WIZJA ASTRONOMII PLASTYCZNEJ
LABORATORIA
EGZOŻYCIE A WSTĘPNE BADANIA LABORATORYJNE
Badania laboratoryjne niektórych związanych z powstawaniem życia zjawisk przeprowadzali np. A. Oparin w 1924 r. i J.B. Haldane w 1928 r., którzy symulowali pierwotną atmosferę Ziemi, mieszaninę pierwiastków życiowych – wody, metanu, azotu i amoniaku poddawali działaniu wyładowań elektrycznych i promieniowania nadfioletowego, w wyniku czego otrzymywali aminokwasy.
W słynnym doświadczeniu, którego wyniki zostały opublikowane w 1953 r., nawiązując do istniejących na początku XX wieku biologicznych teorii powstawania życia, m.in. Oparina, młody biolog Stanley Miller wraz ze swym promotorem Haroldem Ureyem postanowili zweryfikować powyższe idee eksperymentalnie. W teście mieszaninę wodoru, pary wodnej, metanu i amoniaku, symulujących pierwotną atmosferę Ziemi poddawano odpowiednim, właściwym dla dawnej Ziemi, procesom. A więc mieszaninę schładzano, tak że powstawał opad podobny do deszczowego, na dnie naczynia zbierała się ciecz podobna składem do praoceanu, to wszystko podgrzewano (działając też promieniowaniem ultrafioletowym), tak że powstawały chmury, dalej poddawano to działaniu wyładowań elektrycznych naśladujących błyskawice. Cykl ten się powtarzał. W tej i innych wielokrotnie powtarzanych różnych wersjach tego eksperymentu (dziś uważa się, że pierwotne składniki prebiotyczne tworzyły tlenek i dwutlenek węgla, metan i azot) zawsze powstawały podobne podstawowe cegiełki życia – aminokwasy – alanina, glicyna, kwas glutaminowy i kwas aspartanowy. Eksperyment ten dowodził łatwości powstawania podstaw życia w drodze ewolucji przez co podważał hipotezę panspermii, w której zarodki życia w sposób gotowy dostarczał kosmos.
Niektóre powyższe doświadczenia i inne dane sugerują tu pewną ważną prawidłowość. Istnieją bowiem koncepcje astrobiologiczne występowania różnych odmiennych od ziemskich, niebiałkowych form życia, łącznie z formą krystaliczną (koncepcja Jeana Schneidera). Biologia nie oparta na węglu jest tu prawdopodobna teoretycznie, jednak problem ma wady, np. poznawcze i metodologiczne. Tutaj rozpuszczalnikiem nie byłaby, jak przy białku, woda, lecz inna ciecz. Można sobie wyobrazić życie oparte na fluorze (fluorowodorze). Jednak fluor to rzadki pierwiastek. Krzem z kolei nie stwarza tak jak węgiel takich możliwości i różnorodności struktur, dwutlenek krzemu to również ciało stałe. Ewentualna biologia amoniakalna czy oparta na alkoholu etylowym jest dziedziną mało możliwą i poznaną. Podobnie jest z biologią lipidową.
Ponadto wyniki licznych doświadczeń laboratoryjnych i niektóre odkrycia astronomiczne wskazują, że życie we Wszechświecie, przynajmniej w swych podstawach, ma wszędzie zbliżoną postać – głównie opartą na aminokwasach i wodzie. Co na to wskazywało?
W słynnym doświadczeniu naśladującym warunki pra-Ziemi Millera i następców oraz badaczy współczesnych, wykorzystujących nowoczesną aparaturę, niezależnie od początkowego składu reagentów i procesów tam zachodzących (a więc jeśli np. zastąpiono wyładowania elektryczne ultrafioletem, zamieniano wzajemnie wyjściowe gazy – metan, azot, amoniak, tlenek i dwutlenek węgla, mieszaninę podgrzano do temp. ok. 1000°C – jak to się dzieje w środowiskach wulkanicznych, ochłodzono mieszaninę do kilku K i poddano działaniu promieni kosmicznych, tak jak to występuje w warunkach próżni) – zawsze w wyniku występowały te same organiczne pre-biologiczne związki. Tak prawdopodobnie było na większości mających niektóre odpowiednie warunki (np. masę) planet w kosmosie.
Z kolei zgodnie z kosmochemią, w przestrzeni kosmicznej, zwłaszcza w bardziej gęstych, zawierających wodór cząsteczkowy obłokach gazowo-pyłowych, istnieją związki życia. W meteorytach (zwłaszcza meteoryty węgliste, zawierające substancje organiczne w 0,5-4% i w 2-22% wodę, mogą być siewcami życia), np. Orgueil i Ivuna, które spadły na Ziemię w 1864 r. i 1938 r., wykryto organizmalno-podobne struktury i aminokwasy, jednak prawdopodobne zmiany, głównie pod wpływem czasu od spadku, warunki ich przechowywania, brak sterylności próbek, podważyły wynik. Jednak w meteorycie Murchison (Australia) z 1969 r. znaleziono zasady azotowe, porfiryny, kwasy tłuszczowe, cukry i aminokwasy o obcej w stosunku do ziemskich form życia postaci. W okresie od 3,8-4 mld lat temu na Ziemię spadło ok. 1012 ton materii organicznej w formie meteorytów i komet. Z kolei przejście Układu Słonecznego przez typowy obłok gazowo-pyłowy, który trwa ok. 100 tys. – 1 mln lat może pozostawić ok. 108 – 1010 ton związków organicznych.
We wszystkich tematach pochodzenia życia kluczową rolę odgrywa woda, jednak w tym tzw. pierwotnym praoceanie stężenie, skupienie cząstek organicznych osiąga, jak wychodziło z obliczeń i doświadczeń, ok. 2% - niewystarczające aby zaszła efektywna polimeryzacja w bardziej złożone związki organiczne.
Natomiast zgodnie z przeprowadzonymi w USA przez NASA w latach 70. doświadczeniami taka próbka poddawana na przemian zwilżaniu i osuszaniu stwarzała warunki większej wydajności biosyntezy. Dlatego uważa się, że życie powstało w takich, podlegających okresowym zmianom wilgotności, np. w warunkach przypływów i odpływów, zalewów morskich itp., środowiskach typu okresowo wysychających kałuż.
Materia prebiotyczna więc, budulec życia, jego struktury, funkcje, wygląd mają prawdopodobnie wszędzie, na różnych ewentualnych potencjalnych planetach, podobną postać.
Doświadczenia Millera i innych przedstawiają formowanie się jedynie budulca i elementarne zjawiska biologii. Życie jest bardziej złożone i tu teoretycy opisując jego tworzenie się natrafili na liczne problemy. Chodziło na przykład o to, jak powstają tu złożone struktury – aby wytworzyć kwasy nukleinowe potrzebny był enzym białkowy polimeraza, który z kolei musiał powstać przy udziale kwasów nukleinowych. Dopiero w 1983 r. rozwiązano tę zagadkę, odkrywając, że niektóre krótkie odcinki RNA mogą pełnić tę funkcję. Później zresztą w ewolucji ziemskiego życia rolę replikanta od RNA przejęła DNA. Ewolucja wiąże się tu z łączeniem w łańcuchy aminokwasów, powstawaniem polimerów wieloorganicznych, związków o różnej strukturze i stopniu złożoności.
Niedawno, w 2003 r., zespół amerykańskich naukowców przeprowadził eksperyment syntezy in vitro komórek z RNA i struktur tłuszczowych, podstawowych składników organizmów, przy udziale minerałów. W wyniku działania pewnego katalizatora, montmorylonitu, obecnego w materiale ilastym i w glinach, powstawały z drobin tłuszczu zamknięte komórkopodobne twory wewnątrz zawierające RNA. W wyniku swoistego mechanicznego działania niektórych materiałów (podobnych do pumeksu), te komórki dzieliły się tak, że tworzyły duplikaty z mniej więcej połową wtórnej zawartości RNA – bez skomplikowanej maszynerii chemicznej. Wydaje się jednak, że jeśli tą drogą stworzy się organizm, będzie on miał wiele specyficznych, odrębnych od istniejących w naturze, cech.
Powyższy rysunek autora przedstawia powierzchnię, formy życia i przyszłą obecność człowieka na księżycu odkrytej planety pozasłonecznej.
Czas próby – egzoksiężyc planety HD 28185 B
Materiały źródłowe:
M. Rotkiewicz, „Życiodajny kosmos”, „Wprost”, 2001, nr 7.
M. Rotkiewicz, „Z gliny powstałeś”, „Polityka”, 2004, nr 9.
C. Sagan, „Poszukiwanie życia pozaziemskiego”, „Świat Nauki”, 1994, nr 12.
Tagi: hd 28185 b, egzolunarystyka
