Boriso Šerno pratarmė
Ilgai planavome surengti diskusiją, susijusią su amžinuoju žmogaus vietos Visatoje klausimu. Tai, be abejo, yra apie nežemišką gyvenimą ir kitų žvaigždžių planetas. Šiuo metu žinoma šiek tiek mažiau nei 6 tūkstančiai egzoplanetų, iš kurių daugiau nei du tūkstančiai laukia nepriklausomo patvirtinimo. Bet statistiniams tyrimams galite naudoti visus 6 tūkst.
- „Salik.biz“
Tarp jų yra labai mažai planetų, kurios tariamai tinkamos gyvybei. Tai natūralu, nes juos sunkiausia rasti: labai galingas atrankos efektas veikia prieš žemę panašias planetas. Jie yra per šviesūs, kad juos sugautų žvaigždės radialinio greičio metodas, ir jų metai yra per ilgi, kad jų tranzitai būtų patikimai iškasti pagal Keplerio kosminio teleskopo duomenis. Išimtis yra raudonųjų nykštukių gyvenamojoje zonoje esančios planetos, kurios yra atviros po mūsų nosimis, jas rasti yra daug lengviau. Tokių planetų yra labai daug, tačiau, deja, raudonosios nykštukės yra labai nepatogios gyvenimui šalia jų. Tačiau Keplerio duomenų ekstrapoliacija tokioms žvaigždėms kaip Saulė „karštoms žemėms“suteikia labai optimistišką rezultatą: mažiausiai 15% šių žvaigždžių gyvenamoje zonoje yra planetos. Šią sąmatą gaus nepriklausomai daugelis autorių,ir laikui bėgant jis tampa vis optimistiškesnis: 20% ir net ketvirtadalis saulės turi žemių. Tai reiškia, kad artimiausia G arba K klasės žvaigždė, kai Žemės orbita gyvena gyvenamajame diapazone, yra per 15 šviesmečių. Tokių žvaigždžių nedaug, ir jau atsiranda kandidatų, pavyzdžiui, Tau Ceti. Ir yra daug tokių planetų, tarkime, 30 šviesmečių spinduliu.
Stebėjimo metodai pamažu progresuoja. Naujos netoliese esančios į Žemę panašios planetos bus atrastos naudojant patobulintą HARPS instrumentą. Ateinantį dešimtmetį mes sužinosime ką nors ar du apie kai kurių į Žemę panašių planetų atmosferą naudodamiesi tokiais instrumentais kaip milžiniškas ypač didelis teleskopas (ELT) ir Džeimso Webbo kosminis teleskopas. Ir yra įmanoma, kad deguonis pasirodys kažkokios tranzitinės planetos atmosferos absorbcijos spektre (einantis per žvaigždės diską). Jei žvaigždė nėra per daug aktyvi ir pakankamai sena, deguonis gali būti tik biogeninis. Taip galima aptikti nežemišką gyvybę.
Ar tai tikra? Jei gyvenimas atsiranda bet kuriame kampelyje, kai tik atsiranda sąlygos tam - kodėl gi ne? Bet ar tai yra? Dažnai keliamas argumentas, kad gyvybė Žemėje atsirado labai greitai, o tai reiškia, kad taip yra - pakanka kelių šimtų milijonų metų, kad ji pasirodytų kažkokioje sriuboje. Tačiau yra ir kontrargumentas - tinkama „sriuba“gali egzistuoti tik jaunoje planetoje - gyvenimas atsiranda greitai arba niekada.
Ir, žinoma, yra priešingas požiūris: gyvenimas yra retas reiškinys, pagrįstas visiškai neįtikėtinu sutapimu. Išsamiausią požiūrį šiuo klausimu, profesionaliai ir kiekybiškai įvertinus, išreiškė Jevgenijus Kuninas. Gyvenimas grindžiamas ilgų molekulių kopijavimu, iš pradžių jos buvo RNR molekulės. Kopijavimas atliekamas tam tikru prietaisu, vadinamu „replikacija“(šias eilutes parašė fizikas, todėl terminologija biologo požiūriu yra šiek tiek nepatogi). Replikacija niekur neatsiras, jei ji nebus užprogramuota toje pačioje nukopijuojamoje RNR.
Anot Kunino, norint pradėti RNR savarankišką reprodukciją ir kartu su ja vystytis, „būtinas bent jau spontaniškas kitos.
- Dvi rRNR, kurių bendras dydis yra mažiausiai 1000 nukleotidų.
- Maždaug 10 primityvių adapterių, kurių kiekvienoje yra po 30 nukleotidų, iš viso apie 300 nukleotidų.
- Bent viena RNR, koduojanti replikazę, yra maždaug 500 nukleotidų (apatinė skalė). Priimtame modelyje n = 1800, o dėl to E <10 - 1081 “.
Pateiktame fragmente turime omenyje keturių raidžių kodavimą, galimų derinių skaičius yra 41800 = 101081, jei evoliucijos procesą pradeda tik keli iš jų, tada reikiamo surinkimo tikimybė vienam spontaninio surinkimo „bandymui“yra ~ 10-1081.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Tai, kad rezultatas yra prieš mūsų akis, neprieštarauja: nėra: pagal infliacijos teoriją Visata yra didžiulė, dešimčių laipsnių dydžio didesnė už jos matomąją dalį, ir jei mes suprantame Visatą kaip uždarą erdvę, tada yra visatos, turinčios tą patį vakuumą kaip ir mūsų, gigantiškas rinkinys. … Mažiausia tikimybė realizuojama kažkur, todėl atsiranda nustebimas.
Šie du kraštutinumai reiškia labai daug, kalbant apie mūsų vietą Visatoje. Bet kokiu atveju mes esame vieni. Bet jei gyvenimas egzistuoja keliolika šviesmečių nuo mūsų, tai yra technologinė vienatvė, įveikta vystymosi ir tūkstantmečio kantrybės. Jei Kunino vertinimas teisingas, tai yra esminė vienatvė, kurios niekas negali įveikti. Tuomet mes ir žemiškasis gyvenimas yra unikalus reiškinys priežastiniu ryšiu sujungtoje Visatos tūryje. Vienintelis ir vertingiausias. Tai svarbu būsimai žmonijos strategijai. Pirmuoju atveju strategijos pagrindas yra paieška. Antruoju atveju - sėja (yra net toks terminas „nukreipta panspermija“), apimanti ir tinkamo dirvožemio paiešką.
Visa tai nusipelno diskusijos. Ar yra spragų dėl Kunino argumento? Ar yra kokių nors mechanizmų, kuriuos galima pastebėti, apeinant RNR replikatoriaus „negrįžtamą sudėtingumą“? Ar tikrai tai neatleistina? Ir tt
Paklausėme kelių biologų nuomonės.
Aleksandras Markovas, Ph. D. biol. mokslai, vadovavo. mokslo. sotr. RAS paleontologijos instituto vadovas. Maskvos valstybinio universiteto Biologinio fakulteto Biologinės evoliucijos katedra:
Jevgenijaus Kunino vertinimas, suponuojantis, kad mes beviltiškai esame vieni Visatoje, remiasi viena pagrindine prielaida. Kuninas manė, kad norint pradėti RNR replikacijos procesą (ir kartu su juo darvinistinę evoliuciją; logiška šį momentą laikyti gyvybės atsiradimo momentu), buvo būtina, kad visiškai atsitiktinai - dėl atsitiktinio polimerizacijos (pavyzdžiui, ant mineralinių matricų) ribonukleotidų derinio. - atsirado ribozimas, turintis RNR polimerazės aktyvumą, tai yra, ilga RNR molekulė, turinti visiškai aiškią (ir ne tik bet kokią) nukleotidų seką ir dėl šios priežasties galinti efektyviai katalizuoti RNR replikaciją.
Jei nėra kito kelio, dar vieno „įėjimo“į gyvųjų pasaulį iš negyvosios materijos pasaulio, tada Kuninas yra teisus, ir mes turėtume atsisakyti vilties rasti visatoje gyvybę, išskyrus žemiškąją. Galima manyti, kad viskas prasidėjo ne nuo vienos labai efektyvios polimerazės, bet, pavyzdžiui, su tam tikra mažų, neveiksmingų polimerazių ir ligatų (ribozimų, galinčių susieti trumpąsias RNR molekules į ilgesnes) bendrija: galbūt tai vertinimą padarys šiek tiek optimistiškesnį., bet iš esmės nepakeis situacijos. Nes pirmasis replikatorius vis dar buvo labai sudėtingas, ir jis turėjo pasirodyti be Darvino evoliucijos pagalbos - iš tikrųjų, atsitiktinai.
Tinkama alternatyva yra ne fermentinis RNR replikacija (NR RNR): procesas, kurio metu RNR molekulės yra replikuojamos be kompleksinių ribozimų ar baltymų fermentų pagalbos. Toks procesas egzistuoja, jį katalizuoja Mg2 + jonai, tačiau jis vyksta per lėtai ir netiksliai - bent jau tomis sąlygomis, kurias tyrėjai turėjo laiko išbandyti.
Vis dėlto yra vilties, kad vis dėlto pavyks rasti keletą įtikinamų sąlygų (kurios iš principo galėtų egzistuoti kai kuriose planetose), kai NR RNR eina pakankamai greitai ir tiksliai. Galbūt tam reikia kažkokio palyginti paprasto katalizatoriaus, kurį galima susintetinti abiogeniniu būdu. Gali būti, kad paprasti abiogeniniai peptidai su keletu neigiamai įkrautų asparto rūgšties liekanų, kurie sulaiko magnio jonus, gali veikti kaip tokie katalizatoriai: baltymų RNR polimerazės turi panašius aktyvius centrus, ir ši galimybė dabar yra tiriama.
Veiksmingos NR RNR galimybės klausimas yra labai svarbus vertinant gyvybės kilmės tikimybę. Jei įmanoma NR RNR, stebimoje Visatoje gali būti nemažai gyvų planetų. Esminiai dviejų scenarijų skirtumai - su galima ir neįmanoma NR RNR - parodyti lentelėje. Jei įmanoma NR, tada darvinų evoliucija galėtų prasidėti beveik iškart po to, kai pasirodė pirmosios trumpos RNR molekulės. Atrankinį pranašumą turėjo įgyti tos RNR molekulės, kurios efektyviau dauginasi HP dėka. Tai gali būti, pavyzdžiui, molekulės su palindrominiais pasikartojimais, kurios pačios galėtų tarnauti kaip pradmenys - „sėklos“replikacijai; palindromai gali sulankstyti į trijų matmenų struktūras - „plaukų segtukus“, o tai padidina RNR molekulės katalizinių savybių atsiradimo tikimybę. Šiaip ar taip, poPrasidėjus Darvino evoliucijai, tolesnį gyvenimo vystymąsi lėmė ne tik atsitiktinumas, bet ir įstatymai.
Gyvenimo kilmės tikimybės (dažnio) įvertinimai pagal šiuos du scenarijus turėtų skirtis daugybe užsakymų (nors, žinoma, niekas nepateiks tikslių skaičių). Taip pat svarbu atkreipti dėmesį, kad jei gyvenimas atsirado „pagal Kuniną“, tai yra dėl atsitiktinio efektyvaus ribozimo polimerazės surinkimo, tada papildomumo principas (specifinis nukleotidų poravimas), kuriame RNR gebėjimas daugintis ir vystytis, pasirodo savotiškas „pianinu krūmuose“. “, Kuris neturėjo nieko bendra su tuo, kad planetose susikaupė toks milžiniškas kiekis RNR molekulių, kad vienoje iš planetų netyčia atsirado efektyvus RB polimerazės aktyvumo ribozimas. Jei gyvenimas kilo „pagal Shostaką“(Nobelio premijos laureatas Jackas Shostakas dabar aktyviai tiria NR RNR ir mano, kad šis procesas yra raktas į gyvybės kilmės paslaptį),tada papildomumas nebuvo „fortepijonas krūme“, o veikė nuo pat pradžių. Tai daro visą gyvenimo pradžios scenarijų daug įtikinamesnį ir logiškesnį. Aš lažybų dėl Shostak.
Taigi dabar viskas priklauso nuo prebiotikos chemijos srities specialistų sėkmės. Jei jie suras realias sąlygas, kuriomis NR RNR vyksta gerai, turime galimybę rasti gyvenimą kitose planetose. O jei ne, tada … turime ieškoti toliau.
Armenas Mulkidzhanyanas, dr. biol. Mokslai, Osnabriuko universitetas (Vokietija), vadovaujama. mokslo. sotr. MSU:
Sunku ginčytis su tuo, kad gyvybė atsirado seniai ir jaunoje Žemėje. Žemę sudaro chondritinės uolienos, tokios kaip meteoritai. Šių uolienų kaitinimas formuojant žemę lydė chondritų atneštą vandenį. Vandens sąveika su įkaitinta, redukuota uoliena turėjo lemti elektronų išsiskyrimą, vandenilio susidarymą ir anglies dioksido (CO2) redukciją į įvairius organinius junginius. Panašūs procesai vis dar vyksta geoterminio aktyvumo srityse, pavyzdžiui, geoterminiuose laukuose, tačiau mažai intensyviai. Taigi jaunose kitų žvaigždžių planetose galima tikėtis didelių organinių medžiagų susidarymo. Tikimybė, kad tokiu atveju gali atsirasti gyvybė, gali būti įvertinta įvertinant žemiškojo gyvenimo evoliuciją.
Pirmus du milijardus metų Žemėje gyveno tik mikrobai. Tai būtų tęsęsi tokiu būdu, tačiau maždaug prieš 2,5 milijardo metų fotosintetinės bakterijos išmoko naudoti šviesos energiją vandeniui skaidyti. Fotosintezė iš pradžių atsirado kaip sugadintų geocheminių procesų, susijusių su elektronų pertekliaus „išmetimu“, pakeitimas. Fotosintezėje šviesos energija naudojama įvairiems junginiams oksiduoti, tai yra, norint „atimti“iš jų elektronus, fotoaktyvuoti šiuos elektronus ir galiausiai sumažinti jų CO2 iki organinių junginių. Vandens skilimo sistema atsirado palaipsniui evoliucionuojant paprastesniems kai kurių bakterijų fotosintetiniams fermentams. Yra keli labai tikėtini scenarijai, kaip tokie fermentai, naudodami šviesą ir chlorofilą, pirmiausia oksiduoja vandenilio sulfidą (ir net dabar kai kurie žmonės tai daro),Ištirpus vandenilio sulfidui terpėje, elektronai buvo paimti iš juodosios geležies jonų, paskui iš mangano jonų. Dėl to jie kažkaip išmoko skaidyti vandenį. Šiuo atveju iš vandens paimti elektronai eina į organinių medžiagų sintezę, o deguonis išsiskiria kaip šalutinis produktas. Deguonis yra labai stiprus oksidatorius. Aš turėjau gintis nuo jo. Daugialąsčio, šiltakraujiškumo ir galiausiai intelekto atsiradimas yra visos skirtingos apsaugos nuo atmosferos deguonies oksidacijos stadijos.šiltakraujiškumas ir galiausiai priežastis - tai visi skirtingi apsaugos nuo atmosferos deguonies oksidacijos etapai.šiltakraujiškumas ir galiausiai priežastis - tai visi skirtingi apsaugos nuo atmosferos deguonies oksidacijos etapai.
Vanduo skyla unikaliame kataliziniame centre, kuriame yra keturių mangano atomų ir vieno kalcio atomo grupė. Šioje reakcijoje, kuriai reikia keturių šviesos kvantų, dvi vandens molekulės (2 H2O) suyra iš karto, kad susidarytų viena deguonies molekulė (O2). Tam reikia keturių šviesos kvantų energijos. Reaguojant į trijų šviesos kvantų įsisavinimą, ant mangano atomų kaupiasi trys elektronų laisvos vietos („skylės“) ir tik absorbavus ketvirtąjį šviesos kvantą, abi vandens molekulės oksiduojasi, skylės užpildomos elektronais ir susidaro deguonies molekulė. Nors mangano klasterio struktūra neseniai buvo nustatyta labai tiksliai, kaip šis keturių taktų įtaisas veikia, nėra iki galo suprantama. Taip pat neaišku, kaip ir kodėl kataliziniame centre, kur, matyt, primityviose fotosintetinėse bakterijose,mangano jonai buvo oksiduoti, keturi jo atomai sujungti su kalcio atomu į klasterį, galintį skaidyti vandenį. Paslaptinga yra ir chlorofilo dalyvavimo vandens oksidacijoje termodinamika. Teoriškai apšviestas chlorofilas gali oksiduoti vandenilio sulfidą, geležį ir manganą, bet ne vandenį. Tačiau jis oksiduojasi. Apskritai, tai panašu į kamanę: „Pagal aerodinamikos įstatymus kamanė negali skristi, bet jis apie tai nežino ir skrenda tik dėl šios priežasties“.
Labai sunku įvertinti vandens skilimo sistemos tikimybę. Tačiau ši tikimybė yra labai maža, nes per 4,5 milijardo metų tokia sistema atsirado tik vieną kartą. Tam nebuvo jokio ypatingo poreikio ir be jo Žemėje klestės mikrobai, įtraukiami į geocheminius ciklus. Be to, atsiradus deguoniui atmosferoje, didžioji dalis mikrobų biosferos turėjo būti mirusi arba, tiksliau tariant, sudegusi - organinių medžiagų sąveika su deguonimi yra degimas. Išgyveno tik mikrobai, išmokę kvėpuoti, tai yra, greitai atstatyti deguonį atgal į vandenį tiesiai ant savo išorinio apvalkalo, neleidžiant jam patekti į vidų, taip pat keleto likusių ekologinių nišų, kuriose nėra deguonies, gyventojai.
Ši istorija gali būti palyginti neseno (prieš maždaug 2,5 milijardo metų) ir palyginti suprantamo įvykio, dėl kurio staiga padidėjo gyvenimo sistemų sudėtingumas, pavyzdys. Viskas prasidėjo nuo laipsniškų fotosintetinių fermentų pokyčių. Tuomet atsirado vienkartinis ir labai netradicinis evoliucinis išradimas (mangano-kalcio spiečius), kurio galbūt nebuvo. Vėlesni didžiuliai pokyčiai buvo reakcija į „toksiško“deguonies atsiradimą atmosferoje: Darvinų selekcija įsijungė visu pajėgumu, aš turėjau išmokti giliai kvėpuoti ir judinti smegenis.
Iš viso mes turime procesą, vykstantį trimis etapais: (1) laipsniški pokyčiai - (2) vienkartinis mažai tikėtinas įvykis - (3) tolesnė evoliucija, tačiau skirtingame lygmenyje ar skirtingomis sąlygomis. Ši schema gali būti laikoma Severtsovo klasikinės aromorfozių schemos molekuliniu analogu.
Pažvelgę į deguonies evoliuciją, galite nustatyti dar kelis tokius mažai tikėtinus vienkartinius įvykius, kurie pakeitė evoliucijos eigą. Tai yra sudėtingos eukariotų ląstelės „surinkimas“, kraujagyslių augalų atsiradimas ir įvairūs „evoliucijos“dalykai gyvūnų evoliucijoje, apie kuriuos, tiesą sakant, rašė Severtsovas.
Gyvenimo atsiradimas, kuris pagal RNR pasaulio hipotezę suprantamas kaip RNR molekulių (replikatorių) savaime atsinaujinančių ansamblių atsiradimas, taip pat gali būti vaizduojamas kaip trijų etapų procesas.
1) Parengiamasis etapas: RNR formuojantys ribonukleotidai, veikiami ultravioletinės (UV) šviesos, spontaniškai gali „surinkti“iš paprastų molekulių, tokių kaip cianidas ar formamidas. Jo buvo gausu jaunoje Žemėje; atmosferoje dar nebuvo ultravioletinius spindulius sugeriančio ozono, nes nebuvo deguonies, žr. aukščiau. Kaip parodė Pouner ir Saderland (Mančesterio universitetas), specialios, „aktyvuotos“ciklinės formos nukleotidai yra „parenkami“ultravioletinėje šviesoje; tokie nukleotidai gali spontaniškai sudaryti RNR grandines. Be to, dvigubos, Watson-Crick RNR grandinės yra žymiai atsparesnės ultravioletiniams spinduliams nei pavienės - šį rezultatą aprašė Jevgenijus Kuninas savo pirmajame paskelbtame darbe 1980 m. T. y., Jaunoje Žemėje dėl „papildomų“elektronų srauto gali susidaryti įvairios organinės molekulės,tačiau kietos saulės spinduliuotės veikimu pirmiausia išgyveno į RNR panašios molekulės, geriau susuktos į spiralines struktūras.
2) Vienkartinis, mažai tikėtinas įvykis: kelių į RNR panašių molekulių ansamblis pradėjo save kopijuoti (po milijardų metų panašūs savaiminio kopijavimo RNR ansambliai buvo gauti atrenkant RNR laboratorinėmis sąlygomis).
3) Vėlesnė evoliucija: RNR replikatoriai pradėjo konkuruoti tarpusavyje dėl išteklių, vystytis, vienytis į didesnes bendruomenes ir pan.
Šios hipotetinės schemos trūkumas yra tas, kad nėra žinomos nei molekulinės RNR replikatorių kilmės detalės, nei natūralūs veiksniai, prisidedantys prie jų atrankos. Viltį teikia tai, kad kito svarbiausio (ir savo ruožtu) evoliucijos įvykio, būtent ribosomų atsiradimo, baltymų sintezės mašinos, molekulinės detalės buvo rekonstruotos. Tai buvo padaryta įvairiais metodais keturiose laboratorijose; rekonstrukcijų rezultatai yra labai panašūs. Trumpai tariant, šiuolaikinių labai sudėtingų ribosomų protėvis buvo dviejų RNR kilpų, turinčių po 50–60 ribonukleotidų, konstrukcija, gebanti sujungti dvi aminorūgštis su peptidiniu ryšiu. Tarpinius etapus kelyje nuo šios dviejų kilpų struktūros iki modernių ribosomų išsamiai stebėjo Konstantinas Bokovas ir Sergejus Stadleris (Monrealio universitetas),Nobelio premijos laureatas Ada Yonath ir jo kolegos (Weizmanno institutas), George'as Foxas ir jo kolegos (Hiustono universitetas) bei Antonas Petrovas ir kolegos (Džordžijos universitetas).
Ribosoma, kuri iš pradžių turėjo vieną katalizinį RNR subvienetą, pamažu tapo sudėtingesnė ir didėjo, visą tą laiką sintezuodama baltymų sekas iš atsitiktinių aminorūgščių rinkinio. Tik paskutiniais savo evoliucijos etapais ji susiliejo su kita RNR molekule, kuri tapo mažu ribosomos subvienetu, ir prasidėjo užkoduota baltymų sintezė. Taigi genetinio kodo atsiradimas yra mažai tikėtinas evoliucijos įvykis, atskiras nuo ribosomų baltymų sintezės atsiradimo.
Greičiausiai tolesni tyrimai leis rekonstruoti tiek replikatorių atsiradimą, tiek kitus mažai tikėtinus įvykius, pavyzdžiui, susijusius su pirmųjų ląstelių atsiradimu, genų pasikeitimu tarp pirmųjų ląstelių ir virusų ir kt.
Grįžtant prie užduodamų klausimų apie tikimybes: mūsų išsamus svarstymas rodo, kad žemiškojo gyvenimo evoliucija nėra vienas „absoliučiai neįtikėtinas sutapimas“, bet daugybė iš eilės ekstremaliai neįmanomų įvykių.
Galinga organinių medžiagų generacija greičiausiai vyko kitose jaunose planetose. Bet tai nebūtinai lėmė gyvenimo atsiradimą. Jei Žemėje nebūtų susirinkę savarankiškai besikartojantys RNR ansambliai, gyvenimo nebūtų buvę. Organinių medžiagų gamyba pamažu išnyks, o Žemė taps panaši į Marsą ar Venerą.
Tačiau net gyvybės atsiradimo kitose planetose atveju šis gyvenimas galėjo „įstrigti“bet kuriame pradiniame etape, o tikimybė amžinai išlikti primityviame išsivystymo lygyje buvo nepalyginamai didesnė už tikimybę lipti į kitą žingsnį ir judėti toliau.
Todėl tikimybė sutikti išmintingų ateivių kitoje planetoje yra neišmatuojamai mažesnė nei galimybė ten patekti į paprastą, bet gyvą gleives (ir tai yra, jei jums labai pasisekė). Tikimybė, kad kur nors gyvena deguonis, taip pat neišmatuojamai maža: vandens skilimas deguoniui sudaryti yra labai nereikšminga keturių elektronų reakcija.
Taigi kurti bet kokią strategiją tikintis rasti svetimą intelektą tiesiog nėra labai protinga. Tai, kad Žemėje yra (kol kas) protingų būtybių, yra labai didelė sėkmė. Todėl yra daug prasmingiau investuoti į „pakaitinių aerodromų“kūrimą jau egzistuojančiam intelektualiam gyvenimui, jei gamta sutrinka arba patys proto nešėjai sugenda. Tai reiškia, kad mums reikia atsarginės žemės, o dar geriau - kelių.
Vedė Jevgenijus Kuninas. mokslo. sotr. Nacionalinis biotechnologijų informacijos centras, JAV nacionalinės mokslų akademijos narys:
Galiu apsiriboti labai trumpomis pastabomis, nes visiškai sutinku su viskuo, ką kalbėjo Aleksandras Markovas … išskyrus, žinoma, išvadas. Iš tiesų, ribojantis gyvenimo atsiradimo etapas yra spontaniškas ribozimo-polimerazės molekulių populiacijos susiformavimas pakankamai dideliu greičiu ir tiksliai, norint pasidaryti savikopiją. Tokio įvykio tikimybė nyksta labai maža. Norint jį žymiai padidinti, reikalingas procesas, kuris sukuria evoliucijos galimybę nedalyvaujant tokiems ribozimams daug paprastesnėje sistemoje. Nefermentinis replikacija, kurią aptarė Aleksandras, yra geras kandidatas į tokį procesą. Vienintelė bėda ta, kad remiantis viskuo, ką žinau iš chemijos ir termodinamikos, nėra jokios galimybės pakelti šias reakcijas į pakankamai tikslų ilgų molekulių replikacijos lygį. Labai trumpų oligonukleotidų replikacija būtų labai įdomi, kaip galimas tarpinis žingsnis, tačiau reikšmingai nepadidins tikimybės. Taigi, mano išvada lieka ta pati: gyvybės atsiradimui reikalingi ypač mažai tikėtini įvykiai, todėl mes esame vieni savo Visatoje (kelių visatų klausimas čia nėra būtinas aptarti). Mes ne tik esame protingos būtybės, bet ir apskritai gyvos būtybės.
Svarbu atkreipti dėmesį į tai: ypač maža gyvybės atsiradimo tikimybė jokiu būdu nereiškia, kad visa tai įvyko stebuklu. Priešingai, jie visi yra normalių cheminių reakcijų serija, įskaitant tik tas stadijas, kurių tikimybė yra labai maža. Todėl studijuoti mechanizmus, kurie kažkaip palengvina gyvenimo atsiradimą, yra ne tik beprasmiška, bet be galo svarbu ir įdomu. Tiesiog nematoma (kol kas), kad tai galėtų žymiai padidinti tikimybę, tačiau galbūt padės įvykių scenarijaus sukūrimas.
Na, baigsiu kvazifilosofinį, bet, mano manymu, tinkamą svarstymą. Itin maža gyvybės atsiradimo tikimybė pažeidžia vidutinybės principą: įvykiai, įvykę mūsų planetoje, yra išskirtiniai, netgi unikalūs Visatoje. Vidutinybės principas šiuo atveju praranda antropinį principą: kad ir koks neįtikėtinas buvo gyvybės atsiradimas a priori, PAGAL protingų būtybių ir tiesiog ląstelių egzistavimo sąlygą, jos tikimybė yra tiksliai lygi 1.
Michailas Nikitinas, tyrėjas sotr. Fizikinės ir cheminės biologijos tyrimų instituto Evoliucinės biochemijos skyrius. A. N. Belozersky Maskvos valstybinis universitetas:
Man atrodo, kad visatoje yra paplitęs bakterijų sudėtingumo lygis, tačiau daugialąsčių gyvūnų ir potencialiai protingų būtybių vystymasis yra daug mažiau tikėtinas.
Kodėl aš manau, kad bakterijų gyvenimas yra labai tikėtinas?
Kunino samprotavimai grindžiami dirbtinio atrankos eksperimentais, kurių metu renkami ribozimai-replikazės, kurie kopijuoja RNR molekules ir potencialiai gali patys nukopijuoti. Visi šie ribozimai yra maždaug 200 nukleotidų ilgio ir tikimybė juos gauti atsitiktinio savarankiško surinkimo būdu yra maždaug 4200. Tačiau atliekant šiuos eksperimentus nebuvo atsižvelgta į daugelį svarbių veiksnių, kurie, pirma, galėtų užtikrinti replikaciją naudojant trumpesnius ir paprastesnius ribozimus, ir, antra, prieš pradedant bet kokią replikaciją, nukreipkite save į struktūrizuotas RNR, galinčias veikti kaip ribozimus. Kai kuriuos iš šių veiksnių jau įvardijo kiti autoriai: Shostako necenzinis replikacija, atranka savaiminiam gruntavimui Markovo „palindromų pasaulyje“, atsparumo UV spinduliams atranka, nukreipianti RNR savarankišką montažą link Mulkidzhanyano pasiūlytų plaukų segtukų struktūrų). Į šį sąrašą įtrauksiu mineralinius substratus ir „šilumos spąstus“(siauros poros su temperatūros gradientu), kurie labai palengvina RNR kopijavimą. Be to, kadangi mes turime paprastą savaime atkartojančią genetinę sistemą, didelė tikimybė, kad darvinų evoliucija greitai sukurs bakterijos ląstelę ar panašų elementą - su ląstelės membrana, palaikančia nuolatinę druskos sudėtį ląstelės viduje.
Kodėl manau, kad gyvenimo evoliucija nuo paprastų ląstelių iki daugialąsčių gyvūnų gali būti labai mažai tikėtina? Čia yra du aspektai: vienas daugiau geologinis, kitas grynai biologinis. Pradėkime nuo pirmojo.
Paleontologijoje buvo patikimai nustatyta, kad organizmų evoliucija yra labai netolygi. Krizės ir revoliucijos pakaitomis keičiasi sustingimo laikotarpiais, kartais labai ilgais. Ilgiausias sąstingio laikotarpis buvo vadinamas „nuobodžiu milijardu“ir truko didžiąją dalį proterozojaus - nuo maždaug 2 iki 0,8 milijardo metų. Prieš tai įvyko deguonies atsiradimas atmosferoje, eukariotų ląstelių atsiradimas ir visuotinis Hurono apledėjimas, ir tai baigėsi didžiausiu Sturto apledėjimu Žemės istorijoje, deguonies kiekio padidėjimu iki beveik šiuolaikinių vertybių ir daugialąsčių gyvūnų atsiradimu. Archeano eone, vykusiame prieš 3,5–2,5 milijardo metų, evoliucija taip pat buvo gana lėta, palyginti su ankstesniu Katarėjos eonu (gyvybės atsiradimo laiku ir vėlyvu meteorito bombardavimu) ir su vėlesne deguonies revoliucija. Šio netolygumo priežastys nėra visiškai suprantamos. Man asmeniškai tai atrodo įtikinama, kad „deguonies revoliucija“(masinis deguonį gaminančių cianobakterijų dauginimasis) buvo susijusi su redukuotos (juodosios) geležies atsargų išeikvojimu vandenynų vandenyje. Kol vandenyne buvo pakankamai geležies, mikrobai ten klestėjo naudodamiesi paprastesne ir saugesne geležį oksiduojančia fotosinteze. Jame išsiskiria ne deguonis, o geležies oksido junginiai - magnetitai ir hematitai, kurie nusėda jūros archeoje. Naujų geležies tiekimas į jūrą (daugiausia iš hidroterminių šaltinių apačioje) sumažėjo, kai planetos geologinis aktyvumas sumažėjo, o galiausiai išteklių krizė privertė fotosintetinius mikrobus pereiti prie sudėtingesnės deguonies fotosintezės „technologijos“. Panašiai„nuobodaus milijardo“priežastis gali būti nuolatinis deguonies sunaudojimas įvairių mineralų oksidacijai sausumoje, o tai neleidžia padidinti deguonies daugiau kaip 1–2%. Proterozojaus jūrų nuosėdose yra daug sulfidinių rūdų sausumoje esančios oksidacijos pėdsakų, dėl kurių upės į vandenyną nešė sulfatus, arseną, stibį, varį, chromą, molibdeną, uraną ir kitus elementus, kurių Archeos vandenyne beveik nebuvo. Vėlyvoji proterozojaus krizė su globaliais ledynais, spartus deguonies kiekio padidėjimas ir daugialąsčių gyvūnų atsiradimas galėjo atsirasti dėl lengvai oksiduotų mineralų išeikvojimo sausumoje.dėl to upės į vandenyną nešė sulfatus, arseną, stibį, varį, chromą, molibdeną, uraną ir kitus elementus, kurių Archeos vandenyne beveik nebuvo. Vėlyvoji proterozojaus krizė su globaliais ledynais, spartus deguonies kiekio padidėjimas ir daugialąsčių gyvūnų atsiradimas galėjo atsirasti dėl lengvai oksiduotų mineralų išeikvojimo sausumoje.dėl to upės į vandenyną nešė sulfatus, arseną, stibį, varį, chromą, molibdeną, uraną ir kitus elementus, kurių Archeos vandenyne beveik nebuvo. Vėlyvoji proterozojaus krizė su globaliais ledynais, spartus deguonies kiekio padidėjimas ir daugialąsčių gyvūnų atsiradimas galėjo atsirasti dėl lengvai oksiduotų mineralų išeikvojimo sausumoje.
Taigi dviejų pagrindinių apsisukimų (deguonies fotosintezės ir daugialąsčių gyvūnų) pradžios laikas greičiausiai buvo nulemtas biologinių (fotosintezės) ir geologinių (juodosios geležies ir kitų oksiduojamųjų medžiagų išsiskyrimas hidroterminėse orlaidėse ir gruntiniuose ugnikalniuose) pusiausvyros. Visiškai įmanoma, kad kitose planetose šios revoliucijos ateina daug vėliau. Pvz., Masyvesnė planeta (superžemė) geologinį aktyvumą praras lėčiau, ilgiau išleis geležį į vandenyną ir gali atidėti deguonies revoliuciją milijardais metų. Raudonųjų nykštukių gyvenamojoje zonoje esančios planetos gaus mažai matomos šviesos, tinkamos fotosintezei, o jų biosferos taip pat rizikuoja įstrigti stadijoje, kurioje nėra deguonies. Vandens kiekis planetoje taip pat yra svarbus. Jei visą planetą uždengs gilus vandenynas, tada joje nebus fosforo,daugiausia gaunami iš sausumos ugnikalnių, ir jei vandens yra mažai, tada vandenyno plotas, kuriame gali būti fotosintezuojami mikrobai, taip pat bus mažas (prieš atsirandant daugialąsčiams augalams, sausumos ekosistemų produktyvumas buvo nereikšmingas, palyginti su jūromis). T. y., Yra daugybė priežasčių, dėl kurių biosfera gali įstrigti be deguonies turinčioje mikrobų stadijoje ir netapti gyvūnais. Laikas vystymuisi, beje, yra ribotas: žvaigždžių šviesumas laikui bėgant didėja, o Žemė po 1,5–2 milijardų metų pradės negrįžtamai įkaisti, jos vandenynai išgaruos, o augantis šiltnamio efektas pavers ją antrąja Venera. Raudonose nykštukėse šviesumas auga lėčiau, tačiau jų planetos gali tapti negyvenamos dėl dingusio magnetinio lauko ir vėlesnio vandens praradimo į kosmosą, kaip nutiko Marse.vandenyno plotas, kuriame gali būti fotosintezuojami mikrobai, taip pat bus mažas (prieš prasidedant daugialąsčiams augalams, sausumos ekosistemų produktyvumas, palyginti su jūromis, buvo nereikšmingas). T. y., Yra daugybė priežasčių, dėl kurių biosfera gali įstrigti be deguonies turinčioje mikrobų stadijoje ir netapti gyvūnais. Laikas vystymuisi, beje, yra ribotas: žvaigždžių šviesumas laikui bėgant didėja, o Žemė po 1,5–2 milijardų metų pradės negrįžtamai įkaisti, jos vandenynai išgaruos, o augantis šiltnamio efektas pavers ją antrąja Venera. Raudonosiose nykštukėse šviesumas auga lėčiau, tačiau jų planetos gali tapti negyvenamos dėl dingusio magnetinio lauko ir vėlesnio vandens praradimo į kosmosą, kaip nutiko Marse.vandenyno plotas, kuriame gali būti fotosintezuojami mikrobai, taip pat bus mažas (prieš prasidedant daugialąsčiams augalams, sausumos ekosistemų produktyvumas, palyginti su jūromis, buvo nereikšmingas). T. y., Yra daugybė priežasčių, dėl kurių biosfera gali įstrigti be deguonies turinčioje mikrobų stadijoje ir netapti gyvūnais. Laikas vystymuisi, beje, yra ribotas: žvaigždžių šviesumas laikui bėgant didėja, o Žemė po 1,5–2 milijardų metų pradės negrįžtamai įkaisti, jos vandenynai išgaruos, o augantis šiltnamio efektas pavers ją antrąja Venera. Raudonosiose nykštukėse šviesumas auga lėčiau, tačiau jų planetos gali tapti negyvenamos dėl dingusio magnetinio lauko ir vėlesnio vandens praradimo į kosmosą, kaip nutiko Marse.prieinami fotosintetiniams mikrobams (prieš daugialąsčių augalų atsiradimą sausumos ekosistemų produktyvumas buvo nereikšmingas, palyginti su jūromis). T. y., Yra daugybė priežasčių, dėl kurių biosfera gali įstrigti be deguonies turinčioje mikrobų stadijoje ir netapti gyvūnais. Laikas vystymuisi, beje, yra ribotas: žvaigždžių šviesumas laikui bėgant didėja, o Žemė po 1,5–2 milijardų metų pradės negrįžtamai įkaisti, jos vandenynai išgaruos, o augantis šiltnamio efektas pavers ją antrąja Venera. Raudonosiose nykštukėse šviesumas auga lėčiau, tačiau jų planetos gali tapti negyvenamos dėl dingusio magnetinio lauko ir vėlesnio vandens praradimo į kosmosą, kaip nutiko Marse.prieinami fotosintetiniams mikrobams (prieš daugialąsčių augalų atsiradimą sausumos ekosistemų produktyvumas buvo nereikšmingas, palyginti su jūromis). T. y., Yra daugybė priežasčių, dėl kurių biosfera gali įstrigti be deguonies turinčioje mikrobų stadijoje ir netapti gyvūnais. Laikas vystymuisi, beje, yra ribotas: žvaigždžių šviesumas laikui bėgant didėja, o Žemė po 1,5–2 milijardų metų pradės negrįžtamai įkaisti, jos vandenynai išgaruos, o augantis šiltnamio efektas pavers ją antrąja Venera. Raudonosiose nykštukėse šviesumas auga lėčiau, tačiau jų planetos gali tapti negyvenamos dėl dingusio magnetinio lauko ir vėlesnio vandens praradimo į kosmosą, kaip nutiko Marse. Laikas vystymuisi, beje, yra ribotas: žvaigždžių šviesumas laikui bėgant didėja, o Žemė po 1,5–2 milijardų metų pradės negrįžtamai įkaisti, jos vandenynai išgaruos, o augantis šiltnamio efektas pavers ją antrąja Venera. Raudonosiose nykštukėse šviesumas auga lėčiau, tačiau jų planetos gali tapti negyvenamos dėl dingusio magnetinio lauko ir vėlesnio vandens praradimo į kosmosą, kaip nutiko Marse. Laikas vystymuisi, beje, yra ribotas: žvaigždžių šviesumas didėja laikui bėgant, o Žemė per 1,5–2 milijardus metų negrįžtamai įkaista, jos vandenynai išgaruos, o augantis šiltnamio efektas pavers ją antrąja Venera. Raudonosiose nykštukėse šviesumas auga lėčiau, tačiau jų planetos gali tapti negyvenamos dėl dingusio magnetinio lauko ir vėlesnio vandens praradimo į kosmosą, kaip nutiko Marse.
Antrasis svarstymas susijęs su eukariotų - ląstelių su branduoliu - atsiradimu. Eukariotų ląstelės yra daug didesnės ir sudėtingesnės nei bakterijų ir archajų ir atsirado vėliau, greičiausiai per „deguonies revoliuciją“. Eukariotinė ląstelė pasirodė kaip chimera iš archealinės ląstelės, joje įsikūrė simbiotinės bakterijos ir, galbūt, virusas, užkrėtęs jas (ar net daugiau nei vieną). Eukariotų genomo struktūra vienareikšmiškai parodo, kad ankstyva jų evoliucija įvyko ne dėl natūralios atrankos, bet daugeliu atžvilgių nepaisant. Mažose populiacijose atranka nėra labai efektyvi, o dėl genų dreifo ir kitų visiškai atsitiktinių procesų gali įsitvirtinti šiek tiek žalingi bruožai. Tai išsamiai aprašyta atitinkamame Kunino atsitiktinumo logikos skyriuje ir siūlomakad eukariotų atsiradimas gali būti labai mažai tikėtinas net ir tinkamoje aplinkoje (bakterijų biosfera patenka į deguonies revoliuciją). Mažiausiai intracellular simbiozės tarp bakterijų ir archaea atvejų praktiškai nėra žinoma - nors bakterijos lengvai įsikuria eukariotų ląstelėse.
Apibendrinimas: Aš manau, kad aprašytų veiksnių derinys turėtų lemti tai, kad mūsų galaktikoje bus milijonai planetų, turinčių bakterijų gyvenimą, ir daug mažiau (galbūt tik kelios) - su eukariotų ir daugialąsčių sudėtingumo lygiu.
Boriso Šerno laiškas
Keli žodžiai diskusijai baigti. Visiškai įmanoma, kad Jevgenijus Kuninas labai neįvertino gyvenimo kilmės tikimybės tinkamomis sąlygomis. Vis dėlto į šį vertinimą reikia žiūrėti rimtai. Jei jis suklydo dėl 900 dydžio kategorijų, tai nieko nekeičia: mes visi vienodi Visatos horizonte, kur yra tik apie 1020–1021 tinkamą planetą. Net jei likę diskusijos dalyviai yra teisūs ir visokie Gamtos triukai, kaip ne enziminis replikavimas, gali padaryti gyvybės kilmę daugiau ar mažiau tikėtiną, tada tai bus labai primityvus gyvenimas, didžiąja dalimi atvejų negalintis peršokti į aukštesnį išsivystymo lygį. Du komisijos nariai apie tai rašė nespalvotai. Štai ir visas „Fermi“paradoksas.
Taigi daromos bent dvi svarbios organizacinės išvados. Pirma: Sukurtas gyvenimas yra rečiausias ir vertingiausias reiškinys visatoje. Todėl žiūrėkite paskutinę Armeno Mulkidzhanyano pastabos pastraipą: žmonija turi kilnų bendrą tikslą - šio reiškinio plitimą. Apie šio tikslo pasiekimo galimybes ir metodus kalbėsime atskirai.
Antroji organizacinė išvada: šio gyvenimo sunaikinimas bus nepataisomas galaktikos ar net kosmologinio masto praradimas. Į tai reikėtų atsižvelgti vertinant jų „vanagus“ir politikus, kurie yra pasirengę griebtis branduolinio šantažo, kad išpūstų savo „didybę“. Tas pats pasakytina apie nežaboto vartojimo civilizaciją.
Autoriai: Borisas Šernas, Aleksandras Markovas, Armenas Mulkidzhanyanas, Jevgenijus Kuninas, Michailas Nikitinas