Boriss Sterni eessõna
Meil on juba ammu plaanis pidada arutelu inimese igavese küsimusega inimese kohast universumis. See puudutab muidugi maavälist elu ja teiste tähtede planeete. Praegu on teada veidi vähem kui 6 tuhat eksoplaneeti, neist enam kui kaks tuhat ootab iseseisvat kinnitust. Kuid statistilisteks uuringuteks võite kasutada kõiki 6 tuhat.
Nende hulgas on väga vähe planeete, mis väidetavalt sobivad eluks. See on loomulik, kuna neid on kõige raskem leida: väga võimas selektsiooniefekt toimib maa-sarnaste planeetide vastu. Need on tähe radiaalse kiiruse meetodi abil haaramiseks liiga kerged ja nende aasta on liiga pikk, et nende transiite saaks Kepleri kosmoseteleskoobi andmetes usaldusväärselt kaevata. Erandiks on punaste kääbuste asustatavas tsoonis olevad planeedid, mis on avatud meie nina all, neid on palju lihtsam leida. Selliseid planeete on palju, kuid paraku on punased kääbused nende kõrval elu väga ebamugavad. Kepleri andmete ekstrapoleerimine Päikese taoliste tähtede "kuumade maade" jaoks annab aga väga optimistliku tulemuse: vähemalt 15% -l neist tähtedest on nende asustatavas tsoonis planeedid. Paljud autorid said selle hinnangu iseseisvalt,ja aja jooksul muutub see üha optimistlikumaks: 20% ja isegi veerand päikesest on maad. See tähendab, et lähim G- või K-täht, mille Maa orbiidil on asustamisvahemikus, on 15 valgusaasta jooksul. Selliseid tähti on vähe ja kandidaate on juba tekkimas, näiteks Tau Ceti. Ja selliseid planeete on näiteks 30 valgusaasta raadiuses palju.
Vaatlusmeetodid arenevad järk-järgult. Täiustatud HARPS-i vahendi abil avastatakse uued läheduses olevad Maa-sarnased planeedid. Järgmisel kümnendil saame mõne maa-suguse planeedi atmosfääri kohta teada umbes kaks või teist, kasutades selliseid instrumente nagu hiiglaslik äärmiselt suur teleskoop (ELT) ja James Webbi kosmoseteleskoop. Ja on võimalik, et hapnik ilmub mõne transiidiplaneedi atmosfääri neeldumisspektrisse (läbib tähe ketast). Kui täht pole liiga aktiivne ja piisavalt vana, võib hapnik olla ainult biogeenne. Nii saab maavälist elu tuvastada.
Kas see on reaalne? Kui elu tekib ükskõik millises nurgas kohe, kui selleks tingimused tekivad - miks mitte? Aga kas on? Tihti väidetakse, et elu Maal ilmus väga kiiresti, mis tähendab, et see on nii - mõnesaja miljoni aasta jooksul piisab, kui see ilmub mingis supi sisse. Kuid on ka vastuargument - sobiv "supp" võib eksisteerida ainult noorel planeedil - elu tekib kas kiiresti või mitte kunagi.
Ja muidugi on ka vastupidine seisukoht: elu on harukordne nähtus, mis põhineb täiesti uskumatul kokkusattumusel. Selle asja kõige üksikasjalikuma, professionaalse ja kvantitatiivse hinnanguga seisukoha esitas Evgeny Kunin. Elu põhineb pikkade molekulide kopeerimisel, algselt olid need RNA molekulid. Kopeerimine toimub kindla seadme abil, mida nimetatakse "replikaadiks" (need read on kirjutanud füüsik, seetõttu on bioloogia seisukohast terminoloogia pisut kohmakas). Replikaasi ei tule kuskilt, kui see pole programmeeritud samasse kopeeritavasse RNA-sse.
Kunini sõnul on RNA iseenesliku paljunemise käivitumiseks ja koos sellega evolutsiooniks vajalik vähemalt järgmise spontaanne ilmumine.
- Kaks rRNA-d koguarvuga vähemalt 1000 nukleotiidi.
- Ligikaudu 10 primitiivset adapterit, igaühes 30 nukleotiidi, kokku umbes 300 nukleotiidi.
- Vähemalt üks replikaasi kodeeriv RNA on umbes 500 nukleotiidi suurune (alumine punkt). Vastuvõetud mudelis n = 1800 ja selle tulemusel E <10-1081 ".
Antud fragmendis peame silmas nelja tähega kodeeringut, võimalike kombinatsioonide arv on 41800 = 101081, kui evolutsiooniprotsessi alustavad vaid vähesed neist, siis spontaanse kokkupanemise ühe "katse" korral on vajaliku komplekteerimise tõenäosus ~ 10-1081.
Reklaamvideo:
Selles, et tulemus on meie silme ees, pole vastuolu: pole: inflatsiooniteooria kohaselt on Universum tohutu, kümneid suurusjärke suurem kui selle nähtav osa ja kui mõistame universumit kui suletud ruumi, siis on olemas universumeid, millel on sama vaakum kui meie oma, hiiglaslik komplekt … Väikseim tõenäosus realiseerub kuskil, põhjustades üllatunud vaataja.
Need kaks äärmust tähendavad palju meie koha jaoks universumis. Igal juhul oleme üksi. Kuid kui elu eksisteerib meist kümnete valgusaastate kaugusel, on see tehnoloogiline üksindus, mis on ületatud arengust ja tuhandeaastasest kannatlikkusest. Kui Kunini hinnang on õige, on see põhimõtteline üksindus, millest ei saa midagi üle. Siis oleme meie ja maapealne elu ainulaadne nähtus Universumi põhjuslikult ühendatud ruumis. Ainus ja kõige väärtuslikum. See on oluline inimkonna tulevase strateegia jaoks. Esimesel juhul on strateegia aluseks otsing. Teisel juhul - külvamine (on olemas isegi selline mõiste "suunatud panspermia"), mis hõlmab ka sobiva pinnase otsimist.
Kõik see väärib arutelu. Kas Kunini argumendis on lünki? Kas on mingeid mehhanisme, mida saab märgata, väljudes RNA replikaatori "vähendamatust keerukusest"? Kas see on tõesti andestamatu? Jne.
Küsisime mitmelt bioloogilt arvamust.
Aleksander Markov, Ph. D. biol. teadused, juhitud. teaduslik. sotr. Paleontoloogiainstituut RAS, juhataja. Moskva Riikliku Ülikooli bioloogiateaduskonna bioloogilise evolutsiooni osakond:
Jevgeni Kunini hinnang, mis vihjab sellele, et oleme universumis lootusetult üksi, põhineb ühel peamisel eeldusel. Kunin uskus, et RNA replikatsiooniprotsessi (ja koos sellega darvinistliku evolutsiooniga; seda on loogiline pidada elu alguse hetkeks) käivitamiseks oli vaja seda puhtalt juhuslikult - ribonukleotiidide polümeriseerumise juhusliku kombinatsiooni tulemusel - näiteks mineraalmaatriksitel). - ilmus RNA polümeraasi aktiivsusega ribosüüm, see tähendab, pikk RNA molekul, millel on väga kindel (ja mitte ainult ükskõik milline) nukleotiidijärjestus ja mis tänu sellele on võimeline RNA replikatsiooni efektiivselt katalüüsima.
Kui muud võimalust pole, on elute mateeria maailmast veel üks "sissepääs" elavate inimeste maailma, siis on Kuninil õigus ja me peaksime loobuma lootusest leida Universumis mis tahes elu, välja arvatud maised. Võib eeldada, et see kõik ei alanud mitte ühe ülitõhusa polümeraasiga, vaid näiteks teatud väikeste, ebaefektiivsete polümeraaside ja ligaaside ühendiga (ribosüümid, mis suudavad lühikesed RNA molekulid pikemateks liimida): võib-olla muudab see hinnangu pisut optimistlikumaks, kuid ei muuda olukorda põhimõtteliselt. Sest esimene kopeerija oli ikka väga keeruline ja see oleks pidanud ilmuma ilma Darwini evolutsiooni abita - tegelikult juhuslikult.
Sobivaks alternatiiviks on mitteensümaatiline RNA replikatsioon (NR RNA): protsess, mille käigus RNA molekulid replitseeritakse ilma keerukate ribosüümide või valguensüümide abita. Selline protsess on olemas, seda katalüüsivad Mg2 + ioonid, kuid see läheb liiga aeglaselt ja ebatäpselt - vähemalt tingimustel, mida teadlastel oli aega proovida.
Siiski on lootust, et kui NR RNA läheb piisavalt kiiresti ja täpselt, on siiski võimalik leida mõned usutavad tingimused (mis põhimõtteliselt võiksid eksisteerida mõnel planeedil). Võib-olla nõuab see mingit suhteliselt lihtsat katalüsaatorit, mida saab sünteesida abiogeensel viisil. Võimalik, et lihtsate abiogeensete peptiididega, millel on mitu negatiivselt laetud asparagiinhappejääki, mis säilitavad magneesiumiioone, võivad toimida selliste katalüsaatoritena: valgu RNA polümeraasidel on sarnased aktiivtsentrid ja seda võimalust uuritakse nüüd.
Efektiivse NR RNA võimalikkuse küsimus on elu päritolu tõenäosuse hindamisel ülioluline. Kui NR RNA on võimalik, siis võib vaadeldavas universumis olla üsna palju elavaid planeete. Põhimõttelised erinevused kahe stsenaariumi vahel - võimaliku ja võimatu NR RNA-ga - on toodud tabelis. Kui NR on võimalik, võib Darwini evolutsioon alata peaaegu kohe pärast esimeste lühikeste RNA-molekulide ilmumist. Valikulise eelise oleks pidanud saama need RNA molekulid, mis korrutasid tõhusamalt HP abil. Need võivad olla näiteks palindroomsete kordustega molekulid, mis ise võivad toimida praimeritena - "seemned" replikatsiooniks; palindroomid võivad voldida kolmemõõtmelisteks struktuurideks - "juuksenõelad", mis suurendab RNA molekulis katalüütiliste omaduste ilmnemise tõenäosust. Igatahes pärastDarvini evolutsiooni alustades määras elu edasise arengu mitte ainult juhus, vaid ka seadus.
Hinnangud elu päritolu tõenäosusele (sagedusele) nende kahe stsenaariumi korral peaksid erinema tohutul arvul tellimusi (ehkki muidugi ei anna täpset arvu). Samuti on oluline märkida, et kui elu sai alguse "vastavalt Kuninile", see tähendab efektiivse ribosüüm-polümeraasi juhusliku kokkupanemise tõttu, siis selgub komplementaarsuse põhimõttest (nukleotiidide spetsiifiline sidumine), millel RNA võime paljuneda ja areneda on põõsastes omamoodi "klaver"”, Millel polnud midagi pistmist tõsiasjaga, et planeetidele oli kogunenud nii tohutul hulgal RNA molekule, et ühele planeedile ilmus kogemata RNA polümeraasi aktiivsusega efektiivne ribosüüm. Kui elu tekkis "vastavalt Shostakile" (Nobeli preemia laureaat Jack Shostak uurib nüüd aktiivselt NR RNA-d ja usub, et see protsess on elu päritolu saladuse võti),siis ei olnud vastastikune täiendavus "klaver põõsas", vaid töötas algusest peale. See muudab kogu elutähtsuse stsenaariumi palju köitvamaks ja loogilisemaks. Ma panustaksin Shostaki peale.
Seega sõltub nüüd kõik prebiootilise keemia spetsialistide edukusest. Kui nad leiavad realistlikud tingimused, kus NR RNA-l läheb hästi, siis on meil võimalus leida elu teistel planeetidel. Ja kui ei, siis … peame vaatama kaugemale.
Armen Mulkidzhanyan, Dr. biol. Sci., Osnabrücki ülikool (Saksamaa), juhitud. teaduslik. sotr. MSU:
Raske on vaielda tõsiasjaga, et elu tekkis juba ammu ja noorel Maal. Maa koosneb chondritic kivimitest, nagu meteoriidid. Nende kivimite kuumenemine Maa moodustumise ajal põhjustas chondriitidega kaasa toodud vee sulamise. Vee koostoime kuumutatud, redutseeritud kivimiga oleks pidanud tingima elektronide vabanemise, vesiniku moodustumise ja süsinikdioksiidi (CO2) redutseerimise erinevateks orgaanilisteks ühenditeks. Sarnased protsessid toimuvad endiselt geotermilise aktiivsuse piirkondades, näiteks geotermilistes väljades, kuid madala intensiivsusega. Nii võib teiste tähtede noortel planeetidel oodata orgaaniliste ainete moodustumist suurtes kogustes. Sel juhul võib elu tekkimise tõenäosust hinnata, kui võtta arvesse maise elu arengut.
Esimese kahe miljardi aasta jooksul elasid Maal ainult mikroobid. See oleks nii jätkunud, kuid umbes 2,5 miljardit aastat tagasi õppisid fotosünteesivad bakterid kasutama vee lagundamiseks valguse energiat. Fotosüntees tekkis algselt asendatud summutatud geokeemiliste protsesside asendamiseks liigsete elektronidega. Fotosünteesis kasutatakse valguse energiat mitmesuguste ühendite oksüdeerimiseks, see tähendab, et neilt elektronid "ära võetaks", nende elektronide fotoaktiveerimiseks ja lõpuks nende CO2 redutseerimiseks orgaanilisteks ühenditeks. Vee lagunemissüsteem on tekkinud mõnedes bakterites säilinud lihtsamate fotosünteetiliste ensüümide järkjärgulise arengu tagajärjel. On mitmeid väga usutavaid stsenaariume, kuidas sellised ensüümid, kasutades valgust ja klorofülli, kõigepealt oksüdeerunud vesiniksulfiidi (ja seda teevad praegu isegi mõned inimesed),Kuna vesiniksulfiid söötmes oli ammendatud, võeti elektrone raua ioonidest, seejärel mangaani ioonidest. Selle tulemusel õppisid nad kuidagi vett lagunema. Sel juhul läksid veest ära võetud elektronid orgaaniliste ainete sünteesiks ja hapnik eraldus kõrvalsaadusena. Hapnik on väga tugev oksüdeeriv aine. Pidin end tema vastu kaitsma. Mitmekihilisuse, soojaverelisuse ja intelligentsuse teke on kõik erinevad atmosfääri hapniku poolt põhjustatud oksüdatsiooni eest kaitsmise erinevad astmed.soojaverelisus ja lõppkokkuvõttes põhjus - need on kõik erinevad kaitseastmed atmosfääri hapniku toimuva oksüdeerimise eest.soojaverelisus ja lõppkokkuvõttes põhjus - need on kõik erinevad kaitseastmed atmosfääri hapniku toimuva oksüdeerimise eest.
Vee lagunemine toimub ainulaadses katalüütilises keskuses, mis sisaldab klastrit, milles on neli mangaani aatomit ja üks kaltsiumi aatom. Selles reaktsioonis, mis nõuab nelja valguse kvanti, lagunevad kaks veemolekulit (2 H2O) korraga, moodustades ühe hapniku molekuli (O2). See nõuab nelja valguse kvandi energiat. Mangaani aatomitel kogunevad vastuseks kolme valguse kvandi neeldumisele järjestikku kolm elektronide vaba kohta ("augud") ja alles neljanda valguse kvandi neeldumisel oksüdeeritakse mõlemad veemolekulid, augud täidetakse elektronidega ja moodustub hapniku molekul. Kuigi mangaaniklastri struktuur on hiljuti väga täpselt kindlaks määratud, pole selle neljataktilise seadme tööpõhimõte lõpuni mõistetav. Samuti pole selge, kuidas ja miks katalüütilises keskuses, kus primitiivsetes fotosünteesi tekitavates bakteritesmangaaniioonid oksüdeerusid, neli selle aatomit ühendati kaltsiumi aatomiga klastriks, mis oli võimeline vett lagundama. Vee oksüdeerimisel osaleva klorofülli termodünaamika on samuti salapärane. Teoreetiliselt võib valgustatud klorofüll oksüdeerida vesiniksulfiidi, rauda ja mangaani, kuid mitte vett. Kuid see oksüdeerub. Üldiselt on see nagu kimalase kohta: "Aerodünaamika seaduste kohaselt ei saa kimalane lennata, kuid ta ei tea sellest ja lendab ainult sel põhjusel."
Vee lagunemissüsteemi tõenäosust on väga raske hinnata. Kuid see tõenäosus on väga väike, kuna 4,5 miljardi aasta jooksul tekkis selline süsteem vaid üks kord. Selle järele polnud erilist vajadust ja ilma selleta areneksid Maa peal mikroobid, kuuludes geokeemilistesse tsüklitesse. Veelgi enam, pärast hapniku ilmnemist atmosfääri oleks enamus mikroobsest biosfäärist hukkunud või, täpsemalt öeldes, põlenud - orgaanilise aine vastasmõju hapnikuga on põlemine. Ellu jäid ainult mikroobid, olles õppinud hingama, st taastama hapniku kiiresti tagasi vette otse nende väliskestale, takistades seda seestpoolt, samuti väheste allesjäänud hapnikuvabade ökoloogiliste nišide elanikud.
See lugu võib olla näide suhteliselt hiljutisest (umbes 2,5 miljardit aastat tagasi) ja suhteliselt arusaadavast sündmusest, mis tõi kaasa elamissüsteemide keerukuse järsu suurenemise. Kõik sai alguse järkjärgulistest muutustest fotosünteetilistes ensüümides. Siis oli olemas ühekordne ja väga mittetriviaalne evolutsiooniline leiutis (mangaani-kaltsiumi klaster), mis ei pruukinud olla. Järgnenud tohutud muutused olid reaktsioon atmosfääri "mürgise" hapniku ilmnemisele: Darwini valik lülitus täisvõimsusel sisse, pidin õppima sügavamalt hingama ja oma ajusid liigutama.
Kokku on meil protsess, mis toimub kolmes etapis: (1) järkjärgulised muutused - (2) ühekordne ebatõenäoline sündmus - (3) edasine areng, kuid erineval tasemel või erinevates tingimustes. Seda skeemi võib pidada Severtsovi aromorfooside klassikalise skeemi molekulaarseks analoogiks.
Kui vaadata hapnikujärgset evolutsiooni, saate tuvastada veel mitu sellist ebatõenäolist ühekordset sündmust, mis muutis evolutsiooni kulgu. See on keeruka eukarüootse raku "kokkupanek" ja veresoonte taimede teke ning mitmesugused "läbimurded" loomade evolutsioonis, millest õigupoolest Severtsov kirjutas.
Elu tekkimist, mida RNA-maailma hüpoteesi all mõistetakse kui RNA-molekulide (replikaatorite) iseenda taastootvate ansamblite tekkimist, võib samuti esindada kolmeetapilise protsessina.
1) Ettevalmistusetapp: RNA-d moodustavad ribonukleotiidid on võimelised ultraviolettvalguse (UV) valguse käes spontaanselt "kokku kogunema" lihtsatest molekulidest nagu tsüaniid või formamiid. Teda oli arvukalt noorel Maal; atmosfääris ei olnud veel ultraviolettkiirgust neelavat osooni, kuna hapnikku polnud, vt eespool. Nagu Pouner ja Saderland (Manchesteri ülikool) on näidanud, valitakse UV-valguses spetsiaalses, "aktiveeritud" tsüklilises vormis nukleotiidid; sellised nukleotiidid on võimelised spontaanselt moodustama RNA ahelaid. Pealegi on topelt Watsoni-Cricki RNA ahelad UV-kiirguse suhtes oluliselt vastupidavamad kui üksikud - seda tulemust kirjeldas Evgeny Kunin oma esimeses avaldatud töös 1980. aastal. See tähendab, et noorel Maal võiks "ekstra" elektronide voolu tõttu moodustuda mitmesuguseid orgaanilisi molekule,kuid tugeva päikesekiirguse mõjul jäid ellu peamiselt RNA-taolised molekulid, eelistatult spiraalseteks struktuurideks mähitud molekulid.
2) ühekordne, ebatõenäoline sündmus: mitmest RNA-taolisest molekulist koosnev ansambel hakkas ennast kopeerima (miljardeid aastaid hiljem saadi laboratoorsetes tingimustes RNA valimisel sarnased isekopeeruvad RNA ansamblid).
3) Hilisem evolutsioon: RNA replikaatorid hakkasid omavahel ressursside pärast konkureerima, arenema, ühinema suuremateks kogukondadeks jne.
Selle hüpoteetilise skeemi puuduseks on see, et ei ole teada ei RNA replikaatorite päritolu molekulaarsed üksikasjad ega ka looduslikud tegurid, mis nende valimisel kaasa aitavad. Lootust annab asjaolu, et järgmise kõige olulisema (ja omakorda) evolutsioonisündmuse, nimelt ribosoomide tekkimise, rekonstrueeriti valkude sünteesi masinad, molekulaarsed detailid. Seda tehti erinevates meetodites neljas laboris; rekonstrueerimise tulemused on väga sarnased. Lühidalt, moodsate väga keerukate ribosoomide esivanem oli kahest RNA-ahelast koosnev konstruktsioon, millest igaühes oli 50-60 ribonukleotiidi, mis on võimelised ühendama kahte aminohapet peptiidsidemega. Vahepealseid etappe sellest kahesilmsest struktuurist moodsate ribosoomideni jälgisid üksikasjalikult Konstantin Bokov ja Sergey Stadler (Montreali ülikool),Nobeli preemia laureaat Ada Yonath ja tema kolleegid (Weizmanni instituut), George Fox ja tema kolleegid (Houstoni ülikool) ning Anton Petrov ja tema kolleegid (Georgia ülikool).
Ribosoom, millel oli alguses üks katalüütiline RNA subühik, muutus järk-järgult keerukamaks ja suurenes suurus, sünteesides kogu selle aja jooksul aminohapete juhuslikust komplektist koosnevaid valgujärjestusi. Alles evolutsiooni viimastel etappidel sulandus see teise RNA molekuliga, millest sai ribosoomi väike subühik, ja algas kodeeritud valkude süntees. Seega on geneetilise koodi teke ebatõenäoline evolutsioonisündmus, mis eraldub ribosomaalse valgu sünteesi tekkimisest.
Tõenäoliselt võimaldab edasine uurimine rekonstrueerida nii replikaatorite tekkimist kui ka muid ebatõenäolisi sündmusi, näiteks neid, mis on seotud esimeste rakkude tekkega, geenide vahetust esimeste rakkude ja viiruste vahel jne.
Tulles tagasi tõenäosuste kohta esitatud küsimuste juurde: meie üksikasjalik käsitlus näitab, et maise elu areng ei ole mitte üks "täiesti uskumatu juhus", vaid paljud järjestikused äärmiselt ebatõenäolised sündmused.
Orgaaniliste ainete võimas genereerimine toimus tõenäoliselt teistel noortel planeetidel. Kuid see ei tinginud tingimata elu tekkimist. Kui isereplitseeruv RNA ansambel poleks Maale kogunenud, poleks elu olnud. Orgaanilise aine tootmine hävib järk-järgult ja Maa muutub sarnaseks Marsi või Veenusega.
Kuid isegi elu tekkimise korral teistel planeetidel võis see elu "takerduda" ükskõik millises algfaasis ja tõenäosus jääda igavesti algelisele arengutasemele oli võrreldamatult suurem kui tõenäosus järgmisele astmele ronida ja edasi liikuda.
Seetõttu on tarkade tulnukate kohtumine teisel planeedil mõõtmatult väiksem kui võimalus sattuda sinna lihtsasse, kuid elavasse limasse (ja see on nii, kui teil on väga vedanud). Samuti on mõõtmatult väike tõenäosus, et kuskil toimub elu hapniku käes: vee lagunemine hapniku moodustamiseks on väga mittetriviaalne neljaelektronne reaktsioon.
Seega pole strateegia väljatöötamine võõra luure leidmise lootuses just eriti nutikas. See, et Maal on (praegu) arukaid olendeid, on väga suur edu. Seetõttu on palju mõistlikum investeerida juba olemasoleva intelligentse elu jaoks "alternatiivsete lennuväljade" loomisesse, kui loodus ebaõnnestub või mõistusekandjad ise ebaõnnestuvad. See tähendab, et vajame varumaad või veelgi parem - mõnda neist.
Jevgeni Kunin, juhatas. teaduslik. sotr. Riiklik biotehnoloogiaalase teabe keskus, USA Riikliku Teaduste Akadeemia liige:
Võin piirduda väga lühikeste märkustega, kuna nõustun täielikult Aleksander Markovi öelduga … välja arvatud muidugi järeldused. Elu tekkimise piiravaks etapiks on tõepoolest ribosüüm-polümeraasi molekulide populatsiooni spontaanne moodustumine piisavalt suure kiirusega ja iseenda kopeerimise täpsusega. Sellise sündmuse tõenäosus on kaduvalt väike. Selle märkimisväärseks suurendamiseks on vaja protsessi, mis loob evolutsiooni võimaluse ilma selliste ribosüümide osaluseta, palju lihtsamas süsteemis. Sellise protsessi jaoks on hea kandidaat mitteensümaatiline replikatsioon, mida Aleksander arutas. Ainus häda on see, et kõigele, mida ma keemiast ja termodünaamikast tean, ei ole mingit võimalust viia need reaktsioonid pikkade molekulide piisavalt täpse replikatsiooni tasemele. Väga lühikese oligonukleotiidi replikatsioon oleks võimaliku vaheetapina väga huvitav, kuid ei suurenda tõenäosust märkimisväärselt. Seega jääb minu järeldus samaks: elu teke nõuab äärmiselt ebatõenäolisi sündmusi ja seetõttu oleme oma universumis üksi (mitme universumi küsimust pole siin vaja arutada). Me pole mitte ainult intelligentsed olendid, vaid laiemalt ka elusolendid üldiselt.
Oluline on märkida järgmist: elu esinemise äärmiselt madal tõenäosus ei tähenda mingil juhul, et see kõik juhtus ime läbi. Vastupidi, need kõik on normaalsete keemiliste reaktsioonide seeria, hõlmates ainult väga väikese tõenäosusega etappe. Järelikult pole elu tekkimist kuidagi hõlbustavate mehhanismide uurimine mitte ainult mõttetu, vaid äärmiselt oluline ja huvitav. Lihtsalt pole veel näha (veel), et see võiks tõenäosust märkimisväärselt suurendada, kuid sündmuste stsenaariumi loomine võib sellest palju abi olla.
Ma lõpetan kvaasifilosoofilise, kuid minu arvates asjakohase kaalutlusega. Elu tekkimise äärmiselt madal tõenäosus rikub keskpärasuse põhimõtet: meie planeedil aset leidnud sündmused on erandlikud, universumis isegi kordumatud. Keskpärasuse põhimõte kaotab sel juhul antropilise põhimõtte: ükskõik kui uskumatu elu tekkimine a priori oli, intelligentsete olendite ja lihtsalt rakkude olemasolu tingimusel on selle tõenäosus täpselt võrdne 1-ga.
Mihhail Nikitin, teadur sotr. Füüsikalis-keemilise bioloogia teadusinstituudi evolutsioonilise biokeemia osakond. A. N. Belozersky Moskva Riiklik Ülikool:
Mulle tundub, et bakterite keerukuse tase on universumis laialt levinud, kuid mitmerakuliste loomade ja potentsiaalselt intelligentsete olendite hulka jõudmine on palju vähem tõenäoline.
Miks ma arvan, et bakterite elu on väga tõenäoline?
Kunini mõttekäik põhineb ribosüümide-replikaaside kunstliku selektsiooni katsetel, mis kopeerivad RNA molekule ja võivad potentsiaalselt ise kopeerida. Kõik need ribosüümid on suurusjärgus 200 nukleotiidi ja tõenäosus neid juhusliku iseseadmise teel saada on suurusjärgus 4200. Nendes katsetes ei võetud aga arvesse paljusid olulisi tegureid, mis esiteks võiksid replikatsiooni tagada lühemate ja lihtsamate ribosüümide abil, ja teiseks, enne mis tahes replikatsiooni algust, suunata iseseadmine struktureeritud RNA-de poole, mis on võimelised töötama ribosüümidena. Mõnda neist teguritest on juba teised autorid nimetanud: Shostaki mitteensümaatiline replikatsioon, isekõrvaluse valik Markovi “palindroomide maailmas”, UV-resistentsuse valik, mis suunab RNA iseseadumise Mulkidzhanyani pakutud juuksenõelte struktuuride poole). Lisan sellesse loendisse mineraalsed substraadid ja "soojuspüünised" (kitsad poorid temperatuurigradiendiga), mis muudavad RNA kopeerimise väga lihtsaks. Lisaks, kuna meil on lihtne isereplitseeruv geneetiline süsteem, loob suure tõenäosusega Darwini evolutsioon selle põhjal kiiresti bakteriraku või midagi sarnast - rakumembraaniga, mis hoiab rakus pidevat soolakompositsiooni.
Miks ma usun, et elu areng lihtsatest rakkudest mitmerakuliste loomadeni võib olla väga ebatõenäoline? Siin on kaks kaalutlust: üks geoloogiline ja teine puhtalt bioloogiline. Alustame esimesest.
Paleontoloogias on usaldusväärselt kindlaks tehtud, et organismide areng on väga ebaühtlane. Kriisid ja revolutsioonid vahelduvad staaside perioodidega, mõnikord väga pikkade perioodidega. Pikimat staasiperioodi nimetati "igavaks miljardiks" ja see kestis suurema osa proterosoikumidest - umbes 2 kuni 0,8 miljardit aastat tagasi. Sellele eelnes hapniku ilmumine atmosfääri, eukarüootsete rakkude tekkimine ja globaalne Huroni jäätumine ning see lõppes Maa ajaloo suurima Sturti jäätumisega, hapnikusisalduse suurenemisega peaaegu tänapäevaste väärtusteni ja mitmerakuliste loomade ilmumisega. Samuti oli evolutsioon Arheani eonis 3,5–2,5 miljardit aastat tagasi suhteliselt aeglane, võrreldes nii eelmise Katarhia eooniga (elu tekkimise aeg kui ka hiline meteoriidi pommitamine) ja sellele järgnenud hapnikurevolutsiooniga. Selle ebaühtluse põhjused pole täielikult teada. Mulle tundub isiklikult veenev, et "hapnikurevolutsioon" (hapnikku tootvate sinivetikate massiline levik) oli seotud redutseeritud (raud) rauavarude ammendumisega ookeanivees. Kuni ookeanis oli piisavalt rauda, arenesid seal mikroobid lihtsama ja ohutuma rauda oksüdeeriva fotosünteesi abil. Selles ei eraldu hapnik, vaid raudoksiidi ühendid - magnetiidid ja hematiidid, mis ladestusid merepõhjas kogu Arheani piirkonnas. Uue raua tarnimine merre (peamiselt põhjas olevatest hüdrotermilistest allikatest) vähenes, kui planeedi geoloogiline aktiivsus taandus, ning lõpuks sundis ressursikriis fotosünteesi tekitavaid mikroobisid üle minema keerukamale hapniku fotosünteesi “tehnoloogiale”. Samamoodi“igava miljardi” põhjuseks võib olla pidev hapniku tarbimine mitmesuguste maavarade oksüdeerumisel maapinnal, mis ei võimalda tõsta hapnikusisaldust üle 1–2%. Proterosoikumide meresetetes on palju jälgi väävelmaakide maapealsest oksüdeerumisest, mille tõttu jõed kandsid ookeani sulfaate, arseeni, antimonit, vaske, kroomi, molübdeeni, uraani ja muid elemente, mis Arheia ookeanis peaaegu puudusid. Hiline proterosoikumide kriis koos globaalsete liustikega, hapnikusisalduse kiire suurenemine ja mitmerakuliste loomade ilmnemine võis olla põhjustatud kergesti oksüdeeruvate mineraalide kahanemisest maismaal.mille tõttu jõed kandsid ookeanisse sulfaate, arseeni, antimonit, vaske, kroomi, molübdeeni, uraani ja muid elemente, mis Arheia ookeanis peaaegu puudusid. Hilise proterosoikumi kriis koos globaalsete jäätumistega, hapnikusisalduse kiire suurenemine ja mitmerakuliste loomade ilmnemine võis olla põhjustatud kergesti oksüdeeruvate mineraalide kahanemisest maismaal.mille tõttu jõed kandsid ookeani sulfaate, arseeni, antimonit, vaske, kroomi, molübdeeni, uraani ja muid elemente, mis Arheia ookeanis peaaegu puudusid. Hilise proterosoikumi kriis koos globaalsete jäätumistega, hapnikusisalduse kiire suurenemine ja mitmerakuliste loomade ilmnemine võis olla põhjustatud kergesti oksüdeeruvate mineraalide kahanemisest maismaal.
Seega määrati kahe võtmepöörde (hapniku fotosünteesi ja mitmerakulised loomad) alguse ajastus tõenäoliselt bioloogiliste (fotosünteesi) ja geoloogiliste (raudade ja muude oksüdeeruvate ainete eraldumine hüdrotermiliste õhuavade ja maa vulkaanide poolt) tasakaalust. On täiesti võimalik, et teistel planeetidel tulevad need pöörded palju hiljem. Näiteks kaotab massiivsem planeet (super-maa) aeglasemalt geoloogilise aktiivsuse, laseb rauda ookeani pikemaks ja võib hapnikurevolutsiooni miljardeid aastaid edasi lükata. Punaste kääbuste asustatavas tsoonis olevad planeedid saavad vähe fotosünteesiks sobivat nähtavat valgust ja ka nende biosfäärid võivad jääda hapnikuvabasse etappi. Samuti on oluline vee kogus planeedil. Kui kogu planeeti katab sügav ookean, on sellel fosforivaegus,pärinevad peamiselt maismaa vulkaanidest ja kui vett on vähe, on ka fotosünteesivate mikroobide jaoks kasutatav ookeanipiirkond väike (enne mitmerakuliste taimede ilmumist oli maapealsete ökosüsteemide produktiivsus meredega võrreldes tühine). See tähendab, et on palju põhjuseid, miks biosfäär võib takerduda hapnikuvabasse mikroobi staadiumisse ega areneda loomadeks. Arenguaeg, muide, on piiratud: tähtede heledus suureneb aja jooksul ja 1,5–2 miljardi aasta pärast soojeneb Maa pöördumatult, tema ookeanid aurustuvad ja kasvav kasvuhooneefekt muudab selle teiseks Veenuseks. Punastes kääbustes kasvab heledus aeglasemalt, kuid nende planeedid võivad muutuda magnetvälja kadumise ja sellele järgneva vee kadumise tõttu kosmosesse elamiskõlbmatuks, nagu juhtus Marsil.ka fotosünteesivate mikroobide jaoks kasutatav ookeani pindala on väike (enne mitmerakuliste taimede tulekut oli maapealsete ökosüsteemide produktiivsus meredega võrreldes tühine). See tähendab, et on palju põhjuseid, miks biosfäär võib takerduda hapnikuvabasse mikroobi staadiumisse ega areneda loomadeks. Arenguaeg, muide, on piiratud: tähtede heledus suureneb aja jooksul ja 1,5–2 miljardi aasta pärast soojeneb Maa pöördumatult, tema ookeanid aurustuvad ja kasvav kasvuhooneefekt muudab selle teiseks Veenuseks. Punastes kääbustes kasvab heledus aeglasemalt, kuid nende planeedid võivad muutuda magnetvälja kadumise ja sellele järgneva vee kadumise tõttu kosmosesse elamiskõlbmatuks, nagu juhtus Marsil.ka fotosünteesivate mikroobide jaoks kasutatav ookeani pindala on väike (enne mitmerakuliste taimede tulekut oli maapealsete ökosüsteemide produktiivsus meredega võrreldes tühine). See tähendab, et on palju põhjuseid, miks biosfäär võib takerduda hapnikuvabasse mikroobi staadiumisse ega areneda loomadeks. Arenguaeg, muide, on piiratud: tähtede heledus suureneb aja jooksul ja 1,5–2 miljardi aasta pärast soojeneb Maa pöördumatult, tema ookeanid aurustuvad ja kasvav kasvuhooneefekt muudab selle teiseks Veenuseks. Punastes kääbustes kasvab heledus aeglasemalt, kuid nende planeedid võivad muutuda magnetvälja kadumise ja sellele järgneva vee kadumise tõttu kosmosesse elamiskõlbmatuks, nagu juhtus Marsil.ligipääsetav fotosünteetilistele mikroobidele (enne mitmerakuliste taimede ilmumist oli maapealsete ökosüsteemide produktiivsus meredega võrreldes tühine). See tähendab, et on palju põhjuseid, miks biosfäär võib takerduda hapnikuvabasse mikroobi staadiumisse ega areneda loomadeks. Arenguaeg, muide, on piiratud: tähtede heledus suureneb aja jooksul ja 1,5–2 miljardi aasta pärast soojeneb Maa pöördumatult, tema ookeanid aurustuvad ja kasvav kasvuhooneefekt muudab selle teiseks Veenuseks. Punastes kääbustes kasvab heledus aeglasemalt, kuid nende planeedid võivad muutuda magnetvälja kadumise ja sellele järgneva vee kadumise tõttu kosmosesse elamiskõlbmatuks, nagu juhtus Marsil.ligipääsetav fotosünteetilistele mikroobidele (enne mitmerakuliste taimede ilmumist oli maapealsete ökosüsteemide produktiivsus meredega võrreldes tühine). See tähendab, et on palju põhjuseid, miks biosfäär võib takerduda hapnikuvabasse mikroobi staadiumisse ega areneda loomadeks. Arenguaeg, muide, on piiratud: tähtede heledus suureneb aja jooksul ja 1,5–2 miljardi aasta pärast soojeneb Maa pöördumatult, tema ookeanid aurustuvad ja kasvav kasvuhooneefekt muudab selle teiseks Veenuseks. Punastes kääbustes kasvab heledus aeglasemalt, kuid nende planeedid võivad muutuda magnetvälja kadumise ja sellele järgneva vee kadumise tõttu kosmosesse elamiskõlbmatuks, nagu juhtus Marsil. Arenguaeg, muide, on piiratud: tähtede heledus suureneb aja jooksul ja 1,5–2 miljardi aasta pärast soojeneb Maa pöördumatult, tema ookeanid aurustuvad ja kasvav kasvuhooneefekt muudab selle teiseks Veenuseks. Punastes kääbustes kasvab heledus aeglasemalt, kuid nende planeedid võivad muutuda magnetvälja kadumise ja sellele järgneva vee kadumise tõttu kosmosesse elamiskõlbmatuks, nagu juhtus Marsil. Arenguaeg, muide, on piiratud: tähtede heledus suureneb aja jooksul ja Maa kuumeneb 1,5–2 miljardi aasta jooksul pöördumatult, tema ookeanid aurustuvad ja kasvav kasvuhooneefekt muudab selle teiseks Veenuseks. Punastes kääbustes kasvab heledus aeglasemalt, kuid nende planeedid võivad muutuda magnetvälja kadumise ja sellele järgneva vee kadumise tõttu kosmosesse elamiskõlbmatuks, nagu juhtus Marsil.
Teine kaalutlus on seotud eukarüootide - tuumaga rakkude - tekkimisega. Eukarüootsed rakud on palju suuremad ja keerukamad kui bakterid ja arhaea ning need ilmusid hiljem, tõenäoliselt "hapnikurevolutsiooni" ajal. Eukarüootne rakk ilmus arheaalrakust pärit kimäärina, selle sisse asunud sümbiootiliste bakterite ja võimalusel neid nakatanud viiruse (või isegi rohkem kui ühe) kaudu. Eukarüootide genoomi struktuur näitab ühemõtteliselt, et nende varane areng ei toimunud mitte loodusliku valiku tõttu, vaid paljuski vaatamata sellele. Väikestes populatsioonides pole selektsioon eriti efektiivne ja geenide triivimise ning muude puhtjuhuslike protsesside tõttu võivad juurduda kergelt kahjulikud tunnused. Seda kirjeldatakse üksikasjalikult Kunini juhuse loogika vastavas peatükis ja soovitatakseet eukarüootide teke võib olla väga ebatõenäoline isegi sobivas keskkonnas (bakterite biosfäär siseneb hapniku pöördesse). Bakterite ja arhaea vahelise rakusisese sümbioosi juhtumid on praktiliselt tundmatud - ehkki bakterid arveldavad eukarüootsete rakkude sees kergesti.
Kokkuvõtteks: ma arvan, et kirjeldatud tegurite kombinatsioon peaks viima tõsiasjani, et meie galaktikas on miljoneid planeete, millel on bakteriaalne elu ja palju vähem (võimalik, et ainult mõned) - eukarüootse ja mitmerakulise keerukusega eluga.
Boris Sterni postikiri
Paar sõna arutelu lõpetamiseks. On täiesti võimalik, et Jevgeni Kunin alahindas sobivates tingimustes elu päritolu tõenäosust. Ja samas, seda hinnangut tuleb võtta tõsiselt. Kui ta eksis 900 suurusjärgu võrra, siis see ei muuda midagi: me oleme kõik üksi Universumi silmapiiril, kus on vaid umbes 1020-1021 sobivat planeeti. Isegi kui ülejäänud arutelus osalejatel on õigus ja kõikvõimalikud looduse trikid nagu mitteensümaatiline replikatsioon võivad elu päritolu enam-vähem tõenäoliseks muuta, on see väga primitiivne elu, valdaval enamikul juhtudest, kes ei suuda kõrgemale arengutasemele hüpata. Kaks paneelisti kirjutasid sellest mustvalgelt. See on kogu Fermi paradoks.
Sellest tuleneb vähemalt kaks olulist korralduslikku järeldust. Esiteks: arenenud elu on universumi kõige haruldasem ja väärtuslikum nähtus. Seetõttu vaadake Armen Mulkidzhanyani märkuse viimast lõiku: inimkonnal on üllas eesmärk - selle nähtuse levik. Selle eesmärgi saavutamise võimalustest ja meetoditest räägime eraldi.
Teine organisatsiooniline järeldus: selle elu hävitamine on galaktilise või isegi kosmoloogilise ulatuse korvamatu kaotus. Seda tuleks arvestada nende enda hinnangul "kullide" ja poliitikute jaoks, kes on valmis kasutama tuumaväljapressimist, et omaenda "ülevust" paisutada. Sama kehtib ohjeldamatu tarbimise tsivilisatsiooni kohta.
Autorid: Boris Stern, Alexander Markov, Armen Mulkidzhanyan, Jevgeni Kunin, Mihhail Nikitin
