Źródło zdjęcia: Woods Hole Oceanographic
Wiele rzeczy musiało pójść dobrze, aby powstało życie. Jeśli cofniesz się, wszystko zaczyna się od wszechświata Wielkiego Wybuchu, który rodzi przestrzeń i czas. We wczesnym wszechświecie światło odbijało się echem, spowalniając energię, pierwotne pierwiastki zlewały się, a następnie skraplały w pierwszą generację masywnych gwiazd rozpłodowych. Po rozgrzaniu do pojęcia (przez kompresję grawitacyjną) pierwotna materia zaczęła się stapiać w rdzeniach gwiazdowych, a mniejsza forma światła przesunęła się na zewnątrz, aby ogrzać i oświetlić młody i potencjalnie ciągle rozszerzający się Wszechświat.
Więcej czasu i więcej przestrzeni widziało, jak wiele wczesnych niebieskich gwiazd imploduje (po bardzo krótkim życiu). Kolejne eksplozje wyrzuciły w przestrzeń kosmiczną ogromne ilości cięższych - nie pierwotnych - atomów. Z tego bogatego wyposażenia kosmicznego powstały nowe gwiazdy - wiele z planetarnych opiekunów. Ponieważ takie słońca drugiej i trzeciej generacji są mniej masywne niż ich przodkowie, palą się wolniej, chłodniej i znacznie, dużo dłużej - coś niezbędnego do rodzaju łagodnego poziomu energii potrzebnego do umożliwienia życia organicznego.
Chociaż gwiazdy rozpłodowe powstały w ciągu kilkuset milionów lat Wielkiego Wybuchu, życie tutaj na Ziemi zajęło trochę czasu. Nasze Słońce - skromna masa trzeciej generacji - uformowało się jakieś dziewięć miliardów lat później. Formy życia rozwinęły się nieco później niż miliard lat później. Gdy tak się stało, cząsteczki połączyły się, tworząc związki organiczne, które - w odpowiednich warunkach - połączyły się jako aminokwasy, białka i komórki. Przez cały ten czas jedna warstwa złożoności była dodawana do drugiej, a stworzenia stawały się coraz bardziej spostrzegawcze na otaczający ich świat. W końcu - po kolejnych miliardach lat - rozwinęła się wizja. A wizja - dodana do subiektywnego poczucia świadomości - pozwoliła Wszechświatowi spojrzeć na siebie.
Badania empiryczne dotyczące podstaw życia pokazują, że mikstura dobrze dobranych pierwiastków (wodór, węgiel, tlen i azot) poddanych działaniu niejonizującego promieniowania ultrafioletowego tworzy aminokwasy. Same aminokwasy mają niezwykłą zdolność do łączenia się w białka. Białka mają raczej „protean” zdolność do nadawania kształtu i zachowania komórkom. Obecnie uważa się za całkowicie możliwe, że pierwsze aminokwasy powstały w kosmosie1 - ekranowane przed twardszymi formami promieniowania w rozległych chmurach składających się z pierwotnych i gwiezdnych materiałów. Z tego powodu życie może być zjawiskiem wszechobecnym, czekającym tylko na pewne sprzyjające warunki, aby zakorzenić się i rozwinąć w różnorodne formy.
Obecnie egzobiolodzy uważają, że woda w stanie ciekłym jest niezbędna do tworzenia i namnażania życia organicznego. Woda jest niezwykłą substancją. Jako łagodny rozpuszczalnik woda umożliwia dysocjację i mieszanie innych cząsteczek. Tymczasem jest bardzo stabilny i przezroczysty dla światła widzialnego - coś przydatnego, jeśli biotyki mają czerpać energię bezpośrednio ze światła słonecznego. Wreszcie woda dobrze utrzymuje temperaturę, odprowadza nadmiar ciepła przez odparowanie i unosi się po schłodzeniu, by zestalić się jak lód.
Według egzobiologa NASA Andrew Pohorille'a: „Woda łączy ze sobą cząsteczki organiczne i umożliwia organizację w struktury, które ostatecznie stały się komórkami”. W ten sposób woda działa w niespotykanej matrycy, umożliwiając cząsteczkom organicznym tworzenie samoorganizujących się struktur. Andrew przytacza jedną właściwość związaną z wodą, która umożliwia samoorganizację i wzrost: „Efekt hydrofobowy odpowiada za to, że woda i olej nie mieszają się, mydła i detergenty„ wychwytują ”tłuste zabrudzenia podczas mycia w wodzie i przez ogromna liczba innych zjawisk. Mówiąc bardziej ogólnie, efekt hydrofobowy odpowiada za segregację niepolarnych (olejowych) cząsteczek lub części cząsteczek od wody, dzięki czemu mogą się sklejać, nawet jeśli nie są związane. W biologii są to właśnie interakcje odpowiedzialne za tworzenie błoniastych ścian komórkowych i zwijanie białek w struktury funkcjonalne. ”
Aby woda osiągnęła stan ciekły, musi pozostawać w stosunkowo wąskim zakresie temperatur i ciśnień. Z tego powodu tylko kilka dobrze rozmieszczonych planet - i być może garstka dużych księżyców, jest faworyzowana w warunkach niezbędnych do życia. W wielu przypadkach wszystko sprowadza się do formy niebiańskiej nieruchomości - lokalizacji, lokalizacji, lokalizacji…
Wczesne życie na Ziemi było bardzo proste pod względem formy i zachowania. Choć komórkowe, brakowało jądra centralnego (prokariotycznego) i innych podstruktur (organelli). Brakuje jądra, takie komórki rozmnażają się bezpłciowo. Te beztlenowce istniały głównie poprzez tworzenie (anabolizującego) gazu metanowego z wodoru i dwutlenku węgla. Lubili ciepło - i było ich mnóstwo!
Fakt, że życie rozwinęło się na Ziemi, nie powinien być tak zaskakujący, jak mogłoby się wydawać. Życie jest teraz uważane za znacznie silniejsze, niż się kiedyś wydawało. Nawet teraz hydrotermalne otwory wentylacyjne głęboko w oceanie wyrzucają prawie wrzącą wodę. Przylegające do takich otworów wentylacyjnych życie - w postaci gigantycznych robaczek i małży - kwitnie. Głęboko pod powierzchnią Ziemi znaleziono bakterie beztlenowe metabolizujące minerały. Takie warunki uważano za niemożliwe przez większość XX wieku. Życie wydaje się rodzić nawet w najtrudniejszych warunkach.
W miarę rozwoju form życia w naszym świecie komórki rozwinęły organelle - niektóre poprzez włączenie mniejszych, bardziej wyspecjalizowanych komórek do swoich struktur. Planeta ochłodziła się, jej atmosfera się oczyściła, a promienie słoneczne padały na oceany. Powstały prymitywne bakterie, które utrwalały energię ze światła słonecznego jako żywność. Niektóre pozostały prokariotyczne, podczas gdy inne rozwinęły jądro (eukariotyczne). Te prymitywne bakterie zwiększały zawartość tlenu w ziemskiej atmosferze. Wszystko to wydarzyło się około 2 miliardów lat temu i było niezbędne, aby wesprzeć jakość i ilość życia zamieszkującego obecnie „Błękitną planetę”.
Pierwotnie atmosfera składała się z mniej niż 1% tlenu - ale wraz ze wzrostem poziomu, zjadające bakterie formy życia przystosowały się do syntezy wody z tlenu i wodoru. To uwolniło znacznie więcej energii niż jest w stanie metabolizm metanu. Kontrolowana synteza wody była ogromnym osiągnięciem na całe życie. Rozważ eksperymenty w laboratorium chemicznym w szkole średniej, w których wodór i tlen są łączone, podgrzewane, a następnie wybuchają. Prymitywne formy życia musiały nauczyć się radzić sobie z tym bardzo niestabilnym zjawiskiem w znacznie bezpieczniejszy sposób - stawiając fosfor na zadania konwersji ADP na ATP iz powrotem.
Później - około 1 miliarda lat temu - powstały najprostsze stworzenia wielokomórkowe. Stało się tak, gdy komórki połączyły się dla wspólnego dobra. Ale takie stworzenia były prostymi koloniami. Każda komórka była w pełni samodzielna i dbała o własne potrzeby. Potrzebowali tylko stałej ekspozycji na ciepły bulion wczesnych oceanów, aby uzyskać składniki odżywcze i wyeliminować odpady.
Kolejny wielki krok w ewolucji życia2
pojawiły się w miarę rozwoju wyspecjalizowanych typów tkanek komórkowych. Mięśnie, nerwy, naskórek i chrząstki posunęły rozwój wielu złożonych form życia zamieszkujących obecnie naszą planetę - od kwitnącej rośliny do młodego astronoma! Ale to pierwsze zorganizowane stworzenie mogło równie dobrze być robakiem (nieważnym) zagrzebującym się w morskim szlamie około 700 milionów lat temu. Brakujące oczy i centralny układ nerwowy posiadały jedynie zdolność dotyku i smaku. Ale teraz życie miało zdolność różnicowania i specjalizacji. Samo stworzenie stało się oceanem…
Wraz z pojawieniem się dobrze zorganizowanych stworzeń tempo życia przyspieszyło:
Do 500 MYA ewoluowały pierwsze kręgowce. Były to prawdopodobnie stworzenia podobne do węgorzy, niewidoczne, ale wrażliwe na zmiany chemiczne - i prawdopodobnie elektryczne - w ich otoczeniu.
Do 450 MYA pierwsze zwierzęta (owady) dołączyły do ukorzeniania roślin na lądzie.
Około 400 MYA pierwsze kręgowce wydostały się z morza. Mogła to być ryba ziemnowodna żyjąca na owadach i roślinach wzdłuż wybrzeża.
Do 350 MYA pojawiły się pierwsze gady „podobne do iguany”. Miały silne, twarde szczęki w jednoczęściowej czaszce. Gdy rosły, gady takie rozjaśniały czaszki, dodając otwory (poza zwykłymi oczodołami). Zanim dinozaury zdominowały ziemię, krokodyle, żółwie i pterasaury (latające gady) poprzedzały je.
Prymitywne ssaki sięgają prawie 220 mln lat temu. Większość tych stworzeń była mała i przypominała gryzonie. Późniejsze wersje opracowały łożysko - ale wcześniejsze gatunki po prostu wykluły się jaja wewnętrznie. Oczywiście wszystkie ssaki są ciepłokrwiste i dlatego muszą żarłocznie jeść, aby utrzymać temperaturę ciała - szczególnie w chłodne wietrzne noce tropiące słabe galaktyki wzdłuż rzeki Eridanus…
Podobnie jak ssaki, ciepłokrwiste ptaki wymagają więcej pożywienia niż gady - ale jak gady - składane jaja. Niezły pomysł na stworzenie latające! Dziś latają niebieskie ptaki (takie jak Cygnus the Swan i Aquila the Eagle), ponieważ prawdziwe ptaki wzbiły skrzydła około 150 MYA.
Najwcześniejsze naczelne istniały nawet w czasach wyginięcia dinozaurów. Silne dowody potwierdzają tezę, że same dinozaury przeszły jako grupa po uderzeniu asteroidy lub komety na półwysep Jukatan w Stanach Zjednoczonych Meksyku. Po tym katastrofalnym wydarzeniu temperatura spadła wraz ze spadkiem „niejądrowej” zimy. W takich warunkach jedzenie było oszczędne, ale ciepłokrwistość nabrała własnego. Nie trwało jednak długo, zanim jeden rodzaj „gigantyzmu” wkrótce zastąpił inny - same ssaki urosły do niezwykłych rozmiarów, a największy rozwinął się w macicy morskiej, a teraz przybierają formę wielkich wielorybów.
Koniec „strasznych jaszczurek” nie był pierwszym masowym wyginięciem życia - poprzedziły go cztery wcześniejsze śmierci. Dziś, świadomi możliwości innych takich kataklizmicznych uderzeń, niektórzy astronomowie na świecie obserwują wokół Ziemi krążące wokół szczątki gruzu pozostałe po formowaniu się Układu Słonecznego. Najmniejsze typy - na przykład meteory - wywołują nieszkodliwe niebiańskie pokazy świetlne. Większe meteory (bolidy) czasami rozprzestrzeniają „płomień” i ślady „dymu”, gdy spadają na Ziemię. Większe ciała pozostawiły ślady naturalnej dewastacji w wielu milach lasów - nawet nie pozostawiając po sobie śladu własnego materiału „rozbijającego imprezę”. Ale więksi intruzi nie mają takiej skromności. Asteroida lub kometa o średnicy jednego kilometra oznaczałaby absolutne nieszczęście dla centrum populacji. Ciała dziesięciokrotnie większe niż to mogą oznaczać masowe wymieranie tego rodzaju, które oznaczało koniec dinozaurów.
Ludzie najpierw szli wyprostowani jakieś 6MYA. Prawdopodobnie miało to miejsce, gdy ścieżka rozdzieliła się między pierwotnymi szympansami i wczesnymi hominidami. Ta rozbieżność nastąpiła po dziesięciomilionowym okresie szybkiej ewolucji naczelnych i przyłączyła się do sześciomilionowego cyklu ewolucji człowieka. Pierwsze kamienne narzędzia zostały wykonane ręką ludzką około 2 milionów lat temu. Miliony lat później jakiś przedsiębiorczy członek gatunku ludzkiego opanował ogień. Technologia nabrała tempa bardzo powoli - minęły setki tysięcy lat bez znaczącej poprawy narzędzi używanych przez społeczności plemienne z dawnej przeszłości.
Współcześni ludzie powstali ponad 200 000 lat temu. Około 125 tysięcy lat później wydarzyło się wydarzenie, które mogło zmniejszyć całą populację ludzką Ziemi do mniej niż 10 000 osobników. To wydarzenie nie miało charakteru pozaziemskiego - sama Ziemia prawdopodobnie wybuchła „ogniem i siarką” podczas erupcji naładowanej gazem komory magmowej (podobnej do tej w Parku Narodowym Yellowstone w zachodnich USA). Minęło kolejne 65 000 lat, a epoka kamienna ustąpiła epoce rolnictwa. 5000 lat temu pierwsze państwa-miasta zjednoczyły się w żyznych dolinach otoczonych znacznie mniej gościnnymi klimatami. Całe cywilizacje przybyły i zniknęły. Każdy przekazuje pochodnię kultury i powoli ewoluującą technologię do następnej. Dzisiaj minęło zaledwie kilka stuleci od czasu, gdy pierwsze szklane soczewki w kształcie ludzkiej dłoni zwróciły ludzkie oko na rzeczy z nocnego nieba.
Dziś ogromne zwierciadła i sondy kosmiczne pozwalają nam rozważać rozległe obszary wszechświata. Widzimy dynamikę Kosmosu i być może ekscytujące życie obfite, niż ktokolwiek mógłby sobie wyobrazić. Podobnie jak światło i materia, życie równie dobrze może być podstawową cechą kontinuum czasoprzestrzennego. Życie może być tak uniwersalne jak grawitacja - i tak osobiste jak wieczór sam z teleskopem pod nocnym niebem…
1 W rzeczywistości spektrograficzny odcisk palca co najmniej jednego aminokwasu (glicyny) został znaleziony w rozległych chmurach pyłu i gazu w ośrodku międzygwiezdnym (ISM). (Zobacz Aminokwas znaleziony w kosmosie).
2 To, że życie rozwija się z mniej wyrafinowanych do bardziej wyrafinowanych form, jest kwestią wykraczającą poza spór naukowy. Dokładnie to, jak ten proces zachodzi, jest kwestią głębokiego podziału w społeczeństwie ludzkim. Astronomowie - w przeciwieństwie do biologów - nie są zobowiązani do posiadania żadnej szczególnej teorii na ten temat. Niezależnie od tego, czy mutacja przypadkowa i naturalna selekcja napędzają ten proces, czy istnieje jakaś niewidzialna „ręka”, aby doprowadzić do takich rzeczy, nie należy do dziedziny badań astronomicznych. Astronomowie są zainteresowani strukturami, warunkami i procesami we wszechświecie. W miarę jak życie staje się bardziej istotne dla tej dyskusji, astronomia - w szczególności egzobiologia - będzie miała więcej do powiedzenia na ten temat. Ale sam fakt, że astronomowie mogą pozwolić naturze mówić o takich sprawach, jak nagłe i natychmiastowe „stworzenie ex nihilo” w formie Wielkiego Wybuchu, pokazuje, jak elastyczne jest myślenie astronomiczne w odniesieniu do ostatecznych źródeł.
Potwierdzenie: Moje podziękowania kieruję do egzobiologa
Andrew Pohorille z NASA, który uświadomił mi, jak wielkie znaczenie ma efekt hydrofobowy w tworzeniu struktur samoorganizujących się. Więcej informacji na temat egzobiologii można znaleźć na oficjalnej stronie NASA Exobiology Life Through Space and Time, dzięki której miałem szczęście skontaktować się z Andrew.
O autorze:
Zainspirowany arcydziełem z początku XX wieku: „Niebo przez trzy, cztery i pięć cali teleskopów”, Jeff Barbour rozpoczął naukę astronomii i nauk o kosmosie w wieku siedmiu lat. Obecnie Jeff poświęca wiele czasu na obserwowanie nieba i utrzymanie strony internetowej
Astro.Geekjoy.
