Jak se všechno objevilo všude: hvězdy a galaxie, zemská atmosféra, oceány, buňky a nakonec lidské civilizace. Spojením humoru a vědy autor čtenáře provede prostorem a časem – téměř 14 miliard let – a zároveň ukazuje souvislosti mezi teoriemi, které pomáhají porozumět tématům, jako je fyzika částic, desková tektonika a fotosyntéza. To vše je o knize Davida Bercoviciho „The Origin of Everything“, kterou přeložilo nakladatelství Alpina Non-Fiction. Indicator.Ru publikuje výňatek z této knihy.
Na rozdíl od jiných planet ve sluneční soustavě se na Zemi vytvořilo mírné klima, takže zadržovala kapalnou vodu, a tedy i život, alespoň ty formy, které známe. První živé organismy, které se objevily na Zemi, byly mikroorganismy, několik miliard let předtím, než my lidé považujeme planetu za obyvatelnou, natož za pohostinnou. Ale i dnes jsme na planetě našli mikrobiální život žijící v těch nejnepříznivějších přírodních podmínkách – v prostředí, kde teploty přesahují 100 °C, nebo v kyselých kráterových jezerech. Proto má definice „obyvatelnosti“ poměrně široký rozsah. Můžeme objevit mikrobiální život, který existuje nebo kdysi existoval na jiných planetách, jejichž podmínky jsou stejně špatné jako nejhorší podmínky na Zemi. Voda je pro život nesmírně důležitá, takže na seznamu potenciálně obyvatelných planet je Mars a ledové měsíce Jupiter a Saturn (Europa, respektive Enceladus), které rozhodně mají vodu v kapalném stavu. Ať je to jakkoli, víme, že naše planeta vyvinula obzvláště stabilní a mírné klima, které dalo životu dostatek času, aby se stal komplexním a mnohobuněčným. Rozhovor o podmínkách nezbytných pro existenci života na planetě musí začít klasickým konceptem „zóny možného života“. Tato zóna je v podstatě rozsahem oběžných drah v jakémkoli planetárním systému, kde podmínky na povrchu planet v něm umožňují existenci kapalné vody. Jinými slovy, planeta nesmí být tak daleko od hvězdy, aby veškerá voda zamrzla (jak se pravděpodobně stalo na Marsu, i když o tom je stále více pochyb), ale ani tak blízko, aby se všechna voda vypařila (jako na Venuši). Tento koncept je stále používán astronomy, kteří objevují planety v jiných planetárních systémech, protože hlavní charakteristiky, které alespoň prozatím stanoví, jsou vzdálenost mezi planetou a hvězdou a (někdy) hmotnost a/nebo velikost planety.
Oběžná dráha v zóně příznivého stanoviště je důležitou součástí teorií o pravděpodobnosti nalezení inteligentního mimozemského života. „Inteligentním“ mám na mysli život, který dokáže přenášet signály do vesmíru (například rádiové vlny) nesoucí systematické informace. Zda mimozemské formy života rozpoznají v našich rádiových vlnách známky toho, že byly vyslány inteligentními bytostmi, nebo ne, se zatím neví, ale pokud sami hledáme ve vesmíru signály z Alfa Centauri (jako ve Star Treku a Bonanze, oblíbených fantasy seriálech mého dětství ), pak by kritéria vyhledávání měla být zřejmá. Pravděpodobnost, že takové signály přijmeme, je vyjádřena ve slavné Drakeově rovnici (na počest amerického radioastronoma Franka Drakea) a rovná se součinu několika pravděpodobností (například pravděpodobnosti, že hvězda má planety a alespoň jednu jsou v obyvatelné zóně života a tento potenciál životní forma vysílá rádiové vlny přesně ve chvíli, kdy je můžeme detekovat, tedy ne příliš brzy a ne příliš pozdě). Pravděpodobnost, že hvězdný systém, kde existuje život, bude schopen vyslat rádiové vlny ve správný okamžik a „dosáhnout“ k nám, je astronomicky malá. Přesto jen v naší Galaxii existují miliardy hvězd, které by mohly podporovat život během dlouhého vývoje (zpravidla se jedná o malé hvězdy, které hoří miliardy let). I kdyby malá část z nich obsahovala život schopný přenášet rádiové signály, pak by takových hvězd byly miliony, nebo alespoň desítky či stovky tisíc. V tomto případě byste očekávali, že pomocí našich radioteleskopů uvidíte alespoň jednu špatnou mimozemskou televizní show, ale to se ještě nestalo. A to nás přivádí ke slavné otázce, kterou položil fyzik Enrico Fermi: “Tak kde jsou?” Proč nevidíme stopy mimozemského inteligentního života? Buď jsou podmínky nutné pro jeho vznik mnohem složitější, než jsme čekali, nebo mimozemšťané okamžitě vynalezli kabelovou televizi.
Podmínky pro vznik složitého a technologicky pokročilého života jsou pravděpodobně složitější a přesahují astronomickou polohu a poloměr oběžné dráhy. To znamená, že nejen sluneční světlo určuje podmínky našeho rovnoměrného klimatu. Například ve sluneční soustavě se Země přirozeně nachází v orbitální zóně života (zejména vzhledem ke všem empirickým důkazům, že je skutečně obydlena). Pokud by však v zemské atmosféře nebyla vodní pára ani oxid uhličitý, pak by nedocházelo ke skleníkovému efektu a povrch naší planety by pravděpodobně zamrzl pokrytý sněhem a ledem. To se mohlo stát po několik období v dávné minulosti (budeme o tom diskutovat dále).
I kdyby pod ledovou pokrývkou zůstala nějaká kapalná voda, Země nedostávala dostatek sluneční energie na podporu života (vzhledem k vysoké odrazivosti sněhu a ledu). Pokud by život mohl získávat energii pouze z jiných zdrojů, jako je vulkanismus, pak by kromě požadované oběžné dráhy vyžadoval vulkanismus. Na druhou stranu, pokud by veškerý původní oxid uhličitý, ekvivalentní tlaku 60 atm, nyní obsažený v zemské kůře, byl v atmosféře, skleníkový efekt by povrch planety příliš zahříval. Zmínili jsme mikroby, které mohou úspěšně přežít při velmi vysokých a nízkých teplotách, ale nevyvinuli se za hranice svého mikrobiálního stavu. Alespoň ne na Zemi.
Za extrémních podmínek – příliš vysoká nebo příliš nízká teplota – bychom mohli v nejlepším případě počítat pouze s jednobuněčným životem. Zkrátka oběžná dráha neurčuje vše. Ale co potom jsou, tyto životní podmínky? Dobrá otázka. Jedinečná hypotéza Země, navržená geologem Peterem Wardem a astronomem Donaldem Brownleem, je dobrým, i když kontroverzním pokusem o odpověď na Fermiho paradox. Tvrdí, že naše planeta se stala obyvatelnou díky téměř neuvěřitelnému, jedinečnému souboru okolností, které umožnily vznik živých organismů, a tedy i lidí. Tato kombinace příznivých podmínek je tak nepravděpodobná, že šance na detekci mimozemských rádiových signálů v omezeném čase našich pozorování jsou zanedbatelné. Odpověď na Fermiho otázku tedy zní, že Galaxie je spíše jako poušť Gobi než Hong Kong nebo Paříž.
Podle unikátní hypotézy Země naše planeta splňuje všechny potřebné astronomické podmínky, je na správném místě v Galaxii, tedy nepříliš blízko jejího středu s mnoha hvězdami a intenzivním zářením, které vyzařuje hmota padající do supermasivní černě. otvor. Země se zformovala ve správný čas, aby poskytla stavební kameny pro život. Nacházíme se uprostřed orbitální zóny života Sluneční soustavy, na naší planetě je voda nejen v kapalném, ale i plynném a pevném skupenství (což je pro klima velmi důležité, více níže). Kromě příznivých astronomických podmínek dochází na Zemi k deskové tektonice stabilizující klima. Země má velký satelit, což znamená přílivové zóny, organismy v nich musely přežít jak pod vodou, tak na souši, což přispělo ke vzniku života na souši. Země má také „správný“ sklon své rotační osy, což vede ke změně ročních období, a to zase zvyšuje biologickou rozmanitost. V historii Země došlo k hromadnému vymírání druhů způsobenému bombardováním planety asteroidy a vulkanickou činností. Například permské masové vymírání asi před 250 miliony let bylo pravděpodobně způsobeno sopečnými erupcemi na Sibiři, kdy obrovské proudy lávy uvolnily toxické plyny a spálily mnoho uhelných slojí, což přispělo ke globálnímu oteplování. Vznik superkontinentu také vedl ke změnám v pobřeží a souvisejících mořských ekosystémech. Každé masové vymírání způsobilo ekologický reset a podpořilo větší biologickou rozmanitost a evoluci.
Bohužel víme jen o jedné takové planetě – Zemi. Máme příliš málo dat, abychom mohli určit, zda je kombinace všech těchto podmínek pro rozvoj vitality naprosto nezbytná. Jsou některé z těchto podmínek dostatečné nebo jsou všechny nutné? Máme pouze jednu planetu, ze které můžeme sbírat data, protože neznáme žádnou jinou pozemskou planetu s deskovou tektonikou, kapalnou vodou a velkým přirozeným satelitem. Postupem času se dozvíme více, protože astronomové již objevili řadu planet podobných Zemi obíhajících kolem jiných hvězd.
Dříve nebo později uvidíme, zda mají podmínky nezbytné pro život, i když k vidění detailů, jako jsou oceány a desková tektonika, budou potřeba dalekohledy s vyšším rozlišením a jasností. Také nevíme, zda některé jedinečné podmínky na sobě závisejí: pokud jsou nezávislé, je jejich současná přítomnost nepravděpodobná, ale pokud spolu souvisejí, je simultánnost pochopitelná. Například přítomnost kapalné vody a desková tektonika (a související procesy jako vulkanismus a superkontinentální cykly) jsou na sobě velmi závislé, a proto jejich současná existence nemůže být pouhou náhodou.
Možná na každé pozemské planetě, kde je kapalná voda, existuje také desková tektonika – jen to ještě nevíme. Stejně tak unikátní hypotéza Země naznačuje, že tyto podmínky jsou nezbytné pro rozvoj živé přírody, jak ji známe; v jistém smyslu jde pouze o „recept“ na vznik stejných forem komplexního života jako na Zemi, nikoli však o obecnou teorii vzniku komplexního života obecně. Zatím je to jediný recept, který známe. Ale mohli bychom se naučit recepty jiných forem života. Žijeme na naší „provinční“ planetě, stále víme příliš málo dokonce i o sluneční soustavě a neumíme si představit jiné formy života. Přihlaste se k odběru Indicator.Ru na sociálních sítích: Facebook, VKontakte, Twitter, Telegram, Odnoklassniki.
Aktivní sopka na ostrově Papua-Nová Guinea.
Foto: NASA Earth Observatory.
Experiment ukázal, že vše potřebné pro vznik života ve správný čas bylo přítomno jak na naší planetě, tak na Marsu.
Vědci z Americké nadace pro aplikovanou molekulární evoluci (FfAME) uvádějí, že molekula ribonukleové kyseliny (aka RNA) se může spontánně tvořit na čedičovém lávovém skle, bez jakýchkoli „záludných“ chemických podmínek.
Tento objev objasňuje jednu z nejvíce vzrušujících otázek ve vědě: jak asi před čtyřmi miliardami let vznikl život na Zemi „z hornin, vody a vzduchu“.
Vědci se domnívají, že nejstarší organismy měly RNA, jednodušší analog DNA, která nejenže nese genetickou informaci, ale může se také účastnit chemických reakcí.
Mnoho výzkumníků se však domnívá, že struktura RNA je příliš složitá na to, aby se vytvořila náhodou. Klasické vzorce tvorby RNA jsou tak složité, že je mohou replikovat pouze zkušení chemici, poznamenávají autoři nové studie.
Právě tato složitost znemožňuje představit si, že by se molekula RNA „shromáždila“ na povrchu mladé planety sama od sebe.
Výzkumníci z FfAME se tedy rozhodli zvolit jednodušší přístup.
Podívali se na podmínky, ve kterých se před více než 4 miliardami let objevily první molekuly RNA. Žádný živý tvor se svými složitými buněčnými mechanismy se na tom nepodílel. Tehdy nebyli žádní lidé, natož chemici světové úrovně.
Ale před 4,35 miliardami let bylo na Zemi hojně nalezeno čedičové sklo neboli kryptokrystalické silikáty.
Čedičové sklo stejného stáří se mimochodem dochovalo i dnes – na Marsu. O úžasných příležitostech, které tato skutečnost vědcům dává, si ale povíme o něco později.
Předpokládá se, že takové silikáty vznikly při četných dopadech meteoritů na Zemi pokrytou lávou. Ta vytryskla na povrch při vulkanických erupcích, které byly v té době časté.
V důsledku silných dopadů meteoritů se také odpařila voda. Díky všem těmto procesům vznikla na povrchu planety země. Vědci se domnívají, že právě v takovém prostředí by mohla vzniknout molekula RNA schopná další sebereprodukce.
Autoři práce se domnívají, že s meteority na Zemi dopadl i nikl.
Tým ukázal, že v čedičovém skle lze nalézt nukleosidy a aktivované, tedy na chemické reakce naladěné fosfáty. V přítomnosti niklu, známého urychlovače reakce, fosfáty šťastně tvoří sloučeniny s nukleosidy nazývanými nukleosidtrifosfáty.
Na tvorbě těchto trifosfátů se podílejí i boritanové minerály, které jsou tvořeny ze stejného čediče.
Stejná skupina vědců již dříve prokázala, že nukleosidy vznikají jednoduchou reakcí mezi ribosafosfátem a bázemi RNA.
Výsledkem je, že současná studie ukazuje, že molekuly RNA o délce 100-200 nukleotidů (dost na podporu procesu evoluce) se tvoří, když nukleosidtrifosfáty jednoduše proniknou vodou přes čedičové sklo.
To znamená, že tento proces je přirozený a může nastat „sám o sobě“ (spontánně), například při dešti nebo pokud se mořská vlna valí na pobřežní kameny.
Autoři práce ale zdůrazňují, že některé důležité otázky zůstávají nevyřešeny.
Takže až dosud vědci nevěděli, jak všechny stavební kameny RNA získaly stejný obecný tvar – vlastnost známá jako homochiralita.
Také vazby mezi nukleotidy z RNA získané během experimentů vědců s čedičovým sklem byly nápadně odlišné a autoři experimentu nikdy nepřišli na to, proč se to děje a co to dělá.
Co má Mars společného s tímto objevem?
Během formování života na Zemi měla Rudá planeta všechny stejné minerály, skla a podmínky jako v našem světě.
Na rozdíl od Země však Mars nebyl ovlivněn kontinentálním driftem a deskovou tektonikou.
A na Zemi tyto procesy pohřbily většinu hornin starších než čtyři miliardy let.
To znamená, že horniny z odpovídající doby zůstávají na povrchu Marsu. Nedávné mise na Rudou planetu našly všechny horniny nezbytné pro tvorbu RNA, včetně boritanů.
Jestliže život na Zemi skutečně vznikl takto jednoduchým způsobem, pak se pravděpodobně totéž stalo na Marsu, tvrdí autoři díla. Díky tomu je hledání života na Rudé planetě ještě schůdnějším počinem.
Nová studie byla publikována v Astrobiology 19. května 2022.
Zároveň jsme již dříve psali, že meteority v raných fázích její existence Zemi zasáhly jen zřídka, ale blesky udeřily často. Mohly by také přispět k tomu, že se na Zemi objevil prvek důležitý pro rozvoj života.
Vzhledem k tolika různým teoriím je těžké hovořit o jediné správné odpovědi na otázku původu života. I přes tak přesvědčivá vysvětlení.
Již dříve jsme hovořili o tom, že intenzivní UV záření je důležité pro vznik života na planetě a tím se mění hranice obyvatelných zón ve vesmíru. Psali jsme také, že složité cukry nezbytné pro tvorbu RNA se v ledu snadno „nukleují“.
Další úžasné novinky ze světa vědy najdete v sekci „Science“ na mediální platformě „We Watch“.
