Esipuhe Boris Stern
Olemme jo pitkään suunnitelleet keskustelua ihmisen iankaikkiseen kysymykseen ihmisen sijainnista maailmankaikkeudessa. Tämä tietenkin liittyy maan ulkopuolisesta elämästä ja muiden tähtijen planeetoista. Tällä hetkellä tunnetaan vajaat 6 000 eksoplaneettaa, joista yli kaksi tuhatta odottaa riippumatonta vahvistusta. Mutta tilastolliseen tutkimukseen voit käyttää kaikkia 6 tuhatta.
Niiden joukossa on hyvin vähän planeettoja, joiden oletetaan soveltuvan elämälle. Tämä on luonnollista, koska niitä on vaikeinta löytää: erittäin voimakas valintatehoste toimii maan kaltaisia planeettoja vastaan. Ne ovat liian kevyitä, jotta niitä voidaan tarttua tähtiä säteittäisellä nopeusmenetelmällä, ja heidän vuosi on liian pitkä, jotta niiden kauttakulku voidaan löytää varmasti Keplerin avaruusteleskooppitiedoissa. Poikkeuksena ovat punaisten kääpiöiden asumisalueella olevat planeetat, jotka ovat auki nenämme alla, niitä on paljon helpompaa löytää. Tällaisia planeettoja on paljon, mutta valitettavasti punaiset kääpiöt ovat erittäin haitallisia elämälle heidän vieressään. Keplerin tietojen ekstrapolointi Auringon kaltaisten tähtiä "kuumille maille" antaa kuitenkin erittäin optimistisen tuloksen: ainakin 15 prosentilla näistä tähtiistä on planeettoja asumisalueellaan. Monet arvioijat ovat saaneet arvion itsenäisesti,ja ajan myötä siitä tulee yhä optimistisempaa: 20 prosentilla ja jopa neljäsosalla auringosta on maata. Tämä tarkoittaa, että meille lähin luokka G- tai K-tähti, jonka maa on kiertoradalla asumisalueella, on 15 valovuoden sisällä. Tällaisia tähtiä on vähän, ja ehdokkaita on jo syntymässä, esimerkiksi Tau Ceti. Ja monia sellaisia planeettoja on esimerkiksi 30 valovuoden säteellä.
Havaintomenetelmät etenevät vähitellen. Uudet lähellä olevat maapallon kaltaiset planeetat löydetään parannetulla HARPS-instrumentilla. Seuraavan vuosikymmenen aikana opimme jonkin verran maata tai maata joihinkin maapallon kaltaisten planeettojen ilmakehistä kuten jättiläisellä erittäin suurella kaukoputkella (ELT) ja James Webbin avaruusoteleskoopilla. Ja on mahdollista, että happi ilmaantuu jonkin kauttakulkuplaneetan ilmakehän absorptiospektriin (kulkee tähtilevyn läpi). Jos tähti ei ole liian aktiivinen ja tarpeeksi vanha, happi voi olla vain biogeeninen. Näin maapallon ulkopuolinen elämä voidaan havaita.
Se on tosi? Jos elämä syntyy missä tahansa nurkassa heti, kun siihen syntyy edellytyksiä - miksi ei? Mutta onko se? Usein väitetään, että elämä maapallolla ilmaantui erittäin nopeasti, mikä tarkoittaa, että näin on - muutama sata miljoonaa vuotta riittää, jotta se ilmestyisi jonkinlaiseen keittoon. Mutta on myös vastaväite - sopiva "keitto" voi olla olemassa vain nuorella planeetalla - elämä syntyy joko nopeasti tai ei koskaan.
Ja tietysti on päinvastainen näkökulma: elämä on harvinainen ilmiö, joka perustuu täysin uskomattomaan sattumukseen. Yksityiskohtaisimman näkemyksen asiasta, ammatillisen ja määrällisillä arvioilla, esitti Jevgeny Kunin. Elämä perustuu pitkien molekyylien kopiointiin, alun perin ne olivat RNA-molekyylejä. Kopiointi tapahtuu tietyllä laitteella, jota kutsutaan "replikaaksi" (nämä rivit on kirjoittanut fyysikko, joten biologian näkökulmasta terminologia on hieman hankala). Replikaasi ei tule mistä tahansa, jos sitä ei ole ohjelmoitu samaan kopioitavaan RNA: hon.
Kuninin mukaan RNA: n itsensä lisääntymisen alkaminen ja sen myötä evoluutio “, on vähintäänkin seuraavan spontaani ilmestyminen välttämätön.
- Kaksi rRNA: ta, joiden kokonaiskoko on vähintään 1000 nukleotidia.
- Noin 10 primitiivistä adapteria, joissa molemmissa on 30 nukleotidia, yhteensä noin 300 nukleotidia.
- Ainakin yksi RNA: ta koodaava replikaasi on kooltaan noin 500 nukleotidia (pohjapiste). Hyväksytyssä mallissa n = 1800, ja sen seurauksena E <10-1081 ".
Annetussa fragmentissa tarkoitamme nelikirjaimista koodausta, mahdollisten yhdistelmien lukumäärä on 41800 = 101081, jos vain muutama niistä käynnistää evoluutioprosessin, niin vaadittavan kokoonpanon todennäköisyys spontaanin kokoamisen yhdellä "yrityksellä" on ~ 10-1081.
Mainosvideo:
Ei ole mitään ristiriitaa siinä, että tulos on silmämme edessä, ei ole: Inflaatioteorian mukaan maailmankaikkeus on valtava, kymmeniä suuruusluokkia suurempi kuin sen näkyvä osa, ja jos ymmärrämme maailmankaikkeuden suljettuna tilana, niin on olemassa maailmankaikkeuksia, joilla on sama tyhjiö kuin meidän, jättiläinen sarja … Pienin todennäköisyys toteutetaan jossain, mikä aiheuttaa yllättyneen katsojan.
Nämä kaksi ääripäätä tarkoittavat paljon paikkamme maailmankaikkeudessa. Joka tapauksessa olemme yksin. Mutta jos elämä on kymmenien valovuosien päässä meistä, tämä on tekninen yksinäisyys, jonka kehitys ja vuosituhannen kärsivällisyys voittavat. Jos Kuninin arvio on oikea, tämä on perustavanlaatuinen yksinäisyys, josta ei voida päästä mihinkään. Sitten me ja maallinen elämä olemme ainutlaatuinen ilmiö kausaaliyhteydessä olevaan maailmankaikkeuden tilavuuteen. Ainoa ja arvokkain. Tämä on tärkeää ihmiskunnan tulevalle strategialle. Ensimmäisessä tapauksessa strategian perusta on haku. Toisessa tapauksessa - kylvö (siellä on jopa sellainen termi "suunnattu panspermia"), joka sisältää myös sopivan maaperän etsimisen.
Kaikki tämä ansaitsee keskustelun. Onko Kuninin väitteissä aukkoja? Onko olemassa mekanismeja, jotka voidaan havaita ohittamalla RNA-replikaattorin "peruuttamaton monimutkaisuus"? Onko se todella anteeksiantamatonta? Jne.
Kysyimme useilta biologilta mielipiteitä.
Alexander Markov, tohtori Biol. tieteet, johti. tieteellinen. sotr. Paleontological Institute RAS, johtaja. Biologisen evoluution laitos, Biologinen tiedekunta, Moskovan osavaltion yliopisto:
Jevgeny Kuninin arvio, joka tarkoittaa, että olemme toivottomasti yksin maailmankaikkeudessa, perustuu yhteen keskeiseen oletukseen. Kunin uskoi, että RNA-replikoitumisprosessin (ja sen myötä darwinilaisen evoluution; on loogista pitää tätä hetkeä elämän alkuajankohtana) käynnistämiseksi oli välttämätöntä, että puhtaasti sattumanvaraisesti - ribonukleotidien polymeroitumisen (esimerkiksi mineraalimatriisien) satunnaisen yhdistelmän seurauksena. - ilmestyi RNA-polymeraasiaktiivisuudella toimiva ribotsyymi, ts. pitkä RNA-molekyyli, jolla on erittäin selvä (ja ei vain mikä tahansa) nukleotidisekvenssi ja tästä johtuen kykenevä katalysoimaan RNA: n replikaatiota tehokkaasti.
Jos ei ole muuta tapaa, uutta "pääsyä" elävien aineiden maailmaan elävien maailmaan, niin Kunin on oikeassa, ja meidän pitäisi luopua toiveesta löytää elämä universumista, paitsi maallinen. Voidaan olettaa, että kaikki ei alkanut yhdestä erittäin tehokkaasta polymeraasista, vaan esimerkiksi tietystä yhteisöstä pieniä, tehottomia polymeraaseja ja ligaaseja (ribotsyymit, jotka kykenevät ompelemaan lyhyet RNA-molekyylit pidemmiksi): ehkä tämä tekee arvioinnista hieman optimistisemman., mutta ei muutta perusteellisesti tilannetta. Koska ensimmäinen kopioija oli silti hyvin monimutkainen, ja sen olisi pitänyt ilmestyä ilman Darwinian evoluution apua - itse asiassa vahingossa.
Toimiva vaihtoehto on ei-entsymaattinen RNA-replikaatio (NR RNA): prosessi, jolla RNA-molekyylit replikoidaan ilman monimutkaisten ribotsyymien tai proteiinientsyymien apua. Tällainen prosessi on olemassa, sitä katalysoivat Mg2 + -ionit, mutta se menee liian hitaasti ja epätäsmällisesti - ainakin olosuhteissa, joita tutkijoilla oli aika kokeilla.
On kuitenkin toivoa, että silti on mahdollista löytää uskottavia olosuhteita (jotka periaatteessa voisivat olla joissain planeetoissa), kun NR RNA menee tarpeeksi nopeasti ja tarkasti. Ehkä tämä vaatii jonkin verran yksinkertaista katalyyttiä, joka voidaan syntetisoida abiogeenisella tavalla. On mahdollista, että yksinkertaiset abiogeeniset peptidit, joissa on useita negatiivisesti varautuneita asparagiinihappotähteitä, jotka pidättävät magnesiumioneja, voivat toimia sellaisina katalyytteinä: proteiini-RNA-polymeraaseilla on samanlaiset aktiiviset keskukset, ja tätä mahdollisuutta tutkitaan nyt.
Kysymys tehokkaan NR RNA: n mahdollisuudesta on olennaisen tärkeä arvioitaessa elämän alkuperän todennäköisyyttä. Jos NR RNA on mahdollista, silloin havaittavissa olevassa maailmankaikkeudessa voi olla melko vähän eläviä planeettoja. Periaatteelliset erot kahden skenaarion välillä - mahdollisen ja mahdottoman NR RNA: n kanssa - esitetään taulukossa. Jos NR on mahdollinen, Darwinian evoluutio voisi alkaa melkein heti ensimmäisten lyhyiden RNA-molekyylien ilmestymisen jälkeen. Valikoiva etu olisi pitänyt saavuttaa niillä RNA-molekyyleillä, jotka moninkertaistuivat tehokkaammin HP: n avulla. Nämä voivat olla esimerkiksi molekyylejä, joissa on palindroomisia toistoja, jotka voivat itse toimia alukkeina - "siemeninä" replikaatiota varten; palindromit voivat taittua kolmiulotteisiin rakenteisiin - "hiusneulaihin", mikä lisää todennäköisyyttä, että RNA-molekyylissä ilmenee katalyyttisiä ominaisuuksia. Joka tapauksessa, jälkeenDarwinian evoluution alkaessa elämän jatkokehitystä määräsi paitsi sattuma, myös laki.
Arvioiden perusteella elämän alkuperän todennäköisyys (esiintymistiheys) näiden kahden skenaarion mukaan pitäisi poiketa valtavan määrän tilauksia (vaikka tietysti kukaan ei anna tarkkoja lukuja). On myös tärkeätä huomata, että jos elämä sai alkunsa "Kuninin mukaan", toisin sanoen tehokkaan ribotsyymi-polymeraasin satunnaisen kokoamisen vuoksi, niin komplementaarisuuden periaate (nukleotidien spesifinen pariliitos), jolla RNA: n kyky lisääntyä ja kehittyä, osoittautuu eräänlaiseksi "pianoksi pensaissa". ", Jolla ei ollut mitään tekemistä sen tosiasian kanssa, että planeetoille oli kertynyt niin suuri määrä RNA-molekyylejä, että yhdelle planeetalle ilmestyi vahingossa tehokas ribotsyymi, jolla oli RNA-polymeraasiaktiivisuutta. Jos elämä syntyi "Shostakin mukaan" (Nobel-palkittu Jack Shostak tutkii nyt aktiivisesti NR RNA: ta ja uskoo, että tämä prosessi on avain elämän alkuperän mysteeriin),silloin täydentävyys ei ollut "pianossa pensaassa", vaan toiminut alusta alkaen. Tämä tekee koko elämän alkuperäskenaariosta paljon houkuttelevamman ja loogisemman. Lyön vetoa Shostakista.
Niinpä nyt kaikki riippuu prebioottikemian asiantuntijoiden menestyksestä. Jos he löytävät realistiset olosuhteet, joissa NR RNA menee hyvin, niin meillä on mahdollisuus löytää elämä muilta planeetoilta. Ja jos ei, niin … meidän on tarkasteltava tarkemmin.
Armen Mulkidzhanyan, Dr. Biol. Sci., Osnabrückin yliopisto (Saksa), johtaja. tieteellinen. sotr. MSU:
On vaikea väittää sen tosiasian kanssa, että elämä syntyi kauan sitten ja nuorella maapallolla. Maa koostuu chritritic kivistä, kuten meteoriitit. Näiden kivien kuumeneminen maan muodostumisen aikana aiheutti chritriitien mukanaan tuoman veden sulamisen. Veden vuorovaikutuksen lämmitetyn, pelkistetyn kiven kanssa olisi pitänyt johtaa elektronien vapautumiseen, vedyn muodostumiseen ja hiilidioksidin (CO2) pelkistymiseen erilaisiksi orgaanisiksi yhdisteiksi. Samanlaisia prosesseja tapahtuu edelleen geotermisen aktiivisuuden alueilla, esimerkiksi geotermisissä kentissä, mutta heikosti. Joten orgaanisten aineiden muodostumista suurina määrinä voidaan odottaa muiden tähtien nuorilla planeetoilla. Elämän syntymisen todennäköisyys tässä tapauksessa voidaan arvioida ottamalla huomioon maallisen elämän kehitys.
Kahden ensimmäisen miljardin vuoden aikana vain mikrobit elivät maapallolla. Se olisi jatkanut tällä tavalla, mutta noin 2,5 miljardia vuotta sitten fotosynteesibakteerit oppivat käyttämään valon energiaa veden hajottamiseen. Fotosynteesi syntyi alun perin korvauksena vaimennetuille geokemiallisille prosesseille, jotka "polttavat" ylimääräisiä elektroneja. Fotosynteesissä valon energiaa käytetään hapettamaan erilaisia yhdisteitä, toisin sanoen "poistamaan" elektroneja niistä, fotoaktivoimaan nämä elektronit ja lopulta pelkistämään CO2 niiden orgaanisiksi yhdisteiksi. Veden hajoamisjärjestelmä on syntynyt joihinkin bakteereihin säilyneiden yksinkertaisempien fotosynteettisten entsyymien asteittaisen kehityksen seurauksena. On olemassa useita erittäin uskottavia skenaarioita, kuinka sellaiset entsyymit, jotka käyttävät valoa ja klorofylliä, ensin hapettaneet rikkivetyä (ja jopa nyt jotkut ihmiset tekevät sen),kun väliaineen rikkivety oli kulunut loppuun, elektronit otettiin rautapitoisista rautaioneista, sitten mangaani-ioneista. Seurauksena on, että he jotenkin oppivat hajottamaan vettä. Tässä tapauksessa vedestä otetut elektronit menivät orgaanisen aineen synteesiin ja happi vapautui sivutuotteena. Happi on erittäin voimakas hapettava aine. Minun piti puolustaa itseäni häntä vastaan. Monisoluisuuden, lämminverisyyden ja viime kädessä älykkyyden esiintyminen ovat kaikki suojavaiheet ilmakehän hapen aiheuttamalta hapettumiselta.lämminverinen ja viime kädessä syy - nämä ovat kaikki suojavaiheet ilmakehän hapen aiheuttamalta hapettumiselta.lämminverinen ja viime kädessä syy - nämä ovat kaikki suojavaiheet ilmakehän hapen aiheuttamalta hapettumiselta.
Veden hajoaminen tapahtuu ainutlaatuisessa katalyyttisessä keskuksessa, joka sisältää klusterin, jossa on neljä mangaaniatomia ja yksi kalsiumatomi. Tässä reaktiossa, joka vaatii neljä valokvanttia, kaksi vesimolekyyliä (2 H2O) hajoaa kerralla yhdeksi happimolekyyliksi (O2). Tämä vaatii neljän valokvantin energiaa. Mangaaniatomilla, vastauksena kolmen valokvantin absorptioon, kertyy peräkkäin kolme elektronin vapautta ("reikää") ja vasta kun neljäs valokvantti absorboituu, molemmat vesimolekyylit hapettuvat, reiät täytetään elektroneilla ja muodostuu happimolekyyli. Vaikka mangaaniklusterin rakenne on äskettäin määritetty erittäin tarkasti, tämän nelitahtisen laitteen toimintaa ei ymmärretä täysin. On myös epäselvää, kuinka ja miksi katalyyttisessä keskuksessa, missä primitiivisissä fotosynteettisissä bakteereissa, ilmeisesti,mangaani-ionit hapetettiin, neljä sen atomeista yhdistettiin kalsiumatomin kanssa klusteriksi, joka kykenee hajottamaan vettä. Klorofyllin osallistumisen termodynamiikka veden hapettumisessa on myös salaperäinen. Teoreettisesti valaistu klorofylli voi hapettaa rikkivetyä, rautaa ja mangaania, mutta ei vettä. Se kuitenkin hapettuu. Yleensä se on kuin kimalainen: "Aerodynamiikan lakien mukaan kimalainen ei voi lentää, mutta hän ei tiedä sitä ja lentää vain tästä syystä."
Veden hajoamisjärjestelmän todennäköisyyttä on hyvin vaikea arvioida. Mutta tämä todennäköisyys on hyvin pieni, koska 4,5 miljardissa vuodessa tällainen järjestelmä syntyi vain kerran. Sillä ei ollut erityistä tarvetta, ja ilman sitä, mikrobit menestyvät maapallolla sisällyttäen geokemiallisiin sykleihin. Lisäksi sen jälkeen, kun happea on ilmestynyt ilmakehään, suurimman osan mikrobiosfääristä olisi pitänyt kuolla tai tarkemmin sanottuna polttaa - orgaanisen aineen vuorovaikutus hapen kanssa on palamista. Vain mikrobit selvisivät, kun he oppivat hengittämään, toisin sanoen palauttamaan hapen nopeasti veteen takaisin suoraan ulkokuoreensa estäen sitä sisäpuolelta, samoin kuin muutaman jäljellä olevan hapottoman ekologisen markkinaraon asukkaat.
Tämä tarina voi toimia esimerkkinä suhteellisen viimeaikaisesta (noin 2,5 miljardia vuotta sitten) ja suhteellisen ymmärrettävästä tapahtumasta, joka johti elävien järjestelmien monimutkaisuuden voimakkaaseen lisääntymiseen. Kaikki alkoi fotosynteettisten entsyymien asteittaisista muutoksista. Sitten oli kertaluonteinen ja hyvin ei-triviaalinen evoluutiokeksintö (mangaani-kalsiumklusteri), jota ei ehkä ole ollut. Myöhemmät valtavat muutokset olivat reaktio "myrkyllisen" hapen ilmaantumiseen ilmakehään: Darwiinivalinta käynnistyi täydellä teholla, minun piti oppia hengittämään syvästi ja liikuttamaan aivoni.
Kaiken kaikkiaan meillä on prosessi, joka tapahtuu kolmessa vaiheessa: (1) asteittaiset muutokset - (2) kertaluonteinen epätodennäköinen tapahtuma - (3) jatkokehitys, mutta eri tasolla tai eri olosuhteissa. Tätä kaavaa voidaan pitää molekyylianalogina Severtsovin klassiseen aromorfoosijärjestelmään.
Jos tarkastellaan hapen jälkeistä evoluutiota, voit tunnistaa vielä useita sellaisia epätodennäköisiä kertaluonteisia tapahtumia, jotka muuttivat evoluution kulkua. Tämä on monimutkaisen eukaryoottisen solun "kokoonpano" ja verisuonikasvien esiintyminen sekä erilaisia "läpimurtoja" eläinten evoluutiossa, joista itse asiassa Severtsov kirjoitti.
Elämän syntymistä, joka RNA-maailman hypoteesin puitteissa ymmärretään RNA-molekyylien itsensä lisääntyvien kokonaisuuksien (replikaattorien) syntyyn, voidaan myös edustaa kolmivaiheisena prosessina.
1) Valmisteluvaihe: RNA: ta muodostavat ribonukleotidit kykenevät "kokoontumaan" spontaanisti yksinkertaisista molekyyleistä, kuten syanidista tai formamidista, ultraviolettivalon (UV) vaikutuksesta. Hänellä oli runsaasti nuorta maata; ilmakehässä ei vielä ollut ultraviolettiä absorboivaa otsonia, koska happea ei ollut, katso yllä. Kuten Pouner ja Saderland (Manchesterin yliopisto) ovat osoittaneet, erityisessä, "aktivoidussa" syklisessä muodossa olevat nukleotidit "valitaan" UV-valossa; sellaiset nukleotidit kykenevät muodostamaan spontaanisti RNA-ketjuja. Lisäksi kaksinkertaiset, Watson-Crick RNA -ketjut ovat huomattavasti kestävämpiä UV-säteilylle kuin yksittäiset - tämän tuloksen kuvasi Evgeny Kunin aivan ensimmäisessä julkaisussaan vuonna 1980. Toisin sanoen, nuoressa maassa "ylimääräisten" elektronien virtauksen vuoksi voitaisiin muodostaa erilaisia orgaanisia molekyylejä,mutta kovan aurinkosäteilyn vaikutuksesta hengissä pysyivät pääasiassa RNA: n kaltaiset molekyylit, mieluiten käärittynä spiraalirakenteisiin.
2) Kertaluonteinen, epätodennäköinen tapahtuma: Useiden RNA: n kaltaisten molekyylien ryhmä alkoi kopioida itsensä (miljardeja vuosia myöhemmin, samanlaisia itsekopioivia RNA-yhtymiä saatiin RNA-valinnalla laboratorio-olosuhteissa).
3) Myöhempi evoluutio: RNA-replikaattorit alkoivat kilpailla keskenään resursseista, kehittyä, yhdistyä suurempiin yhteisöihin jne.
Tämän hypoteettisen kaavion haittapuolena on, että RNA-replikaattorien alkuperän molekyylitietoja eikä niiden valintaa edistäviä luonnollisia tekijöitä ei tunneta. Toivon antaa se, että seuraavan tärkeimmän (ja vuorostaan) evoluutiotapahtuman, nimittäin ribosomien esiintymisen, proteiinisynteesin koneiden, molekyylielementit on rekonstruoitu. Tämä tehtiin eri menetelmillä neljässä laboratoriossa; rekonstruointien tulokset ovat hyvin samankaltaisia. Lyhyesti sanottuna, nykyaikaisten erittäin monimutkaisten ribosomien esi-isä oli konstruktio kahdesta RNA-silmukasta, joissa kummassakin oli 50-60 ribonukleotidia ja jotka pystyivät yhdistämään kaksi aminohappoa peptidisidoksen kanssa. Konstantin Bokov ja Sergey Stadler (Montrealin yliopisto) seurasivat yksityiskohtaisesti välivaiheita tiellä tästä kaksisilmukkaisesta rakenteesta nykyaikaisiin ribosomeihin,Nobel-palkinnon saaja Ada Yonath ja hänen kollegansa (Weizmann-instituutti), George Fox ja hänen kollegansa (Houstonin yliopisto) ja Anton Petrov ja hänen kollegansa (Georgian yliopisto).
Ribosomista, jolla oli aluksi yksi katalyyttinen RNA-alayksikkö, tuli vähitellen monimutkaisempi ja sen koko kasvoi, koko ajan syntetisoimalla proteiinisekvenssejä satunnaisesta aminohappojoukosta. Vain evoluution viimeisissä vaiheissa se sulautui toiseen RNA-molekyyliin, josta tuli pieni ribosomin alayksikkö, ja koodattu proteiinisynteesi alkoi. Siten geneettisen koodin esiintyminen on epätodennäköistä evoluutiotapahtumaa, joka on erillinen ribosomaalisten proteiinisynteesien esiintymisestä.
Todennäköisesti jatkotutkimus mahdollistaa sekä replikaattorien syntymisen että muiden epätodennäköisten tapahtumien rekonstruoinnin, esimerkiksi sellaisten, jotka liittyvät ensimmäisten solujen syntymiseen, geenien vaihtoon ensimmäisten solujen ja virusten välillä jne.
Palataan todennäköisyyttä koskeviin kysymyksiin: yksityiskohtainen tarkastelu osoittaa, että maallisen elämän kehitys ei ole yksi "ehdottoman uskomaton sattuma", vaan monet peräkkäiset erittäin epätodennäköiset tapahtumat.
Orgaanisen aineen voimakas syntyminen tapahtui todennäköisesti muilla nuorilla planeetoilla. Mutta tämä ei välttämättä johda elämän syntymiseen. Jos itsetoistuvat RNA-yhtymät eivät olisi keränneet maan päälle, elämää ei olisi ollut. Orgaanisen aineen tuotanto haalistuu vähitellen ja maasta tulee samanlainen kuin Mars tai Venus.
Mutta jopa silloin, kun elämää ilmenee muilla planeetoilla, tämä elämä voi "juuttua" missä tahansa alkuvaiheessa, ja todennäköisyys pysyä ikuisesti alkeellisella kehitystasolla oli verrattain suurempi kuin todennäköisyys kiivetä seuraavaan vaiheeseen ja siirtyä pidemmälle.
Siksi todennäköisyys tavata viisaita muukalaisia toisella planeetalla on mittaamattomasti pienempi kuin mahdollisuus päästä sinne yksinkertaiseen, mutta elävään lietoon (ja tämä on, jos olet erittäin onnekas). Todennäköisyys, että jossain tapahtuu happea, on myös mittaamattoman pieni: veden hajoaminen hapen muodostamiseksi on hyvin ei-triviaalinen nelielektronireaktio.
Joten minkään strategian rakentaminen toivoakseen ulkomaalaisen tiedustelun löytäminen ei ole vain kovin fiksu. Se tosiasia, että maan päällä on (toistaiseksi) älykkäitä olentoja, on erittäin suuri menestys. Siksi on paljon järkevämpää investoida "vaihtoehtoisten lentokenttien" luomiseen jo olemassa olevalle älykkäälle elämälle, jos luonto epäonnistuu tai mielen kantajat epäonnistuvat. Tämä tarkoittaa sitä, että tarvitsemme varamaata tai vielä parempaa muutamaa.
Jevgeny Kunin, joht. tieteellinen. sotr. Kansallinen bioteknologiatietokeskus, Yhdysvaltain kansallisen tiedeakatemian jäsen:
Voin rajoittua vain hyvin lyhyisiin huomautuksiin, koska olen täysin samaa mieltä Aleksandr Markovin kanssa … paitsi tietenkin johtopäätöksistä. Itse asiassa elämän syntymisen rajoittava vaihe on ribotsyymi-polymeraasimolekyylien populaation spontaani muodostuminen riittävän suurella nopeudella ja tarkkuudella itsekopioitumisesta. Tällaisen tapahtuman todennäköisyys on häviävän pieni. Sen lisäämiseksi merkittävästi tarvitaan prosessi, joka luo mahdollisuuden evoluutiolle ilman tällaisten ribotsyymien osallistumista, paljon yksinkertaisempaan järjestelmään. Alexanderin käsittelemä ei-entsymaattinen replikaatio on hyvä ehdokas tällaiselle prosessille. Ainoa ongelma on, että kaiken tietoon perustuvan kemian ja termodynamiikan perusteella ei ole mitään mahdollisuutta saattaa nämä reaktiot pitkien molekyylien riittävän tarkan replikaation tasolle. Hyvin lyhyiden oligonukleotidien replikaatio olisi erittäin mielenkiintoista mahdollisena välivaiheena, mutta se ei lisää merkittävästi todennäköisyyttä. Joten johtopäätökseni pysyy samanlaisena: elämän syntyminen vaatii erittäin epätodennäköisiä tapahtumia, ja siksi olemme yksin universumissamme (monien universumien kysymystä ei tarvitse käsitellä täällä). Me emme ole vain älykkäitä olentoja, vaan myös laajemmin eläviä olentoja.
On tärkeää huomata seuraava: erittäin pieni elämän esiintymisen todennäköisyys ei missään nimessä tarkoita, että kaikki tapahtui ihmeellä. Päinvastoin, ne kaikki ovat sarja normaaleja kemiallisia reaktioita, mukaan lukien vain vaiheet, joilla on hyvin pieni todennäköisyys. Näin ollen sellaisten mekanismien tutkiminen, jotka jotenkin helpottavat elämän syntymistä, ei ole vain merkityksetöntä, vaan erittäin tärkeää ja mielenkiintoista. Se ei vain ole näkyvissä (vielä), että tämä voisi lisätä todennäköisyyttä merkittävästi, mutta tapahtumien skenaarion luominen saattaa auttaa.
Lopuksi lopetan lähes filosofisella, mutta mielestäni asianmukaisella tarkastelulla. Elämän syntymisen erittäin pieni todennäköisyys rikkoo keskinkertaisuuden periaatetta: planeetallamme tapahtuneet tapahtumat ovat poikkeuksellisia, jopa ainutlaatuisia maailmankaikkeudessa. Keskiarvoisuuden periaate menettää tässä tapauksessa antropisen periaatteen: riippumatta siitä, kuinka uskomatonta elämän synty oli a priori, älykkäiden olentojen ja vain solujen olemassaolon ehdolla, sen todennäköisyys on täsmälleen 1.
Tutkija Mihail Nikitin sotr. Evolutionaarisen biokemian laitos, Fysikaalis-kemiallisen biologian tutkimuslaitos. A. N. Belozersky Moskovan osavaltion yliopisto:
Minusta vaikuttaa siltä, että bakteerien monimutkaisuuden taso on laajalle levinnyttä maailmankaikkeudessa, mutta monisoluisten eläinten ja mahdollisesti älykkäiden olentojen kehittyminen on paljon epätodennäköisempää.
Miksi bakteerien elämä on mielestäni erittäin todennäköistä?
Kuninin päättely perustuu kokeisiin ribotsyymit-replikaasien keinotekoisesta valinnasta, jotka kopioivat RNA-molekyylejä ja voivat mahdollisesti kopioida itsensä. Kaikki nämä ribotsyymit ovat luokkaa 200 nukleotidia pitkiä, ja todennäköisyys saada ne satunnaisella itsekokoonpanolla on luokkaa 4-200. Näissä kokeissa ei kuitenkaan otettu huomioon monia tärkeitä tekijöitä, jotka voisivat ensinnäkin varmistaa replikaation käyttämällä lyhyempiä ja yksinkertaisempia ribotsyymejä, ja toiseksi, ennen kuin mikä tahansa replikaatio alkoi, suora itsekokoonpano rakenteellisille RNA: ille, jotka kykenevät toimimaan ribotsyymeinä. Jotkut näistä tekijöistä ovat jo nimittäneet muut kirjoittajat: Shostakin ei-entsymaattinen replikaatio, valinta itsestään pohjautuvaksi Markovin”palindromien maailmassa”, valinta ultraviolettiresistenssille, joka ohjaa RNA: n itsekokoonpanoa kohti Mulkidzhanyanin ehdottamaa hiusneularakennetta). Lisään tähän luetteloon mineraalisubstraatit ja "lämpöloukut" (kapeat huokoset lämpötilagradientilla), jotka tekevät RNA: n kopioinnin erittäin helpoksi. Lisäksi, koska meillä on yksinkertainen itsetoistuva geenijärjestelmä, suuren todennäköisyyden omaava darwiinikehitys luo sen perusteella nopeasti bakteerisolun tai jotain vastaavaa - solumembraanilla, joka ylläpitää jatkuvaa suolakoostumusta solun sisällä.
Miksi uskon, että elämän kehitys yksinkertaisista soluista monisoluisiin eläimiin voi olla hyvin epätodennäköistä? Tässä on kaksi näkökohtaa, toinen geologinen ja toinen puhtaasti biologinen. Aloitetaan ensimmäisestä.
Paleontologiassa on luotettavasti todettu, että organismien kehitys on hyvin epätasaista. Kriisit ja vallankumous vuorottelevat pysähtyneisyyden jaksoin, joskus hyvin pitkinä. Pisin pysähtymisjakso kutsuttiin "tylsäksi miljardiksi" ja kesti suurimman osan proterotsooisesta - noin 2 - 0,8 miljardia vuotta sitten. Sitä edelsi hapen esiintyminen ilmakehässä, eukaryoottisten solujen esiintyminen ja globaali Huron-jäätyminen, ja se päättyi maan historian suurimpaan Sturt-jäätymiseen, happipitoisuuden lisääntymiseen lähes nykyaikaisiin arvoihin ja monisoluisten eläinten esiintymiseen. Evoluutio oli myös suhteellisen hidasta Arkean eonissa välillä 3,5 - 2,5 miljardia vuotta sitten verrattuna sekä aikaisempaan Catarchian-eoniin (elämän syntymisen ja myöhään tapahtuvaan meteoriittien pommitukseen) että myöhempään happivallankumoukseen. Tämän epätasaisuuden syitä ei ymmärretä täysin. Minusta tuntuu henkilökohtaisesti vakuuttavalta, että "happivallankumous" (happea tuottavien sinileväbakteerien massiivinen leviäminen) liittyi pelkistyneen (rauta) rautavarantojen ehtymiseen merivedessä. Niin kauan kuin valtameressä oli tarpeeksi rautaa, mikrobit menestyivät siellä käyttämällä yksinkertaisempia ja turvallisempia rautahapettavia fotosynteesiä. Se ei vapauta happea, vaan rautaoksidiyhdisteitä - magnetiiteja ja hematiiteja, jotka kerrostuivat merenpohjaan koko arkeanin alueella. Uuden raudan toimitus mereen (lähinnä hydrotermisistä lähteistä pohjassa) väheni, kun planeetan geologinen aktiivisuus heikentyi, ja lopulta resurssikriisi pakotti fotosynteettiset mikrobit vaihtamaan monimutkaisempaan happifotosynteesin”tekniikkaan”. Samoin,tylsän miljardin syy voi olla jatkuva hapenkulutus eri mineraalien hapettamiseksi maalla, mikä ei salli happipitoisuuden nostamista yli 1–2%. Proterotsooisissa meren sedimenteissä on paljon jälkiä meren rannalla tapahtuvasta sulfidimalmien hapettumisesta, joiden vuoksi joet kantoivat valtamereen sulfaatteja, arseenia, antimonia, kuparia, kromia, molybdeeniä, uraania ja muita elementtejä, jotka arkeanisessa valtameressä melkein puuttuivat. Myöhäinen proterotsooinen kriisi globaaleilla jäätiköillä, happipitoisuuden nopea nousu ja monisoluisten eläinten esiintyminen ovat saattaneet johtua helposti hapettuneiden mineraalien ehtymisestä maalle.jonka takia joet kantoivat valtamereen sulfaatteja, arseenia, antimonia, kuparia, kromia, molybdeeniä, uraania ja muita elementtejä, jotka puuttuivat arkeanisesta valtamerestä. Myöhäinen proterotsooinen kriisi globaaleilla jäätiköillä, happipitoisuuden nopea nousu ja monisoluisten eläinten esiintyminen ovat saattaneet johtua helposti hapettuneiden mineraalien ehtymisestä maalle.jonka takia joet kantoivat valtamereen sulfaatteja, arseenia, antimonia, kuparia, kromia, molybdeeniä, uraania ja muita elementtejä, jotka puuttuivat arkeanisesta valtamerestä. Myöhäinen proterotsooinen kriisi globaaleilla jäätiköillä, happipitoisuuden nopea nousu ja monisoluisten eläinten esiintyminen ovat saattaneet johtua helposti hapettuneiden mineraalien ehtymisestä maalle.
Siten kahden avainkierroksen (happifotosynteesi ja monisoluiset eläimet) alkamisen ajoitus määritettiin todennäköisesti biologisten (fotosynteesi) ja geologisten (rautaraudan ja muiden hapettuvien aineiden vapautumisen hydrotermisissä tuuletusaukkoissa ja maaperäisissä tulivuoreissa) tasapainolla. On täysin mahdollista, että muilla planeetoilla nämä kierrokset tulevat paljon myöhemmin. Esimerkiksi massiivisempi planeetta (supermaapallo) menettää geologisen aktiivisuuden hitaammin, vapauttaa rautaa valtamereen kauemmin ja voi viivästyttää happivallankumousta miljardeilla vuosilla. Punaisten kääpiöiden asumisalueella olevat planeetat saavat vähän synteesiä varten sopivaa näkyvää valoa, ja myös niiden biosfäärit voivat tarttua happamaan vaiheeseen. Veden määrä planeetalla on myös tärkeä. Jos koko planeetta on syvän valtameren peitossa, niin siitä puuttuu fosforia,lähinnä maapallon tulivuoreista, ja jos vettä on vähän, niin fotosynteettisten mikrobien käytettävissä oleva merialue on myös pieni (ennen monisoluisten kasvien esiintymistä maanpäällisten ekosysteemien tuottavuus oli vähäinen meriin verrattuna). Eli on paljon syitä, miksi biosfääri voi juuttua hapottomaan mikrobivaiheeseen eikä kehittyä eläimiksi. Kehitysaika on muuten rajoitettu: tähtiä kirkkaus kasvaa ajan myötä, ja maa kuumenee peruuttamattomasti 1,5–2 miljardissa vuodessa, sen valtameret haihtuvat ja kasvava kasvihuoneilmiö muuttaa sen toiseksi Venukseksi. Punaisissa kääpiöissä valoisuus kasvaa hitaammin, mutta niiden planeetoista voi tulla asumiskelvottomia johtuen magneettikentän katoamisesta ja siitä seuraavasta veden menetyksestä avaruuteen, kuten tapahtui Marsilla.myös fotosynteettisten mikrobien käytettävissä oleva valtameren pinta-ala on pieni (ennen monisoluisten kasvien tulemista maa-ekosysteemien tuottavuus oli vähäinen meriin verrattuna). Eli on paljon syitä, miksi biosfääri voi juuttua hapottomaan mikrobivaiheeseen eikä kehittyä eläimiksi. Kehitysaika on muuten rajoitettu: tähtiä kirkkaus kasvaa ajan myötä, ja maa kuumenee peruuttamattomasti 1,5–2 miljardissa vuodessa, sen valtameret haihtuvat ja kasvava kasvihuoneilmiö muuttaa sen toiseksi Venukseksi. Punaisissa kääpiöissä valoisuus kasvaa hitaammin, mutta niiden planeetoista voi tulla asumiskelvottomia johtuen magneettikentän katoamisesta ja siitä seuraavasta veden menetyksestä avaruuteen, kuten tapahtui Marsilla.myös fotosynteettisten mikrobien käytettävissä oleva valtameren pinta-ala on pieni (ennen monisoluisten kasvien tulemista maa-ekosysteemien tuottavuus oli vähäinen meriin verrattuna). Eli on paljon syitä, miksi biosfääri voi juuttua hapottomaan mikrobivaiheeseen eikä kehittyä eläimiksi. Kehitysaika on muuten rajoitettu: tähtiä kirkkaus kasvaa ajan myötä, ja maa kuumenee peruuttamattomasti 1,5–2 miljardissa vuodessa, sen valtameret haihtuvat ja kasvava kasvihuoneilmiö muuttaa sen toiseksi Venukseksi. Punaisissa kääpiöissä valoisuus kasvaa hitaammin, mutta niiden planeetoista voi tulla asumiskelvottomia johtuen magneettikentän katoamisesta ja siitä seuraavasta veden menetyksestä avaruuteen, kuten tapahtui Marsilla.pääsyyn fotosynteettisiin mikrobiin (ennen monisoluisten kasvien ilmestymistä, maan ekosysteemien tuottavuus oli vähäinen meriin verrattuna). Eli on paljon syitä, miksi biosfääri voi juuttua hapottomaan mikrobivaiheeseen eikä kehittyä eläimiksi. Kehitysaika on muuten rajoitettu: tähtiä kirkkaus kasvaa ajan myötä, ja maa kuumenee peruuttamattomasti 1,5–2 miljardissa vuodessa, sen valtameret haihtuvat ja kasvava kasvihuoneilmiö muuttaa sen toiseksi Venukseksi. Punaisissa kääpiöissä valoisuus kasvaa hitaammin, mutta niiden planeetoista voi tulla asumiskelvottomia johtuen magneettikentän katoamisesta ja sitä seuraavasta veden menetyksestä avaruuteen, kuten tapahtui Marsilla.pääsyyn fotosynteettisiin mikrobiin (ennen monisoluisten kasvien ilmestymistä, maan ekosysteemien tuottavuus oli vähäinen meriin verrattuna). Eli on paljon syitä, miksi biosfääri voi juuttua hapottomaan mikrobivaiheeseen eikä kehittyä eläimiksi. Kehitysaika on muuten rajoitettu: tähtiä kirkkaus kasvaa ajan myötä, ja maa kuumenee peruuttamattomasti 1,5–2 miljardissa vuodessa, sen valtameret haihtuvat ja kasvava kasvihuoneilmiö muuttaa sen toiseksi Venukseksi. Punaisissa kääpiöissä valoisuus kasvaa hitaammin, mutta niiden planeetoista voi tulla asumiskelvottomia johtuen magneettikentän katoamisesta ja siitä seuraavasta veden menetyksestä avaruuteen, kuten tapahtui Marsilla. Kehitysaika on muuten rajoitettu: tähtiä kirkkaus kasvaa ajan myötä, ja maa kuumenee peruuttamattomasti 1,5–2 miljardissa vuodessa, sen valtameret haihtuvat ja kasvava kasvihuoneilmiö muuttaa sen toiseksi Venukseksi. Punaisissa kääpiöissä valoisuus kasvaa hitaammin, mutta niiden planeetoista voi tulla asumiskelvottomia johtuen magneettikentän katoamisesta ja siitä seuraavasta veden menetyksestä avaruuteen, kuten tapahtui Marsilla. Kehitysaika on muuten rajoitettu: tähtiä kirkkaus kasvaa ajan myötä, ja maa kuumenee peruuttamattomasti 1,5–2 miljardissa vuodessa, sen valtameret haihtuvat ja kasvava kasvihuoneilmiö muuttaa sen toiseksi Venukseksi. Punaisissa kääpiöissä valoisuus kasvaa hitaammin, mutta niiden planeetoista voi tulla asumiskelvottomia johtuen magneettikentän katoamisesta ja siitä seuraavasta veden menetyksestä avaruuteen, kuten tapahtui Marsilla.
Toinen huomio liittyy eukaryoottien - ytimen sisältävien solujen syntymiseen. Eukaryoottisolut ovat paljon suurempia ja monimutkaisempia kuin bakteerien ja arhaan solut, ja ne ilmestyivät myöhemmin, todennäköisimmin "happivallankumouksen" aikana. Eukaryoottinen solu esiintyi kimeerina arkealisolusta, sen sisällä asettuvista symbioottisista bakteereista ja mahdollisesti viruksesta, joka tartutti heidät (tai jopa useampaan kuin yhteen). Eukaryoottien genomin rakenne osoittaa yksiselitteisesti, että niiden varhainen kehitys ei tapahtunut luonnollisen valinnan takia, mutta monessa suhteessa siitä huolimatta. Pienissä populaatioissa valinta ei ole kovin tehokas, ja lievästi haitalliset piirteet voivat juurtua geenien siirtymisen ja muiden puhtaasti satunnaisten prosessien takia. Tätä kuvataan yksityiskohtaisesti Kuninin mahdollisuuslogiikan vastaavassa luvussa ja ehdotetaanettä eukaryoottien esiintyminen voi olla hyvin epätodennäköistä edes sopivassa ympäristössä (bakteerien biosfääri tulee happea vallankumoukseen). Ainakin bakteerien ja arkean välisiä solunsisäisiä symbioositapauksia on käytännössä tuntematon - vaikka bakteerit asettuvat helposti eukaryoottisoluihin.
Yhteenvetona: Luulen, että kuvattujen tekijöiden yhdistelmän pitäisi johtaa siihen, että galaksissamme on miljoonia planeettoja, joilla on bakteerien elämä ja paljon vähemmän (mahdollisesti vain muutamia) - joilla on eukaryoottinen ja monisoluinen monimutkaisuus.
Boris Sternin viesti
Muutama sana keskustelun lopettamiseksi. On täysin mahdollista, että Jevgeny Kunin aliarvioi suuresti elämän alkuperän todennäköisyyttä sopivissa olosuhteissa. Ja kuitenkin, tätä arviointia on otettava vakavasti. Jos häntä erehtyy 900 suuruusluokkaa, se ei muuta mitään: olemme kaikki yksin maailmankaikkeuden horisontissa, missä on vain noin 1020-1021 sopivaa planeettaa. Vaikka muut keskustelun osanottajat olisivat oikeassa ja kaikenlaiset luonnon temput, kuten ei-entsymaattiset replikaatiot, voivat tehdä elämän alkuperästä enemmän tai vähemmän todennäköisen, silloin se on erittäin primitiivinen elämä, joka ylivoimaisesti useimmissa tapauksissa ei pysty hyppäämään korkeammalle kehitystasolle. Kaksi paneelilistaa kirjoitti tästä mustavalkoisena. Se on koko Fermin paradoksi.
Siksi seuraa ainakin kaksi tärkeää organisaation päätelmää. Ensimmäinen: Kehittynyt elämä on harvinaisin ja arvokkain ilmiö maailmankaikkeudessa. Siksi katso Armen Mulkidzhanyanin huomautuksen viimeinen kappale: ihmiskunnalla on jalo kokonaispäämäärä - tämän ilmiön leviäminen. Puhumme erikseen mahdollisuuksista ja menetelmistä tämän tavoitteen saavuttamiseksi.
Toinen organisatorinen johtopäätös: Tämän elämän tuhoaminen on galaktisen tai jopa kosmologisen mittakaavan korjaamaton menetys. Tämä olisi otettava huomioon heidän arvioidessaan "haukkoja" ja poliitikkoja, jotka ovat valmiita turvautumaan ydinpuristamiseen oman "suuruutensa" lisäämiseksi. Sama pätee hallitsemattoman kulutuksen sivilisaatioon.
Tekijät: Boris Stern, Alexander Markov, Armen Mulkidzhanyan, Jevgeny Kunin, Mihhail Nikitin