Supernova rămășiță N 63A. Credit imagine: Hubble Faceți clic pentru a mări
Viața pe Pământ a fost posibilă prin moartea stelelor. Atomii precum carbonul și oxigenul au fost expulzați în ultimele câteva morți de stele după ce consumurile lor finale de hidrogen au fost consumate.
Cum aceste lucruri stelare s-au reunit pentru a forma viața este încă un mister, dar oamenii de știință știu că anumite combinații atomice erau necesare. Apa - doi atomi de hidrogen legați de un atom de oxigen - au fost esențiali pentru dezvoltarea vieții pe Pământ și astfel misiunile NASA caută acum apă pe alte lumi, în speranța de a găsi viață în altă parte. Moleculele organice construite în mare parte din atomii de carbon sunt, de asemenea, considerate a fi importante, deoarece toată viața de pe Pământ este bazată pe carbon.
Cele mai populare teorii despre originea vieții spun că chimia necesară a avut loc la orificiile de aerisire hidrotermale de pe fundul oceanului sau în unele bazine puțin adânci. Cu toate acestea, descoperirile din ultimii ani au arătat că multe dintre materialele de bază pentru viață se formează în adâncurile reci ale spațiului, unde viața așa cum știm că nu este posibilă.
După ce stelele decedează elimină carbonul, unii dintre atomii de carbon se combină cu hidrogenul pentru a forma hidrocarburi aromatice policiclice (PAHs). PAHs - un fel de funingine de carbon asemănătoare cu porțiunile scornite de pâine prăjită - sunt compușii organici cei mai abundenți din spațiu și un ingredient primar al meteoritelor de condită carbonică. Deși PAH-urile nu se găsesc în celulele vii, ele pot fi transformate în chinone, molecule care sunt implicate în procesele de energie celulară. De exemplu, chinonele joacă un rol esențial în fotosinteză, ajutând plantele să transforme lumina în energie chimică.
Transformarea PAHs are loc în nori interstelari de gheață și praf. După plutirea prin spațiu, funingine PAH în cele din urmă se condensează în acești „nori moleculari densi”. Materialul din aceste nori blochează unele, dar nu toate radiațiile dure ale spațiului. Radiația care filtrează modifică HAP și alte materiale din nori.
Observațiile în infraroșu și radio-telescop ale norilor au detectat PAH-urile, precum și acizi grași, zaharuri simple, cantități slabe de aminoacid glicină și peste 100 de alte molecule, inclusiv apă, monoxid de carbon, amoniac, formaldehidă și cianură de hidrogen.
Norii nu au fost niciodată probați direct - sunt prea departe - pentru a confirma ce se întâmplă chimic în nori, o echipă de cercetare condusă de Max Bernstein și Scott Sandford la Laboratorul de Astrochimie din Ames Research Center din NASA a creat experimente care să imite condițiile de nor.
Într-un experiment, un amestec de PAH / apă este depus de vapori pe sare și apoi bombardat cu radiații ultraviolete (UV). Acest lucru permite cercetătorilor să observe modul în care scheletul PAH de bază se transformă în chinone. Iradierea unui amestec înghețat de apă, amoniac, cianură de hidrogen și metanol (un produs chimic precursor pentru formaldehidă) generează aminoacizii glicină, alanină și serină - cei mai abundenți trei aminoacizi din sistemele vii.
Oamenii de știință au creat structuri primitive asemănătoare celulelor organice sau vezicule.
Deoarece UV nu este singurul tip de radiații în spațiu, cercetătorii au folosit și un generator Van de Graaff pentru a bombarda PAH-urile cu protoni de mega-electron volt (MeV), care au energii similare cu razele cosmice. Rezultatele MeV pentru PAHs au fost similare, deși nu erau identice cu bombardamentul UV. Nu a fost încă realizat un studiu MeV pentru aminoacizi.
Aceste experimente sugerează că radiațiile UV și alte forme de radiație furnizează energia necesară pentru a rupe legăturile chimice la temperaturile scăzute și presiunile norilor densi. Deoarece atomii sunt încă blocați în gheață, moleculele nu zboară, ci se recombină în structuri mai complexe.
Într-un alt experiment condus de Jason Dworkin, un amestec înghețat de apă, metanol, amoniac și monoxid de carbon a fost supus radiațiilor UV. Această combinație a produs un material organic care a format bule la scufundarea în apă. Aceste bule amintesc de membranele celulare care înglobează și concentrează chimia vieții, separând-o de lumea exterioară.
Bulele produse în acest experiment au fost cuprinse între 10 și 40 micrometri, sau aproximativ dimensiunea globulelor roșii. Remarcabil, bulele fluorescente sau strălucitoare, atunci când sunt expuse la lumina UV. Absorbția UV și transformarea acesteia în lumină vizibilă în acest fel ar putea furniza energie unei celule primitive. Dacă asemenea bule au jucat un rol în originea vieții, fluorescența ar fi putut fi un precursor al fotosintezei.
Fluorescența ar putea acționa, de asemenea, ca protecție solară, difuzând orice daune care altfel ar fi cauzate de radiațiile UV. O astfel de funcție protectoare ar fi fost vitală pentru viața de pe Pământul timpuriu, deoarece stratul de ozon, care blochează cele mai distructive raze UV ale Soarelui, nu s-a format decât după ce viața fotosintetică a început să producă oxigen.
De la nori spațiali la semințele vieții
Nori moleculari densi în spațiu, în cele din urmă, se prăbușesc gravitațional pentru a forma stele noi. O parte din praful rămas mai târziu se adună pentru a forma asteroizi și comete, iar unii dintre acești asteroizi se aglomerează pentru a forma nuclee planetare. Pe planeta noastră, viața a apărut apoi din orice materiale de bază erau la îndemână.
Moleculele mari necesare pentru a construi celule vii sunt:
* Proteine
* Carbohidrați (zaharuri)
* Lipide (grăsimi)
* Acizi nucleici
S-a descoperit că meteoritele conțin aminoacizi (blocurile de proteine), zaharuri, acizi grași (blocurile de construcție ale lipidelor) și baze de acid nucleic. Meteoritul Murchison, de exemplu, conține lanțuri de acizi grași, diverse tipuri de zaharuri, toate cele cinci baze de acid nucleic și mai mult de 70 de aminoacizi diferiți (viața folosește 20 de aminoacizi, dintre care doar șase sunt în meteoritul Murchison).
Deoarece astfel de meteoriți carbonași sunt, în general, uniform în compoziție, se crede că sunt reprezentanți ai norului inițial de praf din care s-au născut soarele și sistemul solar. Așadar, se pare că aproape tot ce era necesar pentru viață era disponibil la început, iar meteoriții și cometele realizează apoi livrări proaspete ale acestor materiale în timp.
Dacă acest lucru este adevărat și dacă norii moleculari de praf sunt similari chimic în toată galaxia, atunci ingredientele pentru viață ar trebui să fie răspândite.
Dezavantajul producției abiotice a ingredientelor pentru viață este faptul că niciunul dintre ei nu poate fi utilizat ca „biomarkeri”, indicatori că viața există într-un anumit mediu.
Max Bernstein indică meteoritul Alan Hills 84001 ca un exemplu de biomarkeri care nu au furnizat dovada vieții. În 1996, Dave McKay din Johnson Space Center al NASA și colegii săi au anunțat că există patru posibile biomarkeri în cadrul acestui meteorit marțian. ALH84001 avea globule de carbon care conțin PAHs, o distribuție de minerale sugestivă pentru chimia biologică, cristale de magnetită asemănătoare cu cele produse de bacterii și forme asemănătoare bacteriilor. În timp ce fiecare nu credea că este o dovadă pentru viață, cei patru în conjuncție păreau convingători.
După anunțul McKay, studiile ulterioare au descoperit că fiecare dintre așa-numiții biomarkeri ar putea fi, de asemenea, produși prin mijloace care nu trăiesc. Prin urmare, majoritatea oamenilor de știință sunt înclinați să creadă că meteoritul nu conține vieți extraterestre fosilizate.
„De îndată ce au obținut rezultatul, oamenii s-au descântat pentru ei, pentru că așa funcționează”, spune Bernstein. „Șansele noastre de a nu face o eroare atunci când venim cu un biomarker pe Marte sau pe Europa vor fi mult mai bune dacă am făcut deja echivalentul a ceea ce au făcut acei băieți după ce McKay, și alții, și-au publicat articolul.”
Bernstein spune că, simulând condițiile de pe alte planete, oamenii de știință își pot da seama ce ar trebui să se întâmple acolo chimic și geologic. Apoi, când vizităm o planetă, putem vedea cât de îndeaproape realitatea se potrivește cu previziunile. Dacă există ceva pe planetă pe care nu ne-am așteptat să îl găsim, aceasta ar putea fi un indiciu că procesele vieții au modificat imaginea.
„Ceea ce aveți pe Marte sau pe Europa este material livrat”, spune Bernstein. „În plus, aveți orice s-a format ulterior din orice condiții sunt prezente. Deci (pentru a căuta viață), trebuie să te uiți la moleculele care sunt acolo și să ții cont de chimia care s-a întâmplat de-a lungul timpului. ”
Bernstein crede că chiralitatea, sau „mâna” unei molecule ar putea fi un biomarker în alte lumi. Moleculele biologice apar adesea sub două forme care, deși sunt identice din punct de vedere chimic, au forme opuse: una „stânga” și imaginea în oglindă, una „dreaptă”. Mâna unei molecule se datorează modului în care se leagă atomii. În timp ce mâna este uniform dispersată în natură, în majoritatea cazurilor sistemele vii de pe Pământ au aminoacizi stângaci și zaharuri drepte. Dacă moleculele de pe alte planete prezintă o preferință diferită de predare, spune Bernstein, aceasta ar putea fi un indiciu al vieții extraterestre.
„Dacă ai merge pe Marte sau Europa și ai vedea o părtinire la fel ca a noastră, cu zaharuri sau aminoacizi care au chiralitatea noastră, oamenii ar suspecta pur și simplu că este vorba de o contaminare”, spune Bernstein. „Dar dacă ați văzut un aminoacid cu o părtinire spre dreapta sau dacă ați vedea un zahăr care a avut o părtinire spre stânga - cu alte cuvinte, nu forma noastră - asta ar fi cu adevărat convingător.”
Cu toate acestea, Bernstein observă că formele chirale găsite la meteoriți reflectă ceea ce se vede pe Pământ: meteoritele conțin aminoacizi din stânga și zaharuri din dreapta. Dacă meteoriții reprezintă șablonul vieții pe Pământ, atunci viața în altă parte a sistemului solar poate reflecta aceeași părtinire în timp. Astfel, poate fi nevoie de ceva mai mult de chiralitate pentru dovada vieții. Bernstein spune că găsirea lanțurilor de molecule, „cum ar fi un cuplu de aminoacizi legați între ele”, ar putea fi, de asemenea, o dovadă pentru viață, „pentru că la meteoriți avem tendința de a vedea doar molecule singure.”
Sursa originală: Astrobiologia NASA
