Supernova maradék N 63A. Kép jóváírása: Hubble Kattintson a nagyításhoz
A földi életet a csillagok halála tette lehetővé. Az olyan atomokat, mint a szén és az oxigén, az utóbbi néhány haldokló csillagcsoporban kiűzték, miután a végső hidrogénellátásaik kimerültek.
Mégis rejtély, hogy miként jöttek össze ezek a csillagok az élet kialakításához, de a tudósok tudják, hogy bizonyos atomi kombinációkra volt szükség. A víz - két hidrogénatom, amely egy oxigénatomhoz kapcsolódik - létfontosságú volt a Földön az élet fejlődéséhez, és így a NASA missziói most vizet keresnek más világokon, annak reményében, hogy máshol találnak életet. A szerves molekulákat, amelyek elsősorban szénatomokból épülnek, szintén fontosnak tartják, mivel a Föld minden élete szén-alapú.
Az élet eredete a legnépszerűbb elméletek szerint a szükséges kémia az óceán fenekén lévő hidrotermikus szellőzőnyílásokon vagy valamilyen napfényes sekély medencénél történt. Az elmúlt évek felfedezései azonban azt mutatták, hogy az élet sok alapvető anyaga a világ hideg mélységeiben helyezkedik el, ahol az élet, mint tudjuk, nem lehetséges.
Miután a haldokló csillagok kiszorítják a szént, néhány szénatom hidrogénnel egyesül, policiklusos aromás szénhidrogéneket (PAH-kat) képezve. A PAH-k - egyfajta szén-korom, amely hasonló az elégett pirítós porolt részeinek - az űrben a legelterjedtebb szerves vegyületek, és a széntartalmú chondrite meteoritok elsődleges alkotóeleme. Noha a PAH-kat nem találják meg az élő sejtekben, kinonokká alakíthatók, molekulákká, amelyek részt vesznek a sejtes energiafolyamatokban. Például a kinonok alapvető szerepet játszanak a fotoszintézisben, segítve a növényeket a fény kémiai energiává alakításában.
A PAH-k átalakulása csillagközi jég- és porfelhőkben történik. Az űrben lebegve a PAH-korom végül kondenzálódik ezekbe a „sűrű molekuláris felhőkbe”. Ezekben a felhőkben található anyag blokkolja a tér durva sugárzását, de nem mindegyikét. A sugárzás, amely szűrődik, módosítja a PAH-kat és más anyagokat a felhőkben.
A felhők infravörös és rádióteleszkópos megfigyelései kimutatták a PAH-kat, valamint a zsírsavakat, az egyszerű cukrokat, a glicin aminosav csekély mennyiségét és több mint 100 további molekulát, beleértve a vizet, a szén-monoxidot, az ammóniát, a formaldehidet és a hidrogén-cianidot.
A felhőkből soha nem vettünk közvetlenül mintát - túl messze vannak - tehát annak megerősítésére, hogy mi történik kémiailag a felhőkben, Max Bernstein és Scott Sandford vezetésével a NASA Ames Kutatóközpontjának Asztrolokémia laboratóriumában működő kutatócsoport kísérleteket készített a felhő körülményei.
Az egyik kísérletben a PAH / víz keveréket gőzzel lerakják a sóra, majd ultraibolya (UV) sugárzással bombázzák. Ez lehetővé teszi a kutatók számára, hogy megfigyeljék, hogy az alapvető PAH-csontváz kinonokká alakul. A víz, ammónia, hidrogén-cianid és metanol (fagyasztva a formaldehid elővegyülete) fagyasztott keverékének besugárzásakor a glicin, az alanin és a szerin aminosavakat állítják elő - az élő rendszerekben a három legszélesebb aminosavat.
A tudósok primitív szerves sejtszerkezeteket vagy vezikulumokat hoztak létre.
Mivel az UV nem az egyetlen sugárzás az űrben, a kutatók Van de Graaff generátort is használtak a PAH-k mega-elektron-volt (MeV) protonokkal bombázására, amelyek energiája hasonló a kozmikus sugarakhoz. A PAH-k MeV-eredményei hasonlóak voltak, bár nem azonosak az UV-bombázással. Az aminosavakkal kapcsolatban még nem végeztek MeV-vizsgálatot.
Ezek a kísérletek azt sugallják, hogy az ultraibolya sugárzás és más sugárzási formák biztosítják a kémiai kötések széttöredezéséhez szükséges energiát a sűrű felhők alacsony hőmérsékletein és nyomásánál. Mivel az atomok még mindig jégbe vannak zárva, a molekulák nem repülnek szét, hanem inkább összetettebb struktúrákba rekombinálódnak.
Egy másik, Jason Dworkin vezetésével végzett kísérlet során a víz, metanol, ammónia és szén-monoxid fagyasztott keverékét UV-sugárzásnak vetik alá. Ez a kombináció olyan szerves anyagot kaptunk, amely vízbe merítve buborékokat képez. Ezek a buborékok a sejtmembránokra emlékeztetnek, amelyek körülveszik és koncentrálják az élet kémáját, elválasztva azt a külvilágtól.
A kísérlet során előállított buborékok 10–40 mikrométer vagy körülbelül vörösvértestek méretűek voltak. Figyelemre méltó, hogy a buborékok fluoreszkáltak vagy ragyogtak, ha UV-fénynek vannak kitéve. Az UV abszorpciója és láthatóvá történő átalakítása energiát szolgáltathat egy primitív sejt számára. Ha ezek a buborékok szerepet játszottak az élet eredetében, akkor a fluoreszcencia a fotoszintézis előfutára lehet.
A fluoreszcencia fényvédőként is működhet, eloszlatva minden olyan kárt, amelyet egyébként az UV sugárzás okozna. Egy ilyen védőfunkció létfontosságú lett volna a korai Föld életében, mivel az ózonréteg, amely megakadályozza a nap legpusztítóbb UV-sugarait, csak akkor alakult ki, miután az élet a fotoszintézissel kezdett oxigént termelni.
Az űrfelhőktől az élet magáig
A sűrű molekuláris felhők az űrben végül gravitációs úton összeomlanak, és új csillagokat képeznek. A maradék por egy része később aszteroidákat és üstökösöket képez, és ezeknek az aszteroidáknak egy része bolygómagokat képez. A bolygónkon az élet akkor keletkezett, ha bármilyen alapanyag volt a kéznél.
Az élő sejtek felépítéséhez szükséges nagy molekulák:
* Fehérjék
* Szénhidrátok (cukrok)
* Lipidek (zsírok)
* Nukleinsavak
Meteoritokból azt találták, hogy tartalmaznak aminosavakat (a fehérjék építőelemeit), cukrokat, zsírsavakat (a lipidek építőelemeit) és nukleinsavbázisokat. A Murchison meteorit például zsírsavláncokat, különféle cukrokat, mind az öt nukleinsavbázist és több mint 70 különféle aminosavat tartalmaz (az élet 20 aminosavat használ, amelyek közül csak hat található a Murchison meteoritban).
Mivel az ilyen széntartalmú meteoritok összetétele általában egységes, úgy gondolják, hogy reprezentatívak a kezdeti porfelhőre, ahonnan a nap és a naprendszer született. Tehát úgy tűnik, hogy az elején szinte minden, ami az élethez szükséges, elérhető volt, és a meteoritok és üstökösök ezeket az anyagokat idővel újból szállítják a bolygókra.
Ha ez igaz, és ha a molekuláris porfelhők kémiailag hasonlóak az egész galaxisban, akkor az élet összetevőinek széles körben elterjedtnek kell lenniük.
Az élet összetevőinek abiotikus előállításának hátránya, hogy egyikük sem használható „biomarkerekként”, ami azt jelzi, hogy az élet létezik egy adott környezetben.
Max Bernstein rámutat az Alan Hills 84001 meteoritra mint olyan biomarkerek példájára, amelyek nem bizonyították az életet. Dave McKay, a NASA Johnson Űrközpontja és munkatársai 1996-ban bejelentették, hogy négy lehetséges biomarker lehet ebben a marsi meteoritban. Az ALH84001 PAH-kat tartalmazó széngömbökkel, a biológiai kémiára utaló ásványi eloszlással, a baktériumok által előállítotthoz hasonló magnetitkristályokkal és baktériumszerű alakokkal rendelkezik. Miközben nem gondoltak egyedül az élet bizonyítékaként, a négy együttesen kényszerítőnek tűnt.
A McKay bejelentése után a későbbi tanulmányok azt mutatták, hogy ezeknek az úgynevezett biomarkereknek mindegyike élettelen úton is előállítható. Ezért a legtöbb tudós most hajlamos azt hinni, hogy a meteorit nem tartalmaz kövülményezett idegen életet.
"Amint megkapta az eredményüket, az emberek gúnyolódtak értük, mert így működik" - mondja Bernstein. "Az a esélyünk, hogy nem hibázunk, amikor a Marson vagy az Európában felveszünk egy biomarkert, sokkal jobb lesz, ha már megtettük azt, amit azok a srácok tettek, miután McKay, et al., Publikálták cikküket."
Bernstein szerint a más bolygók körülményeinek szimulálásával a tudósok kitalálhatják, hogy mi történjen ott kémiai és geológiai szempontból. Ezután, amikor ellátogatunk egy bolygóra, láthatjuk, hogy a valóság mennyiben felel meg a jóslatoknak. Ha van valami a bolygón, amit nem számítottunk rájuk, az azt jelzi, hogy az életfolyamatok megváltoztatják a képet.
"Amit a Marson vagy az Europa-ban találsz, az anyag, amelyet átadtak" - mondja Bernstein. “Ráadásul, bármi is megtörtént később, bármilyen jelenlévő körülménytől függ. Tehát (az élet keresése érdekében) meg kell néznie a molekulákat, amelyek ott vannak, és szem előtt kell tartania a kémiat, amely az idő múlásával bekövetkezett. ”
Bernstein szerint a királisság vagy a molekula „kézisége” biomarker lehet más világokban. A biológiai molekulák gyakran két formában vannak, amelyek kémiailag azonosak, ellentétes alakúak: „balkezes”, tükörképe pedig „jobbkezes”. A molekula kézessége annak köszönhető, hogy az atomok kötődnek. Noha a kéziség egyenletesen eloszlik a természetben, a Földön az élő rendszerek legtöbb esetben balkezes aminosavakkal és jobbkezes cukrokkal rendelkeznek. Ha más bolygókon a molekulák eltérően mutatják a kéziséget, mondja Bernstein, ez utalhat az idegen életre.
"Ha elmenne a Marsba vagy az Europaba, és olyan elfogultságot látna, mint a miénk, cukrokkal vagy aminosavakkal, amelyek királisak, akkor az emberek egyszerűen azt gyanítanák, hogy szennyeződés" - mondja Bernstein. "De ha látsz egy aminosavat jobbra elfogultsággal, vagy ha olyan cukrot látsz, amelynek balra elfogultsága van - más szóval, nem a mi formánk -, akkor ez igazán kényszerítő."
Bernstein azonban megjegyzi, hogy a meteoritokban található királis formák a Földön látott képeket tükrözik: a meteoritok balkezes aminosavakat és jobbkezes cukrokat tartalmaznak. Ha a meteoritok képviselik a földi élet sablonját, akkor a Naprendszer más részein a élet ugyanazt a kézhiányt is tükrözheti. Így az élet bizonyításához szükség lehet valami többre, mint a királisságra. Bernstein szerint a molekulák láncainak, például „egymással összekapcsolt aminosavaknak” a megtalálása az élet bizonyítéka is lehet, „mert a meteoritokban általában csak egyetlen molekulát látunk”.
Eredeti forrás: NASA Astrobiology
