Forord af Boris Stern
Vi har længe planlagt at holde en diskussion relateret til det evige spørgsmål om menneskets sted i universet. Dette handler selvfølgelig om udenjordisk liv og planeter fra andre stjerner. I øjeblikket kendes lidt under 6 tusinde exoplaneter, hvoraf mere end to tusind venter på uafhængig bekræftelse. Men til statistisk forskning kan du bruge alle 6 tusind.
Der er meget få planeter blandt dem, der angiveligt er egnede til livet. Dette er naturligt, fordi de er sværest at finde: en meget kraftig selektionseffekt virker mod jordlignende planeter. De er for lette til at blive fanget af metoden med en radial hastighedsmetode, og deres år er for lang til, at deres transiter kan udgraves pålideligt i Kepler-rumteleskopdataene. Undtagelsen er planeterne i den beboelige zone af røde dværge, der er åbne under vores næser, det er meget lettere at finde dem. Der er mange af disse planeter, men desværre er røde dværge meget upraktiske for livet ved siden af dem. Ekstrapolering af Keplers data for stjernerne som "Solen" giver et meget optimistisk resultat: mindst 15% af disse stjerner har planeter i deres beboelige zone. Dette skøn blev opnået uafhængigt af mange forfattere,og med tiden bliver det mere og mere optimistisk: 20% og endda en fjerdedel af solerne har lande. Dette betyder, at den nærmeste klasse G eller K-stjerne til os med Jorden i kredsløb i det beboelige område er inden for 15 lysår. Der er få sådanne stjerner, og kandidater dukker allerede op, for eksempel Tau Ceti. Og der er mange sådanne planeter inden for en radius af fx 30 lysår.
Observationsmetoder skrider gradvist frem. Nye nærliggende jordlignende planeter vil blive opdaget ved hjælp af det forbedrede HARPS-instrument. I det næste årti lærer vi en ting eller to om atmosfærerne i nogle jordlignende planeter ved hjælp af instrumenter som det kæmpe ekstremt store teleskop (ELT) og James Webb-rumteleskopet. Og det er muligt, at ilt vises i absorptionsspektret i atmosfæren på en eller anden transitplanet (der passerer gennem en stjernes disk). Hvis stjernen ikke er alt for aktiv og gammel nok, kan ilt kun være biogen. Dette er, hvordan det udenjordiske liv kan opdages.
Er det sandt? Hvis livet opstår i et hvilket som helst hjørne, så snart forholdene opstår - hvorfor ikke? Men er det? Argumentet fremsættes ofte om, at livet på Jorden optrådte meget hurtigt, hvilket betyder, at dette er tilfældet - et par hundrede millioner år er nok til, at det kan optræde i en slags suppe. Men der er også et modargument - en passende "suppe" kan kun eksistere på en ung planet - livet opstår enten hurtigt eller aldrig.
Og selvfølgelig er der det modsatte synspunkt: livet er et sjældent fænomen baseret på et helt utroligt tilfældigt. Det mest detaljerede synspunkt i denne sag, professionelt og med kvantitative skøn, blev udtrykt af Evgeny Kunin. Livet er baseret på kopiering af lange molekyler, oprindeligt var de RNA-molekyler. Kopiering foretages af en bestemt enhed kaldet en "replikase" (disse linjer blev skrevet af en fysiker, derfor er terminologien set fra en biologs synspunkt noget akavet). Replicase kommer ikke fra andre steder, hvis den ikke er programmeret i det samme RNA, der kopieres.
Ifølge Kunin er det nødvendigt, at RNA's selvreproduktion starter og med det udvikler sig “til et minimum det spontane udseende af den næste.
- To rRNA'er med en samlet størrelse på mindst 1000 nukleotider.
- Cirka 10 primitive adaptorer af 30 nukleotider hver for i alt ca. 300 nukleotider.
- Mindst en RNA-kodende replikase er ca. 500 nukleotider i størrelse (bund score). I den accepterede model, n = 1800, og som et resultat, E <10 - 1081 ".
I det givne fragment mener vi en kodning med fire bogstaver, antallet af mulige kombinationer er 41800 = 101081, hvis kun et par af dem starter udviklingsprocessen, er sandsynligheden for den krævede samling pr. "Forsøg" med spontan samling ~ 10-1081.
Salgsfremmende video:
Der er ingen modsigelse i det faktum, at resultatet er foran vores øjne, der er ingen: i henhold til teorien om inflation er universet enormt, titusinder af størrelsesordener større end dets synlige del, og hvis vi forstår universet som et lukket rum, er der universer med det samme vakuum som vores, et gigantisk sæt … Den mindste sandsynlighed realiseres et sted, hvilket giver anledning til en overrasket kigger.
Disse to ekstremer betyder meget for vores plads i universet. Under alle omstændigheder er vi alene. Men hvis livet findes snesevis af lysår væk fra os, er dette teknologisk ensomhed overvundet af udvikling og tusindårs tålmodighed. Hvis Kunins vurdering er korrekt, er dette en grundlæggende ensomhed, som ikke kan overvindes af noget. Derefter er vi og det jordiske liv et unikt fænomen i universets årsagssammenhængende volumen. Den eneste og mest værdifulde. Dette er vigtigt for menneskehedens fremtidige strategi. I det første tilfælde er grundlaget for strategien søgning. I det andet tilfælde - såning (der er endda et sådant udtryk "rettet panspermia"), som også inkluderer søgning efter en egnet jord.
Alt dette fortjener en diskussion. Er der smuthuller gennem Kunins argument? Er der nogen mekanismer, der kan skelnes ved at omgå den "irreducible kompleksitet" af RNA-replikatoren? Er det virkelig så utilgiveligt? Etc.
Vi bad flere biologer om deres udtalelser.
Alexander Markov, ph.d. biol. videnskaber, ledet. videnskabelig. sotr. Paleontological Institute RAS, chef. Institut for Biologisk Evolution, Biologisk Fakultet, Moskva State University:
Evgeny Kunins vurdering, som indebærer, at vi håbløst er alene i universet, er baseret på en nøgleantagelse. Kunin mente, at for at starte processen med RNA-replikation (og med den darwinistiske udvikling; det er logisk at betragte dette øjeblik som tidspunktet for livets oprindelse), var det nødvendigt, at rent tilfældigt - som et resultat af en tilfældig kombination af polymerisation (for eksempel på mineralmatrixer) ribonukleotider - der opstod et ribozym med RNA-polymeraseaktivitet, det vil sige et langt RNA-molekyle, der har en meget bestemt (og ikke bare hvilken som helst) nukleotidsekvens og på grund af dette er i stand til effektivt at katalysere RNA-replikation.
Hvis der ikke er nogen anden måde, en anden "indgang" til den levende verden fra den livløse materie, har Kunin ret, og vi bør opgive håbet om at finde noget liv i universet undtagen jordisk. Det kan antages, at det hele startede ikke med en enkelt yderst effektiv polymerase, men for eksempel med et vist samfund af små, ineffektive polymeraser og ligaser (ribozymer, der kan tværbinde korte RNA-molekyler til længere): måske vil dette gøre vurderingen lidt mere optimistisk, men vil ikke ændre situationen grundlæggende. Fordi den første replikator stadig var meget kompleks, og den burde have vist sig uden hjælp fra den darwinistiske udvikling - faktisk ved et uheld.
Et levedygtigt alternativ er ikke-enzymatisk RNA-replikation (NR RNA): en proces, ved hvilken RNA-molekyler replikeres uden hjælp af komplekse ribozymer eller protein-enzymer. En sådan proces findes, den katalyseres af Mg2 + -ioner, men den går for langsomt og unøjagtigt - i det mindste under de betingelser, som forskerne havde tid til at prøve.
Der er dog et håb om, at det alligevel vil være muligt at finde nogle plausible forhold (som i princippet kunne eksistere på nogle planeter), når NR RNA går hurtigt nok og præcist. Måske kræver dette en slags relativt simpel katalysator, der kan syntetiseres på en abiogen måde. Det er muligt, at enkle abiogene peptider med adskillige negativt ladede rester af asparaginsyre, som tilbageholder magnesiumioner, kan fungere som sådanne katalysatorer: protein-RNA-polymeraser har lignende aktive centre, og denne mulighed undersøges nu.
Spørgsmålet om muligheden for et effektivt NR RNA er af grundlæggende betydning for at vurdere sandsynligheden for livets oprindelse. Hvis NR RNA er muligt, kan der være en hel del levende planeter i det observerbare univers. De grundlæggende forskelle mellem de to scenarier - med mulig og umulig NR RNA - er vist i tabellen. Hvis NR er muligt, kunne darwinistisk udvikling begynde næsten umiddelbart efter udseendet af de første korte RNA-molekyler. Den selektive fordel burde have været opnået med de RNA-molekyler, der multipliceres mere effektivt ved hjælp af HP. Disse kunne for eksempel være molekyler med palindromiske gentagelser, som selv kunne tjene som primere - "frø" til replikation; palindromes kan foldes ind i tredimensionelle strukturer - "hårnåle", hvilket øger sandsynligheden for udseendet af katalytiske egenskaber i RNA-molekylet. Alligevel efterDa darwinistisk evolution begyndte, blev den videre udvikling af livet bestemt ikke kun ved en tilfældighed, men også af loven.
Estimaterne af sandsynligheden (hyppigheden) af livets oprindelse under disse to scenarier bør afvige med et stort antal ordrer (selvom ingen selvfølgelig giver de nøjagtige tal). Det er også vigtigt at bemærke, at hvis livet stammer "ifølge Kunin", det vil sige på grund af den tilfældige samling af en effektiv ribozym-polymerase, så viser sig princippet om komplementaritet (specifik parring af nukleotider), hvor RNA's evne til at reproducere og udvikle sig, være en slags "klaver i buskene”, Hvilket ikke havde noget at gøre med det faktum, at en så enorm mængde RNA-molekyler var ophobet på planeterne, at et effektivt ribozym med RNA-polymeraseaktivitet ved et uheld blev vist på en af planeterne. Hvis livet opstod "ifølge Shostak" (Nobelprisvinderen Jack Shostak studerer nu aktivt NR RNA og mener, at denne proces er nøglen til mysteriet om livets oprindelse),så var komplementaritet ikke et "klaver i bushen", men fungerede helt fra begyndelsen. Dette gør hele oprindelses-scenariet meget mere overbevisende og logisk. Jeg vil satse på Shostak.
Så alt afhænger af succes af specialister inden for prebiotisk kemi. Hvis de finder realistiske forhold, hvor NR RNA går godt, har vi en chance for at finde liv på andre planeter. Og hvis ikke, så … må vi se nærmere.
Armen Mulkidzhanyan, Dr. biol. Sci., Universitetet i Osnabrück (Tyskland), ledet. videnskabelig. sotr. MSU:
Det er vanskeligt at argumentere med det faktum, at livet opstod for længe siden og på den unge jord. Jorden er sammensat af kondritiske klipper som meteoritter. Opvarmningen af disse klipper under dannelsen af Jorden forårsagede smeltningen af vandet medbragt med chondrites. Samspillet mellem vand og en opvarmet, reduceret klippe burde have ført til frigivelse af elektroner, dannelse af brint og reduktion af kuldioxid (CO2) til forskellige organiske forbindelser. Lignende processer foregår stadig i områder med geotermisk aktivitet, for eksempel i geotermiske felter, men med lav intensitet. Så dannelse af organisk stof i store mængder kan forventes på de andre planeters unge planeter. Sandsynligheden for, at der kan opstå liv i dette tilfælde, kan estimeres ved at overveje udviklingen af det jordiske liv.
I de første to milliarder år boede kun mikrober på Jorden. Det ville have fortsat på denne måde, men for omkring 2,5 milliarder år siden lærte fotosyntetiske bakterier at bruge lysets energi til at nedbryde vand. Fotosyntese opstod oprindeligt som en erstatning for de dæmpede geokemiske processer med at "dumpe" overskydende elektroner. I fotosyntesen bruges lysets energi til at oxidere forskellige forbindelser, det vil sige til at "fjerne" elektroner fra dem, til at fotoaktivere disse elektroner og i sidste ende reducere CO2 til organiske forbindelser af dem. Vandnedbrydningssystemet er opstået som et resultat af den gradvise udvikling af enklere fotosyntetiske enzymer, der er konserveret i nogle bakterier. Der er flere meget plausible scenarier for, hvordan sådanne enzymer, der bruger lys og klorofyl, først oxiderede brintsulfid (og endda nu nogle mennesker gør det), derefter,da hydrogensulfidet i mediet var opbrugt, blev elektroner fjernet fra jernholdige jernioner og derefter fra manganioner. Som et resultat lærte de på en eller anden måde at nedbryde vand. I dette tilfælde gik de elektroner, der blev taget væk fra vandet, til syntese af organisk stof, og ilt blev frigivet som et biprodukt. Oxygen er et meget stærkt oxidationsmiddel. Jeg var nødt til at forsvare mig mod ham. Fremkomsten af multicellularitet, varmblodhed og i sidste ende intelligens er alle forskellige stadier af beskyttelse mod oxidation af atmosfærisk ilt.varmblodethed og i sidste ende fornuft - disse er alle forskellige stadier af beskyttelse mod oxidation af atmosfærisk ilt.varmblodethed og i sidste ende fornuft - disse er alle forskellige stadier af beskyttelse mod oxidation af atmosfærisk ilt.
Vandnedbrydning forekommer i et unikt katalytisk centrum indeholdende en klynge af fire manganatomer og et calciumatom. I denne reaktion, som kræver fire kvanta af lys, nedbrydes to vandmolekyler (2 H20) på én gang for at danne et iltmolekyle (O2). Dette kræver energi fra fire kvanta af lys. Som reaktion på absorptionen af tre lette kvanta akkumuleres tre elektroniske vakanser ("huller") på manganatomerne, og først når det fjerde lyskvantum absorberes, oxideres begge vandmolekyler, hullerne fyldes med elektroner, og der dannes et iltmolekyle. Selvom strukturen i manganklyngen for nylig er blevet bestemt med høj præcision, forstås ikke hvordan denne firetakters enhed fungerer. Det er også uklart, hvordan og hvorfor i det katalytiske centrum, hvor der i primitive fotosyntetiske bakterier tilsyneladende,manganioner blev oxideret, fire af dets atomer blev kombineret med et calciumatom i en klynge, der var i stand til at nedbryde vand. Termodynamikken i klorofylldeltagelse i vandoxidation er også mystisk. Teoretisk set kan klorofyll under belysning oxidere brintsulfid, jern og mangan, men ikke vand. Dog oxiderer det. Generelt er det som om en humle: "I henhold til aerodynamikens love kan en humle ikke flyve, men han ved ikke om det og flyver kun af denne grund."
Det er meget vanskeligt at vurdere sandsynligheden for et vandnedbrydningssystem. Men denne sandsynlighed er meget lille, da i 4,5 milliarder år opstod et sådant system kun én gang. Der var ikke noget særligt behov for det, og uden det ville mikrober trives på Jorden, hvilket blev inkluderet i geokemiske cyklusser. Endvidere skulle det meste af den mikrobielle biosfære efter udseendet af ilt i atmosfæren være døde eller mere præcist forbrændt - samspillet mellem organisk stof og ilt er forbrænding. Kun mikrober overlevede efter at have lært at indånde, det vil sige hurtigt at genoprette ilt tilbage til vand direkte på deres ydre skal og forhindre det indeni samt indbyggerne i de få resterende iltfrie økologiske nicher.
Denne historie kan tjene som et eksempel på en relativt nylig (for ca. 2,5 milliarder år siden) og en relativt forståelig begivenhed, der førte til en kraftig stigning i de levende systemers kompleksitet. Det hele startede med gradvise ændringer i fotosyntetiske enzymer. Derefter var der en engangs og meget ikke-triviel evolutionær opfindelse (mangan-calcium-klynge), som måske ikke havde været det. Efterfølgende enorme ændringer var en reaktion på forekomsten af "giftigt" ilt i atmosfæren: Darwinsk udvælgelse tændte ved fuld styrke, jeg måtte lære at trække vejret dybt og bevæge mine hjerner.
I alt har vi en proces, der finder sted i tre faser: (1) gradvise ændringer - (2) en engangs usandsynlig begivenhed - (3) yderligere udvikling, men på et andet niveau eller under forskellige forhold. Dette skema kan betragtes som en molekylær analog til Severtsovs klassiske aromorfoseskema.
Hvis du ser på evolutionen efter ilt, kan du identificere flere flere sådanne usandsynlige engangshændelser, der ændrede udviklingen. Dette er "samlingen" af en kompleks eukaryot celle og fremkomsten af karplanter og forskellige "gennembrud" i udviklingen af dyr, som Severtsov faktisk skrev om.
Livets fremkomst, som inden for rammerne af RNA-verdenshypotesen forstås som fremkomsten af selvreproducerende ensembler af RNA-molekyler (replikatorer), kan også repræsenteres som en tretrinsproces.
1) Forberedende trin: RNA-dannende ribonukleotider er i stand til spontant at "samles" fra enkle molekyler som cyanid eller formamid under påvirkning af ultraviolet (UV) lys. Han var i overflod på den unge jord; der var endnu ingen ultravioletabsorberende ozon i atmosfæren, da der ikke var ilt, se ovenfor. Som Pouner og Saderland (University of Manchester) har vist, er nukleotider i en speciel, "aktiveret" cyklisk form "valgt" i UV-lys; sådanne nukleotider er i stand til spontant at danne RNA-kæder. Desuden er dobbelt Watson-Crick RNA-kæder markant mere modstandsdygtige over for UV-stråling end enkeltkæder - dette resultat blev beskrevet af Evgeny Kunin i hans allerførste publicerede arbejde tilbage i 1980. Det vil sige, på den unge jord kunne på grund af strømmen af "ekstra" elektroner dannes en række organiske molekyler,men under påvirkning af hård solstråling var det primært RNA-lignende molekyler, fortrinsvis rullet op i spiralformede strukturer, der overlevede.
2) En engangs usandsynlig begivenhed: et ensemble af flere RNA-lignende molekyler begyndte at kopiere sig selv (milliarder af år senere blev lignende selvkopierende RNA-ensembler opnået ved RNA-udvælgelse under laboratoriebetingelser).
3) Efterfølgende udvikling: RNA-replikatorer begyndte at konkurrere med hinanden om ressourcer, udvikle sig, forene sig i større samfund osv.
Ulempen med dette hypotetiske skema er, at hverken de molekylære detaljer om oprindelsen af RNA-replikatorer eller de naturlige faktorer, der bidrager til deres selektion, er kendt. Der gives håb ved det faktum, at i tilfælde af den næste vigtigste (og igen) evolutionære begivenhed, nemlig fremkomsten af ribosomer, maskiner til proteinsyntese, er molekylære detaljer blevet rekonstrueret. Dette blev gjort ved forskellige metoder i fire laboratorier; resultaterne af rekonstruktionerne er meget ens. Kort sagt var stamfaren til moderne meget komplekse ribosomer en konstruktion af to RNA-løkker på 50-60 ribonukleotider hver, der var i stand til at kombinere to aminosyrer med en peptidbinding. Mellemstadierne på vej fra denne to-loop-struktur til moderne ribosomer blev sporet detaljeret af Konstantin Bokov og Sergey Stadler (University of Montreal),Nobelprisvinderen Ada Yonath og kolleger (Weizmann Institute), George Fox og kolleger (University of Houston) og Anton Petrov og kolleger (University of Georgia).
Ribosomet, som først havde en katalytisk RNA-underenhed, voksede gradvist i kompleksitet og størrelse, og syntes hele denne tid synteser om proteinsekvenser fra et tilfældigt sæt aminosyrer. Først i de sidste stadier af dens udvikling smeltede det sammen med et andet RNA-molekyle, der blev en lille underenhed af ribosomet, og den kodede proteinsyntese begyndte. Fremkomsten af den genetiske kode er således en usandsynlig evolutionær begivenhed adskilt fra fremkomsten af ribosomal proteinsyntese.
Mere sandsynligt vil yderligere forskning gøre det muligt at rekonstruere både fremkomsten af replikatorer og andre usandsynlige hændelser, for eksempel dem, der er forbundet med fremkomsten af de første celler, udvekslingen af gener mellem de første celler og vira osv.
Vende tilbage til de stillede spørgsmål om sandsynligheder: vores detaljerede overvejelse viser, at udviklingen af det jordiske liv ikke er et "absolut utroligt tilfældighed", men mange på hinanden følgende ekstremt usandsynlige begivenheder.
Kraftig generation af organisk stof foregik sandsynligvis på andre unge planeter. Men dette førte ikke nødvendigvis til livets opståen. Hvis det selvreplicerende RNA-ensemble ikke havde samlet sig på Jorden, ville der ikke have været noget liv. Produktionen af organisk stof ville gradvis falme, og Jorden ville blive lignende Mars eller Venus.
Men selv i tilfælde af opståen af liv på andre planeter, kunne dette liv "sætte sig fast" på ethvert indledende trin, og sandsynligheden for at forblive for evigt på et primitivt udviklingsniveau var sammenligneligt højere end sandsynligheden for at klatre op til det næste trin og komme videre.
Derfor er sandsynligheden for at møde kloge udlændinge på en anden planet enormt lavere end chancen for at komme ind i en simpel, men levende slim der (og det er hvis du er meget heldig). Sandsynligheden for, at der er iltliv et eller andet sted, er også umådeligt lille: nedbrydning af vand til dannelse af ilt er en meget ikke-privat fire-elektron-reaktion.
Så det er bare ikke særlig smart at opbygge enhver strategi i håb om at finde en fremmed intelligens. At der i øjeblikket er intelligente væsener på Jorden, er en meget stor succes. Derfor er det meget mere fornuftigt at investere i oprettelsen af "alternative flyvepladser" til det allerede eksisterende intelligente liv i tilfælde af, at naturen svigter eller sindets bærere svigter. Dette betyder, at vi har brug for en ekstra jord, eller endnu bedre et par.
Evgeny Kunin, ledet. videnskabelig. sotr. National Center for Biotechnology Information, medlem af US National Academy of Sciences:
Jeg kan begrænse mig til meget korte bemærkninger, da jeg er helt enig i alt, hvad Alexander Markov siger … undtagen naturligvis konklusionerne. Faktisk er det begrænsende trin i livets opståen den spontane dannelse af en population af ribozym-polymerasemolekyler med en tilstrækkelig høj hastighed og nøjagtighed af selvkopiering. Sandsynligheden for en sådan begivenhed er forsvindende lille. For at øge den markant er der behov for en proces, der skaber muligheden for udvikling uden deltagelse af sådanne ribozymer, i et meget enklere system. Den ikke-enzymatiske replikation diskuteret af Alexander er en god kandidat til en sådan proces. Den eneste vanskelighed er, at baseret på alt hvad jeg kender fra kemi og termodynamik, er der ingen chance for at bringe disse reaktioner til niveauet med tilstrækkelig nøjagtig replikation af lange molekyler. Replikation af meget korte oligonukleotider ville være meget interessant som et muligt mellemtrin, men vil ikke markant øge sandsynligheden. Således er min konklusion den samme: fremkomsten af liv kræver ekstremt usandsynlige begivenheder, og derfor er vi alene i vores univers (spørgsmålet om flere universer er ikke nødvendigt at diskutere her). Ikke kun vi er intelligente væsener, men mere vidtgående levende væsener generelt.
Det er vigtigt at bemærke følgende: den ekstremt lave sandsynlighed for forekomst af liv på ingen måde betyder, at det hele skete ved et mirakel. Tværtimod, de er alle en række normale kemiske reaktioner, kun inklusive stadier med meget lav sandsynlighed. Derfor er det ikke kun meningsløst, men ekstremt vigtigt og interessant, at studere de mekanismer, der på en eller anden måde letter fremkomsten af livet. Det er bare ikke (endnu) synligt, at dette kan øge sandsynligheden markant, men at skabe et scenarie med begivenheder kan godt hjælpe.
Nå, jeg vil slutte med en kvasifilosofisk, men efter min mening relevant overvejelse. Den ekstremt lave sandsynlighed for livets opståen krænker middelprioritetsprincippet: begivenhederne, der er sket på vores planet, er usædvanlige, endda unikke i universet. Middelmidlighedsprincippet taber i dette tilfælde til det antropiske princip: uanset hvor utrolig livets opståen var a priori, UNDER BETINGELSEN om eksistensen af intelligente væsener, og lige celler, er dets sandsynlighed nøjagtigt lig med 1.
Mikhail Nikitin, forsker sotr. Institut for Evolutionær Biokemi, Forskningsinstitut for Fysisk-kemisk Biologi. A. N. Belozersky Moskva statsuniversitet:
Det forekommer mig, at livet med et bakterielt niveau af kompleksitet er udbredt i universet, men udvikling til flercellede dyr og potentielt intelligente væsener er langt mindre sandsynligt.
Hvorfor tror jeg bakterieliv er meget sandsynligt?
Kunins resonnement er baseret på eksperimenter på den kunstige selektion af ribozymer-replikaser, som kopierer RNA-molekyler og potentielt kan kopiere sig selv. Alle disse ribozymer er ca. 200 nukleotider i længde, og sandsynligheden for at opnå dem ved tilfældig selvsamling er ca. 4-200. Imidlertid tog disse eksperimenter ikke højde for mange vigtige faktorer, der for det første kunne sikre replikation ved hjælp af kortere og enklere ribozymer, og for det andet, før starten af en hvilken som helst replikation, direkte selvsamling mod strukturerede RNA'er, der er i stand til at fungere som ribozymer. Nogle af disse faktorer er allerede blevet navngivet af andre forfattere: Shostaks ikke-enzymatiske replikation, selektion til selvprimering i Markovs "verden af palindromer", valg for UV-modstand, der dirigerer RNA-selvsamling mod hårnålestrukturer foreslået af Mulkidzhanyan). Jeg vil tilføje til denne liste mineralske underlag og "varmefælder" (smalle porer med en temperaturgradient), der gør RNA-kopiering meget let. Da vi har et simpelt selvreplicerende genetisk system, vil Darwin-evolution med stor sandsynlighed hurtigt skabe på sin basis en bakteriecelle eller noget lignende - med en cellemembran, der opretholder en konstant saltkomposition inde i cellen.
Hvorfor tror jeg, at udviklingen i livet fra enkle celler til flercellede dyr kan være meget usandsynligt? Der er to overvejelser her, den ene mere geologisk, den anden rent biologisk. Lad os starte med den første.
I paleontologi er det pålideligt konstateret, at udviklingen af organismer er meget ujævn. Kriser og revolutioner veksler med perioder med stase, nogle gange meget lange. Den længste periode med stase blev kaldt den "kedelige billion" og varede det meste af Proterozoic - fra ca. 2 til 0,8 milliarder år siden. Det blev efterfulgt af udseendet af ilt i atmosfæren, fremkomsten af eukaryote celler og den globale Huron-glaciation, og det endte med den største Sturt-glaciation i Jordens historie, en stigning i iltindhold til næsten moderne værdier og udseendet af multicellulære dyr. Evolutionen var også relativt langsom i den arkæiske eon for mellem 3,5 og 2,5 milliarder år siden i sammenligning med både den forrige katarkiske eon (tidspunktet for livets udseende og den sene meteoritbombardement) og med den efterfølgende iltrevolution. Årsagerne til denne ujævnhed er ikke fuldt ud forstået. Det forekommer mig personligt at overbevise om, at "iltrevolutionen" (den massive spredning af iltproducerende cyanobakterier) var forbundet med udtømningen af reserver af reduceret (jernholdigt) jern i havvand. Så længe der var nok jern i havet, trivdes mikrober der ved hjælp af en enklere og sikrere jernoxiderende fotosyntese. Det er ikke ilt, der frigives i det, men forbindelser af jernoxid - magnetitter og hæmatitter, der blev afsat på havbunden overalt i det arkæiske. Tilførslen af nyt jern til havet (hovedsageligt fra hydrotermiske kilder i bunden) faldt, efterhånden som den geologiske aktivitet af planeten var aftaget, og til sidst tvang ressourcekrisen fotosyntetiske mikrober til at skifte til en mere kompleks "teknologi" med iltfotosyntesen. Tilsvarendeårsagen til den "kedelige milliard" kan være det konstante iltforbrug til oxidation af forskellige mineraler på land, hvilket ikke tillader at iltindholdet hæves over 1-2%. I proterozoiske marine sedimenter er der mange spor af oxidation på land af sulfidmalm på grund af hvilke floder transporterede sulfater, arsen, antimon, kobber, chrom, molybdæn, uran og andre elementer i havet, som næsten var fraværende i det archeanske hav. Den sen proterozoiske krise med globale isdannelser, en hurtig stigning i iltindhold og forekomsten af flercellede dyr kan være forårsaget af udtømning af let oxiderede mineraler på land.på grund af hvilke floderne transporterede sulfater, arsen, antimon, kobber, krom, molybdæn, uran og andre elementer i havet, der næsten var fraværende i det arkæiske hav. Den sen proterozoiske krise med globale isdannelser, en hurtig stigning i iltindhold og forekomsten af flercellede dyr kan være forårsaget af udtømning af let oxiderede mineraler på land.på grund af hvilke floderne transporterede sulfater, arsen, antimon, kobber, krom, molybdæn, uran og andre elementer i havet, der næsten var fraværende i det arkæiske hav. Den sen proterozoiske krise med globale isdannelser, en hurtig stigning i iltindhold og fremkomsten af flercellede dyr kan være forårsaget af udtømning af let oxiderede mineraler på land.
Tidspunktet for begyndelsen af to nøgle-omdrejninger (iltfotosyntesen og flercellede dyr) blev således sandsynligvis bestemt af balancen mellem biologiske (fotosyntesen) og geologiske (frigivelse af jernholdigt jern og andre oxiderbare stoffer ved hydrotermiske ventilationsåbninger og malede vulkaner). Det er meget muligt, at på andre planeter kommer disse revolutioner meget senere. For eksempel vil en mere massiv planet (superjord) miste geologisk aktivitet langsommere, frigive jern i havet længere og kunne forsinke iltrevolutionen med milliarder af år. Planeter i den beboelige zone af røde dværge vil modtage lidt synligt lys egnet til fotosyntesen, og deres biosfærer risikerer også at sidde fast i et iltfrit trin. Mængden af vand på planeten er også vigtig. Hvis hele planeten er dækket af et dybt hav, vil den være mangelfuld med fosfor,kommer hovedsageligt fra land vulkaner, og hvis der er lidt vand, så er det havområde, der er tilgængeligt for fotosyntetiske mikrober, også lille (inden udseendet af multicellulære planter var produktiviteten af jordiske økosystemer ubetydelig sammenlignet med havene). Det vil sige, der er masser af grunde til, at biosfæren kan sidde fast i et iltfrit mikrobielt stadium og ikke udvikle sig til dyr. For tiden er udviklingstid for øvrig begrænset: Stjernes lysstyrke øges med tiden, og Jorden på 1,5-2 milliarder år vil uopretteligt varme op, dens oceaner vil fordampe, og den voksende drivhuseffekt vil gøre den til den anden Venus. I røde dværge vokser lysstyrken langsommere, men deres planeter kan blive ubeboelige på grund af forsvinden af magnetfeltet og det efterfølgende tab af vand i rummet, som det skete på Mars.så vil det område af havet, der er til rådighed for fotosyntetiske mikrober, også være lille (inden udseendet af multicellulære planter var produktiviteten af terrestriske økosystemer ubetydelig sammenlignet med havene). Det vil sige, der er masser af grunde til, at biosfæren kan sidde fast i et iltfrit mikrobielt stadium og ikke udvikle sig til dyr. For tiden er udviklingstiden begrænset: Stjernes lysstyrke øges med tiden, og Jorden om 1,5-2 milliarder år vil uigenkaldelig varme op, dens oceaner vil fordampe, og den voksende drivhuseffekt vil gøre den til den anden Venus. I røde dværge vokser lysstyrken langsommere, men deres planeter kan blive ubeboelige på grund af forsvinden af magnetfeltet og det efterfølgende tab af vand i rummet, som det skete på Mars.det område, der er til rådighed for fotosyntetiske mikrober, vil også være lille (inden fremkomsten af flercellede planter var produktiviteten af terrestriske økosystemer ubetydelig sammenlignet med havet). Det vil sige, der er masser af grunde til, at biosfæren kan sidde fast i et iltfrit mikrobielt stadium og ikke udvikle sig til dyr. For tiden er udviklingstiden begrænset: Stjernes lysstyrke øges med tiden, og Jorden om 1,5-2 milliarder år vil uigenkaldelig varme op, dens oceaner vil fordampe, og den voksende drivhuseffekt vil gøre den til den anden Venus. Hos røde dværge vokser lysstyrken langsommere, men deres planeter kan blive ubeboelige på grund af forsvinden af magnetfeltet og det efterfølgende tab af vand i rummet, som det skete på Mars.tilgængelig for fotosyntetiske mikrober (inden udseendet af multicellulære planter var produktiviteten af terrestriske økosystemer ubetydelig sammenlignet med havene). Det vil sige, der er masser af grunde til, at biosfæren kan sidde fast i et iltfrit mikrobielt stadium og ikke udvikle sig til dyr. For tiden er udviklingstiden begrænset: Stjernes lysstyrke øges med tiden, og Jorden om 1,5-2 milliarder år vil uigenkaldelig varme op, dens oceaner vil fordampe, og den voksende drivhuseffekt vil gøre den til den anden Venus. Hos røde dværge vokser lysstyrken langsommere, men deres planeter kan blive ubeboelige på grund af forsvinden af magnetfeltet og det efterfølgende tab af vand i rummet, som det skete på Mars.tilgængelig for fotosyntetiske mikrober (inden udseendet af flercellede planter var produktiviteten af terrestriske økosystemer ubetydelig sammenlignet med havene). Det vil sige, der er masser af grunde til, at biosfæren kan sidde fast i et iltfrit mikrobielt stadium og ikke udvikle sig til dyr. For tiden er udviklingstiden begrænset: Stjernes lysstyrke øges med tiden, og Jorden om 1,5-2 milliarder år vil uigenkaldelig varme op, dens oceaner vil fordampe, og den voksende drivhuseffekt vil gøre den til den anden Venus. Hos røde dværge vokser lysstyrken langsommere, men deres planeter kan blive ubeboelige på grund af forsvinden af magnetfeltet og det efterfølgende tab af vand i rummet, som det skete på Mars. For tiden er udviklingstiden begrænset: Stjernes lysstyrke øges med tiden, og Jorden om 1,5-2 milliarder år vil uigenkaldelig varme op, dens oceaner vil fordampe, og den voksende drivhuseffekt vil gøre den til den anden Venus. Hos røde dværge vokser lysstyrken langsommere, men deres planeter kan blive ubeboelige på grund af forsvinden af magnetfeltet og det efterfølgende tab af vand i rummet, som det skete på Mars. For tiden er udviklingstiden begrænset: Stjernes lysstyrke øges med tiden, og Jorden om 1,5-2 milliarder år vil uigenkaldelig varme op, dens oceaner vil fordampe, og den voksende drivhuseffekt vil gøre den til den anden Venus. Hos røde dværge vokser lysstyrken langsommere, men deres planeter kan blive ubeboelige på grund af forsvinden af magnetfeltet og det efterfølgende tab af vand i rummet, som det skete på Mars.
Den anden betragtning vedrører fremkomsten af eukaryoter - celler med en kerne. Eukaryote celler er meget større og mere komplekse end bakterier og archaea og optrådte senere, sandsynligvis under "iltrevolutionen". Den eukaryotiske celle optrådte som en chimera fra en archaeal celle, en symbiotisk bakterie, der satte sig inde i den og muligvis en virus, der inficerede dem (eller endda mere end en). Strukturen i genomet af eukaryoter viser utvetydigt, at deres tidlige udvikling ikke forekom på grund af naturlig selektion, men i mange henseender på trods af. I små populationer er selektion ikke særlig effektiv, og lidt skadelige træk kan blive forankret på grund af gendrift og andre rent tilfældige processer. Dette er detaljeret i det tilsvarende kapitel i Kunins Logic of Chance og antyderat fremkomsten af eukaryoter kan være meget usandsynlig, selv i et passende miljø (bakteriel biosfære, der trænger ind i iltrevolutionen). I det mindste er tilfælde af intracellulær symbiose mellem bakterier og archaea praktisk taget ukendt - skønt bakterier sættes let inde i eukaryote celler.
Sammenfatning: Jeg synes, at kombinationen af de beskrevne faktorer burde føre til det faktum, at der i vores galakse vil være millioner af planeter med bakterieliv og meget mindre (muligvis kun få) - med et eukaryotisk og flercelligt kompleksitetsniveau.
Boris Sterns efterskrift
Et par ord for at afslutte diskussionen. Det er meget muligt, at Evgeny Kunin i høj grad undervurderede sandsynligheden for livets oprindelse under passende forhold. Og alligevel skal denne vurdering tages alvorligt. Hvis han blev forvekslet med 900 størrelsesordrer, ændrer det ikke noget: vi er alle de samme alene inden for horisonten af universet, hvor der kun er omkring 1020-1021 egnede planeter. Selv hvis resten af deltagerne i diskussionen er rigtige, og alle slags tricks af naturen som ikke-enzymatisk replikation kan gøre livets oprindelse mere eller mindre sandsynligt, vil det være et meget primitivt liv, i det overvældende flertal af tilfælde, ikke i stand til at hoppe til et højere udviklingsniveau. To paneldeltagere skrev om dette i sort / hvid. Det er hele Fermi-paradokset.
Derfor følger mindst to vigtige organisatoriske konklusioner. Først: Udviklet liv er det sjældeste og mest værdifulde fænomen i universet. Se derfor det sidste afsnit i Armen Mulkidzhanyans note: menneskeheden har et ædle totalmål - spredning af dette fænomen. Vi vil tale separat om mulighederne og metoderne til at nå dette mål.
Den anden organisatoriske konklusion: ødelæggelsen af dette liv vil være et uopretteligt tab af en galaktisk eller endda kosmologisk skala. Dette bør tages i betragtning i deres egen vurdering af "høge" og politikere, der er parate til at ty til nuklear afpresning for at sprænge deres egen "storhed". Det samme gælder en civilisation med uhæmmet forbrug.
Forfattere: Boris Stern, Alexander Markov, Armen Mulkidzhanyan, Evgeny Kunin, Mikhail Nikitin