Supernova Remnant N 63A. קרדיט תמונה: האבל לחץ להגדלה
החיים על כדור הארץ התאפשרו בגלל מותם של כוכבים. אטומים כמו פחמן וחמצן גורשו בכמה מתנשמים של כוכבים מתים לאחר שאספקתם האחרונה של דלק מימן נגמרה.
איך דברים כוכב זה התאגדו לחיים הם עדיין תעלומה, אך מדענים יודעים כי שילובים אטומיים מסוימים היו הכרחיים. מים - שני אטומי מימן המקושרים לאטום חמצן אחד - היו חיוניים להתפתחות החיים על כדור הארץ, ולכן משימות נאס"א מחפשות כעת מים בעולמות אחרים בתקווה למצוא חיים במקום אחר. מולקולות אורגניות הבנויות בעיקר מאטומי פחמן נחשבות אף הן חשובות, מכיוון שכל החיים על כדור הארץ מבוססים על פחמן.
התיאוריות הפופולריות ביותר של מקור החיים אומרות כי הכימיה ההכרחית התרחשה באוורור הידרותרמי על קרקעית האוקיאנוס או באיזו בריכה רדודה עם אור שמש. עם זאת, תגליות בשנים האחרונות הראו שרבים מהחומרים הבסיסיים לחיים נוצרים בעומק הקר של החלל, שם החיים כידוע אינם מתאפשרים.
לאחר שכוכבים גוססים גוזלים פחמן, חלק מאטומי הפחמן משתלבים במימן ליצירת פחמימנים ארומטיים פוליציקליים (PAH). PAHs - סוג של פיח פחמן הדומה לחלקים החרוכים של טוסט שרוף - הם התרכובות האורגניות השופעות ביותר בחלל, ומרכיב ראשוני במטאוריטים של שונריט פחמתי. למרות ש- PAH לא נמצאים בתאים חיים, ניתן להמיר אותם לקינונים, מולקולות המעורבות בתהליכי אנרגיה סלולרית. למשל, קינונים ממלאים תפקיד חיוני בפוטוסינתזה, ועוזרים לצמחים להפוך אור לאנרגיה כימית.
טרנספורמציה של PAHs מתרחשת בעננים בין-כוכביים של קרח ואבק. לאחר שצף בחלל, פיח PAH מתעבה בסופו של דבר ל"עננים מולקולריים צפופים "אלה. החומר בעננים אלה חוסם את קרינת החלל הקשה אך לא את כלה. הקרינה שאכן מסננת דרך משנה את ה- PAHs וחומרים אחרים בעננים.
תצפיות עננים טלסקופיות אינפרא אדום ורדיו גילו את ה- PAH, כמו גם חומצות שומן, סוכרים פשוטים, כמויות קלושות של חומצת האמינו גליצין, ומעל 100 מולקולות אחרות, כולל מים, פחמן חד-חמצני, אמוניה, פורמלדהיד ומימן ציאניד.
העננים מעולם לא נדגמו ישירות - הם רחוקים מדי - כדי לאשר את המתרחש כימית בעננים, צוות מחקר בראשות מקס ברנשטיין וסקוט סנדפורד במעבדה לאסטרוכימיה במרכז המחקר של אמס של נאס"א הקים ניסויים לחיקוי. תנאי הענן.
באחד הניסויים, תערובת PAH / מים מופקדת על אדים על המלח ומופצצת בקרינה אולטרה סגולה (UV). זה מאפשר לחוקרים להתבונן כיצד שלד PAH בסיסי הופך לקינונים. קרינת תערובת קפואה של מים, אמוניה, מימן ציאניד, ומתנול (כימי מבשר לפורמלדהיד) מייצרת את חומצות האמינו גליצין, אלנין וסרין - שלוש חומצות האמינו הנפוצות ביותר במערכות חיות.
מדענים יצרו מבנים דמויי תאים אורגניים פרימיטיביים, או שלפוחית.
מכיוון ש- UV אינו הסוג היחיד של קרינה בחלל, החוקרים השתמשו גם בגנרטור של ואן דה גראף להפגזת ה- PAH באמצעות פרוטונים של מגה-אלקטרונים (MeV), שיש להם אנרגיות דומות לקרניים קוסמיות. תוצאות ה- MeV עבור ה- PAH היו דומות אם כי לא היו זהות להפצצת ה- UV. טרם נערך מחקר MeV לחומצות האמינו.
ניסויים אלה מראים כי UV וצורות קרינה אחרות מספקות את האנרגיה הדרושה לפירוק קשרים כימיים בטמפרטורות הנמוכות והלחצים של העננים הצפופים. מכיוון שהאטומים עדיין נעולים בקרח, המולקולות אינן מתעופפות זו מזו, אלא מתחברות מחדש למבנים מורכבים יותר.
בניסוי אחר שהוביל ג'ייסון דבורקין, תערובת קפואה של מים, מתנול, אמוניה ופחמן חד חמצני נתונה לקרינת UV. שילוב זה הניב חומר אורגני שיצר בועות כאשר הוא שקוע במים. בועות אלה מזכירות את קרומי התאים הסוגרים את מרכז הכימיה של החיים ומרכזים אותם, ומפרידים אותה מהעולם החיצון.
הבועות שיוצרו בניסוי זה היו בין 10-40 מיקרומטר, או בערך בגודל של כדוריות דם אדומות. ראוי לציון, הבועות ניאון, או זוהר, כשנחשפו לאור UV. ספיגת ה- UV והמרתו לאור הנראה בדרך זו יכולה לספק אנרגיה לתא פרימיטיבי. אם בועות כאלה שיחקו תפקיד במוצא החיים, הקרינה יכולה הייתה להיות מבשר לפוטוסינתזה.
פלואורסצנט יכול גם לפעול כקרם הגנה מפני קרינה ולהפיץ את כל הנזקים שאחרים ייגרמו כתוצאה מקרינת UV. פונקציה מגוננת כזו הייתה חיונית לחיים בכדור הארץ הקדום, מכיוון ששכבת האוזון החוסמת את קרני ה- UV ההרסניות ביותר של השמש, לא נוצרה רק לאחר שהחיים הפוטוסינתטיים החלו לייצר חמצן.
מענני חלל עד זרעי החיים
עננים מולקולריים צפופים בחלל קורסים בסופו של דבר בכבידה וגורמים כוכבים חדשים. חלק מאבק השאריות מתגבש מאוחר יותר ליצירת אסטרואידים וכוכבי שביט, וחלק מהאסטרואידים הללו מתלכדים זה לזה ויוצרים ליבות פלנטריות. בכוכב הלכת שלנו, החיים נבעו מכל החומרים הבסיסיים העומדים לרשותך.
המולקולות הגדולות הנחוצות לבניית תאים חיים הן:
* חלבונים
פחמימות (סוכרים)
* ליפידים (שומנים)
* חומצות גרעין
נמצא כי מטאוריטים מכילים חומצות אמינו (אבני הבניין של חלבונים), סוכרים, חומצות שומן (אבני הבניין של ליפידים) ובסיסי חומצות גרעין. המטאוריט של מרצ'יסון, למשל, מכיל שרשראות של חומצות שומן, סוגים שונים של סוכרים, כל חמשת בסיסי חומצות הגרעין, ולמעלה מ- 70 חומצות אמינו שונות (החיים משתמשים ב -20 חומצות אמינו, שרק שש מהן נמצאות במטאוריט של מרצ'יסון).
מכיוון שמטאוריטים פחמימיים כאלה הם בדרך כלל אחידים בהרכבם, הם נחשבים לייצוג ענן האבק הראשוני ממנו נולדו השמש ומערכת השמש. אז נראה שכמעט כל מה שצריך לחיים היה זמין בהתחלה, ומטאוריטים ושביטים לאחר מכן מבצעים משלוחים טריים של חומרים אלה לכוכבי הלכת לאורך זמן.
אם זה נכון, ואם ענני אבק מולקולריים דומים כימית בכל הגלקסיה, אז החומרים לכל החיים צריכים להיות נפוצים.
החיסרון בייצור האביבי של המרכיבים לכל החיים הוא שאף אחד מהם לא יכול לשמש "סמנים ביולוגיים", אינדיקטורים לכך שהחיים קיימים בסביבה מסוימת.
מקס ברנשטיין מצביע על המטאוריט אלן הילס 84001 כדוגמה לסימנים ביולוגיים שלא סיפקו הוכחת חיים. בשנת 1996, דייב מקיי ממרכז החלל ג'ונסון של נאס"א ועמיתיו הודיעו שיש ארבעה סמנים ביולוגיים אפשריים בתוך המטאוריט המרטי הזה. ב- ALH84001 היו כדורי פחמן המכילים PAHs, התפלגות מינרלים המצביעים על כימיה ביולוגית, גבישים מגנטיטיים הדומים לאלה המיוצרים על ידי חיידקים וצורות דומות לחיידקים. אמנם לא נחשבו כל אחד מהם כעדות לכל החיים, אולם נראה כי הארבעה בשילוב היו משכנעים.
לאחר ההודעה על מקי, מחקרים עוקבים יותר מצאו כי כל אחד מהסמים הביולוגיים-מה שנקרא אלה יכול להפיק גם באמצעים שאינם חיים. לפיכך נוטים כעת רוב המדענים להאמין שהמטאוריט אינו מכיל חיי חוץ מאובנים.
"ברגע שהייתה להם התוצאה, אנשים התחילו לאקדח אותם כי ככה זה עובד," אומר ברנשטיין. "הסיכוי שלנו שלא לטעות כשנפגש עם סמן ביולוגי על מאדים או על אירופה יהיה הרבה יותר טוב אם כבר נעשה את המקבילה למה שהחבר'ה האלה עשו לאחר שמקיי ואחרים פרסמו את המאמר שלהם."
ברנשטיין אומר שעל ידי הדמת תנאים על כוכבי לכת אחרים, מדענים יכולים להבין מה צריך לקרות שם כימית וגאולוגית. ואז, כאשר אנו מבקרים בכוכב לכת, אנו יכולים לראות עד כמה המציאות תואמת את התחזיות. אם יש משהו על הפלנטה שלא ציפינו למצוא, זה יכול להיות אינדיקציה לכך שתהליכי החיים שינו את התמונה.
"מה שיש לך במאדים או באירופה זה חומר שנמסר", אומר ברנשטיין. "בנוסף, יש לך כל מה שנוצר לאחר מכן מכל התנאים הקיימים. אז (כדי לחפש חיים) אתה צריך להסתכל על המולקולות שנמצאות שם, ולהיזכר בכימיה שאולי קרה לאורך זמן. "
ברנשטיין סבור כי כיראליות, או "מסירות המולקולה" של מולקולה יכולות להיות סמן ביולוגי בעולמות אחרים. מולקולות ביולוגיות מופיעות לרוב בשתי צורות שלמרות שהיא זהה מבחינה כימית יש צורות הפוכות: אחת "שמאלנית", ותמונת המראה שלה, "יד ימין". מידת המולקולה נובעת מאופן הקשר של האטומים. בעוד שמידות מפוזרת באופן שווה ברחבי הטבע, ברוב המקרים במערכות החיים בכדור הארץ יש חומצות אמינו שמאליות וסוכרים ימניים. אם מולקולות בכוכבי לכת אחרים מראות העדפה שונה במסירות, אומר ברנשטיין, זה יכול להיות אינדיקציה לחיים זרים.
"אם היית נוסע למאדים או לאירופה וראית הטיה זהה לשלנו, עם סוכרים או חומצות אמינו שיש את הכיראליות שלנו, אנשים פשוט היו חושדים שמדובר בזיהום," אומר ברנשטיין. "אבל אם אתה רואה חומצה אמינית עם הטיה לכיוון ימין, או אם אתה רואה סוכר שהיה לו הטיה כלפי שמאל - או במילים אחרות, לא הצורה שלנו - זה יהיה ממש משכנע."
עם זאת, ברנשטיין מציין כי הצורות הכיראליות הנמצאות במטאוריטים משקפות את מה שנראה על פני כדור הארץ: מטאוריטים מכילים חומצות אמינו שמאליות וסוכרים ימניים. אם מטאוריטים מייצגים את התבנית לחיים על כדור הארץ, החיים במקום אחר במערכת השמש עשויים גם לשקף את אותה הטיה במסירות. לפיכך, יתכן שיהיה צורך במשהו יותר מכיראליות לצורך הוכחת החיים. ברנשטיין אומר שמציאת שרשראות של מולקולות, "כמו זוג חומצות אמינו המקושרות זו לזו", יכולות גם להוות עדות לכל החיים, "מכיוון שבמטאוריטים אנו נוטים לראות רק מולקולות בודדות."
המקור המקורי: אסטרוביולוגיה של נאס"א
