Meniu
Prenumerata
antradienis, vasario 18 d.
Apie gyvybę

Kaip atsirado gyvos būtybės ir ar jų yra ne tik Žemėje?

„The Economist“ mokslo redakcijoje ant sienos kabo amerikiečių kosminio teleskopo „Hubble“ padaryta nuotrauka „Extreme Deep Field“ („Nepaprastai gilus laukas“). Žvelgiant į ją lengva suvokti Visatos mastą. Tai nė 0,0067 Mėnulio pilnaties dalies neužimančio dangaus lopinėlio kadras. Bet tame kosmoso taškelyje telpa daugiau nei 5 tūkst. galaktikų. Padauginkime iš viso dangaus skliauto ir suprasime, kad matomą Visatą sudaro apie 150 mlrd. galaktikų. O kiekviena iš jų susideda iš milijardų žvaigždžių.

Tie, kurie yra pagalvoję apie šią neaprėpiamą erdvę, tikrai savęs klausė, ar kur nors kitur kosmoso platybėse šliaužioja, skraido arba šokinėja kitų formų gyvybė, gal kelianti lygiai tokį pat klausimą. Niekas nežino. Bet 1961 m. amerikiečių astronomas Frankas Drake’as sugalvojo gerą būdą, kaip narplioti šią problemą. Pasak jo, gyvybei pradžią davusių planetų skaičius – tai funkcija nuo galimo žvaigždžių skaičiaus, realiai prie tokių žvaigždžių susiformavusių planetų skaičiaus, gyvybei tinkamos tų planetų dalies, planetų su realiai atsiradusia gyvybe procento ir t. t. F. Drake’o lygtis (žr. diagramą) susistemina intuityvią nuojautą. Surinkę pakankamai informacijos ir ekstrapoliacijos būdu pritaikę visai Visatai, galime gauti atsakymą.

Fizinius lygties narius įrašyti gana lengva. Iš tokių nuotraukų kaip „Extreme Deep Field“ tyrėjai neblogai nutuokia esamų žvaigždžių skaičių. Neseniai pradėti egzoplanetų, t. y. Saulės sistemai nepriklausančių planetinių kūnų, tyrimai suteikė duomenų apie planetas. Ekstrapoliacija iš maždaug 2 tūkst. žinomų egzoplanetų rodo, kad jų turi dauguma žvaigždžių. Gyvybei tinkamų planetų skaičių tiksliai įvertinti sunkiau – daugiausia dėl ginčų, kaip apibrėžti „tinkamą gyvybei“. Bet net kukliausiais vertinimais vien Paukščių Take yra milijardai tokių pasaulių.

Daug sunkiau užpildyti su biologija susijusias lygties dalis. Mokslas ekstrapoliacijoms turi vienintelį pavyzdį – gyvybę Žemėje. Bet jei pavyks išsiaiškinti, kaip atsiranda gyvybė, mokslininkai pradės įsivaizduoti tokio proceso tikimybę ir jam reikalingas sąlygas. Tai būtų pažanga. Be to, klausimas, kaip atsirado gyvybė Žemėje, jau savaime yra svarbus.

Susipažinkite su protėviais

Atsakymo galima ieškoti dviem būdais. Pirma – aiškintis pradėjus nuo elementarios chemijos. Antra – narstyti egzistuojančias ląsteles.

Šių dienų ilgos ląstelių DNR grandinės skirtos genetinei informacijai užkoduoti, trumpesnės RNR grandinės – jai pernešti, o pagal tą informaciją pagaminti baltymai vykdo ląstelėms gyvuoti reikalingas chemines reakcijas. Menkai tikėtina, kad ši triguba sistema visada buvo galutinės formos. Bet vienas iš komponentų, RNR, gali atlikti kitų dviejų funkcijas, tad galbūt atsirado pirmiau už juos. Kaip DNR, RNR gali saugoti genetinę informaciją ją sudarančių bazių sekoje. Ir kaip baltymai, RNR gali katalizuoti chemines reakcijas, taip pat replikuotis.

Iš šių dienų ląstelėse randamų užuominų atrodo, kad jos išties gali būti kilusios iš RNR pagrindo gyvybės. Beveik visos turi ribosoma vadinamą struktūrą – molekulinį fabriką, kuris iš cheminių medžiagų, vadinamų aminorūgštimis, lipdo baltymus. Tikėtina, kad tokio gyvybiškai svarbaus elemento struktūra nepakito net per milijardus metų. O darbinę ribosomos pusę, kuri ir užsiima lipdymu, sudaro viena ilga RNR grandinė. Taip pat šių dienų ląstelėse yra cheminių medžiagų, vadinamų ribozimais. Tai iš RNR, o ne iš baltymų sudaryti enzimai, kurie ląstelėse atlieka įvairias svarbias funkcijas. Kaip ribosoma, jie gali būti biocheminis palikimas iš anksčiausių gyvybės laikų.

Teoriškai įmanoma, kad egzistavo RNR pasaulis, kuriame nedidelės RNR grandinės kūrė savo kopijas ir kartais mutavo. Bet tada kyla kitas klausimas – iš kur atsirado RNR? Ieškodami atsakymo kiti mokslininkai pasirinko priešingą taktiką – pradeda nuo chemijos ir žiūri, ką galima sulipdyti.

Garsiausią iš tokių eksperimentų 1952 m. atliko Stanley Milleris (žr. nuotr.) ir Haroldas Urey. Jie užpildė flakoną vandeniu, vandeniliu, amoniaku ir metanu, t. y. cheminių medžiagų mišiniu, kuris, kaip manoma, maždaug atitinka ankstyvąją Žemės atmosferą. Gavusios energijos iš elektros kibirkščių (pakeitusių žaibą, nors būtiną postūmį galėjo duoti ir ultravioletiniai saulės spinduliai), tos cheminės medžiagos pradėjo jungtis į ilgesnes, sudėtingesnes atmainas ir flakono dugną padengė tiršta, deguto rudumo medžiaga. Išanalizavus nuosėdas, be kitų junginių, aptikta ir kelių rūšių aminorūgščių.

Vėliau nuo S. Millerio ir H. Urey tikrintos pirmapradės sriubos hipotezės nusigręžta. Kritikai pabrėžia, kad net ištisai žaibuojant cheminė sintezė vyktų kankinamai lėtai. Taip pat neaišku, kaip galėjo susidėti sriubos ingredientai. Bet vartant meniu galima rasti ir kitų idėjų. NASA tyrėjas Michaelas Russellas teigia, kad gyvybė galėjo atsirasti baltaisiais kaminais vadinamuose povandeniniuose dariniuose, kuriuos formuoja ugnikalnių šildomas mineralų prisotintas vanduo, besiveržiantis iš vandenyno dugno gelmių. Šiems kaminams būdinga korio struktūra, o Nicko Lane’o iš Londono universiteto koledžo eksperimentai rodo, kad to korio poros gali funkcionuoti kaip primityvios ląstelės, viduje koncentruodamos organiką ir net palaikydamos potencialų skirtumą, būdingą šių dienų ląstelėms.

Kadangi ankstyviausių gyvybės formų fosilijų neišliko, šios teorijos tėra ginčai dėl tikėtinumo. Bet tyrėjai šį tą gali padaryti – pabandyti patys laboratorijoje sukurti paprastą gyvybę. Būtent tuo ir užsiima biologas Jackas Szostakas iš Harvardo universiteto. Jis derina ėjimo nuo sudėtingo prie paprastesnio ir atvirkščią būdus, bandydamas sukurti protoląsteles, galėjusias susiformuoti iš paprastų pirminių cheminių medžiagų, bet taip, kad atsirastų aplinka, kurioje smulkios RNR grandinės gali katalizuoti savo replikaciją.

Su komanda J. Szostakas iš riebalinių molekulių, vadinamų lipidais, gniužulų jau sukūrė gana tvirtas protoląsteles, kurios gali apsaugoti savo RNR nuo išorinio poveikio.

Ar ten kas nors yra?

Kitas būdas išsiaiškinti, ar lengva užsimegzti gyvybei, – ieškoti jos kitur. Rugpjūtį sukako 50 metų, kai britų mokslininkas Jamesas Lovelockas žurnale „Nature“ paskelbė darbą „Fizinis gyvybės aptikimo eksperimentų pagrindas“ („A physical basis for life-detection experiments“). Tai buvo pirmas pasiūlymas, kaip per atstumą rasti gyvybės apraiškų, pabrėžiant, kad planetų atmosferoje reikia ieškoti nestabilių cheminių medžiagų mišinių.

Vėliau, XX a. 8-ajame dešimtmetyje, pora į Marsą išsiųstų amerikiečių „Viking“ aparatų aptiko keistų cheminių darinių, bet aiškių gyvybės ženklų nerado. Vis dėlto dalis mokslininkų tebesitiki, kad Marso gyvybė gali pasirodyti. Nors visų žinomų formų gyvybei būtinas skystas vanduo, o šių dienų Marsas tėra sustingusi dykuma, iš gautų įrodymų atrodo, kad kadaise ten buvo šilčiau ir drėgniau. Iš orbitos matyti senovinės upių vagos, paviršiuje pilna nuosėdinių uolienų.

Jei Žemėje gyvybė išties kilo iš pirmapradės sriubos, o gal iš baltojo kamino, marsietiški analogai galėjo pasiūlyti ne prastesnę tikimybę nei žemietiški. Visai įmanoma, kad Marso būtybės gyvuoja ir šiandien: tūno gelmėse, kur dar liko nedidelių skysto vandens telkinių. Kai turi ištisą planetą, kur gali pasislėpti, sunku įsivaizduoti, kaip visiškai paneigti idėją apie atkampiai įsikūrusius Marso padarus.

Ateivių medžiotojams gali labiau sektis kituose Saulės sistemos kūnuose – ten, kur kol kas netrūksta vandens. Du iš jų – Jupiterio palydovas Europa ir Saturno palydovas Enceladas. Atrodo, kad abu ledo kaustomi pasauliai turi ištisus požeminius vandenynus, kuriuos šildo planetų, aplink kurias jie skrieja, traukos minkomų uolienų išskiriama šiluma.

Iš Encelado į kosmosą trykšta vandens fontanai. 2008 m. NASA zondas „Cassini“ juos kirto ir pranešė, kad juose yra anglies pagrindo molekulių (chemikai jas vadina organinėmis, net jei jų kilmė nėra biologinė). Taigi Encelade yra visų pagrindinių gyvybei reikalingų komponentų: vandens, organinių cheminių medžiagų ir energijos. Šiuo metu tariamasi dėl robotų misijų, kad būtų galima pasidairyti iš arčiau.

Net jei paaiškės, kad Saulės sistemoje tuščia, netrukus gali būti įmanoma nustatyti, ar yra gyvybės (ar bent rimtų jos užuominų) kitose planetų sistemose. Dažniausiai tokių sistemų planetos aptinkamos ieškant nežymių žvaigždės šviesos užtemimų, kurie matomi vienai iš žvaigždės planetų praskriejus tarp jos ir Žemės. Užtemimo metu mažytė žvaigždės šviesos dalis kerta planetos atmosferą, kurią sudarančios dujos sugeria tam tikras žvaigždės spektro dalis, todėl jame lieka skylių (juodų juostų). Iš šių išsidėstymo sprendžiama apie atmosferos sudėtį.

Ateivių medžiotojams gali labiau sektis kituose Saulės sistemos kūnuose – ten, kur kol kas netrūksta vandens. Du iš jų – Jupiterio palydovas Europa ir Saturno palydovas Enceladas.

Ypač domina deguonis. Saulės sistemoje pakankamai laisvo deguonies rasi tik Žemės atmosferoje, nes gyvybė (ar bent fotosintezę vykdančios bakterijos ir augalai) jo išskiria pakankamai, neatsilikdama nuo jo naudojimo tempo, kai ore esantis deguonis reaguoja su kitomis dujomis, pavyzdžiui, metanu. Jei tolimos planetos atmosferoje būtų ir deguonies, ir metano, tai būtų mišinys, pasižymintis būtina nestabilumo ypatybe, kurią nurodė J. Lovelockas. Tai reikštų, kad kažkas ten išskiria pakankamai deguonies, o be fotosintezės sunku įsivaizduoti kitą procesą, dėl kurio tai galėtų vykti ilgą laiką.

Bet, skirtingai nei iškalbingi faktai iš atmosferos, kitų įtikinamų įrodymų rasti bus sunku. Vienintelis aiškus gyvybės egzistavimo ženklas būtų išvysti ją savo akimis (galbūt pavyks pamatyti Marso mikrobų) arba, jei ji protinga, pastebėti sąmoningus bandymus susisiekti, kurių jau ne vieną dešimtmetį nesėkmingai dairosi projekto „Nežemiško proto paieškos“ įgyvendintojai.

Gal Žemė išties unikali, kai fantastiškai susiklosčius aplinkybėms atsirado neįtikėtina, kitur nežinoma chemija, kuri geba reprodukuotis. Bet, sprendžiant iš išmatuojamų F. Drake’o lygties narių, tai menka tikimybė. Vien dėl to, kad svetimos gyvybės dar neaptikome, negalima teigti, jog ji neegzistuoja. Gal ją rasime naujoje tirti numatytoje žvaigždžių sistemoje. O gal vieną dieną J. Szostakas įžengs į laboratoriją ir pamatys, kad viename iš flakonų plaukioja tai, ko dar vakar ten nebuvo.

2015 10 11 10:04
Spausdinti