Минералы являются примером неживой системы, разнообразие и сложность которой увеличились за миллиарды лет. Фото: Дуг Боуман, CC BY
У нас есть только один пример формирования биологии во Вселенной — жизнь на Земле. Но что, если жизнь может формироваться по-другому? Как можно искать инопланетную жизнь, если не знаешь, как может выглядеть инопланетная жизнь?
Эти вопросы волнуют астробиологов, ученых, ищущих жизнь за пределами Земли. Астробиологи попытались придумать универсальные правила, управляющие возникновением сложных физических и биологических систем как на Земле, так и за ее пределами.
Я астроном, много писавший об астробиологии. Благодаря своим исследованиям я узнал, что наиболее распространенной формой внеземной жизни, вероятно, являются микробы, поскольку отдельные клетки могут образовываться легче, чем крупные организмы. Но на тот случай, если где-то там существует развитая инопланетная жизнь, я вхожу в международный консультативный совет группы, разрабатывающей сообщения для отправки этим цивилизациям.
Обнаружение жизни за пределами Земли
С момента первого открытия экзопланеты в 1995 году было обнаружено более 5000 экзопланет или планет, вращающихся вокруг других звезд.
Многие из этих экзопланет маленькие и каменистые, как Земля, и находятся в обитаемых зонах своих звезд. Обитаемая зона — это диапазон расстояний между поверхностью планеты и звездой, вокруг которой она вращается, который позволяет планете иметь жидкую воду и, таким образом, поддерживать жизнь в том виде, в каком мы ее знаем на Земле.
Выборка экзопланет, обнаруженная на данный момент, прогнозирует 300 миллионов потенциальных биологических экспериментов в нашей галактике — или 300 миллионов мест, включая экзопланеты и другие тела, такие как спутники, с подходящими условиями для возникновения биологии.
Неопределенность для исследователей начинается с определения жизни. Кажется, что определить жизнь должно быть легко, поскольку мы узнаем жизнь, когда видим ее, будь то летящая птица или микроб, движущийся в капле воды. Но ученые не пришли к единому мнению относительно определения, а некоторые считают, что всеобъемлющее определение может оказаться невозможным.
НАСА определяет жизнь как «самоподдерживающуюся химическую реакцию, способную к дарвиновской эволюции». Это означает, что организмы со сложной химической системой развиваются, адаптируясь к окружающей среде. Дарвиновская эволюция утверждает, что выживание организма зависит от его приспособленности к окружающей среде.
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса с более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте обновления о прорывах, инновациях и важных исследованиях — ежедневно или еженедельно.
Эволюция жизни на Земле развивалась на протяжении миллиардов лет от одноклеточных организмов до крупных животных и других видов, включая человека.
Экзопланеты удалены и в сотни миллионов раз тусклее своих родительских звезд, поэтому их изучение представляет собой сложную задачу. Астрономы могут исследовать атмосферы и поверхности экзопланет земного типа, используя метод, называемый спектроскопией, в поисках химических признаков жизни.
Спектроскопия могла бы обнаружить следы кислорода в атмосфере планеты, которые микробы называют сине-зелеными водорослями, созданными в результате фотосинтеза на Земле несколько миллиардов лет назад, или следы хлорофилла, которые указывают на растительную жизнь.
Определение жизни, данное НАСА, приводит к некоторым важным, но оставшимся без ответа вопросам. Является ли дарвиновская эволюция универсальной? Какие химические реакции могут привести к биологии за пределами Земли?
Эволюция и сложность
Вся жизнь на Земле, от грибковой споры до синего кита, произошла от микробного последнего общего предка около 4 миллиардов лет назад.
Одни и те же химические процессы наблюдаются во всех живых организмах на Земле, и эти процессы могут быть универсальными. Они также могут радикально отличаться в других местах.
В октябре 2024 года разнообразная группа учёных собралась, чтобы подумать об эволюции нестандартно. Они хотели сделать шаг назад и изучить, какие процессы создают порядок во Вселенной — биологический или нет — чтобы выяснить, как изучить возникновение жизни, совершенно отличной от жизни на Земле.
Двое присутствовавших исследователей утверждали, что сложные системы химических веществ или минералов, находясь в среде, которая позволяет одним конфигурациям сохраняться лучше, чем другим, эволюционируют, чтобы хранить большие объемы информации. Со временем система станет более разнообразной и сложной, приобретая функции, необходимые для выживания, посредством своего рода естественного отбора.
Они предположили, что может существовать закон, описывающий эволюцию широкого спектра физических систем. Биологическая эволюция посредством естественного отбора может быть лишь одним примером этого более широкого закона.
В биологии под информацией понимаются инструкции, хранящиеся в последовательности нуклеотидов молекулы ДНК, которые в совокупности составляют геном организма и определяют, как организм выглядит и как он функционирует.
Если вы определяете сложность с точки зрения теории информации, естественный отбор приведет к усложнению генома по мере того, как он будет хранить больше информации об окружающей среде.
Сложность может быть полезна для измерения границы между жизнью и нежизнью.
Однако ошибочно делать вывод, что животные устроены сложнее микробов. Биологическая информация увеличивается с размером генома, но плотность эволюционной информации падает. Плотность эволюционной информации — это доля функциональных генов в геноме или доля общего генетического материала, которая выражает приспособленность к окружающей среде.
Организмы, которые люди считают примитивными, например бактерии, имеют геномы с высокой плотностью информации и поэтому кажутся лучше устроенными, чем геномы растений или животных.
Универсальная теория жизни все еще неуловима. Такая теория будет включать концепции сложности и хранения информации, но она не будет привязана к ДНК или конкретным видам клеток, которые мы встречаем в земной биологии.
Последствия для поиска внеземной жизни
Исследователи изучили альтернативы земной биохимии. Все известные живые организмы, от бактерий до человека, содержат воду, а она является растворителем, необходимым для жизни на Земле. Растворитель — это жидкая среда, которая способствует химическим реакциям, в результате которых может возникнуть жизнь. Но жизнь потенциально может возникнуть и из других растворителей.
Астробиологи Уильям Бэйнс и Сара Сигер исследовали тысячи молекул, которые могут быть связаны с жизнью. Возможные растворители включают серную кислоту, аммиак, жидкий диоксид углерода и даже жидкую серу.
Инопланетная жизнь, возможно, не основана на углероде, который составляет основу всех основных молекул жизни — по крайней мере, здесь, на Земле. Возможно, ему даже не понадобится планета, чтобы выжить.
Развитые формы жизни на чужих планетах могут быть настолько странными, что их невозможно узнать. Когда астробиологи попытаются обнаружить жизнь за пределами Земли, им придется проявить творческий подход.
Одна из стратегий — измерить минеральные следы на каменистых поверхностях экзопланет, поскольку минеральное разнообразие отражает земную биологическую эволюцию. По мере развития жизни на Земле она использовала и создавала минералы для экзоскелетов и среды обитания. Сотня минералов, присутствовавших при зарождении жизни, сегодня выросла примерно до 5000.
Например, цирконы — это простые силикатные кристаллы, возникшие еще во времена, когда еще не возникла жизнь. Циркон, найденный в Австралии, является старейшим известным куском земной коры. Но другие минералы, такие как апатит, сложный минерал фосфата кальция, созданы биологией. Апатит является основным ингредиентом костей, зубов и чешуи рыбы.
Другая стратегия поиска жизни, отличной от земной, заключается в обнаружении свидетельств существования цивилизации, таких как искусственное освещение или промышленный загрязнитель диоксида азота в атмосфере. Это примеры индикаторов разумной жизни, называемых техносигнатурами.
Пока неясно, как и когда произойдет первое обнаружение жизни за пределами Земли. Это может быть внутри Солнечной системы, или путем обнюхивания атмосфер экзопланеты, или путем обнаружения искусственных радиосигналов от далекой цивилизации.
Поиск – это извилистая дорога, а не прямой путь. И это для жизни, какой мы ее знаем – для жизни, какой мы ее не знаем, все ставки сделаны.
Информация от: Разговором
