Supernova jäännös N 63A. Kuvan luotto: Hubble Klikkaa suuremmaksi
Tähtien kuolema teki mahdolliseksi elämän maapallolla. Atomit, kuten hiili ja happi, karkotettiin muutamassa viimeisessä kuolevassa tähtihunnassa sen jälkeen kun niiden lopullinen vetypolttoaineen määrä oli käytetty loppuun.
Kuinka nämä tähtituotteet yhdistyivät elämän muodostamiseksi, on edelleen mysteeri, mutta tutkijat tietävät, että tietyt atomiyhdistelmät olivat välttämättömiä. Vesi - kaksi vetyatomia, jotka on kytketty yhteen happiatomiin - oli elintärkeää maapallon elämän kehitykselle, ja NASA-operaatiot etsivät nyt vettä muista maailmoista toivoen löytävänsä elämää muualta. Pääosin hiiliatomeista rakennettujen orgaanisten molekyylien ajatellaan myös olevan tärkeitä, koska kaikki maapallon elämä on hiilipohjaista.
Elämän alkuperän suosituimpia teorioita sanotaan, että tarvittava kemia tapahtui hydrotermisissä tuuletusaukkoissa merenpohjassa tai jossain auringonvalossa matalassa uima-altaassa. Viime vuosien löytöt ovat kuitenkin osoittaneet, että monet elämän perusmateriaaleista muodostuvat avaruuden kylmissä syvyyksissä, joissa elämä, kuten tiedämme, ei ole mahdollista.
Kun kuolevat tähdet karkaavat hiiltä, jotkut hiiliatomeista yhdistyvät vedyn kanssa muodostaen polysyklisiä aromaattisia hiilivetyjä (PAH). PAH-yhdisteet - eräänlainen hiilen noki, joka on samanlainen kuin palanneen paahtoleivän paloitellut osat - ovat avaruuden yleisimmät orgaaniset yhdisteet ja hiilipitoisten chondrite-meteoriittien tärkein ainesosa. Vaikka PAH-yhdisteitä ei löydy elävistä soluista, ne voidaan muuttaa kinoneiksi, molekyyleiksi, jotka osallistuvat solun energiaprosesseihin. Esimerkiksi kinoneilla on tärkeä rooli fotosynteesissä, ja ne auttavat kasveja muuttamaan valon kemialliseksi energiaksi.
PAH-yhdisteiden muutos tapahtuu tähtienvälisissä jään ja pölyn pilvissä. Avaruuden läpi lentämisen jälkeen PAH-noki tiivistyy lopulta näihin ”tiheisiin molekyylipilviin”. Näiden pilvien materiaali estää jonkin verran, mutta ei kaikkia, avaruuden kovaa säteilyä. Läpäisevä säteily muuttaa PAH-yhdisteitä ja muuta materiaalia pilvissä.
Pilvien infrapuna- ja radioteleskooppihavainnot ovat havainneet PAH-yhdisteet, samoin kuin rasvahapot, yksinkertaiset sokerit, vähäiset määrät aminohappoglysiiniä ja yli 100 muuta molekyyliä, mukaan lukien vesi, hiilimonoksidi, ammoniakki, formaldehydi ja syaanivety.
Pilvistä ei ole koskaan otettu näytteitä suoraan - ne ovat liian kaukana - joten vahvistaakseen, mitä pilvissä tapahtuu kemiallisesti, Max Bernsteinin ja Scott Sandfordin johtama tutkimusryhmä NASA: n Ames-tutkimuskeskuksen astrokemian laboratoriossa perusti kokeiluja matkiakseen pilviolosuhteet.
Yhdessä kokeessa PAH / vesiseos kerrostetaan höyryllä suolalle ja pommitetaan sitten ultravioletti (UV) -säteilyllä. Tämän avulla tutkijat voivat tarkkailla, kuinka PAH: n perusluuranko muuttuu kinoneiksi. Jäädytetyn veden, ammoniakin, syaanivedyn ja metanolin (formaldehydiä edeltävä kemikaali) seoksen säteilyttäminen tuottaa aminohapot glysiini, alaniini ja seriini - elävän järjestelmän kolme runsaasti aminohappoa.
Tutkijat ovat luoneet primitiivisiä orgaanisia solumaisia rakenteita tai rakkuloita.
Koska UV ei ole ainoa säteilytyyppi avaruudessa, tutkijat ovat myös käyttäneet Van de Graaff -generaattoria pommittamaan PAH: ita megaelektroni voltti (MeV) -protoneilla, joilla on samanlaiset energiat kuin kosmisilla säteillä. PAH-yhdisteiden MeV-tulokset olivat samanlaisia, vaikkakaan eivät identtisiä UV-pommituksen kanssa. MeV-tutkimusta aminohapoista ei ole vielä tehty.
Nämä kokeet viittaavat siihen, että UV- ja muut säteilymuodot tuottavat tarvittavaa energiaa kemiallisten sidosten hajottamiseksi tiheiden pilvien alhaisissa lämpötiloissa ja paineissa. Koska atomit ovat edelleen lukittuneita jäähän, molekyylit eivät leviä toisistaan, vaan yhdistyvät sen sijaan monimutkaisemmiksi rakenteiksi.
Toisessa Jason Dworkinin johtamassa kokeessa veden, metanolin, ammoniakin ja hiilimonoksidin pakastettu seos altistettiin UV-säteilylle. Tämä yhdistelmä tuotti orgaanista ainetta, joka muodosti kuplia upotettaessa veteen. Nämä kuplat muistuttavat solukalvoja, jotka sulkevat ja keskittävät elämän kemiaa erottaen sen ulkomaailmasta.
Tässä kokeessa tuotetut kuplat olivat välillä 10 - 40 mikrometriä tai suunnilleen punasolujen kokoisia. On huomattavaa, että kuplat fluoresoivat tai hehkuvat altistettaessa UV-valolle. UV: n absorboiminen ja sen muuttaminen näkyväksi valoksi voisi tarjota energiaa primitiiviselle solulle. Jos sellaisilla kuploilla olisi ollut merkitystä elämän alkuperässä, fluoresenssi olisi voinut olla fotosynteesin edeltäjä.
Fluoresenssi voi myös toimia aurinkovoidena, hajottaen kaikki vahingot, jotka muuten aiheutuisivat UV-säteilystä. Tällainen suojaava toiminto olisi ollut elintärkeää varhaisessa maapallossa tapahtuvalle elämälle, koska otsonikerros, joka estää auringon tuhoisimmat UV-säteet, muodostui vasta, kun fotosynteettinen elämä alkoi tuottaa happea.
Avaruuspilvistä elämän siemeniin
Tiheät molekyylipilvet avaruudessa romahtavat lopulta painovoiman muodostaakseen uusia tähtiä. Jotkut jäljellä olevista pölyistä myöhemmin rypistyvät yhteen asteroidien ja komeettojen muodostamiseksi, ja osa näistä asteroideista kasaantuu yhteen muodostaen planeettaytimiä. Maapallollamme elämä syntyi sitten kaikista käsillä olevista perusmateriaaleista.
Elävien solujen rakentamiseksi tarvittavat suuret molekyylit ovat:
* Proteiinit
* Hiilihydraatit (sokerit)
* Lipidit (rasvat)
* Nukleiinihapot
Meteoriittien on havaittu sisältävän aminohappoja (proteiinien rakennuspalikoita), sokereita, rasvahappoja (lipidien rakennuspalikoita) ja nukleiinihappoemäksiä. Esimerkiksi Murchisonin meteoriitti sisältää rasvahappoketjuja, erityyppisiä sokereita, kaikkia viittä nukleiinihappoemästä ja yli 70 erilaista aminohappoa (elämässä käytetään 20 aminohappoa, joista vain kuusi on Murchisonin meteoriitissa).
Koska tällaisten hiilipitoisten meteoriittien koostumus on yleensä yhdenmukainen, niiden uskotaan edustavan alkuperäistä pölypilviä, josta aurinko ja aurinkokunta syntyivät. Joten näyttää siltä, että melkein kaikki elämää varten tarvittava oli alussa saatavana, ja meteoriitit ja komeetat toimittavat sitten uudet materiaalit planeetoille ajan myötä.
Jos tämä on totta ja jos molekyylin pölypilvet ovat kemiallisesti samanlaisia koko galaksissa, elämän ainesosien tulisi olla laajalle levinneet.
Elämän ainesosien abioottisen tuotannon haittapuoli on, että yhtäkään niistä ei voida käyttää ”biomarkkereina”, mikä osoittaa, että elämä esiintyy tietyssä ympäristössä.
Max Bernstein osoittaa Alan Hills -meteoriitin 84001 esimerkkiin biomarkkereista, jotka eivät antaneet todistusta elämästä. Vuonna 1996 NASA: n Johnson-avaruuskeskuksen Dave McKay ja hänen kollegansa ilmoittivat, että tässä Marsin meteoriitissa oli neljä mahdollista biomarkkerit. ALH84001: llä oli hiilimagneetteja, jotka sisälsivät PAH-yhdisteitä, mineraalijakaumaa, joka viittaa biologiseen kemiaan, magnetiittikiteitä, jotka muistuttavat bakteerien tuottamia, ja bakteerimaisia muotoja. Vaikka kummankaan yksin ei ajateltu olevan todisteita elämästä, ne neljä yhdessä vaikuttivat pakottavilta.
McKay-ilmoituksen jälkeen myöhemmissä tutkimuksissa havaittiin, että myös kutakin näistä ns. Biomarkkereista voitaisiin tuottaa elottomilla keinoilla. Siksi useimmat tutkijat ovat nyt taipuvaisia uskomaan, että meteoriitti ei sisällä fossiilisoituneita muukalaisia.
"Heti kun he saivat tuloksen, ihmiset menivät heittämään heitä, koska se on tapa, jolla se toimii", Bernstein sanoo. "Mahdollisuuksemme olla tekemättä virhettä, kun keksimme biomarkkerin Marsilla tai Europa-sivustolla, ovat paljon parempia, jos olemme jo tehneet vastaavan sen, mitä nämä kaverit tekivät sen jälkeen, kun McKay, et al., Julkaistiin artikkelinsa."
Bernstein kertoo, että simuloimalla olosuhteita muilla planeetoilla, tutkijat voivat selvittää, mitä siellä pitäisi tapahtua kemiallisesti ja geologisesti. Sitten, kun vierailemme planeetalla, voimme nähdä kuinka hyvin todellisuus vastaa ennusteita. Jos planeetalla on jotain sellaista, jota emme odottaneet löytävän, se voi olla merkki siitä, että elämäprosessit ovat muuttaneet kuvaa.
"Se mitä sinulla on Marsilla tai Europa-sivustolla, on toimitettu materiaali", Bernstein sanoo. ”Lisäksi sinulla on kaikki, mitä myöhemmin on muodostunut kaikista olosuhteista. Joten (elämän etsimiseksi) sinun on tarkasteltava olemassa olevia molekyylejä ja pidettävä mielessä kemia, jota on mahdollisesti tapahtunut ajan myötä. ”
Bernstein ajattelee, että kiraalisuus tai molekyylin ”kädellisyys” voisi olla biomarkkeri muissa maailmoissa. Biologiset molekyylit ovat usein kahdessa muodossa, vaikka ne ovat kemiallisesti identtisiä, mutta muodot ovat vastakkaiset: “vasenkätinen” ja sen peilikuva, “oikeakätinen”. Molekyylin kätisyys johtuu siitä, kuinka atomit sitoutuvat. Vaikka kädet ovat jakaantuneet tasaisesti kaikkialle luontoon, maapallon elävissä järjestelmissä on useimmissa tapauksissa vasemman käden aminohappoja ja oikeakätisiä sokereita. Jos muiden planeettojen molekyylit osoittavat erilaista kätkeytyvyyttä, Bernstein sanoo, se voisi olla osoitus vieraasta elämästä.
"Jos menisit Marsille tai Eurooppaan ja huomasit samanlaisen harhaluulon kuin meidän, sokereilla tai aminohapoilla, joilla on kiraalisuutemme, ihmiset vain epäisivät sen olevan pilaantumista", Bernstein sanoo. "Mutta jos näit aminohapon, jolla on ennakkoluulo oikealle, tai jos näit sokerin, jolla oli taipumus vasemmalle - toisin sanoen, ei muodollemme -, se olisi todella pakottavaa."
Bernstein toteaa kuitenkin, että meteoriiteissa esiintyvät kiraalimuodot heijastavat sitä, mitä maan päällä nähdään: meteoriitit sisältävät vasemmanpuoleisia aminohappoja ja oikeakätisiä sokereita. Jos meteoriitit edustavat mallia elämästä maapallolla, niin myös muualla aurinkokunnassa tapahtuva elämä voi heijastaa samoja kättäisyyden puolueellisuuksia. Siksi elämän todistamiseen voidaan tarvita jotain muuta kuin kiraalisuutta. Bernstein sanoo, että molekyyliketjujen löytäminen, kuten "pari aminohappoa, jotka ovat kytketty toisiinsa", voisi myös olla todiste elämälle, "koska meteoriiteissa meillä on taipumus nähdä vain yksittäisiä molekyylejä".
Alkuperäinen lähde: NASA Astrobiology
