinnej NR RNA má zásadný význam pre posúdenie pravdepodobnosti vzniku života. Ak je možná NR RNA, potom v pozorovateľnom vesmíre môže byť dosť málo živých planét. Základné rozdiely medzi týmito dvoma scenármi - s možnou a nemožnou NR RNA - sú uvedené v tabuľke. Ak je možné NR, potom by sa darwinovská evolúcia mohla začať takmer okamžite po objavení sa prvých krátkych molekúl RNA. Selektívnu výhodu mali získať tie molekuly RNA, ktoré sa množili efektívnejšie pomocou HP. Môže ísť napríklad o molekuly s palindromickými repetíciami, ktoré samy o sebe môžu slúžiť ako priméry - „semená“na replikáciu; palindrómy sa môžu skladať do trojrozmerných štruktúr - „vlásenky“, čo zvyšuje pravdepodobnosť výskytu katalytických vlastností v molekule RNA. Každopádne potomKeď sa darwinovská evolúcia začala, ďalší vývoj života bol determinovaný nielen náhodou, ale aj zákonom.
Odhady pravdepodobnosti (frekvencie) pôvodu života v týchto dvoch scenároch by sa mali líšiť podľa veľkého počtu objednávok (hoci, samozrejme, nikto neuvádza presné čísla). Je tiež dôležité poznamenať, že ak život vznikol „podľa Kunina“, to znamená, že v dôsledku náhodného zostavenia účinnej ribozým-polymerázy, potom sa princíp komplementarity (špecifické párovanie nukleotidov), na ktorom sa schopnosť RNA reprodukovať a vyvíjať, ukáže ako druh „klavíra v kríkoch“. “, Ktorá nemala nič spoločné so skutočnosťou, že na planétach sa nahromadilo také veľké množstvo molekúl RNA, že sa na jednej z planét náhodne objavil účinný ribozým s aktivitou RNA polymerázy. Ak život vznikol „podľa Shostaka“(laureát Nobelovej ceny Jack Shostak teraz aktívne študuje NR RNA a je presvedčený, že tento proces je kľúčom k tajomstvu pôvodu života),potom komplementarita nebola „klavírom v kríku“, ale fungovala od samého začiatku. Vďaka tomu je celý scenár pôvodu života omnoho presvedčivejší a logickejší. Stavil by som na Shostaka.
Teraz teda všetko závisí od úspechu odborníkov v oblasti prebiotickej chémie. Ak nájdu realistické podmienky, za ktorých sa NR RNA darí, potom máme šancu nájsť život na iných planétach. A ak nie, potom … musíme sa pozrieť ďalej.
Armen Mulkidzhanyan, Dr. Biol. Sci., Univerzita Osnabrück (Nemecko), vedúca. vedecký. Sotra. MsÚ:
Je ťažké argumentovať tým, že život vznikol už dávno a na mladej Zemi. Zem je zložená z chondritických hornín, napríklad meteoritov. Zahrievanie týchto hornín počas formovania Zeme spôsobilo roztápanie vody privádzanej s chondritmi. Interakcia vody s vyhrievanou redukovanou horninou mala viesť k uvoľňovaniu elektrónov, tvorbe vodíka a redukcii oxidu uhličitého (CO2) na rôzne organické zlúčeniny. Podobné procesy stále prebiehajú v oblastiach geotermálnej aktivity, napríklad v geotermálnych poliach, ale s nízkou intenzitou. Na mladých planétach iných hviezd možno teda očakávať tvorbu organických látok vo veľkých množstvách. Pravdepodobnosť, že v tomto prípade môže nastať život, sa dá odhadnúť na základe vývoja pozemského života.
Počas prvých dvoch miliárd rokov žili na Zemi iba mikróby. To by pokračovalo týmto spôsobom, ale asi pred 2,5 miliardami rokov sa fotosyntetické baktérie naučili používať energiu svetla na rozklad vody. Fotosyntéza pôvodne vznikla ako náhrada za tlmené geochemické procesy „ukladania“nadbytočných elektrónov. Pri fotosyntéze sa energia svetla používa na oxidáciu rôznych zlúčenín, to znamená na ich „odvedenie“elektrónov, na ich fotoaktiváciu a nakoniec na ich zníženie na CO2. Systém rozkladu vody vznikol v dôsledku postupného vývoja jednoduchších fotosyntetických enzýmov konzervovaných v niektorých baktériách. Existuje niekoľko veľmi pravdepodobných scenárov, ako také enzýmy, ktoré používajú svetlo a chlorofyl, najprv oxidovaný sírovodík (a dokonca aj teraz to robia niektorí ľudia), potom,Keď sa sírovodík v médiu vyčerpal, elektróny sa odobrali zo železných iónov železa, potom z iónov mangánu. Výsledkom bolo, že sa nejako naučili rozkladať vodu. V tomto prípade elektróny odobraté z vody viedli k syntéze organických látok a kyslík sa uvoľňoval ako vedľajší produkt. Kyslík je veľmi silné oxidačné činidlo. Musel som sa proti nemu brániť. Výskyt mnohobunkovosti, teplokrvnosti a nakoniec inteligencie sú rôzne stupne ochrany pred oxidáciou atmosférickým kyslíkom.teplokrvnosť a nakoniec dôvod - to všetko sú rôzne stupne ochrany pred oxidáciou atmosférickým kyslíkom.teplokrvnosť a nakoniec dôvod - to všetko sú rôzne stupne ochrany pred oxidáciou atmosférickým kyslíkom.
K rozkladu vody dochádza v jedinečnom katalytickom centre obsahujúcom zhluk štyroch atómov mangánu a jedného atómu vápnika. Pri tejto reakcii, ktorá vyžaduje štyri kvanta svetla, sa dve molekuly vody (2 H20) rozložia naraz a vytvoria jednu molekulu kyslíka (O2). Vyžaduje si to energiu štyroch kvanta svetla. V reakcii na absorpciu troch svetelných kvantov sa na atómoch mangánu akumulujú tri voľné elektróny („diery“), a až po absorpcii štvrtého kvantového svetla sa obidve molekuly vody oxidujú, otvory sa naplnia elektrónmi a vytvorí sa molekula kyslíka. Aj keď štruktúra mangánového zoskupenia bola nedávno stanovená s vysokou presnosťou, nie je úplne objasnené, ako toto štvortaktné zariadenie funguje. Nie je tiež jasné, ako a prečo v katalytickom centre, kde v primitívnych fotosyntetických baktériách zjavneióny mangánu sa oxidovali, štyri z jeho atómov sa kombinovali s atómom vápnika na zhluk schopný rozkladať vodu. Termodynamika účasti chlorofylu na oxidácii vody je tiež záhadná. Teoreticky môže chlorofyl pri osvetlení oxidovať sírovodík, železo a mangán, ale nie vodu. Avšak to oxiduje. Všeobecne je to ako čmeliak: „Podľa zákonov aerodynamiky čmeliak nemôže lietať, ale o tom nevie a z tohto dôvodu iba letí.““
Je veľmi ťažké posúdiť pravdepodobnosť systému rozkladu vody. Táto pravdepodobnosť je však veľmi malá, pretože za 4,5 miliardy rokov sa takýto systém objavil iba raz. Nebola to nijaká osobitná potreba a bez nej by sa mikrobom darilo na Zemi, keby boli zahrnuté do geochemických cyklov. Okrem toho, po výskyte kyslíka v atmosfére by väčšina mikrobiálnej biosféry mala zahynúť alebo presnejšie spáliť - interakcia organických látok s kyslíkom je spaľovanie. Iba mikróby prežili, keď sa naučili dýchať, to znamená rýchlo obnoviť kyslík späť do vody priamo na svojom vonkajšom obale a zabrániť mu zvnútra, ako aj obyvateľom niekoľkých zvyšných ekologických výklenkov bez obsahu kyslíka.
Tento príbeh môže slúžiť ako príklad relatívne nedávnej udalosti (asi pred 2,5 miliardami rokov) a relatívne zrozumiteľnej udalosti, ktorá viedla k prudkému nárastu zložitosti živých systémov. Všetko to začalo postupnými zmenami vo fotosyntetických enzýmoch. Potom tu bol jednorazový a veľmi netriviálny vývojový vynález (zoskupenie mangán-vápnik), čo by asi nebolo. Následné obrovské zmeny boli reakciou na výskyt „toxického“kyslíka v atmosfére: Darwinovský výber sa zapol na plný výkon, musel som sa naučiť dýchať hlbšie a pohybovať sa mozgom.
Celkovo máme proces, ktorý prebieha v troch fázach: (1) postupné zmeny - (2) jednorazová nepravdepodobná udalosť - (3) ďalší vývoj, ale na inej úrovni alebo za rôznych podmienok. Túto schému možno považovať za molekulárny analóg Severtsovovej klasickej schémy aromorfóz.
Ak sa pozriete na post-kyslíkovú evolúciu, môžete identifikovať niekoľko ďalších takýchto nepravdepodobných jednorazových udalostí, ktoré zmenili priebeh vývoja. Toto je „zhromaždenie“komplexnej eukaryotickej bunky a vznik cievnatých rastlín a rôzne „prielomy“vo vývoji zvierat, o ktorých v skutočnosti Severtsov písal.
Výskyt života, ktorý sa v rámci hypotézy RNA sveta chápe ako vznik samo sa reprodukujúcich súborov molekúl RNA (replikátorov), možno tiež predstavovať ako trojstupňový proces.
1) Prípravná fáza: Ribonukleotidy tvoriace RNA sú schopné sa spontánne „zostaviť“z jednoduchých molekúl, ako je kyanid alebo formamid, pod vplyvom ultrafialového (UV) svetla. Bol v hojnosti na mladej Zemi; v atmosfére ešte nebol žiadny ozón absorbujúci ultrafialové žiarenie, pretože tam nebol žiadny kyslík, pozri vyššie. Ako ukázali Pouner a Saderland (univerzita v Manchestri), nukleotidy v špeciálnej „aktivovanej“cyklickej forme sú „selektované“v ultrafialovom svetle, takéto nukleotidy sú schopné spontánne vytvárať reťazce RNA. Navyše dvojité reťazce Watson-Crick RNA sú významne odolnejšie voči UV žiareniu ako jednotlivé reťazce - tento výsledok opísal Evgeny Kunin vo svojej úplne prvej publikovanej práci z roku 1980. To znamená, že na mladej Zemi by sa vďaka toku „extra“elektrónov mohlo vytvoriť množstvo organických molekúl,ale pod vplyvom tvrdého slnečného žiarenia prežili predovšetkým molekuly podobné RNA, prednostne stočené do špirálových štruktúr.
2) Jednorazová, nepravdepodobná udalosť: zoskupenie niekoľkých molekúl podobných RNA sa začalo kopírovať (miliardy rokov neskôr sa podobné samokopírujúce RNA súbory získali výberom RNA v laboratórnych podmienkach).
3) Nasledujúci vývoj: Replikátory RNA začali medzi sebou súťažiť o zdroje, vyvíjali sa, spájali sa do väčších komunít atď.
Nevýhodou tejto hypotetickej schémy je, že nie sú známe ani molekulárne podrobnosti o pôvode replikátorov RNA, ani prírodné faktory, ktoré prispievajú k ich selekcii. Nádej je daná skutočnosťou, že v prípade najbližšej najdôležitejšej (a naopak) evolučnej udalosti, menovite vzniku ribozómov, strojov na syntézu proteínov, boli rekonštruované molekulárne detaily. Urobilo sa to rôznymi metódami v štyroch laboratóriách; výsledky rekonštrukcií sú veľmi podobné. Stručne povedané, predchodcom moderných veľmi komplexných ribozómov bol konštrukt dvoch RNA slučiek s 50 až 60 ribonukleotidmi, z ktorých každá je schopná kombinovať dve aminokyseliny s peptidovou väzbou. Medziľahlé etapy na ceste z tejto štruktúry s dvoma slučkami k moderným ribozómom podrobne sledovali Konstantin Bokov a Sergey Stadler (Montrealská univerzita),Laureát Nobelovej ceny Ada Yonath a jeho kolegovia (Weizmann Institute), George Fox a jeho kolegovia (University of Houston) a Anton Petrov a kolegovia (University of Georgia).
Ribozóm, ktorý mal spočiatku jednu katalytickú podjednotku RNA, sa postupne stal zložitejším a zväčšoval sa veľkosť, a to všetko syntetizovaním proteínových sekvencií z náhodného súboru aminokyselín. Až v posledných fázach svojho vývoja sa zlúčila s inou molekulou RNA, ktorá sa stala malou podjednotkou ribozómu, a začala sa syntéza kódovaného proteínu. Preto je výskyt genetického kódu nepravdepodobnou evolučnou udalosťou oddelenou od objavenia sa syntézy ribozomálnych proteínov.
Najpravdepodobnejší ďalší výskum umožní rekonštruovať tak vznik replikátorov, ako aj iné nepravdepodobné udalosti, napríklad udalosti spojené so vznikom prvých buniek, výmenu génov medzi prvými bunkami a vírusmi atď.
Keď sa vrátime k otázkam týkajúcim sa pravdepodobností: naše podrobné zváženie ukazuje, že vývoj pozemského života nie je „absolútne neuveriteľnou náhodou“, ale mnohými následnými mimoriadne nepravdepodobnými udalosťami.
Silná generácia organických látok sa s najväčšou pravdepodobnosťou odohrávala na iných mladých planétach. To však nevyhnutne neviedlo k vzniku života. Keby sa samoreprodukujúci sa súbor RNA na Zemi nezhromaždil, nebol by život. Produkcia organickej hmoty by postupne mizla a Zem by sa podobala Marsu alebo Venuši.
Ale aj v prípade objavenia sa života na iných planétach sa tento život mohol „uviaznuť“v ktorejkoľvek počiatočnej fáze a pravdepodobnosť, že navždy zostane na primitívnej úrovni rozvoja, bola neporovnateľne vyššia ako pravdepodobnosť vyliezania v ďalšom kroku a posunu sa ďalej.
Pravdepodobnosť stretnutia s múdrymi mimozemšťanmi na inej planéte je preto nesmierne nižšia ako šanca dostať sa do jednoduchého, ale žijúceho slizu (a to je, ak máte veľké šťastie). Pravdepodobnosť, že niekde existuje kyslíkový život, je tiež nesmierne malá: rozklad vody na kyslík je veľmi netriviálnou reakciou so štyrmi elektrónmi.
Takže budovanie akejkoľvek stratégie v nádeji, že nájde mimozemskú inteligenciu, nie je príliš chytré. Skutočnosť, že na Zemi sú (zatiaľ) inteligentné bytosti, je veľmi veľký úspech. Preto má oveľa väčší zmysel investovať do vytvárania „alternatívnych letísk“pre už existujúci inteligentný život v prípade zlyhania prírody alebo zlyhania samotných nosičov mysle. To znamená, že potrebujeme náhradnú Zem, alebo ešte lepšie pár.
Evgeny Kunin, viedol. vedecký. Sotra. Národné centrum pre biotechnologické informácie, člen Národnej akadémie vied USA:
Môžem sa obmedziť na veľmi stručné poznámky, pretože plne súhlasím so všetkým, čo povedal Alexander Markov … s výnimkou, samozrejme, záverov. V skutočnosti je limitujúcim stupňom vzniku života spontánna tvorba populácie molekúl ribozýmovej polymerázy s dostatočne vysokou rýchlosťou a presnosťou samokopírovania. Pravdepodobnosť takejto udalosti je mizivá. Na jeho výrazné zvýšenie je potrebný proces, ktorý vytvorí možnosť evolúcie bez účasti takýchto ribozýmov v oveľa jednoduchšom systéme. Neenzymatická replikácia diskutovaná Alexandrom je dobrým kandidátom na takýto proces. Jediným problémom je to, že na základe všetkého, čo viem z chémie a termodynamiky, nie je šanca tieto reakcie priviesť na úroveň dostatočne presnej replikácie dlhých molekúl. Replikácia veľmi krátkych oligonukleotidov by bola veľmi zaujímavá ako možný medzistupeň, ale významne nezvýši pravdepodobnosť. Preto môj záver zostáva rovnaký: vznik života si vyžaduje mimoriadne nepravdepodobné udalosti, a preto sme v našom vesmíre sami (o otázke viacerých vesmírov nie je potrebné diskutovať). Nielen, že sme inteligentné bytosti, ale všeobecnejšie, živé bytosti všeobecne.
Je dôležité poznamenať, že: extrémne nízka pravdepodobnosť výskytu života v žiadnom prípade neznamená, že sa to všetko stalo zázrakom. Naopak, jedná sa o rad bežných chemických reakcií, ktoré zahŕňajú iba stupne s veľmi nízkou pravdepodobnosťou. Štúdium mechanizmov, ktoré nejakým spôsobom uľahčujú vznik života, teda nemá zmysel, ale je mimoriadne dôležité a zaujímavé. Zatiaľ nie je zrejmé, že by to mohlo výrazne zvýšiť pravdepodobnosť, ale vytvorenie scenára udalostí môže tiež pomôcť.
Nakoniec budem kvazifilosofický, ale podľa môjho názoru relevantným hľadiskom. Extrémne nízka pravdepodobnosť vzniku života porušuje zásadu priemernosti: udalosti, ktoré sa vyskytli na našej planéte, sú vo vesmíre výnimočné, ba dokonca jedinečné. Princíp priemernosti v tomto prípade stráca antropický princíp: bez ohľadu na to, aký neuveriteľný bol vznik života a priori, PODMIENKA existencie inteligentných bytostí a iba buniek, jej pravdepodobnosť je presne rovná 1.
Michail Nikitin, vedecký pracovník Sotra. Oddelenie evolučnej biochémie, Výskumný ústav fyzikálno-chemickej biológie. Štátna univerzita A. N. Belozerského v Moskve:
Zdá sa mi, že život na úrovni komplexnosti baktérií je vo vesmíre veľmi rozšírený, ale vývoj k mnohobunkovým zvieratám a potenciálne inteligentným bytostiam je oveľa menej pravdepodobný.
Prečo si myslím, že bakteriálny život je veľmi pravdepodobný?
Kuninova úvaha je založená na experimentoch s umelým výberom ribozýmových replikáz, ktoré kopírujú molekuly RNA a môžu sa samy potenciálne kopírovať. Všetky tieto ribozýmy sú rádovo dlhé 200 nukleotidov a pravdepodobnosť ich získania náhodným zostavením je rádovo 4 až 200. Tieto experimenty však nezohľadnili mnoho dôležitých faktorov, ktoré by mohli, po prvé, zabezpečiť replikáciu pomocou kratších a jednoduchších ribozýmov, a po druhé, pred začiatkom akejkoľvek replikácie, nasmerovať samoskladanie smerom k štruktúrovaným RNA schopným pracovať ako ribozýmy. Niektoré z týchto faktorov už boli pomenované inými autormi: Shostakova neenzymatická replikácia, výber na samonasávanie v Markovovom „svete palindrómov“, výber na odolnosť voči UV žiareniu, ktorý nasmeruje samoskladanie RNA k vlásenkovým štruktúram navrhnutým Mulkidzhanyanom). K tomuto zoznamu pridám minerálne substráty a „tepelné lapače“(úzke póry s teplotným gradientom), ktoré veľmi uľahčujú kopírovanie RNA. Ďalej, keďže máme jednoduchý samoreplikujúci sa genetický systém, darwinovská evolúcia s vysokou pravdepodobnosťou rýchlo vytvorí na svojom základe bakteriálnu bunku alebo niečo podobné - s bunkovou membránou, ktorá udržuje konštantné zloženie solí vo vnútri bunky.
Prečo si myslím, že vývoj života z jednoduchých buniek na mnohobunkové zvieratá môže byť veľmi nepravdepodobný? Sú tu dva dôvody, jeden geologický, druhý čisto biologický. Začnime prvým.
V paleontológii sa spoľahlivo preukázalo, že vývoj organizmov je veľmi nerovnomerný. Krízy a revolúcie sa striedajú s obdobiami stázie, niekedy veľmi dlhé. Najdlhšie obdobie stázy sa nazývalo „nudná miliarda“a trvalo najviac proterozoika - asi pred 2 až 0,8 miliardami rokov. Predchádzal mu výskyt kyslíka v atmosfére, vznik eukaryotických buniek a globálne Huronovo zaľadnenie, ktoré sa skončilo najväčším Sturtovým zaľadnením v histórii Zeme, zvýšením obsahu kyslíka na takmer moderné hodnoty a výskytom mnohobunkových zvierat. Evolúcia bola tiež relatívne pomalá v arménskom veku pred 3,5 až 2,5 miliardami rokov v porovnaní s predchádzajúcim katarským obdobím (čas objavenia života a neskoré bombardovanie meteoritmi) as následnou kyslíkovou revolúciou. Dôvody tejto nerovnosti nie sú úplne pochopené. Osobne sa mi zdá, že „kyslíková revolúcia“(masívne množenie cyanobaktérií produkujúcich kyslík) bola spojená s vyčerpaním zásob redukovaného (železného) železa vo vodách oceánu. Pokiaľ bolo v oceáne dostatok železa, mikróby tu prosperovali pomocou jednoduchšej a bezpečnejšej fotosyntézy oxidujúcej železo. Neuvoľňuje kyslík, ale zlúčeniny oxidu železa - magnetitov a hematitov, ktoré sa ukladali na morské dno v celom Archeane. Dodávanie nového železa do mora (hlavne z hydrotermálnych zdrojov na dne) sa znížilo, keď geologická aktivita planéty ustúpila, a nakoniec zdrojová kríza prinútila fotosyntetické mikróby prejsť na komplexnejšiu „technológiu“fotosyntézy kyslíka. podobnepríčinou „nudnej miliardy“by mohla byť konštantná spotreba kyslíka pri oxidácii rôznych minerálov na súši, ktorá neumožňuje zvýšenie obsahu kyslíka nad 1–2%. V proterozoických morských sedimentoch existuje veľa stôp oxidácie sulfidických rúd na pevnine, vďaka ktorým rieky prenášali do oceánu sírany, arzén, antimón, meď, chróm, molybdén, urán a ďalšie prvky, ktoré sa takmer nenachádzali v arktickom oceáne. Neskorá proterozoická kríza s globálnymi glaciaciami, prudký nárast obsahu kyslíka a vznik mnohobunkových zvierat mohli byť spôsobené vyčerpaním ľahko oxidovaných minerálov na súši.kvôli tomu rieky prenášali do oceánu sírany, arzén, antimón, meď, chróm, molybdén, urán a ďalšie prvky, ktoré v arménskom oceáne takmer chýbali. Neskorá proterozoická kríza s globálnymi glaciaciami, prudký nárast obsahu kyslíka a vznik mnohobunkových zvierat mohli byť spôsobené vyčerpaním ľahko oxidovaných minerálov na súši.vďaka čomu rieky prenášali do oceánu sírany, arzén, antimón, meď, chróm, molybdén, urán a ďalšie prvky, ktoré v arktickom oceáne takmer chýbali. Neskorá proterozoická kríza s globálnymi glaciaciami, prudký nárast obsahu kyslíka a vznik mnohobunkových zvierat mohli byť spôsobené vyčerpaním ľahko oxidovaných minerálov na súši.
Teda načasovanie začiatku dvoch kľúčových revolúcií (fotosyntéza kyslíka a mnohobunkové zvieratá) bolo pravdepodobne určené rovnováhou biologických (fotosyntéza) a geologických (uvoľňovanie železného železa a iných oxidovateľných látok hydrotermálnymi prieduchmi a mletými sopkami). Je celkom možné, že na iných planétach prídu tieto revolúcie oveľa neskôr. Napríklad masívnejšia planéta (super-zem) stráca geologickú aktivitu pomalšie, uvoľňuje železo do oceánu dlhšie a môže kyslíkovú revolúciu oddialiť o miliardy rokov. Planéty v obývateľnej zóne červených trpaslíkov dostanú málo viditeľného svetla vhodného pre fotosyntézu a ich biosféry tiež môžu uviaznuť v štádiu bez kyslíka. Množstvo vody na planéte je tiež dôležité. Ak je celá planéta pokrytá hlbokým oceánom, potom bude mať nedostatok fosforu,pochádzajúcich hlavne z pozemných sopiek, a ak je málo vody, potom bude aj oceánska oblasť dostupná pre fotosyntetické mikróby malá (pred objavením sa mnohobunkových rastlín bola produktivita suchozemských ekosystémov zanedbateľná v porovnaní s morami). To znamená, že existuje veľa dôvodov, prečo sa biosféra môže uviaznuť v mikrobiálnom štádiu bez kyslíka a nevytvoriť sa na zvieratá. Mimochodom, čas na vývoj je obmedzený: svietivosť hviezd rastie s časom a Zem sa za 1,5 až 2 miliardy rokov začne nezvratne zahriať, jeho oceány sa vyparia a rastúci skleníkový efekt ju zmení na druhú Venuši. U červených trpaslíkov rastie jasnosť pomalšie, ale ich planéty sa môžu stať neobývateľnými v dôsledku zmiznutia magnetického poľa a následnej straty vody do vesmíru, ako sa to stalo na Marse.oblasť oceánu dostupná fotosyntetickým mikróbom bude tiež malá (pred príchodom mnohobunkových rastlín bola produktivita suchozemských ekosystémov v porovnaní s mormi zanedbateľná). To znamená, že existuje veľa dôvodov, prečo sa biosféra môže uviaznuť v mikrobiálnom štádiu bez kyslíka a nevytvoriť sa na zvieratá. Mimochodom, čas na vývoj je obmedzený: svietivosť hviezd sa v priebehu času zvyšuje a Zem sa za 1,5 až 2 miliardy rokov nezvratne zahrieva, jeho oceány sa vyparia a rastúci skleníkový efekt zmení na druhú Venuši. U červených trpaslíkov rastie jasnosť pomalšie, ale ich planéty sa môžu stať neobývateľnými v dôsledku zmiznutia magnetického poľa a následnej straty vody do vesmíru, ako sa to stalo na Marse.oblasť oceánu dostupná fotosyntetickým mikróbom bude tiež malá (pred príchodom mnohobunkových rastlín bola produktivita suchozemských ekosystémov v porovnaní s mormi zanedbateľná). To znamená, že existuje veľa dôvodov, prečo sa biosféra môže uviaznuť v mikrobiálnom štádiu bez kyslíka a nevytvoriť sa na zvieratá. Mimochodom, čas na vývoj je obmedzený: svietivosť hviezd sa v priebehu času zvyšuje a Zem sa za 1,5 až 2 miliardy rokov nezvratne zahrieva, jeho oceány sa vyparia a rastúci skleníkový efekt zmení na druhú Venuši. U červených trpaslíkov rastie jasnosť pomalšie, ale ich planéty sa môžu stať neobývateľnými v dôsledku zmiznutia magnetického poľa a následnej straty vody do vesmíru, ako sa to stalo na Marse.prístupný fotosyntetickým mikróbom (pred výskytom mnohobunkových rastlín bola produktivita suchozemských ekosystémov v porovnaní s mormi zanedbateľná). To znamená, že existuje veľa dôvodov, prečo sa biosféra môže uviaznuť v mikrobiálnom štádiu bez kyslíka a nevytvoriť sa na zvieratá. Mimochodom, čas na vývoj je obmedzený: svietivosť hviezd sa v priebehu času zvyšuje a Zem sa za 1,5 až 2 miliardy rokov nezvratne zahrieva, jeho oceány sa vyparia a rastúci skleníkový efekt zmení na druhú Venuši. U červených trpaslíkov rastie jasnosť pomalšie, ale ich planéty sa môžu stať neobývateľnými v dôsledku zmiznutia magnetického poľa a následnej straty vody do vesmíru, ako sa to stalo na Marse.prístupný fotosyntetickým mikróbom (pred výskytom mnohobunkových rastlín bola produktivita suchozemských ekosystémov v porovnaní s mormi zanedbateľná). To znamená, že existuje veľa dôvodov, prečo sa biosféra môže uviaznuť v mikrobiálnom štádiu bez kyslíka a nevytvoriť sa na zvieratá. Mimochodom, čas na vývoj je obmedzený: svietivosť hviezd sa v priebehu času zvyšuje a Zem sa za 1,5 až 2 miliardy rokov nezvratne zahrieva, jeho oceány sa vyparia a rastúci skleníkový efekt zmení na druhú Venuši. U červených trpaslíkov rastie jasnosť pomalšie, ale ich planéty sa môžu stať neobývateľnými v dôsledku zmiznutia magnetického poľa a následnej straty vody do vesmíru, ako sa to stalo na Marse. Mimochodom, čas na vývoj je obmedzený: svietivosť hviezd sa v priebehu času zvyšuje a Zem sa za 1,5 až 2 miliardy rokov nezvratne zahrieva, jeho oceány sa vyparia a rastúci skleníkový efekt zmení na druhú Venuši. U červených trpaslíkov rastie jasnosť pomalšie, ale ich planéty sa môžu stať neobývateľnými v dôsledku zmiznutia magnetického poľa a následnej straty vody do vesmíru, ako sa to stalo na Marse. Mimochodom, čas na vývoj je obmedzený: svietivosť hviezd sa časom zvyšuje a Zem sa za 1,5 až 2 miliardy rokov nezvratne zahrieva, jeho oceány sa vyparia a rastúci skleníkový efekt zmení na druhú Venuši. U červených trpaslíkov rastie jasnosť pomalšie, ale ich planéty sa môžu stať neobývateľnými kvôli zániku magnetického poľa a následnej strate vody do vesmíru, ako sa to stalo na Marse.
Druhé zváženie sa týka vzniku eukaryotov - buniek s jadrom. Eukaryotické bunky sú omnoho väčšie a zložitejšie ako bunky baktérií a archaea a objavili sa neskôr, pravdepodobne počas „kyslíkovej revolúcie“. Eukaryotická bunka sa objavila ako chiméra z archaálnej bunky, symbiotické baktérie, ktoré sa v nej usadili a prípadne vírus, ktorý ich infikoval (alebo dokonca viac ako jednu). Štruktúra genómu eukaryot jednoznačne ukazuje, že k ich skorému vývoju nedošlo z dôvodu prirodzeného výberu, ale v mnohých ohľadoch napriek tomu. V malých populáciách nie je výber príliš efektívny a mierne škodlivé črty sa môžu zakoreniť v dôsledku posunu génov a iných čisto náhodných procesov. Toto je podrobne uvedené v zodpovedajúcej kapitole Kuninovej logiky šance a navrhuje saže výskyt eukaryotov môže byť veľmi nepravdepodobný aj vo vhodnom prostredí (bakteriálna biosféra vstupujúca do kyslíkovej revolúcie). Prípady intracelulárnej symbiózy medzi baktériami a archaeami sú prakticky neznáme - aj keď sa baktérie v eukaryotických bunkách ľahko usadia.
Zhrnutie: Myslím si, že kombinácia opísaných faktorov by mala viesť k tomu, že v našej Galaxii budú milióny planét s bakteriálnym životom a oveľa menej (možno len niekoľko) - so životom eukaryotickej a mnohobunkovej úrovne zložitosti.
Postskript Boris Stern
Pár slov na ukončenie diskusie. Je celkom možné, že Evgeny Kunin vo vhodných podmienkach veľmi podcenila pravdepodobnosť vzniku života. Toto hodnotenie sa musí brať vážne. Keby sa pomýlil o 900 rádov, nič sa to nezmení: všetci sme sami v horizonte Vesmíru, kde je len asi 1020 - 1021 vhodných planét. Aj keď ostatní účastníci diskusie majú pravdu a všetky druhy trikov prírody, ako napríklad neenzymatická replikácia, môžu spôsobovať pôvod života viac-menej pravdepodobný, bude to veľmi primitívny život, v drvivej väčšine prípadov nebude schopný skočiť na vyššiu úroveň rozvoja. Dvaja panelisti o tom písali čiernobielo. To je celý Fermiho paradox.
Z toho vyplýva minimálne dva dôležité organizačné závery. Po prvé: Rozvinutý život je najvzácnejším a najcennejším fenoménom vo vesmíre. Preto pozri posledný odsek poznámky Arména Mulkidzhanyana: ľudstvo má ušľachtilý celkový cieľ - šírenie tohto javu. Budeme hovoriť osobitne o možnostiach a metódach na dosiahnutie tohto cieľa.
Druhý organizačný záver: zničenie tohto života bude nenapraviteľnou stratou galaktického alebo dokonca kozmologického rozsahu. Toto by sa malo zohľadniť pri ich vlastnom hodnotení „jastrabov“a politikov, ktorí sú pripravení uchýliť sa k vydieraniu v jadre, aby nafúkli svoju „veľkosť“. To isté platí pre civilizáciu nespútanej spotreby.
Autori: Boris Stern, Alexander Markov, Armen Mulkidzhanyan, Evgeny Kunin, Michail Nikitin