Cuvânt înainte de Boris Stern
Am plănuit de mult timp să purtăm o discuție legată de întrebarea eternă a locului omului în Univers. Aceasta, desigur, este despre viața extraterestră și despre planete de la alte stele. În prezent, sunt cunoscute puțin mai puțin de 6 mii de exoplanete, dintre care peste două mii așteaptă confirmarea independentă. Dar pentru cercetarea statistică, puteți utiliza toate cele 6 mii.
Există foarte puține planete între ele care se presupune că sunt potrivite pentru viață. Acest lucru este natural, pentru că sunt cele mai greu de găsit: un efect de selecție foarte puternic funcționează împotriva planetelor asemănătoare pământului. Sunt prea ușori pentru a fi prinși de viteza radială a unei stele, iar anul lor este prea lung pentru ca tranzitele lor să fie dezgropate în mod fiabil de la telescopul spațial Kepler 1. Excepție fac planetele din zona locuibilă a piticilor roșii, care sunt deschise chiar sub nasurile noastre, este mult mai ușor să le găsim. Există o mulțime de astfel de planete, dar, din păcate, piticii roșii sunt foarte incomode pentru viața de lângă ei. Cu toate acestea, extrapolarea datelor lui Kepler pentru „terenurile fierbinți” ale stelelor precum Soarele dă un rezultat foarte optimist: cel puțin 15% din aceste stele au planete în zona lor locuibilă. Această estimare a fost obținută independent de mulți autori,iar de-a lungul timpului devine din ce în ce mai optimist: 20% și chiar un sfert din soare au terenuri. Aceasta înseamnă că cea mai apropiată clasă G sau K stea de noi cu Pământul pe orbită în intervalul locuibil se află în termen de 15 ani lumină. Există puține astfel de vedete, iar candidații apar deja, de exemplu Tau Ceti. Există multe astfel de planete pe o rază de, să zicem, 30 de ani lumină.
Metodele de observare progresează treptat. Noile planete similare Pământului din apropiere vor fi descoperite folosind instrumentul îmbunătățit HARPS. În următoarea decadă, vom învăța ceva sau două despre atmosfera unor planete asemănătoare Pământului folosind instrumente precum telescopul gigant Extremely Large (ELT) și Telescopul spațial James Webb. Și este posibil ca oxigenul să apară în spectrul de absorbție al atmosferei unei planete de tranzit (care trece prin discul unei stele). Dacă steaua nu este prea activă și suficient de veche, oxigenul poate fi doar biogen. Așa se poate detecta viața extraterestră.
Este real? Dacă viața apare în orice colț imediat ce apar condiții pentru asta - de ce nu? Dar este? Argumentul este adesea făcut că viața pe Pământ a apărut foarte repede, ceea ce înseamnă că acesta este cazul - câteva sute de milioane de ani sunt suficienți pentru ca acesta să apară într-un fel de supă. Dar există și un contraargument - o „supă” potrivită nu poate exista decât pe o planetă tânără - viața apare fie rapid, niciodată.
Și, desigur, există punctul de vedere opus: viața este un fenomen rar bazat pe o coincidență complet incredibilă. Cel mai detaliat punct de vedere pe această temă, profesional și cu estimări cantitative, a fost exprimat de Evgeny Kunin. Viața se bazează pe copierea moleculelor lungi, inițial erau molecule de ARN. Copierea se face printr-un anumit dispozitiv numit „replică” (aceste rânduri au fost scrise de un fizician, prin urmare terminologia din punctul de vedere al unui biolog este oarecum incomodă). Replicase nu va veni de nicăieri dacă nu este programată în același ARN copiat.
Potrivit lui Kunin, pentru ca autoreproducerea ARN să înceapă și odată cu evoluția acestuia, „este minim aspectul spontan al următoarei.
- Două ARN-uri cu o dimensiune totală de cel puțin 1000 de nucleotide.
- Aproximativ 10 adaptori primitivi de 30 de nucleotide fiecare, pentru un total de aproximativ 300 de nucleotide.
- Cel puțin o replică ARN care codifică are aproximativ 500 de nucleotide (scor inferior). În modelul acceptat, n = 1800, și ca rezultat, E <10 - 1081 ".
În fragmentul dat, ne referim la o codificare de patru litere, numărul de combinații posibile este de 41800 = 101081, dacă doar câteva dintre ele încep procesul de evoluție, atunci probabilitatea asamblării necesare pentru o „încercare” de asamblare spontană este ~ 10-1081.
Video promotional:
Nu există nicio contradicție în faptul că rezultatul este în fața ochilor noștri, nu există: conform teoriei inflației, Universul este imens, zeci de ordine de mărime mai mari decât partea sa vizibilă și dacă înțelegem universul ca un spațiu închis, atunci există universuri cu același vid ca al nostru, un set gigantic … Cea mai mică probabilitate este realizată undeva, dând naștere unui spectator surprins.
Aceste două extreme înseamnă mult în ceea ce privește locul nostru în univers. În orice caz, suntem singuri. Dar dacă viața există zeci de ani-lumină distanță de noi, aceasta este singurătatea tehnologică depășită de dezvoltare și răbdare milenară. Dacă evaluarea lui Kunin este corectă, aceasta este o singurătate fundamentală care nu poate fi depășită cu nimic. Atunci noi și viața pământească suntem un fenomen unic în volumul conectat cauzal al Universului. Singurul și cel mai valoros. Acest lucru este important pentru strategia viitoare a umanității. În primul caz, baza strategiei este căutarea. În cel de-al doilea caz - semănatul (există chiar și un astfel de termen "panspermie direcționată"), care include și căutarea unui sol adecvat.
Toate acestea merită o discuție. Există lacune prin argumentul lui Kunin? Există mecanisme care pot fi percepute ocolind „complexitatea ireductibilă” a replicatorului ARN? Este chiar de neiertat? Etc.
Am cerut părerile mai multor biologi.
Alexandru Markov, doctorat biol. științe, conduse. științific. sotr. Institutul paleontologic RAS, cap. Departamentul de Evoluție Biologică, Facultatea Biologică, Universitatea de Stat din Moscova:
Evaluarea lui Evgeny Kunin, care implică faptul că suntem în speranță singuri în univers, se bazează pe o presupunere cheie. Kunin credea că, pentru a începe procesul de replicare a ARN (și odată cu el evoluția darwinistă; este logic să considerăm acest moment ca fiind momentul originii vieții), a fost necesar ca pur întâmplător - ca rezultat al combinației aleatorii de polimerizări (de exemplu, pe matrice minerale) ribonucleotide - a apărut o ribozimă cu activitate de ARN polimerază, adică o moleculă de ARN lung, care are o secvență de nucleotide complet definită (și nu doar oricare) și, datorită acestui fapt, este capabilă să catalizeze eficient replicarea ARN.
Dacă nu există altă cale, o altă „intrare” în lumea celor vii din lumea materiei neînsuflețite, atunci Kunin are dreptate și ar trebui să renunțăm la speranța de a găsi orice viață în Univers, cu excepția celor pământești. Se poate presupune că totul a început nu cu o singură polimerază extrem de eficientă, ci, de exemplu, cu o anumită comunitate de polimeraze și ligaze mici, ineficiente (ribozime care sunt capabile să coase molecule scurte de ARN în altele mai lungi): poate acest lucru va face ca evaluarea să fie ceva mai optimistă, dar nu va schimba fundamental situația. Pentru că primul replicator era încă foarte complex și ar fi trebuit să apară fără ajutorul evoluției darwiniene - de fapt, întâmplător.
O alternativă viabilă este replicarea ARN non-enzimatică (ARN NR): un proces prin care moleculele de ARN sunt replicate fără ajutorul ribozimelor sau enzimelor proteice complexe. Un astfel de proces există, este catalizat de ioni Mg2 +, dar merge prea încet și inexact - cel puțin în condițiile în care cercetătorii au avut timp să încerce.
Cu toate acestea, există speranța că va fi totuși posibilă găsirea unor condiții plauzibile (care, în principiu, ar putea exista pe unele planete), atunci când ARN NR va merge destul de repede și cu exactitate. Poate că acest lucru necesită un fel de catalizator relativ simplu care poate fi sintetizat într-un mod abiogen. Este posibil ca peptidele abiogene simple, cu mai multe reziduuri de acid aspartic încărcate negativ, care rețin ioni de magneziu, să acționeze ca atare catalizatori: ARN polimerazele proteice au centre active similare, iar această posibilitate este acum explorată.
Problema posibilității unui ARN NR eficient este de o importanță fundamentală pentru evaluarea probabilității originii vieții. Dacă ARN NR este posibil, atunci pot exista destul de multe planete vii în Universul observabil. Diferențele fundamentale între cele două scenarii - cu ARN NR posibil și imposibil - sunt prezentate în tabel. Dacă NR este posibil, evoluția darwinistă ar putea începe aproape imediat după apariția primelor molecule scurte de ARN. Avantajul selectiv ar fi trebuit să fie obținut de acele molecule de ARN care s-au înmulțit mai eficient cu ajutorul HP. Acestea ar putea fi, de exemplu, molecule cu repetări palindromice, care ar putea servi ele însele ca primeri - „semințe” pentru replicare; palindromii se pot plia în structuri tridimensionale - „fire de păr”, ceea ce crește probabilitatea apariției proprietăților catalitice în molecula ARN. Oricum, dupăPe măsură ce evoluția darwinistă a început, dezvoltarea în continuare a vieții a fost determinată nu numai din întâmplare, ci și prin lege.
Estimările probabilității (frecvenței) originii vieții în aceste două scenarii ar trebui să difere cu un număr foarte mare de comenzi (deși, desigur, nimeni nu va da cifre exacte). De asemenea, este important de menționat că, dacă viața își are originea „în conformitate cu Kunin”, adică datorită asamblării aleatorii a unei ribozime-polimerază, atunci principiul complementarității (împerecherea specifică a nucleotidelor), pe baza căreia capacitatea ARN de a se reproduce și de a evolua, se dovedește a fi un fel de „pian în tufișuri.”, Ceea ce nu a avut nimic de-a face cu faptul că o cantitate atât de mare de molecule de ARN s-au acumulat pe planete, încât o accidentală ribozimă cu ARN polimerază a apărut accidental pe una dintre planete. Dacă viața a apărut „în conformitate cu Shostak” (laureatul Nobel Jack Shostak studiază acum activ ARN-ul NR și consideră că acest proces este cheia misterului originii vieții),atunci complementaritatea nu a fost un „pian în tufiș”, ci a funcționat de la bun început. Acest lucru face ca întregul scenariu de origine a vieții să fie mult mai convingător și mai logic. Aș paria pe Shostak.
Astfel, acum totul depinde de succesul specialiștilor în domeniul chimiei prebiotice. Dacă găsesc condiții realiste în care ARN NR merge bine, atunci avem șansa de a găsi viață pe alte planete. Și dacă nu, atunci … trebuie să privim mai departe.
Armen Mulkidzhanyan, Dr. biol. Sci., Universitatea din Osnabrück (Germania), a condus. științific. sotr. MSU:
Este dificil de argumentat cu faptul că viața a apărut cu mult timp în urmă și pe tânărul Pământ. Pământul este compus din roci condritice, ca niște meteoriți. Încălzirea acestor roci în timpul formării Pământului a provocat topirea apei aduse cu condriși. Interacțiunea apei cu o rocă încălzită și redusă ar fi trebuit să conducă la eliberarea de electroni, la formarea de hidrogen și la reducerea dioxidului de carbon (CO2) la diverși compuși organici. Procese similare se desfășoară în continuare în zone de activitate geotermică, de exemplu, în câmpurile geotermale, dar cu intensitate scăzută. Deci, formarea materiei organice în cantități mari poate fi așteptată pe planetele tinere ale altor stele. Probabilitatea ca viața să apară în acest caz poate fi estimată luând în considerare evoluția vieții pământești.
În primele două miliarde de ani, numai microbii au trăit pe Pământ. Ar fi continuat astfel, dar acum aproximativ 2,5 miliarde de ani, bacteriile fotosintetice au învățat să folosească energia luminii pentru a descompune apa. Fotosinteza a apărut inițial ca un înlocuitor al proceselor geochimice amortizate de „evacuare” a excesului de electroni. În fotosinteză, energia luminii este utilizată pentru oxidarea diferiților compuși, adică pentru a „îndepărta” electroni de la aceștia, pentru a activa fotoactivitatea acestor electroni și pentru a reduce în cele din urmă CO2 la compușii organici de către aceștia. Sistemul de descompunere a apei a apărut ca urmare a evoluției treptate a enzimelor fotosintetice mai simple conservate la unele bacterii. Există mai multe scenarii foarte plauzibile pentru modul în care astfel de enzime, folosind lumina și clorofila, mai întâi oxidează sulfura de hidrogen (și chiar acum o fac unele persoane), apoi,pe măsură ce sulfura de hidrogen din mediu s-a epuizat, electronii au fost luați din ioni de fier feroși, apoi din ioni de mangan. Drept urmare, au învățat cumva să descompună apa. În acest caz, electronii luați din apă au trecut la sinteza materiei organice, iar oxigenul a fost eliberat ca produs secundar. Oxigenul este un agent oxidant foarte puternic. A trebuit să mă apăr de el. Apariția multicelularității, sângelui cald și, în cele din urmă, a inteligenței sunt toate etapele diferite de protecție împotriva oxidării de oxigenul atmosferic.sânge cald și, în cele din urmă, rațiune - toate acestea sunt diferite etape diferite de protecție împotriva oxidării de oxigenul atmosferic.sânge cald și, în cele din urmă, rațiune - toate acestea sunt diferite etape diferite de protecție împotriva oxidării de oxigenul atmosferic.
Descompunerea apei are loc într-un centru catalitic unic care conține un grup de patru atomi de mangan și un atom de calciu. În această reacție, care necesită patru cantețe de lumină, două molecule de apă (2 H2O) se descompun simultan pentru a forma o moleculă de oxigen (O2). Aceasta necesită energia a patru quanta de lumină. Pe atomii de mangan, ca răspuns la absorbția a trei quanta de lumină, se acumulează secvențial trei posturi vacante de electroni („găuri”) și numai atunci când este absorbită a patra cantitate de lumină, ambele molecule de apă sunt oxidate, găurile sunt umplute cu electroni și se formează o moleculă de oxigen. Deși structura clusterului de mangan a fost recent determinată cu mare precizie, modul în care funcționează acest dispozitiv în patru timpi nu este înțeles pe deplin. De asemenea, nu este clar cum și de ce în centrul catalitic, unde se pare că în bacteriile fotosintetice primitive,ionii de mangan au fost oxidati, patru dintre atomii sai combinati cu un atom de calciu intr-un cluster capabil sa descompuna apa. Termodinamica participării clorofilei la oxidarea apei este, de asemenea, misterioasă. Teoretic, clorofila aflată sub iluminare poate oxida sulfura de hidrogen, fierul și manganul, dar nu și apa. Cu toate acestea, se oxidează. În general, este ca despre un bumblebee: „Conform legilor aerodinamicii, un bumblebee nu poate zbura, dar el nu știe despre asta și zboară doar din acest motiv”.
Este foarte dificil să evaluezi probabilitatea unui sistem de descompunere a apei. Dar această probabilitate este foarte mică, deoarece în 4,5 miliarde de ani un astfel de sistem a apărut o singură dată. Nu era nevoie de el și, fără el, microbii ar prospera pe Pământ, fiind incluși în ciclurile geochimice. Mai mult, după apariția oxigenului în atmosferă, cea mai mare parte a biosferei microbiene ar fi trebuit să moară sau, mai precis, să fi ars - interacțiunea materiei organice cu oxigenul este arderea. Doar microbii au supraviețuit, după ce au învățat să respire, adică să restaureze rapid oxigenul înapoi în apă direct pe învelișul exterior, împiedicându-l să intre în interior, precum și locuitorii puținelor nișe ecologice rămase fără oxigen.
Această poveste poate servi ca exemplu al unui eveniment relativ recent (aproximativ 2,5 miliarde de ani în urmă) și relativ ușor de înțeles care a dus la o creștere accentuată a complexității sistemelor vii. Totul a început cu modificări treptate ale enzimelor fotosintetice. Apoi, a existat o invenție evolutivă o singură dată și foarte nedisponibilă (clusterul de mangan-calciu), care poate nu a fost. Schimbările extraordinare ulterioare au fost o reacție la apariția oxigenului „toxic” în atmosferă: selecția darwiniană a pornit la putere maximă, a trebuit să învăț să respir profund și să-mi mișc creierul.
În total, avem un proces care se desfășoară în trei etape: (1) schimbări treptate - (2) un eveniment improbabil o dată - (3) evoluție ulterioară, dar la un nivel diferit sau în condiții diferite. Această schemă poate fi privită ca un analog molecular al schemei clasice a aromorfozelor lui Severtsov.
Dacă priviți evoluția post-oxigen, puteți identifica mai multe astfel de evenimente improbabile o singură dată care au schimbat cursul evoluției. Aceasta este „adunarea” unei celule eucariote complexe și apariția plantelor vasculare și diverse „descoperiri” în evoluția animalelor, despre care, de fapt, a scris Severtsov.
Apariția vieții, care în cadrul ipotezei lumii ARN este înțeleasă ca apariția ansamblurilor autoreproductive de molecule de ARN (replicatori), poate fi de asemenea reprezentată ca un proces în trei etape.
1) Etapa pregătitoare: ribonucleotidele care formează ARN sunt capabile să „adune” spontan din molecule simple precum cianura sau formamida sub influența luminii ultraviolete (UV). El era din belșug pe tânărul Pământ; încă nu a existat ozon care să absoarbă ultraviolete în atmosferă, deoarece nu exista oxigen, vezi mai sus. Așa cum au arătat Pouner și Saderland (Universitatea din Manchester), nucleotidele într-o formă ciclică specială „activată” sunt „selectate” în lumina UV, astfel de nucleotide sunt capabile să formeze spontan lanțuri de ARN. În plus, lanțurile ARN duble, Watson-Crick sunt mult mai rezistente la radiațiile UV decât cele singure - acest rezultat a fost descris de Evgeny Kunin în prima sa lucrare publicată în 1980. Adică pe Pământul tânăr, datorită fluxului de electroni „în plus”, s-ar putea forma o varietate de molecule organice,dar sub influența radiațiilor solare dure, au fost în primul rând molecule asemănătoare cu ARN, de preferință înfășurate în structuri elicoidale, care au supraviețuit.
2) Eveniment unic, puțin probabil: un ansamblu de mai multe molecule asemănătoare cu ARN a început să se copieze (miliarde de ani mai târziu, ansambluri ARN de autocopiere similare au fost obținute prin selecția ARN în condiții de laborator).
3) Evoluție ulterioară: replicatorii ARN au început să concureze între ei pentru resurse, să evolueze, să se unească în comunități mai mari etc.
Dezavantajul acestei scheme ipotetice este faptul că nici detaliile moleculare ale originii replicatoarelor ARN, nici factorii naturali care contribuie la selecția lor nu sunt cunoscuți. Speranța este dată de faptul că, în cazul următorului eveniment de evoluție (și la rândul său) cel mai important, și anume apariția ribozomilor, mașinilor pentru sinteza proteinelor, detaliile moleculare au fost reconstruite. Acest lucru a fost realizat prin diferite metode în patru laboratoare; rezultatele reconstrucțiilor sunt foarte similare. Pe scurt, strămoșul ribozomilor moderni foarte complexe a fost o construcție a două bucle de ARN de 50-60 ribonucleotide, capabile să combine doi aminoacizi cu o legătură peptidică. Etapele intermediare de pe această structură cu două bucle până la ribozomii moderni au fost urmărite în detaliu de Konstantin Bokov și Sergey Stadler (Universitatea din Montreal),Laureatul Nobel Ada Yonath și colegii săi (Institutul Weizmann), George Fox și colegii (Universitatea din Houston), și Anton Petrov și colegii săi (Universitatea din Georgia).
Ribozomul, care la început avea o subunitate de ARN catalitic, a devenit treptat mai complex și a crescut în dimensiuni, în tot acest timp sintetizând secvențe proteice dintr-un set aleator de aminoacizi. Numai în ultimele etape ale evoluției sale s-a contopit cu o altă moleculă de ARN, care a devenit o mică subunitate a ribozomului și a început sinteza proteinelor codificate. Astfel, apariția codului genetic este un eveniment evolutiv puțin probabil separat de apariția sintezei proteinelor ribozomale.
Cel mai probabil, cercetările ulterioare vor face posibilă reconstrucția atât a apariției replicatoarelor, cât și a altor evenimente improbabile, de exemplu, cele asociate apariției primelor celule, schimbul de gene între primele celule și viruși etc.
Revenind la întrebările puse despre probabilități: analiza noastră detaliată arată că evoluția vieții pământești nu este una „coincidență absolut incredibilă”, ci multe evenimente succesive extrem de puțin probabil.
Generația puternică de materie organică a avut loc cel mai probabil pe alte planete tinere. Dar acest lucru nu a dus neapărat la apariția vieții. Dacă ansamblul ARN autoreplicant nu s-ar fi adunat pe Pământ, nu ar fi existat viață. Producția de materie organică s-ar estompa treptat, iar Pământul ar deveni similar cu Marte sau Venus.
Dar chiar și în cazul apariției vieții pe alte planete, această viață s-ar putea „bloca” în orice etapă inițială, iar probabilitatea de a rămâne pentru totdeauna la un nivel primitiv de dezvoltare a fost incomparabil mai mare decât probabilitatea de a urca următorul pas și de a merge mai departe.
Prin urmare, probabilitatea de a întâlni extratereștrii înțelepți pe o altă planetă este imensibil mai mică decât șansa de a intra într-un soi simplu, dar care trăiește (și asta dacă ești foarte norocos). Probabilitatea ca undeva să existe viață de oxigen este, de asemenea, imensibil de mică: descompunerea apei pentru a forma oxigenul este o reacție foarte neautorizată în patru electroni.
Așadar, construirea oricărei strategii în speranța de a găsi o informație extraterestră nu este tocmai inteligentă. Faptul că există (deocamdată) ființe inteligente pe Pământ este un succes foarte mare. Prin urmare, are mult mai mult sens să investim în crearea de „câmpuri aeriene alternative” pentru viața inteligentă deja existentă în cazul în care natura eșuează sau transportatorii minții nu reușesc. Aceasta înseamnă că avem nevoie de un Pământ de rezervă, sau chiar mai bine de câțiva.
Evgeny Kunin, a condus. științific. sotr. Centrul Național pentru Informații Biotehnologice, Membru al Academiei Naționale de Științe a SUA:
Mă pot limita la observații foarte scurte, din moment ce sunt pe deplin de acord cu tot ceea ce spune Alexander Markov … cu excepția, desigur, a concluziilor. Într-adevăr, stadiul limitant al apariției vieții este formarea spontană a unei populații de molecule ribozim-polimerază cu o rată și o acuratețe suficient de ridicate. Probabilitatea unui astfel de eveniment este dispare de mici. Pentru a-l crește semnificativ, este nevoie de un proces care să creeze posibilitatea unei evoluții fără participarea unor astfel de ribozime, într-un sistem mult mai simplu. Replicarea non-enzimatică discutată de Alexandru este un bun candidat pentru un astfel de proces. Singura problemă este că pe baza a tot ceea ce știu din chimie și termodinamică, nu există nicio șansă de a aduce aceste reacții la nivelul replicării suficient de exacte a moleculelor lungi. Replicarea oligonucleotidelor foarte scurte ar fi foarte interesantă ca o posibilă etapă intermediară, dar nu va crește semnificativ probabilitatea. Astfel, concluzia mea rămâne aceeași: apariția vieții necesită evenimente extrem de puțin probabile și, prin urmare, suntem singuri în Universul nostru (problema mai multor universuri nu este necesară pentru a discuta aici). Nu numai că suntem ființe inteligente, ci mai pe larg, ființe vii în general.
Este important de menționat următoarele: probabilitatea extrem de mică de apariție a vieții în niciun caz nu înseamnă că totul s-a întâmplat printr-un miracol. Dimpotrivă, toate sunt o serie de reacții chimice normale, incluzând doar etape cu o probabilitate foarte mică. În consecință, studierea mecanismelor care facilitează cumva apariția vieții nu este doar lipsită de sens, dar extrem de importantă și interesantă. Pur și simplu nu este vizibil (încă) că acest lucru ar putea crește în mod semnificativ probabilitatea, dar crearea unui scenariu de evenimente poate fi de folos.
Ei bine, voi încheia cu o considerație cvasi-filosofică, dar, în opinia mea, relevantă. Probabilitatea extrem de scăzută a apariției vieții încalcă principiul mediocrității: evenimentele care au avut loc pe planeta noastră sunt excepționale, chiar unice în Univers. Principiul mediocrității în acest caz pierde în fața principiului antropic: oricât de incredibilă a apărut viața a fost a priori, ÎN CONDIȚIA existenței ființelor inteligente și a celulelor simple, probabilitatea acesteia este exact egală cu 1.
Mikhail Nikitin, cercetător sotr. Departamentul de Biochimie Evolutivă, Institutul de Cercetare de Biologie Fizicochimică. A. N. Belozersky Universitatea de Stat din Moscova:
Mi se pare că viața unui nivel bacterian de complexitate este răspândită în Univers, dar dezvoltarea animalelor multicelulare și a ființelor potențial inteligente este mult mai puțin probabilă.
De ce cred că viața bacteriană este foarte probabilă?
Raționamentul lui Kunin se bazează pe experimente pe selecția artificială a ribozimelor-replici, care copiază moleculele de ARN și se pot copia singure. Toate aceste ribozime sunt de ordinul a 200 de nucleotide în lungime, iar probabilitatea obținerii lor prin auto-asamblare aleatoare este de ordinul 4-200. Cu toate acestea, aceste experimente nu au ținut cont de mulți factori importanți care ar putea, în primul rând, să asigure replicarea folosind ribozimele mai scurte și mai simple și, în al doilea rând, înainte de începerea oricărei replicări, auto-asamblarea directă către ARN-uri structurate capabile să funcționeze ca ribozime. Unii dintre acești factori au fost numiți deja de alți autori: replicarea non-enzimatică a lui Shostak, selecția pentru auto-amorsare în „lumea palindromelor” din Markov, selecția pentru rezistența la UV, care direcționează auto-asamblarea ARN către structuri de ac de păr propuse de Mulkidzhanyan). Voi adăuga la această listă substraturile minerale și „capcanele de căldură” (pori îngustați cu gradient de temperatură) care fac copierea ARN-ului foarte ușoară. Mai mult, având în vedere că avem un sistem genetic simplu auto-replicant, evoluția darwiniană cu o probabilitate ridicată va crea rapid pe baza sa o celulă bacteriană sau ceva similar - cu o membrană celulară care menține o compoziție constantă de sare în interiorul celulei.
De ce cred că evoluția vieții de la celule simple la animale multicelulare poate fi foarte puțin probabilă? Există două considerente aici, una mai geologică, cealaltă pur biologică. Să începem cu primul.
În paleontologie, s-a stabilit în mod fiabil că evoluția organismelor este foarte neuniformă. Crizele și revoluțiile alternează cu perioade de stază, uneori foarte lungi. Cea mai lungă perioadă de stază a fost numită „miliardul plictisitor” și a durat cea mai mare parte a proterozoicului - de acum aproximativ 2 până la 0,8 miliarde de ani. A fost precedată de apariția oxigenului în atmosferă, de apariția celulelor eucariote și de glaciația globală Huroniană și s-a încheiat cu cea mai mare glaciație Sturt din istoria Pământului, o creștere a conținutului de oxigen la valori aproape moderne și apariția animalelor multicelulare. De asemenea, evoluția a fost relativ lentă în eonul arhean între 3,5 și 2,5 miliarde de ani în urmă, în comparație atât cu eonul catarhian anterior (momentul apariției vieții, cât și cu bombardamentul de meteoriți târziu) și cu revoluția ulterioară a oxigenului. Motivele acestei denivelări nu sunt pe deplin înțelese. Mi se pare personal convingător că „revoluția oxigenului” (proliferarea masivă de cianobacterii producătoare de oxigen) a fost asociată cu epuizarea rezervelor de fier redus (feroase) din apa oceanelor. Atâta timp cât a existat suficient fier în ocean, microbii au prosperat acolo folosind o fotosinteză mai simplă și mai sigură de oxidare a fierului. Nu este eliberat oxigenul în el, ci compuși de oxid de fier - magnetite și hematite, care au fost depuse pe fundul mării în întreaga arheană. Furnizarea de fier nou la mare (în principal din surse hidrotermale din partea de jos) a scăzut pe măsură ce activitatea geologică a planetei a scăzut, iar în final, criza de resurse a obligat microbii fotosintetici să treacă la o „tehnologie” mai complexă a fotosintezei de oxigen. În mod similar,cauza „miliardului plictisitor” ar putea fi consumul constant de oxigen pentru oxidarea diferitelor minerale pe uscat, ceea ce nu permite creșterea conținutului de oxigen peste 1-2%. În sedimentele marine proterozoice, există multe urme de oxidare la sol a minereurilor de sulfură, datorită cărora râurile transportau sulfați, arsenic, antimoniu, cupru, crom, molibden, uraniu și alte elemente în ocean care erau aproape absente în oceanul Archean. Criza Proterozoicului târziu, cu glaciații globale, o creștere rapidă a conținutului de oxigen și apariția animalelor multicelulare ar fi putut fi cauzată de epuizarea mineralelor ușor oxidate pe uscat.datorită căreia râurile transportau sulfați, arsen, antimoniu, cupru, crom, molibden, uraniu și alte elemente în ocean care erau aproape absente în oceanul Archean. Criza Proterozoicului târziu, cu glaciații globale, o creștere rapidă a conținutului de oxigen și apariția animalelor multicelulare ar fi putut fi cauzată de epuizarea mineralelor ușor oxidate pe uscat.datorită căreia râurile transportau sulfați, arsen, antimoniu, cupru, crom, molibden, uraniu și alte elemente în ocean care erau aproape absente în oceanul Archean. Criza Proterozoicului târziu, cu glaciații globale, o creștere rapidă a conținutului de oxigen și apariția animalelor multicelulare ar fi putut fi cauzată de epuizarea mineralelor ușor oxidate pe uscat.
Astfel, momentul apariției a două revoluții cheie (fotosinteza oxigenului și animalele multicelulare) a fost probabil determinat de echilibrul proceselor biologice (fotosinteză) și geologice (eliberarea fierului și a altor substanțe oxidabile de către orificii hidrotermale și vulcani solului). Este foarte posibil ca pe alte planete, aceste revoluții să vină mult mai târziu. De exemplu, o planetă mai masivă (super-pământul) va pierde mai lent activitatea geologică, va elibera fierul în ocean mai mult și ar putea amâna revoluția oxigenului cu miliarde de ani. Planetele din zona locuibilă a piticilor roșii vor primi o lumină vizibilă potrivită pentru fotosinteză, iar biosferele lor riscă, de asemenea, să rămână blocate într-un stadiu fără oxigen. Cantitatea de apă de pe planetă este de asemenea importantă. Dacă întreaga planetă este acoperită de un ocean adânc, atunci va fi deficitară de fosfor,provenind în principal din vulcani tereștri, iar dacă există puțină apă, atunci zona oceanică disponibilă pentru microbii fotosintetici va fi de asemenea mică (înainte de apariția plantelor multicelulare, productivitatea ecosistemelor terestre a fost neglijabilă în comparație cu mările). Adică, există o mulțime de motive pentru care biosfera se poate bloca într-o etapă microbiană fără oxigen și nu se poate transforma în animale. Timpul de dezvoltare, apropo, este limitat: luminozitatea stelelor crește cu timpul, iar Pământul în 1,5-2 miliarde de ani se va încălzi ireversibil, oceanele sale se vor evapora, iar efectul în creștere de seră îl va transforma în a doua Venus. În piticele roșii, luminozitatea crește mai lent, dar planetele lor pot deveni nelocuibile din cauza dispariției câmpului magnetic și a pierderii ulterioare de apă în spațiu, așa cum s-a întâmplat pe Marte.atunci zona oceanului disponibilă pentru microbii fotosintetici va fi de asemenea mică (înainte de apariția plantelor multicelulare, productivitatea ecosistemelor terestre a fost neglijabilă în comparație cu mările). Adică, există o mulțime de motive pentru care biosfera se poate bloca într-o etapă microbiană fără oxigen și nu se poate transforma în animale. Timpul de dezvoltare, apropo, este limitat: luminozitatea stelelor crește cu timpul, iar Pământul în 1,5-2 miliarde de ani se va încălzi ireversibil, oceanele sale se vor evapora, iar efectul de creștere a serei îl va transforma în a doua Venus. În piticele roșii, luminozitatea crește mai lent, dar planetele lor pot deveni nelocuibile din cauza dispariției câmpului magnetic și a pierderii ulterioare de apă în spațiu, așa cum s-a întâmplat pe Marte.atunci zona oceanului disponibilă pentru microbii fotosintetici va fi de asemenea mică (înainte de apariția plantelor multicelulare, productivitatea ecosistemelor terestre a fost neglijabilă în comparație cu mările). Adică, există o mulțime de motive pentru care biosfera se poate bloca într-o etapă microbiană fără oxigen și nu se poate transforma în animale. Timpul de dezvoltare, apropo, este limitat: luminozitatea stelelor crește cu timpul, iar Pământul în 1,5-2 miliarde de ani se va încălzi ireversibil, oceanele sale se vor evapora, iar efectul de creștere a serei îl va transforma în a doua Venus. În piticele roșii, luminozitatea crește mai lent, dar planetele lor pot deveni nelocuibile din cauza dispariției câmpului magnetic și a pierderii ulterioare de apă în spațiu, așa cum s-a întâmplat pe Marte.accesibil microbilor fotosintetici (înainte de apariția plantelor multicelulare, productivitatea ecosistemelor terestre a fost neglijabilă în comparație cu mările). Adică, există o mulțime de motive pentru care biosfera se poate bloca într-o etapă microbiană fără oxigen și nu se poate transforma în animale. Timpul de dezvoltare, apropo, este limitat: luminozitatea stelelor crește cu timpul, iar Pământul în 1,5-2 miliarde de ani se va încălzi ireversibil, oceanele sale se vor evapora, iar efectul de creștere a serei îl va transforma în a doua Venus. În piticele roșii, luminozitatea crește mai lent, dar planetele lor pot deveni nelocuibile din cauza dispariției câmpului magnetic și a pierderii ulterioare de apă în spațiu, așa cum s-a întâmplat pe Marte.accesibil microbilor fotosintetici (înainte de apariția plantelor multicelulare, productivitatea ecosistemelor terestre a fost neglijabilă în comparație cu mările). Adică, există o mulțime de motive pentru care biosfera se poate bloca într-o etapă microbiană fără oxigen și nu se poate transforma în animale. Timpul de dezvoltare, apropo, este limitat: luminozitatea stelelor crește cu timpul, iar Pământul în 1,5-2 miliarde de ani se va încălzi ireversibil, oceanele sale se vor evapora, iar efectul de creștere a serei îl va transforma în a doua Venus. În pitici roșii, luminozitatea crește mai lent, dar planetele lor pot deveni nelocuibile din cauza dispariției câmpului magnetic și a pierderii ulterioare de apă în spațiu, așa cum s-a întâmplat pe Marte. Timpul de dezvoltare, apropo, este limitat: luminozitatea stelelor crește cu timpul, iar Pământul în 1,5-2 miliarde de ani se va încălzi ireversibil, oceanele sale se vor evapora, iar efectul de creștere a serei îl va transforma în a doua Venus. În piticele roșii, luminozitatea crește mai lent, dar planetele lor pot deveni nelocuibile din cauza dispariției câmpului magnetic și a pierderii ulterioare de apă în spațiu, așa cum s-a întâmplat pe Marte. Timpul de dezvoltare, apropo, este limitat: luminozitatea stelelor crește cu timpul, iar Pământul în 1,5-2 miliarde de ani se va încălzi ireversibil, oceanele sale se vor evapora, iar efectul de creștere a serei îl va transforma în a doua Venus. În pitici roșii, luminozitatea crește mai lent, dar planetele lor pot deveni nelocuibile din cauza dispariției câmpului magnetic și a pierderii ulterioare de apă în spațiu, așa cum s-a întâmplat pe Marte.
A doua considerație se referă la apariția eucariotelor - celule cu nucleu. Celulele eucariote sunt mult mai mari și mai complexe decât cele ale bacteriilor și arhaei și au apărut mai târziu, cel mai probabil în timpul „revoluției oxigenului”. Celula eucariotă a apărut ca o himeră dintr-o celulă arheală, o bacterie simbiotică care s-a instalat în interiorul ei și, eventual, un virus care le-a infectat (sau chiar mai mult de una). Structura genomului eucariotei arată fără echivoc că evoluția lor timpurie a avut loc nu datorită selecției naturale, ci în multe privințe în ciuda. În populațiile mici, selecția nu este foarte eficientă, iar trăsăturile ușor dăunătoare pot fi înrădăcinate din cauza derivării genelor și a altor procese pur aleatorii. Acest lucru este detaliat în capitolul corespunzător din Logica șansă a lui Kunin și sugereazăcă apariția eucariotelor poate fi foarte puțin probabilă chiar și într-un mediu adecvat (biosfera bacteriană care intră în revoluția oxigenului). Cel puțin, cazuri de simbioză intracelulară între bacterii și arhaea sunt practic necunoscute - deși bacteriile se instalează cu ușurință în interiorul celulelor eucariote.
Rezumând: cred că combinația factorilor descriși ar trebui să conducă la faptul că în Galaxia noastră vor exista milioane de planete cu viață bacteriană și mult mai puține (eventual, doar câteva) - cu viață a unui nivel eucariot și multicelular de complexitate.
Postscriptul lui Boris Stern
Câteva cuvinte pentru a încheia discuția. Este foarte posibil ca Evgeny Kunin să subestimeze foarte mult probabilitatea originii vieții în condiții adecvate. Și, la fel, această evaluare trebuie luată în serios. Dacă a greșit cu 900 de ordine de mărime, nu schimbă nimic: suntem cu toții la fel în orizontul Universului, unde există doar aproximativ 1020-1021 de planete adecvate. Chiar dacă restul participanților la discuție au dreptate și tot felul de trucuri ale Naturii precum replicarea non-enzimatică poate face ca originea vieții să fie mai mult sau mai puțin probabilă, atunci va fi o viață foarte primitivă, în majoritatea covârșitoare a cazurilor, neputând să sară la un nivel mai înalt de dezvoltare. Doi comisari au scris despre asta în alb și negru. Acesta este întregul paradox al lui Fermi.
Prin urmare, urmează cel puțin două concluzii organizaționale importante. Primul: Viața dezvoltată este cel mai rar și cel mai valoros fenomen din univers. Prin urmare, a se vedea ultimul paragraf din nota lui Armen Mulkidzhanyan: umanitatea are un scop total nobil - răspândirea acestui fenomen. Vom vorbi separat despre posibilitățile și metodele de realizare a acestui obiectiv.
A doua concluzie organizatorică: distrugerea acestei vieți va fi o pierdere ireparabilă a unei scări galactice sau chiar cosmologice. Acest lucru ar trebui să fie luat în considerare în propria evaluare a „șoimilor” și a politicienilor care sunt gata să recurgă la șantaj nuclear pentru a-și umfla propria „măreție”. Același lucru este valabil și pentru o civilizație de consum nelegat.
Autori: Boris Stern, Alexander Markov, Armen Mulkidzhanyan, Evgeny Kunin, Mikhail Nikitin
