Пошук і дослідження неземних форм життя. Предмет і завдання

Визначення життя на інших планетах, крім Землі, є важливим завданням для вчених, що займаються питаннями виникнення й еволюції життя. Наявність або відсутність її на планеті впливає на її атмосферу й інші фізичні умови. Дослідження перетворень у поверхневих шарах планет з урахуванням можливих результатів діяльності людини дозволить уточнити наші подання про роль біологічних процесів колись і тепер Землі. Із цього погляду результати екзобиологических досліджень можуть бути корисними й у рішенні сучасних завдань в області біології/ Замет чужорідних форм життя може також привести на Землі до самим несподіваного й важко вгадуємо наслідкам/ Виявлення життя поза Землею, безсумнівно, має й велике значення для розробки фундаментальних проблем походження й сутності життя

Безпосередньою метою майбутніх у найближчому майбутньому екзобиологических експериментів за допомогою автоматичних біологічних лабораторій (АБЛ) є одержання відповіді на питання про наявність або відсутність життя (або її ознак) на планеті. Виявлення неземних форм життя істотно збільшило б наше розуміння сутності життєвих процесів і явища життя в цілому. Відсутність життя на інших планетах Сонячної системи, наприклад, мало б також велике значення, підкреслюючи специфічну роль земних умов у процесах становлення й еволюції живих форм/ Неясно, до якого ступеня неземні форми можуть бути подібними з нашими земними організмами по біохімічних основах їхніх життєвих процесів

При розгляді проблеми виявлення неземного життя треба брати до уваги різні етапи еволюції органічної речовини й організмів, з якими в принципі можна зустрітися на інших планетах. Наприклад, у відношенні Марса можуть представитися різні можливості від виявлення складних органічних сполук або продуктів абіогенного синтезу й до існування розвинених форм життя. На Марсі до теперішнього часу закінчилася тільки хімічна еволюція, що привела до абіогенного утворення (як це було в сові час на Землі) амінокислот, цукрів, жирних кислот, вуглеводів, можливо, білків, але життя як така на планеті, видимо, відсутній. Ці речовини в тім або іншому ступені відрізняються від аналогічних з’єднань, що зустрічаються на Землі

Можливо, що на Марсі можуть бути виявлені: первинні протобиологические відкриті системи, відділені мембранами від навколишнього середовища (відносно прості примітивні форми життя, аналогічні нашим мікроорганізмам) ; більше складні форми, подібні нашим простим рослинам і комахам; сліди існуючої раніше або існуючої й нині життя; залишки високорозвиненого життя (цивілізації) і, нарешті, можна констатувати повна відсутність життя на Марсі (більш докладно проблема життя на Марсі розглядається вище)

У теперішній главі розглядаються теоретичні передумови, критерії існування життя, передбачувані методи виявлення живих систем на інших планетах

1.1. Критерії існування й пошуку живих систем

Наші подання про сутність життя засновані на даних по дослідженню життєвих явищ на Землі. У той же час рішення проблеми пошуку життя на інших планетах припускає достовірну ідентифікацію життєвих явищ в умовах, істотно відмінних від земних. Отже, теоретичні методи й існуючі прилади для виявлення життя повинні ґрунтуватися на системі наукових критеріїв і ознак, властивому явищу життя в цілому

Можна вважати, що ряд фундаментальних властивостей живих систем земного походження дійсно має ряд загальних властивостей, і тому ці властивості, безсумнівно, повинні характеризувати й неземні організми. Сюди можна віднести такі добре відомі біологам і найбільш характерні ознаки живого, як здатність організмів реагувати на зміну зовнішніх умов, метаболізм, ріст, розвиток, розмноження організмів, спадковість і мінливість, процес еволюції

Не буде сумніву в приналежності до живих систем невідомого об’єкта при виявленні в нього перерахованих ознак. Але реакція на зовнішнє роздратування властива й неживим системам, що змінюють свій фізичний і хімічний стан під впливом зовнішніх впливів. Здатність до росту властива кристалам, а обмін енергією й речовиною із зовнішнім середовищем характерний для відкритих хімічних систем. Пошуки неземного життя повинні тому ґрунтуватися на застосуванні сукупності різних критеріїв існування й методів виявлення живих форм. Такий підхід повинен підвищити ймовірність і вірогідність виявлення інопланетного життя

1.1.1. Про хімічну основу життя

Дослідження останнього років показали можливість синтезу різноманітних біологічно важливих речовин із простих вихідних з’єднань типу аміаку, метану, пар води, що входили до складу первинної атмосфери Землі

У лабораторних умовах у якості необхідної для такого синтезу енергії використовується іонізуюча радіація, електричні розряди, ультрафіолетове світло. Таким шляхом були отримані амінокислоти, органічні кислоти, цукри, нуклеотиди, нуклеозидфоссфати, ліпіди, речовини порфириновой природи й цілий ряд інших. Очевидно, можна вважати встановленим, що більшість характерних для життя молекул відбулася на Землі абіогенним шляхом і, що ще важливіше, їхній синтез може відбуватися й зараз в умовах інших планет без участі живих систем

Отже, сама наявність складних органічних речовин на інших планетах не може служити достатньою ознакою наявності життя. Прикладом щодо цього можуть бути углеродистие хондрити метеоритного походження, у яких утримується до 5-7% органічної речовини (більш докладно про хондрити нижче)

Найбільш характерна риса хімічного складу живих систем земного походження полягає в тім, що всі вони включають вуглець. Цей елемент утворить молекулярні ланцюжки, на основі яких побудовані всі головні біоорганічні з’єднання, і насамперед білки й нуклеиновие кислоти, а біологічним розчинником служить вода. Таким чином, єдина відома нам життя, її основа углеродоорганическая белково-нуклеиновая – водна. У літературі обговорюється питання про можливість побудови живих систем на іншій органічній основі, коли, наприклад, замість вуглецю в кістяк органічних молекул включається кремній, а роль води як біологічного розчинника виконує аміак. Такого роду теоретичну можливість практично було б дуже важко врахувати при виборі методів виявлення й конструювання відповідної апаратури, оскільки наші наукові подання про життя засновані тільки на вивченні властивостей земних організмів

Роль і значення води в життєдіяльності організмів також широко обговорюється у зв’язку з можливою заміною аміаком або іншими рідинами, що киплять при низьких температурах (сірководень, фтористий водень) . Дійсно, вода володіє рядом властивостей, що забезпечують її роль як біологічний розчинник. Сюди ставляться амфотерний характер води і її здатність до самодисоціації на катіон Н + і аніон ВІН – , високий дипольний момент і діелектрична постійна, мала в’язкість, високі питома теплоємність і схована теплота перетворення, що охороняють організми від швидких змін температури. Крім того, роль води в біологічних системах включає фактори стабілізації макромолекул, які забезпечуються загальними структурними особливостями води

У цілому можна вважати, що углеродоорганическая – водна хімічна основа життя є загальною ознакою живих систем

Характерною ознакою структурної організації живих систем є одночасне включення в їхній склад, крім основних хімічних елементів З, Н, ПРО, N, цілого ряду інших, і насамперед сірки й фосфору. Ця властивість може розглядатися як необхідна ознака існування живої матерії. Специфічність живої матерії, не дивлячись на все це, не можна зводити лише до особливостей фізико-хімічного характеру її основних складених елементів – структурних одиниць живого, що мають абіогенне походження

1.1.2. Загальні динамічні властивості живих систем

Як вихідні подання при інтерпретації екзобиологических експериментів необхідно брати до уваги динамічні властивості живих систем. Розвиток і еволюція біологічних систем ішли в основному по шляху вдосконалювання форм взаємодії між елементами й способів регуляції стану системи в цілому. Життя нерозривно пов’язана з існування відкритих систем, властивості яких багато в чому залежать від співвідношення швидкостей процесів обміну енергією й масою з навколишнім середовищем

Результати дослідження динамічних властивостей відкритих систем методами математичного моделювання дозволили пояснити цілий ряд їхніх характерних рис, зокрема встановлення в системі при збереженні постійних зовнішніх умов стаціонарного коливального режиму, що спостерігається на різних рівнях біологічної організації. Ця властивість є важливою ознакою високого ступеня організації системи, що у свою чергу можна розглядати як необхідні умови життя

1.1.3. Роль світла в підтримці життя

Важливим аспектом проблеми неземного життя є необхідність зовнішнього припливу енергії для її розвитку. Сонячне світло, головним чином в ультрафіолетовій області спектра, відігравав істотну роль у процесах абіогенного синтезу необхідним припливом вільної енергії, але полягало також і у фотохімічному прискоренні подальших перетворень. Життєдіяльність первинних живих систем також могла багато в чому визначатися фотохімічними реакціями вхідних у їхній склад з’єднань. Багато організмів, що не мають прямого відношення до сучасного фотосинтезу, проте змінюють свою активність при висвітленні. Так, явище фотореактивації кліток організмів видимим світлом після вражаючої дії ультрафіолетових променів, мабуть, є в еволюційному відношенні древнім процесом, що виник у той час, коли первинні живі системи виробили механізми захисту від деструктивної дії, що падало на Землю ультрафіолетового світла

Слід зазначити, що світло могло й не бути єдиним джерелом енергії на ранніх етапах еволюції органічних сполук. Цю роль могла виконувати й хімічна енергія, що звільняється, наприклад, у реакціях конденсації в неорганічний поліфосфат або в реакціях окислювання, що згодом склали енергетичну основу хемосинтезу. Однак у цілому життя для свого виникнення й розвитку вимагає, мабуть, постійного зовнішнього припливу вільної енергії, роль якого на Землі й виконує сонячне світло. Тому світло й відіграє важливу роль на всіх етапах еволюції життя, починаючи з абиотического синтезу первинних живих систем і кінчаючи сучасним фотосинтезом, що забезпечує утворення органічних речовин на Землі

Очевидно, існування фотосинтезу в тій або іншій формі як процесу корисної утилізації енергії в біологічних системах є важливим критерієм існування розвитий життя

Можна укласти, що незалежно від конкретної хімічної структури фотосинтетичного апарата загальною властивістю фотобіологічних процесів утилізації світлової енергії є наявність такої послідовності реакцій: поглинання світла й порушення молекул пігментів – делокализация електрона (дірки) – перенос електрона (дірки) по відкритому ланцюзі окислювально-відновних з’єднань – утворення кінцевих продуктів із запасанием у них енергії світла. Існування такого фотосинтетичного ланцюга є загальним для більшості фотобіологічних процесів і може розглядатися як необхідна умова існування життя

Можна висунути загальні принципи, якими варто керуватися при визначенні критеріїв існування й пошуку неземного життя

1. Основною властивістю живої матерії є її існування у вигляді відкритих систем, що самовідтворюються, які мають структури для збору, зберігання, передачі й використання інформації

2. Углеродосодержащие органічні сполуки й вода як розчинник становлять хімічну основу життя

3. Необхідною умовою життя є утилізація енергії світла, тому що інші джерела енергії володіють на кілька порядків меншою потужністю

4. У живих системах протікають сполучені хімічні процеси, у яких відбувається передача енергії

5. У біологічних системах можуть переважати асиметричні молекули, що здійснюють оптичне обертання

6. Різні організми, що існують на планеті, повинні володіти поруч подібних основних чорт

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Школьный софт – сборники сочинений, готовые домашние задания