Förord av Boris Stern
Vi har länge planerat att hålla en diskussion relaterad till den eviga frågan om människans plats i universum. Detta handlar naturligtvis om utomjordiskt liv och planeter från andra stjärnor. Just nu är knappt 6 000 exoplaneter kända, varav mer än två tusen väntar på en oberoende bekräftelse. Men för statistisk forskning kan du använda alla 6 tusen.
Det finns väldigt få planeter bland dem som förmodligen är lämpliga för livet. Detta är naturligt eftersom de är svårast att hitta: en mycket kraftfull selektionseffekt fungerar mot jordliknande planeter. De är för lätta för att fångas med en stjärns radialhastighetsmetod, och deras år är för lång för att deras transiter ska kunna grävas på ett tillförlitligt sätt i Kepler rymdteleskopdata. Undantaget är planeterna i den bebodda zonen för röda dvärgar, som är öppna under våra näsor, det är mycket lättare att hitta dem. Det finns många sådana planeter, men tyvärr är röda dvärgar mycket obekvämt för livet bredvid dem. Men extrapoleringen av Keplers data för de "heta länderna" av stjärnor som solen ger ett mycket optimistiskt resultat: minst 15% av dessa stjärnor har planeter i sin bebodda zon. Denna uppskattning erhölls oberoende av många författare,och med tiden blir det mer och mer optimistiskt: 20% och till och med en fjärdedel av solarna har land. Detta innebär att den närmaste klass G- eller K-stjärnan för oss med Jorden i bana i det bebodda området är inom 15 ljusår. Det finns få sådana stjärnor, och kandidater dyker redan upp, till exempel Tau Ceti. Och det finns många sådana planeter inom en radie av, säg, 30 ljusår.
Observationsmetoder fortskrider gradvis. Nya närliggande jordliknande planeter kommer att upptäckas med det förbättrade HARPS-instrumentet. Under det kommande decenniet kommer vi att lära oss en sak eller två om atmosfären i vissa jordliknande planeter med hjälp av instrument som det gigantiska Extremely Large Telescope (ELT) och James Webb Space Telescope. Och det är möjligt att syre kommer att uppträda i absorptionsspektret i atmosfären på någon transitplanet (som passerar genom en stjärnskiva). Om stjärnan inte är för aktiv och tillräckligt gammal kan syre bara vara biogen. Detta är hur utomjordiskt liv kan upptäckas.
Är det verkligt? Om livet uppstår i något hörn så snart förhållandena uppstår för det - varför inte? Men är det? Argumentet framförs ofta att livet på jorden verkade mycket snabbt, vilket innebär att detta är fallet - några hundra miljoner år räcker för att det ska visas i någon slags soppa. Men det finns också ett motargument - en lämplig "soppa" kan bara existera på en ung planet - livet uppstår antingen snabbt eller aldrig.
Och naturligtvis finns det motsatt synvinkel: livet är ett sällsynt fenomen baserat på ett helt otroligt sammanfall. Evgeny Kunin uttryckte den mest detaljerade synpunkten i denna fråga, professionell och med kvantitativa uppskattningar. Livet baseras på att kopiera långa molekyler, ursprungligen var de RNA-molekyler. Kopiering sker av en viss enhet som kallas "replikas" (dessa rader skrivs av en fysiker, därför är terminologin ur biologens synvinkel något besvärlig). Replikas kommer inte någonstans om det inte är programmerat i samma RNA som kopieras.
Enligt Kunin, för att självreproduktionen av RNA ska börja, och med den evolutionen,”är det åtminstone det spontana utseendet på nästa nödvändigt.
- Två rRNA med en total storlek på minst 1000 nukleotider.
- Cirka 10 primitiva adaptrar med 30 nukleotider vardera, totalt cirka 300 nukleotider.
- Åtminstone ett RNA-kodande replikas är ungefär 500 nukleotider i storlek (nedre poäng). I den accepterade modellen, n = 1800, och som ett resultat, E <10 - 1081 ".
I det givna fragmentet menar vi en kodning med fyra bokstäver, antalet möjliga kombinationer är 41800 = 101081, om bara ett fåtal av dem startar utvecklingsprocessen, är sannolikheten för den erforderliga sammansättningen per ett "försök" med spontan montering ~ 10-1081.
Kampanjvideo:
Det finns ingen motsägelse i det faktum att resultatet är framför våra ögon, det finns inget: enligt inflationsteorin är universum enormt, tiotals storleksordningar större än dess synliga del, och om vi förstår universum som ett stängt utrymme, finns det universum med samma vakuum som vårt, en gigantisk uppsättning … Den minsta sannolikheten uppnås någonstans, vilket ger upphov till en förvånad betraktare.
Dessa två ytterligheter betyder mycket för vår plats i universum. I alla fall är vi ensamma. Men om livet finns dussintals ljusår bort från oss, är detta teknologisk ensamhet som övervinns av utveckling och tusenåriga tålamod. Om Kunins bedömning är korrekt är detta en grundläggande ensamhet som inte kan övervinnas av någonting. Då är vi och det jordiska livet ett unikt fenomen i universums orsakssammanhängande volym. Det enda och mest värdefulla. Detta är viktigt för människans framtida strategi. I det första fallet är grunden för strategin sökning. I det andra fallet - sådd (det finns till och med ett sådant benämning "riktad panspermia"), som också inkluderar sökandet efter en lämplig jord.
Allt detta förtjänar en diskussion. Finns det kryphål genom Kunins argument? Finns det några mekanismer som kan urskiljas genom att kringgå den "oreducerbara komplexiteten" hos RNA-replikatorn? Är det verkligen så oförlåtligt? Etc.
Vi bad flera biologer om deras åsikter.
Alexander Markov, Ph. D. biol. vetenskaper, ledde. vetenskaplig. sotr. Paleontological Institute RAS, chef. Institutionen för biologisk utveckling, biologisk fakultet, Moskva statsuniversitet:
Evgeny Kunins bedömning, som innebär att vi är hopplöst ensamma i universum, bygger på ett viktigt antagande. Kunin trodde att för att starta processen med RNA-replikering (och med den darwinistiska evolutionen; det är logiskt att betrakta detta ögonblick som livets ursprung) var det nödvändigt att rent av en slump - som ett resultat av slumpmässig kombination av polymerisation (till exempel på mineralmatriser) ribonukleotider - ett ribozym med RNA-polymerasaktivitet dök upp, det vill säga en lång RNA-molekyl som har en mycket bestämd (och inte bara någon) nukleotidsekvens och på grund av detta kan effektivt katalysera RNA-replikation.
Om det inte finns något annat sätt, en annan "inträde" till de levande från världen av livlösa materia, har Kunin rätt, och vi borde ge upp hoppet om att hitta något liv i universum utom jordiska. Det kan antas att det hela började inte med ett enda mycket effektivt polymeras utan till exempel med ett visst samhälle av små, ineffektiva polymeraser och ligaser (ribozymer som kan tvärbinda korta RNA-molekyler till längre): kanske kommer detta att göra bedömningen lite mer optimistisk, men kommer inte att förändra situationen i grunden. Eftersom den första replikatorn fortfarande var väldigt komplex, och den borde ha visat sig utan hjälp av den darwinska utvecklingen - i själva verket av misstag.
Ett livskraftigt alternativ är icke-enzymatisk RNA-replikation (NR RNA): processen genom vilken RNA-molekyler replikeras utan hjälp av komplexa ribozzymer eller proteinenzymer. En sådan process existerar, den katalyseras av Mg2 + -joner, men den går för långsamt och felaktigt - åtminstone under de förhållanden som forskarna hade tid att prova.
Det finns emellertid ett hopp om att det ändå kommer att vara möjligt att hitta några rimliga förhållanden (som i princip kan existera på vissa planeter), när NR RNA går tillräckligt snabbt och exakt. Kanske kräver detta någon form av relativt enkel katalysator som kan syntetiseras på ett abiogeniskt sätt. Det är möjligt att enkla abiogena peptider med flera negativt laddade rester av asparaginsyra som kvarhåller magnesiumjoner kan fungera som sådana katalysatorer: protein-RNA-polymeraser har liknande aktiva centra, och denna möjlighet undersöks nu.
Frågan om möjligheten till ett effektivt NR-RNA är av grundläggande betydelse för att bedöma sannolikheten för livets ursprung. Om NR RNA är möjligt, kan det finnas ganska många levande planeter i det observerbara universum. De grundläggande skillnaderna mellan de två scenarierna - med möjliga och omöjliga NR RNA - visas i tabellen. Om NR är möjligt, kan Darwin-utvecklingen börja nästan omedelbart efter uppkomsten av de första korta RNA-molekylerna. Den selektiva fördelen borde ha erhållits av de RNA-molekyler som multiplicerades mer effektivt med hjälp av HP. Dessa kan till exempel vara molekyler med palindromiska upprepningar, som själva skulle kunna tjäna som primrar - "frön" för replikering; palindromer kan vikas in i tredimensionella strukturer - "hårnålar", vilket ökar sannolikheten för uppkomsten av katalytiska egenskaper i RNA-molekylen. Hur som helst, efterNär Darwinian evolution började bestämdes den fortsatta utvecklingen av livet inte bara av en slump, utan också av lagen.
Uppskattningarna av sannolikheten (frekvensen) för livets ursprung under dessa två scenarier bör skilja sig åt med ett stort antal beställningar (även om ingen naturligtvis kommer att ge exakta siffror). Det är också viktigt att notera att om livet härstammade "enligt Kunin", det vill säga på grund av slumpmässigt sammansättning av ett effektivt ribozym-polymeras, så visar sig principen om komplementaritet (specifik parning av nukleotider), på vilken RNA: s förmåga att reproducera och utvecklas, vara ett slags "piano i buskarna”, Vilket inte hade något att göra med det faktum att en så enorm mängd RNA-molekyler hade samlats på planeterna att ett effektivt ribozym med RNA-polymerasaktivitet av misstag dök upp på en av planeterna. Om livet uppstod "enligt Shostak" (Nobelpristagaren Jack Shostak studerar nu aktivt NR RNA och tror att denna process är nyckeln till mysteriet om livets ursprung),då var komplementaritet inte ett "piano i busken" utan fungerade från början. Detta gör hela livsscenariot mycket mer övertygande och logiskt. Jag skulle satsa på Shostak.
Således beror nu allt på framgången för specialister inom prebiotisk kemi. Om de finner realistiska förhållanden där NR RNA går bra, har vi en chans att hitta liv på andra planeter. Och om inte, då … måste vi titta vidare.
Armen Mulkidzhanyan, Dr. biol. Sci., University of Osnabrück (Tyskland), ledde. vetenskaplig. sotr. MSU:
Det är svårt att argumentera med det faktum att livet uppstod för länge sedan och på den unga jorden. Jorden består av kondritiska stenar, som meteoriter. Uppvärmningen av dessa bergarter under bildandet av jorden orsakade smältningen av vattnet som fördes med kondrit. Växelverkan mellan vatten och ett uppvärmt, reducerat berg borde ha lett till frisläppande av elektroner, bildning av väte och minskning av koldioxid (CO2) till olika organiska föreningar. Liknande processer pågår fortfarande i områden med geotermisk aktivitet, till exempel i geotermiska fält, men med låg intensitet. Därför kan bildningen av organiskt material i stora mängder förväntas på de andra stjärnornas unga planeter. Sannolikheten för att liv kan uppstå i detta fall kan uppskattas genom att beakta utvecklingen av det jordiska livet.
Under de första två miljarder åren bodde bara mikrober på jorden. Det skulle ha fortsatt så här, men för cirka 2,5 miljarder år sedan lärde fotosyntetiska bakterier att använda ljusets energi för att sönderdela vatten. Fotosyntes uppstod ursprungligen som en ersättning för de dämpade geokemiska processerna för att "dumpa" överskottselektroner. I fotosyntes används ljusets energi för att oxidera olika föreningar, det vill säga för att "ta bort" elektroner från dem, för att fotoaktivera dessa elektroner och i slutändan minska koldioxid till organiska föreningar av dem. Vattennedbrytningssystemet uppstod som ett resultat av den gradvisa utvecklingen av enklare fotosyntetiska enzymer bevarade i vissa bakterier. Det finns flera mycket troliga scenarier för hur sådana enzymer, med hjälp av ljus och klorofyll, först oxiderade vätesulfid (och till och med nu gör vissa människor det), sedan,när vätesulfiden i mediet var uttagen togs elektroner från järnjoner och sedan från manganjoner. Som ett resultat lärde de på något sätt att sönderdela vatten. I detta fall gick de elektroner som tas bort från vattnet till syntesen av organiskt material, och syre frigavs som en biprodukt. Syre är ett mycket starkt oxidationsmedel. Jag var tvungen att försvara mig mot honom. Framväxten av flercellularitet, varmblodighet och i slutändan intelligens är alla olika stadier av skydd mot oxidation av atmosfäriskt syre.varmblodighet och i slutändan förnuft - dessa är alla olika stadier av skydd mot oxidation av atmosfäriskt syre.varmblodighet och i slutändan förnuft - dessa är alla olika stadier av skydd mot oxidation av atmosfäriskt syre.
Vattennedbrytning sker i ett unikt katalytiskt centrum innehållande ett kluster av fyra manganatomer och en kalciumatom. I denna reaktion, som kräver fyra kvanta ljus, sönderdelas två vattenmolekyler (2 H2O) på en gång för att bilda en syremolekyl (O2). Detta kräver energi från fyra kvanta ljus. På manganatomerna, som svar på absorptionen av tre ljuskvanta, ackumuleras tre elektroniska vakanser ("hål") i följd, och först när det fjärde ljuskvantumet absorberas oxideras båda vattenmolekylerna, hålen fylls med elektroner och en syremolekyl bildas. Även om strukturen i manganklustret nyligen har bestämts med hög precision, förstår inte hur denna fyrtaktsanordning fungerar. Det är också oklart hur och varför i det katalytiska centrumet, var det i primitiva fotosyntetiska bakterier,manganjoner oxiderades, fyra av dess atomer kombinerades med en kalciumatom till ett kluster som kunde sönderdela vatten. Termodynamiken för klorofylldeltagande i vattenoxidation är också mystisk. Teoretiskt kan klorofyll under belysning oxidera vätesulfid, järn och mangan, men inte vatten. Men det oxiderar. I allmänhet är det som om en humla: "Enligt lagarna i aerodynamik kan en humla inte flyga, men han vet inte om det och flyger bara av detta skäl."
Det är mycket svårt att bedöma sannolikheten för ett vattennedbrytningssystem. Men denna sannolikhet är mycket liten, eftersom ett sådant system på 4,5 miljarder år bara uppstod en gång. Det fanns inget särskilt behov av det, och utan det skulle mikrober trivas på jorden och inkluderas i geokemiska cykler. Dessutom, efter uppkomsten av syre i atmosfären, borde de flesta av den mikrobiella biosfären ha dött eller, mer precist, förbränns - interaktionen av organiskt material med syre är förbränning. Endast mikrober överlevde, efter att ha lärt sig att andas, det vill säga att snabbt återställa syre tillbaka till vatten direkt på deras yttre skal, förhindra det från insidan, såväl som invånarna i de få kvarvarande syrefria ekologiska nischer.
Denna berättelse kan tjäna som ett exempel på en relativt nyligen (för cirka 2,5 miljarder år sedan) och en relativt förståelig händelse som ledde till en kraftig ökning av komplexiteten i levande system. Det hela började med gradvisa förändringar i fotosyntetiska enzymer. Sedan fanns det en engångs- och väldigt icke-evolutionsutveckling (mangan-kalciumkluster), som kanske inte hade varit det. Efterföljande enorma förändringar var en reaktion på uppkomsten av "giftigt" syre i atmosfären: Darwiniska urvalet aktiverades med full kraft, jag var tvungen att lära mig andas djupare och flytta hjärnan.
Totalt har vi en process som äger rum i tre stadier: (1) gradvisa förändringar - (2) en enstaka osannolik händelse - (3) vidareutveckling, men på en annan nivå eller under olika förhållanden. Detta schema kan betraktas som en molekylanalog av Severtsovs klassiska schema av aromorfoser.
Om du tittar på utvecklingen efter syre kan du identifiera flera sådana osannolika engångshändelser som förändrade utvecklingen. Detta är "sammansättningen" av en komplex eukaryot cell, och uppkomsten av kärlväxter, och olika "genombrott" i utvecklingen av djur, som Severtsov faktiskt skrev om.
Livets uppkomst, som inom ramen för RNA-världshypotesen förstås som uppkomsten av självreproducerande ensembler av RNA-molekyler (replikatorer), kan också representeras som en trestegsprocess.
1) Förberedande steg: RNA-bildande ribonukleotider kan spontant "samlas" från enkla molekyler som cyanid eller formamid under påverkan av ultraviolett (UV) ljus. Han var i överflöd på den unga jorden; det fanns ingen ultraviolettabsorberande ozon i atmosfären ännu, eftersom det inte fanns något syre, se ovan. Som Pouner och Saderland (University of Manchester) har visat, är nukleotider i en speciell, "aktiverad" cyklisk form "utvalda" i UV-ljus; sådana nukleotider kan spontant bilda RNA-kedjor. Dessutom är dubbla Watson-Crick-RNA-kedjor betydligt mer resistenta mot UV-strålning än enstaka - detta resultat beskrevs av Evgeny Kunin i hans allra första publicerade arbete 1980. Det vill säga på den unga jorden, på grund av flödet av "extra" elektroner, kan en mängd organiska molekyler bildas,men under påverkan av hård solstrålning var det främst RNA-liknande molekyler, företrädesvis rullade in i spiralformade strukturer, som överlevde.
2) En en gång, osannolik händelse: en ensemble av flera RNA-liknande molekyler började kopiera sig själv (miljarder år senare erhölls liknande självkopierande RNA-ensembler genom RNA-val under laboratorieförhållanden).
3) Efterföljande utveckling: RNA-replikatorer började konkurrera med varandra om resurser, utvecklas, förenas till större samhällen, etc.
Nackdelen med detta hypotetiska schema är att varken de molekylära detaljerna om ursprunget till RNA-replikatorer eller de naturliga faktorerna som bidrar till deras selektion är kända. Förhoppning ges av det faktum att när det gäller den näst viktigaste (och i sin tur) evolutionära händelsen, nämligen uppkomsten av ribosomer, maskiner för proteinsyntes, har molekylära detaljer rekonstruerats. Detta gjordes med olika metoder i fyra laboratorier; resultaten av rekonstruktionerna är mycket lika. Kort sagt var förfäderna till moderna mycket komplexa ribosomer en konstruktion av två RNA-slingor med 50-60 ribonukleotider vardera, som var i stånd att kombinera två aminosyror med en peptidbindning. Mellanstegen på vägen från denna tvåslingade struktur till moderna ribosomer spårades i detalj av Konstantin Bokov och Sergey Stadler (University of Montreal),Nobelpristagaren Ada Yonath och kollegor (Weizmann Institute), George Fox och kollegor (University of Houston) och Anton Petrov och kollegor (University of Georgia).
Ribosomen, som till en början hade en katalytisk RNA-underenhet, blev gradvis mer komplex och ökade i storlek, hela denna tid syntetiserade proteinsekvenser från en slumpmässig uppsättning aminosyror. Först i de sista stadierna av dess utveckling smälte den samman med en annan RNA-molekyl, som blev en liten underenhet av ribosomen, och den kodade proteinsyntesen började. Således är uppkomsten av den genetiska koden en osannolik evolutionär händelse separat från uppkomsten av ribosomal proteinsyntes.
Mer sannolikt kommer ytterligare forskning att göra det möjligt att rekonstruera både uppkomsten av replikatorer och andra osannolika händelser, till exempel de som är förknippade med uppkomsten av de första cellerna, utbytet av gener mellan de första cellerna och virus, etc.
Återvända till frågorna om sannolikheter: vår detaljerade övervägande visar att utvecklingen av det jordiska livet inte är ett "helt otroligt sammanfall", utan många på varandra följande extremt osannolika händelser.
Kraftfull produktion av organiska ämnen pågick troligen på andra unga planeter. Men detta ledde inte nödvändigtvis till livets uppkomst. Om den självreplikerande RNA-ensemblen inte hade samlats på jorden skulle det inte ha funnits något liv. Produktionen av organiskt material skulle gradvis blekna och jorden skulle bli lik Mars eller Venus.
Men även när livet växer fram på andra planeter, kunde detta liv "fastna" i varje inledande skede, och sannolikheten för att för evigt stanna kvar på en primitiv utvecklingsnivå var jämförelsevis högre än sannolikheten för att klättra nästa steg och gå vidare.
Därför är sannolikheten för att träffa kloka utlänningar på en annan planet oändligt lägre än chansen att komma in i en enkel men levande slem där (och det är om du är väldigt lycklig). Sannolikheten för att det finns syreliv någonstans är också oerhört liten: sönderdelningen av vatten för att bilda syre är en mycket icke-trivial fyra-elektronreaktion.
Så att bygga någon strategi i hopp om att hitta en främmande intelligens är helt enkelt inte så smart. Att det finns (för nu) intelligenta varelser på jorden är en mycket stor framgång. Därför är det mycket mer meningsfullt att investera i skapandet av "alternativa flygfält" för det redan existerande intelligenta livet om naturen misslyckas eller själva bärarna misslyckas. Det betyder att vi behöver en extra jord, eller ännu bättre några.
Evgeny Kunin, ledd. vetenskaplig. sotr. National Center for Biotechnology Information, medlem av US National Academy of Sciences:
Jag kan begränsa mig till mycket korta kommentarer, eftersom jag håller helt med allt som sägs av Alexander Markov … utom naturligtvis slutsatserna. Faktum är att det begränsande stadiet i uppkomsten av livet är den spontana bildningen av en population av ribozym-polymerasmolekyler med en tillräckligt hög hastighet och noggrannhet för självkopiering. Sannolikheten för en sådan händelse är försvinnande liten. För att öka den betydligt krävs en process som skapar möjligheten till evolution utan deltagande av sådana ribozymer, i ett mycket enklare system. Den icke-enzymatiska replikationen som diskuteras av Alexander är en bra kandidat för en sådan process. Det enda problemet är att baserat på allt jag vet från kemi och termodynamik finns det ingen chans att få dessa reaktioner till nivån på tillräckligt noggrann replikering av långa molekyler. Replikering av mycket korta oligonukleotider skulle vara mycket intressant som ett möjligt mellansteg, men kommer inte avsevärt att öka sannolikheten. Således förblir min slutsats densamma: uppkomsten av liv kräver extremt osannolika händelser, och därför är vi ensamma i vårt universum (frågan om flera universum är inte nödvändig att diskutera här). Inte bara vi är intelligenta varelser, utan mer breda, levande varelser i allmänhet.
Det är viktigt att notera följande: den extremt låga sannolikheten för förekomst av liv på inget sätt betyder att det hela hände genom ett mirakel. Tvärtom, de är alla en serie normala kemiska reaktioner, endast inkluderande stadier med mycket låg sannolikhet. Följaktligen är det inte bara meningslöst att studera de mekanismer som på något sätt underlättar uppkomsten av livet utan också extremt viktigt och intressant. Det är helt enkelt inte synligt (ännu) att detta kan öka sannolikheten betydligt, men att skapa ett scenario med händelser kan mycket väl hjälpa.
Tja, jag kommer att avsluta med en kvasifilosofisk men enligt min mening relevant övervägande. Den extremt låga sannolikheten för livets uppkomst bryter mot medelmålsprincipen: händelserna som har inträffat på vår planet är exceptionella, till och med unika i universum. Medelmålsprincipen i detta fall förlorar den antropiska principen: oavsett hur otroligt framväxten av livet var förut, under villkoret för existensen av intelligenta varelser och bara celler, är dess sannolikhet exakt lika med 1.
Mikhail Nikitin, forskare sotr. Institutionen för evolutionär biokemi, Research Institute of Physicochemical Biology. A. N. Belozersky Moskva statsuniversitet:
Det verkar för mig att livet av en bakteriell nivå av komplexitet är utbrett i universum, men utveckling till flercelliga djur och potentiellt intelligenta varelser är mycket mindre troligt.
Varför tror jag att bakterielivet är mycket troligt?
Kunins resonemang är baserat på experiment på det konstgjorda urvalet av ribozym-replikaser, som kopierar RNA-molekyler och potentiellt kan kopiera sig själva. Alla dessa ribozymer är i storleksordningen 200 nukleotider i längd, och sannolikheten för att få dem genom slumpmässig självmontering är i storleksordningen 4-200. Dessa experiment tog emellertid inte hänsyn till många viktiga faktorer som för det första skulle kunna säkerställa replikering med kortare och enklare ribozymer, och för det andra, före starten av någon replikering, direkt självmontering mot strukturerade RNA som kan fungera som ribozym. Några av dessa faktorer har redan nämnts av andra författare: Shostaks icke-enzymatiska replikering, urval för självprimning i Markovs "värld av palindromer", val för UV-resistens, som riktar RNA självmontering mot hårnålstrukturer som föreslagits av Mulkidzhanyan). Jag kommer att lägga till denna lista mineralunderlag och "värmefällor" (smala porer med en temperaturgradient) som gör RNA-kopiering mycket enkel. Eftersom vi har ett enkelt självreplikerande genetiskt system, kommer Darwin-evolutionen med stor sannolikhet snabbt att skapa en bakteriecell eller något liknande - med ett cellmembran som upprätthåller en konstant saltkomposition inne i cellen.
Varför tror jag att utvecklingen av livet från enkla celler till flercelliga djur kan vara mycket osannolikt? Det finns två överväganden här, en mer geologisk, den andra rent biologisk. Låt oss börja med den första.
I paleontology har det pålitligt fastställts att utvecklingen av organismer är mycket ojämn. Kriser och revolutioner växlar med perioder med stasis, ibland mycket lång. Den längsta stasisperioden kallades den "tråkiga miljarder" och varade det mesta av Proterozoic - från cirka 2 till 0,8 miljarder år sedan. Det föregicks av utseendet på syre i atmosfären, uppkomsten av eukaryota celler och den globala Huron-glaciationen, och det slutade med den största Sturt glaciationen i jordens historia, en ökning av syreinnehållet till nästan moderna värden och utseendet på flercelliga djur. Evolutionen var också relativt långsam i den archean eon mellan 3,5 och 2,5 miljarder år sedan jämfört med både den tidigare Catarchian eon (tidpunkten för framväxten av livet och det sena meteoritbombardementet) och den efterföljande syrerevolutionen. Orsakerna till denna ojämnhet förstås inte helt. Det verkar för mig personligen övertygande att "syrerevolutionen" (den enorma spridningen av syreproducerande cyanobakterier) var förknippad med utarmningen av reserver av reducerat (järn) järn i havsvattnet. Så länge det fanns tillräckligt med järn i havet, trivdes mikrober där med enklare och säkrare järnoxiderande fotosyntes. Det är inte syre som frigörs i det, utan föreningar av järnoxid - magnetiter och hematiter, som deponerades på havsbotten i hela Archean. Tillförseln av nytt järn till havet (främst från hydrotermiska källor i botten) minskade när den geologiska aktiviteten på planeten avtog, och slutligen tvingade resurskrisen fotosyntetiska mikrober att byta till en mer komplex "teknik" för syre-fotosyntes. Liknande,orsaken till den "tråkiga miljarden" kan vara den ständiga syreförbrukningen för oxidation av olika mineraler på land, vilket inte tillåter att syreinnehållet ökar över 1-2%. I proterozoiska marina sediment finns det många spår av oxidation på land av sulfidmalmer på grund av vilka floder transporterade sulfater, arsenik, antimon, koppar, krom, molybden, uran och andra element i havet som nästan var frånvarande i det archeaniska havet. Den sena proterozoiska krisen med globala glaciationer, en snabb ökning av syrehalten och uppkomsten av flercelliga djur kan ha orsakats av uttömning av lätt oxiderade mineraler på land.på grund av att floderna transporterade sulfater, arsenik, antimon, koppar, krom, molybden, uran och andra element i havet som nästan var frånvarande i det arkeiska havet. Den sena proterozoiska krisen med globala glaciationer, en snabb ökning av syreinnehållet och utseendet på flercelliga djur kan ha orsakats av uttömning av lätt oxiderade mineraler på land.på grund av att floderna transporterade sulfater, arsenik, antimon, koppar, krom, molybden, uran och andra element i havet som nästan var frånvarande i det arkeiska havet. Den sena proterozoiska krisen med globala glaciationer, en snabb ökning av syreinnehållet och utseendet på flercelliga djur kan ha orsakats av uttömning av lätt oxiderade mineraler på land.
Således bestämdes tidpunkten för början av två nyckelvarv (syre-fotosyntes och flercelliga djur) av balansen mellan biologiska (fotosyntes) och geologiska (frisättning av järnjärn och andra oxiderbara ämnen med hydrotermiska ventiler och mark vulkaner). Det är mycket möjligt att på andra planeter kommer dessa revolutioner mycket senare. Till exempel kommer en mer massiv planet (superjord) att förlora geologisk aktivitet långsammare, släppa järn i havet längre och kan försena syrerevolutionen med miljarder år. Planeter i den bebodda zonen för röda dvärgar kommer att få lite synligt ljus som är lämpligt för fotosyntes, och deras biosfärer riskerar också att fastna i ett syrefri stadium. Mängden vatten på planeten är också viktig. Om hela planeten är täckt av ett djupt hav, kommer den att ha brist på fosfor,kommer huvudsakligen från landsvulkaner, och om det finns lite vatten, kommer havsområdet som är tillgängligt för fotosyntetiska mikrober också att vara litet (före uppkomsten av flercelliga växter var produktiviteten för markekosystemen försumbar jämfört med haven). Det vill säga det finns gott om skäl till varför biosfären kan fastna i ett syrefri mikrobiellt stadium och inte utvecklas till djur. Förresten är tid för utveckling begränsad: stjärnornas ljusstyrka växer med tiden och jorden på 1,5-2 miljarder år börjar värmas upp irreversibelt, dess hav kommer att förångas och den växande växthuseffekten förvandlar den till den andra Venus. Röda dvärgar har en långsammare ljusstyrka, men deras planeter kan bli obeboeliga på grund av magnetfältets försvinnande och efterföljande vattenförlust i rymden, som hände på Mars.det havsområde som är tillgängligt för fotosyntetiska mikrober kommer också att vara litet (före tillkomsten av flercelliga växter var produktiviteten för markekosystemen försumbar jämfört med haven). Det vill säga det finns många skäl till att biosfären kan fastna i ett syrefri mikrobiellt stadium och inte utvecklas till djur. Förresten är tid för utveckling begränsad: stjärnornas ljusstyrka växer med tiden och jorden på 1,5-2 miljarder år börjar värmas upp irreversibelt, dess hav kommer att förångas och den växande växthuseffekten förvandlar den till den andra Venus. I röda dvärgar växer ljusstyrkan långsammare, men deras planeter kan bli obeboeliga på grund av magnetfältets försvinnande och efterföljande vattenförlust i rymden, som hände på Mars.då kommer det havsområde som är tillgängligt för fotosyntetiska mikrober också att vara litet (före uppträdandet av flercelliga växter var produktiviteten för markbundna ekosystem försumbar jämfört med haven). Det vill säga det finns gott om skäl till varför biosfären kan fastna i ett syrefri mikrobiellt stadium och inte utvecklas till djur. Utvecklingstiden är förresten begränsad: stjärnornas ljusstyrka ökar med tiden, och jorden på 1,5-2 miljarder år kommer irreversibelt att värmas upp, dess hav förångas och den växande växthuseffekten förvandlar den till den andra Venus. I röda dvärgar växer ljusstyrkan långsammare, men deras planeter kan bli obeboeliga på grund av magnetfältets försvinnande och efterföljande vattenförlust i rymden, som hände på Mars.tillgängliga för fotosyntetiska mikrober (före uppträdandet av flercelliga växter var produktiviteten för markjordiska ekosystem försumbar jämfört med haven). Det vill säga det finns många skäl till att biosfären kan fastna i ett syrefri mikrobiellt stadium och inte utvecklas till djur. Utvecklingstiden är förresten begränsad: stjärnornas ljusstyrka ökar med tiden och jorden på 1,5-2 miljarder år kommer irreversibelt att värmas upp, dess hav kommer att förångas och den växande växthuseffekten förvandlar den till den andra Venus. I röda dvärgar växer ljusstyrkan långsammare, men deras planeter kan bli obeboeliga på grund av magnetfältets försvinnande och efterföljande vattenförlust i rymden, som hände på Mars.tillgängliga för fotosyntetiska mikrober (före uppträdandet av flercelliga växter var produktiviteten för markjordiska ekosystem försumbar jämfört med haven). Det vill säga det finns många skäl till att biosfären kan fastna i ett syrefri mikrobiellt stadium och inte utvecklas till djur. Utvecklingstiden är förresten begränsad: stjärnornas ljusstyrka ökar med tiden och jorden på 1,5-2 miljarder år kommer irreversibelt att värmas upp, dess hav kommer att förångas och den växande växthuseffekten förvandlar den till den andra Venus. I röda dvärgar växer ljusstyrkan långsammare, men deras planeter kan bli obeboeliga på grund av magnetfältets försvinnande och efterföljande vattenförlust i rymden, som hände på Mars. Utvecklingstiden är förresten begränsad: stjärnornas ljusstyrka ökar med tiden och jorden på 1,5-2 miljarder år kommer irreversibelt att värmas upp, dess hav kommer att förångas och den växande växthuseffekten förvandlar den till den andra Venus. I röda dvärgar växer ljusstyrkan långsammare, men deras planeter kan bli obeboeliga på grund av magnetfältets försvinnande och efterföljande vattenförlust i rymden, som hände på Mars. Utvecklingstiden är förresten begränsad: stjärnornas ljusstyrka ökar med tiden och jorden på 1,5-2 miljarder år börjar värmas upp irreversibelt, dess hav kommer att avdunsta och den växande växthuseffekten förvandlar den till en andra Venus. I röda dvärgar växer ljusstyrkan långsammare, men deras planeter kan bli obeboeliga på grund av magnetfältets försvinnande och efterföljande vattenförlust i rymden, som hände på Mars.
Det andra hänsynet hänför sig till uppkomsten av eukaryoter - celler med en kärna. Eukaryota celler är mycket större och mer komplexa än bakterier och archaea och dök upp senare, troligen under "syrerevolutionen". Den eukaryota cellen framträdde som en chimera från en archaealcell, en symbiotisk bakterie som bosatte sig inuti den och, eventuellt, ett virus som infekterade dem (eller till och med mer än en). Strukturen i genomet av eukaryoter visar entydigt att deras tidiga utveckling inte inträffade på grund av naturligt urval, men i många avseenden trots. I små populationer är urvalet inte särskilt effektivt och lite skadliga egenskaper kan förankras på grund av gendrift och andra rent slumpmässiga processer. Detta är detaljerat i motsvarande kapitel i Kunins Logic of Chance och föreslåratt uppkomsten av eukaryoter kan vara mycket osannolik även i en lämplig miljö (bakteriebiosfär som kommer in i syrerevolutionen). Som ett minimum är fall av intracellulär symbios mellan bakterier och archaea praktiskt taget okända - även om bakterier sätter sig lätt in i eukaryota celler.
Sammanfattning: Jag tror att kombinationen av de beskrivna faktorerna bör leda till det faktum att i vår Galaxy kommer det att finnas miljoner planeter med bakterieliv och mycket mindre (kanske bara ett fåtal) - med en eukaryotisk och flercell komplexitet.
Boris Stterns postscript
Några ord för att avsluta diskussionen. Det är mycket möjligt att Evgeny Kunin kraftigt underskattade sannolikheten för livets ursprung under lämpliga förhållanden. Och detsamma måste denna bedömning tas på allvar. Om han misstogs av 900 storleksordningar förändrar det inget: vi är alla samma, helt ensamma inom universumets horisont, där det bara finns cirka 1020-1021 lämpliga planeter. Även om resten av deltagarna i diskussionen har rätt och alla slags naturens trick som icke-enzymatisk replikering kan göra livets ursprung mer eller mindre troligt, kommer det att vara ett mycket primitivt liv, i överväldigande majoritet av fallen, inte kunna hoppa till en högre utvecklingsnivå. Två paneldeltagare skrev om detta i svartvitt. Det är hela Fermi-paradoxen.
Följaktligen följer minst två viktiga organisatoriska slutsatser. Först: Utvecklat liv är det sällsynta och mest värdefulla fenomenet i universum. Se därför det sista stycket i Armen Mulkidzhanyans anmärkning: mänskligheten har ett ädelt totalmål - spridningen av detta fenomen. Vi kommer att prata separat om möjligheterna och metoderna för att uppnå detta mål.
Den andra organisatoriska slutsatsen: förstörelsen av detta liv kommer att vara en oåterkallelig förlust av en galaktisk eller till och med kosmologisk skala. Detta bör beaktas i deras egen bedömning av "hökar" och politiker som är redo att ta till kärnkraftsutpressning för att blåsa upp sin egen "storhet". Detsamma gäller för en civilisation med obruten konsumtion.
Författare: Boris Stern, Alexander Markov, Armen Mulkidzhanyan, Evgeny Kunin, Mikhail Nikitin
