Kata pengantar oleh Boris Stern
Kami telah lama merancang untuk mengadakan perbincangan yang berkaitan dengan persoalan kekal mengenai tempat manusia di Alam Semesta. Ini, tentu saja, adalah mengenai kehidupan dan planet luar angkasa dari bintang lain. Pada masa ini, kurang dari 6 ribu eksoplanet diketahui, di mana lebih daripada dua ribu sedang menunggu pengesahan bebas. Tetapi untuk penyelidikan statistik, anda boleh menggunakan semua 6 ribu.
Terdapat sangat sedikit planet di antaranya yang sesuai untuk kehidupan. Ini adalah semula jadi, kerana yang paling sukar dijumpai: kesan pemilihan yang sangat kuat berfungsi terhadap planet seperti bumi. Mereka terlalu ringan untuk ditangkap oleh metode kecepatan radial bintang, dan tahunnya terlalu lama untuk transit mereka digali dengan pasti dalam data teleskop ruang angkasa Kepler. Pengecualiannya adalah planet di zona kerdil merah yang dapat dihuni, yang terbuka di bawah hidung kita, jauh lebih mudah untuk mencarinya. Terdapat banyak planet seperti itu, tapi sayangnya, kerdil merah sangat menyusahkan kehidupan di sebelahnya. Namun, pengekstrapolan data Kepler untuk "tanah panas" bintang seperti Matahari memberikan hasil yang sangat optimis: sekurang-kurangnya 15% bintang ini mempunyai planet di zon yang dapat dihuni. Anggaran ini diperoleh secara bebas oleh banyak pengarang,dan lama-kelamaan ia menjadi semakin optimis: 20% malah seperempat matahari mempunyai tanah. Ini bermaksud bahawa bintang kelas G atau K yang paling dekat dengan kita dengan Bumi dalam orbit dalam jarak yang dapat dihuni adalah dalam masa 15 tahun cahaya. Terdapat beberapa bintang seperti itu, dan calon sudah muncul, misalnya Tau Ceti. Dan terdapat banyak planet seperti itu dalam radius, katakanlah, 30 tahun cahaya.
Kaedah pemerhatian secara beransur-ansur berjalan. Planet serupa Bumi yang baru akan ditemui dengan menggunakan instrumen HARPS yang diperbaiki. Dalam dekad berikutnya, kita akan mempelajari satu atau dua perkara mengenai atmosfera beberapa planet mirip Bumi yang menggunakan instrumen seperti Teleskop Luar Biasa Besar (ELT) raksasa dan Teleskop Angkasa James Webb. Dan kemungkinan oksigen akan muncul dalam spektrum penyerapan atmosfer beberapa planet transit (melewati cakera bintang). Sekiranya bintang tidak terlalu aktif dan cukup tua, oksigen hanya boleh menjadi biogenik. Ini adalah bagaimana kehidupan di luar bumi dapat dikesan.
Adakah ia nyata? Sekiranya kehidupan timbul di mana-mana sudut sebaik sahaja timbul syarat - mengapa tidak? Tetapi adakah ia? Hujah sering dibuat bahawa kehidupan di Bumi muncul dengan sangat cepat, yang bermaksud demikian - beberapa ratus juta tahun sudah cukup untuk muncul dalam sejenis sup. Tetapi ada juga alasan balas - "sup" yang sesuai hanya dapat wujud di planet muda - kehidupan timbul sama ada dengan cepat atau tidak.
Dan, tentu saja, ada pandangan yang berlawanan: kehidupan adalah fenomena yang jarang berlaku berdasarkan kebetulan yang sangat luar biasa. Pandangan yang paling terperinci mengenai perkara ini, profesional dan dengan anggaran kuantitatif, dinyatakan oleh Evgeny Kunin. Hidup didasarkan pada menyalin molekul panjang, pada asalnya molekul RNA. Penyalinan dilakukan oleh alat tertentu yang disebut "replika" (baris ini ditulis oleh seorang ahli fizik, oleh itu istilah dari sudut pandang ahli biologi agak janggal). Replicase tidak akan datang dari mana sahaja jika tidak diprogramkan dalam RNA yang sama yang disalin.
Menurut Kunin, agar reproduksi diri RNA dapat dimulakan, dan seiring dengan evolusi, paling tidak, penampilan spontan yang berikutnya perlu dilakukan.
- Dua rRNA dengan ukuran keseluruhan sekurang-kurangnya 1000 nukleotida.
- Kira-kira 10 penyesuai primitif masing-masing 30 nukleotida, dengan jumlah kira-kira 300 nukleotida.
- Sekurang-kurangnya satu replika pengekodan RNA berukuran kira-kira 500 nukleotida (skor bawah). Dalam model yang diterima, n = 1800, dan sebagai hasilnya, E <10 - 1081 ".
Dalam pecahan yang diberikan, kita bermaksud pengekodan empat huruf, jumlah kemungkinan kombinasi adalah 41800 = 101081, jika hanya sedikit dari mereka yang memulai proses evolusi, maka kemungkinan pemasangan yang diperlukan setiap satu "percubaan" pemasangan spontan adalah ~ 10-1081.
Video promosi:
Tidak ada percanggahan dalam kenyataan bahawa hasilnya ada di depan mata kita, tidak ada: menurut teori inflasi, Alam Semesta sangat besar, berpuluh-puluh pesanan besarnya lebih besar daripada bahagiannya yang dapat dilihat, dan jika kita memahami alam semesta sebagai ruang tertutup, maka ada alam semesta dengan kekosongan yang sama dengan kita, set raksasa … Kebarangkalian terkecil disedari di suatu tempat, menimbulkan pandangan yang terkejut.
Kedua-dua ekstrem ini sangat bermakna dari segi tempat kita di alam semesta. Walau apa pun, kita bersendirian. Tetapi jika hidup ada puluhan tahun cahaya dari kita, ini adalah kesepian teknologi yang diatasi oleh pembangunan dan kesabaran milenium. Sekiranya penilaian Kunin betul, ini adalah kesepian asas yang tidak dapat diatasi oleh apa pun. Maka kita dan kehidupan duniawi adalah fenomena yang unik dalam jumlah semesta yang saling berkaitan. Satu-satunya dan paling berharga. Ini penting untuk strategi kemanusiaan masa depan. Dalam kes pertama, asas strategi adalah pencarian. Dalam kes kedua - menyemai (bahkan ada istilah seperti "panspermia terarah"), yang juga termasuk pencarian tanah yang sesuai.
Semua ini wajar dibincangkan. Adakah terdapat celah melalui hujah Kunin? Adakah mekanisme yang dapat dilihat dengan melewati "kerumitan yang tidak dapat direduksi" dari replika RNA? Adakah ia benar-benar tidak dapat dimaafkan? Dan lain-lain.
Kami meminta pendapat beberapa ahli biologi.
Alexander Markov, Ph. D. biol. sains, dipimpin. saintifik. sotr. Institut Paleontologi RAS, ketua. Jabatan Evolusi Biologi, Fakulti Biologi, Universiti Negeri Moscow:
Penilaian Evgeny Kunin, yang menunjukkan bahawa kita sendirian di alam semesta tanpa harapan, didasarkan pada satu andaian utama. Kunin percaya bahawa untuk memulakan proses replikasi RNA (dan dengannya evolusi Darwin; adalah logik untuk menganggap momen ini sebagai momen asal kehidupan), adalah mustahak bahawa semata-mata secara kebetulan - hasil daripada gabungan polimerisasi secara rawak (contohnya, pada matriks mineral) ribonukleotida - ribozim dengan aktiviti polimerase RNA muncul, iaitu molekul RNA panjang yang mempunyai urutan nukleotida yang sangat pasti (dan bukan hanya ada) dan, kerana ini, dapat mengkatalisis replikasi RNA dengan berkesan.
Sekiranya tidak ada cara lain, "jalan masuk" lain ke dunia hidup dari dunia benda mati, maka Kunin benar, dan kita harus melepaskan harapan untuk menemukan kehidupan di Alam Semesta kecuali duniawi. Ia dapat diandaikan bahawa semuanya bermula bukan dengan satu polimerase yang sangat efisien, tetapi, sebagai contoh, dengan komuniti polimerase dan ligase kecil yang tidak berkesan (ribozim yang dapat menjahit molekul RNA pendek menjadi yang lebih panjang): mungkin ini akan menjadikan penilaian sedikit lebih optimis, tetapi secara asasnya tidak akan mengubah keadaan. Kerana replikator pertama masih sangat kompleks, dan seharusnya muncul tanpa bantuan evolusi Darwin - sebenarnya, secara tidak sengaja.
Alternatif yang boleh dilaksanakan adalah replikasi RNA non-enzimatik (NR RNA): proses di mana molekul RNA direplikasi tanpa bantuan ribozim kompleks atau enzim protein. Proses seperti itu ada, ia dikatalisis oleh ion Mg2 +, tetapi berjalan terlalu perlahan dan tidak tepat - sekurang-kurangnya dalam keadaan yang perlu dicuba oleh penyelidik.
Namun, ada harapan bahwa bagaimanapun, adalah mungkin untuk menemukan beberapa keadaan yang masuk akal (yang, pada prinsipnya, mungkin ada di beberapa planet), ketika RNA NR berjalan cukup cepat dan tepat. Mungkin ini memerlukan sejenis pemangkin yang agak sederhana yang dapat disintesis dengan cara abiogenik. Ada kemungkinan bahawa peptida abiogenik sederhana dengan beberapa residu asid aspartat yang bercas negatif yang mengekalkan ion magnesium dapat bertindak sebagai pemangkin seperti itu: polimerase RNA protein mempunyai pusat aktif yang serupa, dan kemungkinan ini kini sedang diterokai.
Persoalan mengenai kemungkinan RNA NR yang berkesan adalah asas penting untuk menilai kebarangkalian asal usul kehidupan. Sekiranya RNA NR mungkin, maka mungkin ada beberapa planet hidup di Alam Semesta yang dapat dilihat. Perbezaan asas antara dua senario - dengan RNA NR yang mungkin dan mustahil - ditunjukkan dalam jadual. Sekiranya NR mungkin, maka evolusi Darwin dapat dimulai dengan segera setelah munculnya molekul RNA pendek pertama. Kelebihan selektif seharusnya diperoleh oleh molekul RNA yang berlipat ganda lebih berkesan dengan menggunakan HP. Ini mungkin, misalnya, molekul dengan ulangan palindromik, yang dapat berfungsi sebagai primer - "biji" untuk ditiru; palindromes dapat dilipat menjadi struktur tiga dimensi - "jepit rambut", yang meningkatkan kemungkinan penampilan sifat pemangkin dalam molekul RNA. Bagaimanapun, selepasKetika evolusi Darwin bermula, pengembangan kehidupan selanjutnya ditentukan bukan hanya secara kebetulan, tetapi juga oleh hukum.
Anggaran kebarangkalian (kekerapan) asal usul kehidupan di bawah kedua-dua senario ini harus berbeza dengan sebilangan besar pesanan (walaupun, tentu saja, tidak ada yang akan memberikan angka yang tepat). Juga penting untuk diperhatikan bahawa jika kehidupan bermula "menurut Kunin", iaitu, kerana pemasangan rawak ribozim-polimerase yang berkesan, maka prinsip pelengkap (pasangan nukleotida tertentu), yang mana kemampuan RNA untuk membiak dan berkembang, ternyata menjadi semacam "piano di semak-semak" ", Yang tidak ada hubungannya dengan kenyataan bahawa sebilangan besar molekul RNA telah terkumpul di planet-planet sehingga ribozim yang berkesan dengan aktiviti polimerase RNA secara tidak sengaja muncul di salah satu planet. Sekiranya kehidupan muncul "menurut Shostak" (pemenang Nobel Jack Shostak sekarang aktif mempelajari NR RNA dan percaya bahawa proses ini adalah kunci kepada misteri asal usul kehidupan),maka pelengkap bukanlah "piano in the bush", tetapi bekerja sejak awal. Ini menjadikan keseluruhan senario asal-usul kehidupan lebih menarik dan logik. Saya akan bertaruh pada Shostak.
Oleh itu, sekarang semuanya bergantung pada kejayaan pakar dalam bidang kimia prebiotik. Sekiranya mereka menemui keadaan realistik di mana NR RNA berjalan dengan baik, maka kita berpeluang mencari kehidupan di planet lain. Dan jika tidak, maka … kita mesti melihat lebih jauh.
Armen Mulkidzhanyan, Dr. biol. Sci., University of Osnabrück (Jerman), diketuai. saintifik. sotr. MSU:
Sukar untuk berdebat dengan kenyataan bahawa kehidupan muncul lama dahulu dan di Bumi muda. Bumi terdiri dari batuan chondritic, seperti meteorit. Pemanasan batuan ini semasa pembentukan Bumi menyebabkan pencairan air yang dibawa dengan chondrit. Interaksi air dengan batuan yang dipanaskan dan dikurangkan seharusnya menyebabkan pembebasan elektron, pembentukan hidrogen dan penurunan karbon dioksida (CO2) ke pelbagai sebatian organik. Proses serupa masih berlaku di kawasan aktiviti panas bumi, misalnya, di medan panas bumi, tetapi dengan intensiti rendah. Oleh itu, pembentukan bahan organik dalam jumlah besar dapat dijangkakan pada planet-planet muda bintang lain. Kemungkinan hidup boleh timbul dalam hal ini dapat diperkirakan dengan mempertimbangkan evolusi kehidupan duniawi.
Selama dua bilion tahun pertama, hanya mikroba yang hidup di Bumi. Itu akan berlanjutan dengan cara ini, tetapi kira-kira 2.5 bilion tahun yang lalu, bakteria fotosintetik belajar menggunakan tenaga cahaya untuk menguraikan air. Fotosintesis pada asalnya muncul sebagai pengganti proses geokimia yang lembap "membuang" lebihan elektron. Dalam fotosintesis, tenaga cahaya digunakan untuk mengoksidakan pelbagai sebatian, iaitu, "mengambil" elektron dari mereka, untuk mengaktifkan elektron ini dan akhirnya mengurangkan CO2 kepada sebatian organik oleh mereka. Sistem penguraian air muncul sebagai hasil evolusi secara beransur-ansur enzim fotosintetik yang lebih sederhana yang diawetkan dalam beberapa bakteria. Terdapat beberapa senario yang sangat masuk akal untuk bagaimana enzim tersebut, menggunakan cahaya dan klorofil, hidrogen sulfida teroksidasi pertama (dan bahkan sekarang beberapa orang melakukannya), kemudian,ketika hidrogen sulfida dalam medium habis, elektron diambil dari ion besi besi, kemudian dari ion mangan. Hasilnya, mereka entah bagaimana belajar menguraikan air. Dalam kes ini, elektron yang diambil dari air menuju ke sintesis bahan organik, dan oksigen dibebaskan sebagai produk sampingan. Oksigen adalah agen pengoksidaan yang sangat kuat. Saya terpaksa mempertahankan diri daripada dia. Kemunculan multiselularitas, berdarah hangat dan, akhirnya, kecerdasan adalah tahap perlindungan yang berbeza terhadap pengoksidaan oleh oksigen atmosfera.berdarah panas dan, akhirnya, akal - ini semua tahap perlindungan yang berbeza terhadap pengoksidaan oleh oksigen atmosfera.berdarah panas dan, akhirnya, akal - ini semua tahap perlindungan yang berbeza terhadap pengoksidaan oleh oksigen atmosfera.
Penguraian air berlaku di pusat pemangkin unik yang mengandungi sekumpulan empat atom mangan dan satu atom kalsium. Dalam reaksi ini, yang memerlukan empat kuanta cahaya, dua molekul air (2 H2O) terurai sekaligus untuk membentuk satu molekul oksigen (O2). Ini memerlukan tenaga empat kuanta cahaya. Pada atom mangan, sebagai tindak balas terhadap penyerapan tiga kuanta cahaya, tiga kekosongan elektron ("lubang") terkumpul secara berurutan, dan hanya apabila kuantum cahaya keempat diserap, kedua molekul air teroksidasi, lubang diisi dengan elektron dan molekul oksigen terbentuk. Walaupun struktur kluster mangan baru-baru ini ditentukan dengan ketepatan yang tinggi, bagaimana alat empat lejang ini berfungsi tidak dapat difahami sepenuhnya. Juga tidak jelas bagaimana dan mengapa di pusat pemangkin, di mana bakteria fotosintetik primitif, nampaknya,ion mangan dioksidakan, empat atomnya digabungkan dengan atom kalsium menjadi gugus yang mampu menguraikan air. Termodinamik penyertaan klorofil dalam pengoksidaan air juga misteri. Secara teorinya, klorofil di bawah pencahayaan dapat mengoksidakan hidrogen sulfida, besi, dan mangan, tetapi bukan air. Walau bagaimanapun, ia mengoksidakan. Secara umum, ini seperti seekor lebah: “Menurut undang-undang aerodinamika, seekor lebah tidak dapat terbang, tetapi dia tidak tahu tentang hal itu dan hanya terbang untuk alasan ini.
Sangat sukar untuk menilai kemungkinan sistem penguraian air. Tetapi kebarangkalian ini sangat kecil, kerana dalam 4,5 miliar tahun sistem seperti ini hanya muncul sekali. Tidak ada keperluan khusus untuk itu, dan tanpanya, mikroba akan berkembang maju di Bumi, termasuk dalam kitaran geokimia. Lebih-lebih lagi, setelah munculnya oksigen di atmosfer, sebahagian besar biosfer mikroba seharusnya mati atau, lebih tepatnya, terbakar - interaksi bahan organik dengan oksigen adalah pembakaran. Hanya mikroba yang terselamat, setelah belajar bernafas, iaitu dengan cepat mengembalikan oksigen ke air secara langsung di cangkang luarnya, menghalangnya dari dalam, dan juga penduduk dari beberapa ceruk ekologi yang bebas oksigen.
Kisah ini dapat dijadikan contoh peristiwa yang agak baru (sekitar 2.5 miliar tahun yang lalu) dan peristiwa yang dapat difahami yang menyebabkan peningkatan yang kompleks dalam sistem kehidupan. Semuanya bermula dengan perubahan secara beransur-ansur dalam enzim fotosintetik. Kemudian ada satu penemuan evolusi satu masa dan sangat tidak biasa (gugus mangan-kalsium), yang mungkin tidak berlaku. Perubahan luar biasa seterusnya adalah reaksi terhadap kemunculan oksigen "toksik" di atmosfer: Pemilihan Darwin dihidupkan dengan kekuatan penuh, saya harus belajar bernafas lebih dalam dan menggerakkan otak saya.
Secara keseluruhan, kami memiliki proses yang berlangsung dalam tiga tahap: (1) perubahan bertahap - (2) peristiwa tidak mungkin satu kali - (3) evolusi lebih lanjut, tetapi pada tingkat yang berbeda atau dalam keadaan yang berbeda. Skema ini boleh dianggap sebagai analog molekul skema klasik aromorfosis Severtsov.
Sekiranya anda melihat evolusi pasca-oksigen, anda dapat mengenal pasti beberapa lagi peristiwa yang tidak mungkin berlaku yang mengubah arah evolusi. Ini adalah "pemasangan" sel eukariotik kompleks, dan kemunculan tumbuhan vaskular, dan pelbagai "penembusan" dalam evolusi haiwan, yang sebenarnya, Severtsov menulis tentang.
Kemunculan kehidupan, yang dalam kerangka hipotesis dunia RNA dipahami sebagai kemunculan ansambel reproduksi diri molekul RNA (replikator), juga dapat direpresentasikan sebagai proses tiga tahap.
1) Tahap persediaan: Ribonukleotida pembentuk RNA mampu "berkumpul" secara spontan dari molekul sederhana seperti sianida atau formamida di bawah pengaruh sinar ultraviolet (UV). Dia banyak terdapat di Bumi muda; belum ada ozon penyerap ultraviolet di atmosfer, kerana tidak ada oksigen, lihat di atas. Seperti yang ditunjukkan oleh Pouner dan Saderland (University of Manchester), nukleotida dalam bentuk siklik "diaktifkan" khas "dipilih" dalam sinar UV; nukleotida seperti itu dapat membentuk rantai RNA secara spontan. Selain itu, rantai RNA Watson-Crick berganda lebih tahan terhadap sinaran UV daripada yang tunggal - hasil ini dijelaskan oleh Evgeny Kunin dalam karyanya yang pertama kali diterbitkan pada tahun 1980. Maksudnya, di Bumi muda, kerana aliran elektron "tambahan", pelbagai molekul organik dapat terbentuk,tetapi di bawah pengaruh sinaran suria yang keras, molekul seperti RNA, yang lebih disukai menjadi struktur heliks, dapat bertahan.
2) Kejadian satu kali, tidak mungkin: kumpulan beberapa molekul mirip RNA mula menyalin dirinya sendiri (berbilion tahun kemudian, ensembel RNA yang disalin sendiri serupa diperoleh dengan pemilihan RNA dalam keadaan makmal).
3) Evolusi seterusnya: Peniru RNA mula bersaing satu sama lain untuk mendapatkan sumber, berkembang, bersatu menjadi komuniti yang lebih besar, dll.
Kelemahan skema hipotesis ini adalah bahawa tidak diketahui perincian molekul asal peniru RNA, atau faktor semula jadi yang menyumbang kepada pemilihannya. Harapan diberikan oleh fakta bahawa sekiranya berlaku peristiwa evolusi yang paling penting (dan seterusnya), iaitu kemunculan ribosom, mesin untuk sintesis protein, perincian molekul telah direkonstruksi. Ini dilakukan dengan pelbagai kaedah di empat makmal; hasil pembinaan semula sangat serupa. Ringkasnya, nenek moyang ribosom yang sangat kompleks moden adalah binaan dua gelung RNA 50-60 ribonukleotida masing-masing, yang mampu menggabungkan dua asid amino dengan ikatan peptida. Tahap pertengahan di jalan dari struktur dua gelung ini ke ribosom moden dikesan secara terperinci oleh Konstantin Bokov dan Sergey Stadler (University of Montreal),Pemenang Nobel Ada Yonath dan rakan-rakannya (Weizmann Institute), George Fox dan rakan-rakannya (University of Houston) dan Anton Petrov dan rakan-rakannya (University of Georgia).
Ribosom, yang pada awalnya mempunyai satu subunit RNA katalitik, secara beransur-ansur tumbuh dalam kerumitan dan ukuran, selama ini mensintesis urutan protein dari sekumpulan asid amino secara rawak. Hanya pada tahap terakhir evolusinya ia bergabung dengan molekul RNA lain, yang menjadi subunit kecil dari ribosom, dan sintesis protein yang dikodkan bermula. Oleh itu, kemunculan kod genetik adalah peristiwa evolusi yang tidak mungkin terpisah dari kemunculan sintesis protein ribosom.
Kemungkinan besar, penyelidikan lebih jauh akan memungkinkan untuk menyusun semula kemunculan replikator dan kejadian tidak mungkin yang lain, misalnya, yang berkaitan dengan kemunculan sel pertama, pertukaran gen antara sel pertama dan virus, dll.
Kembali ke soalan yang diajukan mengenai kebarangkalian: pertimbangan terperinci kami menunjukkan bahawa evolusi kehidupan duniawi bukanlah satu "kebetulan yang sangat luar biasa", tetapi banyak peristiwa yang tidak mungkin berturut-turut.
Penjanaan bahan organik yang kuat kemungkinan besar berlaku di planet muda yang lain. Tetapi ini tidak semestinya membawa kepada kemunculan kehidupan. Sekiranya ensembel RNA yang mereplikasi diri tidak berkumpul di Bumi, tidak akan ada kehidupan. Pengeluaran bahan organik secara beransur-ansur akan pudar, dan Bumi akan menjadi serupa dengan Marikh atau Venus.
Tetapi walaupun berlaku kemunculan hidup di planet lain, kehidupan ini dapat "tersekat" pada tahap awal, dan kebarangkalian untuk kekal selamanya pada tahap perkembangan primitif jauh lebih tinggi daripada kebarangkalian untuk memanjat langkah berikutnya dan bergerak lebih jauh.
Oleh itu, kemungkinan bertemu dengan orang asing yang bijak di planet lain jauh lebih rendah daripada kemungkinan masuk ke lendir sederhana tetapi hidup di sana (dan ini jika anda sangat bernasib baik). Kemungkinan terdapat kehidupan oksigen di suatu tempat juga sangat kecil: penguraian air untuk membentuk oksigen adalah reaksi empat-elektron yang sangat tidak biasa.
Oleh itu, membina strategi apa pun dengan harapan dapat mencari kecerdasan asing tidak begitu pintar. Fakta bahawa ada (buat masa ini) makhluk pintar di Bumi adalah kejayaan yang sangat besar. Oleh itu, adalah lebih masuk akal untuk melabur dalam penciptaan "lapangan udara alternatif" untuk kehidupan pintar yang sudah ada sekiranya alam gagal atau pembawa minda itu sendiri gagal. Ini bermakna kita memerlukan Bumi ganti, atau lebih baik lagi.
Evgeny Kunin, diketuai. saintifik. sotr. Pusat Maklumat Bioteknologi Nasional, Ahli Akademi Sains Nasional AS:
Saya boleh membatasi diri dengan ucapan yang sangat ringkas, kerana saya sangat setuju dengan semua yang dikatakan oleh Alexander Markov … kecuali, tentu saja, kesimpulannya. Sesungguhnya, tahap yang membatasi dalam munculnya kehidupan adalah pembentukan spontan populasi molekul ribozim-polimerase dengan kadar dan ketepatan penyalinan diri yang cukup tinggi. Kebarangkalian kejadian seperti itu hilang sedikit. Untuk meningkatkannya dengan ketara, diperlukan proses yang mewujudkan kemungkinan evolusi tanpa penyertaan ribozim seperti itu, dalam sistem yang lebih mudah. Replikasi bukan enzim yang dibincangkan oleh Alexander adalah calon yang baik untuk proses sedemikian. Satu-satunya masalah adalah bahawa berdasarkan semua yang saya tahu dari kimia dan termodinamik, tidak ada peluang untuk membawa reaksi ini ke tahap replikasi molekul panjang yang cukup tepat. Replikasi oligonukleotida yang sangat pendek akan sangat menarik sebagai langkah perantaraan yang mungkin, tetapi tidak akan meningkatkan kemungkinan. Oleh itu, kesimpulan saya tetap sama: kemunculan hidup memerlukan peristiwa yang sangat tidak mungkin, dan oleh itu, kita bersendirian di Alam Semesta kita (isu pelbagai alam semesta tidak perlu dibincangkan di sini). Bukan hanya kita makhluk yang cerdas, tetapi lebih luas lagi, makhluk hidup pada umumnya.
Penting untuk diperhatikan perkara berikut: kebarangkalian kejadian hidup yang sangat rendah tidak bermaksud sama sekali bahawa semuanya terjadi dengan keajaiban. Sebaliknya, mereka semua adalah rangkaian tindak balas kimia biasa, hanya merangkumi tahap dengan kebarangkalian yang sangat rendah. Akibatnya, mempelajari mekanisme yang entah bagaimana mempermudah kemunculan hidup bukan sahaja tidak bermakna, tetapi sangat penting dan menarik. Tidak kelihatan (belum) bahawa ini dapat meningkatkan kemungkinan, tetapi mewujudkan senario peristiwa mungkin akan membantu.
Baiklah, saya akan mengakhiri dengan kuasi falsafah, tetapi, pada pendapat saya, pertimbangan yang relevan. Kebarangkalian hidup yang sangat rendah melanggar prinsip biasa-biasa saja: peristiwa yang telah berlaku di planet kita sangat luar biasa, bahkan unik di Alam Semesta. Prinsip kebiasaan dalam kes ini kalah dengan prinsip antropik: tidak kira betapa luar biasanya kemunculan hidup secara apriori, DI BAWAH SYARAT kewujudan makhluk cerdas, dan hanya sel, kebarangkaliannya sama dengan 1.
Mikhail Nikitin, penyelidik sotr. Jabatan Biokimia Evolusi, Institut Penyelidikan Biologi Fisikokimia. A. N. Belozersky Moscow State University:
Sepertinya saya mempunyai tahap kerumitan bakteria yang meluas di Alam Semesta, tetapi perkembangan kepada haiwan multisel dan makhluk yang berpotensi cerdas jauh lebih kecil.
Mengapa saya fikir kehidupan bakteria sangat mungkin?
Alasan Kunin didasarkan pada eksperimen pada pemilihan tiruan ribozim-replika, yang menyalin molekul RNA dan berpotensi menyalinnya sendiri. Semua ribozim ini berada pada urutan panjang 200 nukleotida, dan kebarangkalian memperolehnya dengan pemasangan sendiri secara rawak adalah pada urutan 4-200. Walau bagaimanapun, eksperimen ini tidak mengambil kira banyak faktor penting yang, pertama, dapat memastikan replikasi menggunakan ribozim yang lebih pendek dan lebih sederhana, dan kedua, sebelum permulaan replikasi, mengarahkan pemasangan diri ke arah RNA berstruktur yang mampu berfungsi sebagai ribozim. Beberapa faktor ini telah dinamakan oleh pengarang lain: replikasi non-enzimatik Shostak, pemilihan untuk penyediaan diri dalam pemilihan "palindromes dunia" Markov, untuk rintangan UV, yang mengarahkan pemasangan diri RNA ke struktur jepit rambut yang diusulkan oleh Mulkidzhanyan). Saya akan menambah senarai ini substrat mineral dan "perangkap haba" (liang sempit dengan kecerunan suhu) yang menjadikan penyalinan RNA sangat mudah. Lebih jauh lagi, kerana kita mempunyai sistem genetik replikasi diri yang sederhana, evolusi Darwin dengan kebarangkalian yang tinggi akan membuat sel bakteria atau sesuatu yang serupa dengan cepat - dengan membran sel yang mengekalkan komposisi garam yang tetap di dalam sel.
Mengapa saya percaya bahawa evolusi kehidupan dari sel sederhana ke haiwan multiselular sangat tidak mungkin? Terdapat dua pertimbangan di sini, satu lagi geologi, yang lain semata-mata biologi. Mari mulakan dengan yang pertama.
Dalam paleontologi, telah terbukti secara pasti bahawa evolusi organisma sangat tidak rata. Krisis dan revolusi bergantian dengan tempoh berhenti, kadang-kadang sangat lama. Tempoh stasis terpanjang disebut "boring billion" dan bertahan sebahagian besar Proterozoic - dari sekitar 2 hingga 0,8 miliar tahun yang lalu. Itu didahului oleh kemunculan oksigen di atmosfer, kemunculan sel eukariotik dan glasiasi Huron global, dan berakhir dengan glasiasi Sturt terbesar dalam sejarah Bumi, peningkatan kandungan oksigen ke nilai hampir moden dan penampilan haiwan multisel. Evolusi juga agak lambat di zaman Arkean antara 3,5 dan 2,5 miliar tahun yang lalu, dibandingkan dengan eon Catarchian sebelumnya (masa kemunculan hidup dan pengeboman meteorit akhir) dan revolusi oksigen berikutnya. Sebab-sebab ketidakseragaman ini tidak difahami sepenuhnya. Saya secara peribadi meyakinkan bahawa "revolusi oksigen" (penyebaran besar-besaran cyanobacteria penghasil oksigen) dikaitkan dengan penipisan rizab besi berkurang (besi) di perairan laut. Selagi terdapat cukup zat besi di lautan, mikroba berkembang di sana menggunakan fotosintesis zat besi yang lebih mudah dan selamat. Ia tidak membebaskan oksigen, tetapi sebatian besi oksida - magnetit dan hematit, yang disimpan di dasar laut di seluruh Arkean. Pasokan besi baru ke laut (terutama dari sumber hidrotermal di dasar) menurun ketika aktiviti geologi planet ini mereda, dan akhirnya krisis sumber memaksa mikroba fotosintetik beralih ke "teknologi" fotosintesis oksigen yang lebih kompleks. Begitu juga,penyebab "bilion yang membosankan" mungkin adalah penggunaan oksigen berterusan untuk pengoksidaan pelbagai mineral di darat, yang tidak membenarkan peningkatan kandungan oksigen di atas 1-2%. Dalam sedimen laut Proterozoik, terdapat banyak jejak pengoksidaan bijih sulfida darat, yang menyebabkan sungai membawa sulfat, arsenik, antimoni, tembaga, kromium, molibdenum, uranium dan unsur-unsur lain ke dalam lautan yang hampir tidak ada di lautan Archean. Krisis Proterozoik Akhir dengan glasiasi global, peningkatan cepat dalam kandungan oksigen dan penampilan haiwan multiselular mungkin disebabkan oleh penipisan mineral yang mudah teroksidasi di darat.kerana sungai-sungai itu membawa sulfat, arsenik, antimoni, tembaga, kromium, molibdenum, uranium dan unsur-unsur lain ke dalam lautan yang hampir tidak ada di lautan Archean. Krisis Proterozoik Akhir dengan glasiasi global, peningkatan cepat dalam kandungan oksigen dan penampilan haiwan multiselular mungkin disebabkan oleh penipisan mineral yang mudah teroksidasi di darat.kerana sungai-sungai itu membawa sulfat, arsenik, antimoni, tembaga, kromium, molibdenum, uranium dan unsur-unsur lain ke dalam lautan yang hampir tidak ada di lautan Archean. Krisis Proterozoik Akhir dengan glasiasi global, peningkatan cepat dalam kandungan oksigen dan penampilan haiwan multiselular mungkin disebabkan oleh penipisan mineral yang mudah teroksidasi di darat.
Oleh itu, masa permulaan dua revolusi utama (fotosintesis oksigen dan haiwan multiselular) mungkin ditentukan oleh keseimbangan proses biologi (fotosintesis) dan geologi (pelepasan besi besi dan bahan teroksidasi lain oleh ventilasi hidrotermal dan gunung berapi tanah). Sangat mungkin bahawa di planet lain, revolusi ini datang kemudian. Sebagai contoh, planet yang lebih besar (bumi super) akan kehilangan aktiviti geologi dengan lebih perlahan, melepaskan besi ke lautan lebih lama, dan dapat melambatkan revolusi oksigen hingga berbilion tahun. Planet di zona kerdil merah yang dapat dihuni akan menerima sedikit cahaya yang dapat dilihat sesuai untuk fotosintesis, dan biosfernya juga berisiko tersekat di tahap bebas oksigen. Jumlah air di planet ini juga penting. Sekiranya seluruh planet diliputi oleh lautan dalam, maka kekurangan fosforus,datang terutamanya dari gunung berapi darat, dan jika terdapat sedikit air, maka kawasan lautan yang tersedia untuk mikrob fotosintetik juga akan kecil (sebelum munculnya tanaman multisel, produktiviti ekosistem darat diabaikan berbanding dengan laut). Maksudnya, terdapat banyak sebab mengapa biosfer dapat tersekat pada tahap mikrob bebas oksigen dan tidak berkembang menjadi haiwan. Masa untuk pembangunan, dengan cara itu, terhad: cahaya bintang meningkat dengan masa, dan Bumi dalam 1,5-2 miliar tahun akan menjadi panas yang tidak dapat dipulihkan, lautannya akan menguap, dan kesan rumah hijau yang berkembang akan mengubahnya menjadi Venus kedua. Pada kerdil merah, cahaya bercahaya tumbuh lebih perlahan, tetapi planet-planetnya menjadi tidak berpenghuni kerana hilangnya medan magnet dan kehilangan air ke angkasa, seperti yang berlaku di Marikh.kawasan lautan yang tersedia untuk mikroba fotosintetik juga akan kecil (sebelum munculnya tanaman multiselular, produktiviti ekosistem daratan diabaikan berbanding dengan laut). Maksudnya, terdapat banyak sebab mengapa biosfer dapat tersekat pada tahap mikrob bebas oksigen dan tidak berkembang menjadi haiwan. Masa untuk pembangunan, dengan cara itu, terhad: cahaya bintang meningkat dengan masa, dan Bumi dalam 1,5-2 miliar tahun akan menjadi panas yang tidak dapat dipulihkan, lautannya akan menguap, dan kesan rumah hijau yang berkembang akan mengubahnya menjadi Venus kedua. Pada kerdil merah, cahaya bercahaya tumbuh lebih perlahan, tetapi planet-planetnya menjadi tidak berpenghuni kerana hilangnya medan magnet dan kehilangan air ke angkasa, seperti yang berlaku di Marikh.maka luas lautan yang tersedia untuk mikroba fotosintetik juga akan menjadi kecil (sebelum munculnya tanaman multiselular, produktiviti ekosistem terestrial dapat diabaikan dibandingkan dengan laut). Maksudnya, terdapat banyak sebab mengapa biosfer dapat tersekat pada tahap mikrob bebas oksigen dan tidak berkembang menjadi haiwan. Masa untuk pembangunan, dengan cara itu, terhad: cahaya bintang meningkat dengan masa, dan Bumi dalam 1,5-2 miliar tahun akan menjadi panas yang tidak dapat dipulihkan, lautannya akan menguap, dan kesan rumah hijau yang berkembang akan mengubahnya menjadi Venus kedua. Pada kerdil merah, cahaya bercahaya tumbuh lebih perlahan, tetapi planet-planetnya menjadi tidak berpenghuni kerana hilangnya medan magnet dan kehilangan air ke angkasa, seperti yang berlaku di Marikh.dapat diakses oleh mikroba fotosintetik (sebelum munculnya tumbuhan multiselular, produktiviti ekosistem terestrial diabaikan berbanding dengan laut). Maksudnya, terdapat banyak sebab mengapa biosfer dapat tersekat pada tahap mikrob bebas oksigen dan tidak berkembang menjadi haiwan. Masa untuk pembangunan, dengan cara itu, terhad: cahaya bintang meningkat dengan masa, dan Bumi dalam 1,5-2 miliar tahun akan menjadi panas yang tidak dapat dipulihkan, lautannya akan menguap, dan kesan rumah hijau yang berkembang akan mengubahnya menjadi Venus kedua. Pada kerdil merah, cahaya bercahaya tumbuh lebih perlahan, tetapi planet-planetnya menjadi tidak berpenghuni kerana hilangnya medan magnet dan kehilangan air ke angkasa, seperti yang berlaku di Marikh.dapat diakses oleh mikroba fotosintetik (sebelum munculnya tumbuhan multiselular, produktiviti ekosistem terestrial diabaikan berbanding dengan laut). Maksudnya, terdapat banyak sebab mengapa biosfer dapat tersekat pada tahap mikrob bebas oksigen dan tidak berkembang menjadi haiwan. Ngomong-ngomong, masa untuk pembangunan terhad: cahaya bintang meningkat dengan masa, dan Bumi dalam 1,5-2 miliar tahun akan menjadi panas yang tidak dapat dipulihkan, lautannya akan menguap, dan kesan rumah hijau yang berkembang akan mengubahnya menjadi Venus kedua. Pada kerdil merah, cahaya bercahaya tumbuh lebih perlahan, tetapi planet-planetnya menjadi tidak berpenghuni kerana hilangnya medan magnet dan kehilangan air ke angkasa berikutnya, seperti yang berlaku di Marikh. Masa untuk pembangunan, dengan cara itu, terhad: cahaya bintang meningkat dengan masa, dan Bumi dalam 1,5-2 miliar tahun akan menjadi panas yang tidak dapat dipulihkan, lautannya akan menguap, dan kesan rumah hijau yang berkembang akan mengubahnya menjadi Venus kedua. Pada kerdil merah, cahaya bercahaya tumbuh lebih perlahan, tetapi planet-planetnya menjadi tidak berpenghuni kerana hilangnya medan magnet dan kehilangan air ke angkasa, seperti yang berlaku di Marikh. Masa untuk pembangunan, dengan cara itu, terhad: cahaya bintang meningkat dengan masa, dan Bumi dalam 1,5-2 miliar tahun akan menjadi panas yang tidak dapat dipulihkan, lautannya akan menguap, dan kesan rumah hijau yang berkembang akan mengubahnya menjadi Venus kedua. Pada kerdil merah, cahaya bercahaya tumbuh lebih perlahan, tetapi planet-planetnya menjadi tidak berpenghuni kerana hilangnya medan magnet dan kehilangan air ke angkasa, seperti yang berlaku di Marikh.
Pertimbangan kedua berkaitan dengan kemunculan eukariota - sel dengan inti. Sel eukariotik jauh lebih besar dan lebih kompleks daripada bakteria dan archaea dan muncul kemudian, kemungkinan besar semasa "revolusi oksigen". Sel eukariotik muncul sebagai chimera dari sel arkeal, bakteria simbiotik yang menetap di dalamnya dan, mungkin, virus yang menjangkiti mereka (atau bahkan lebih dari satu). Struktur genom eukariota menunjukkan bahawa evolusi awal mereka berlaku bukan kerana pemilihan semula jadi, tetapi dalam banyak aspek walaupun. Dalam populasi kecil, pemilihan tidak begitu cekap, dan sifat yang sedikit merosakkan dapat menjadi kuat disebabkan oleh penyimpangan gen dan proses lain secara rawak. Ini diperincikan dalam bab yang sesuai dari Login of Chance Kunin dan menunjukkanbahawa kemunculan eukariota mungkin sangat tidak mungkin walaupun dalam lingkungan yang sesuai (biosfer bakteria memasuki revolusi oksigen). Sekurang-kurangnya, kes simbiosis intraselular antara bakteria dan archaea hampir tidak diketahui - walaupun bakteria mudah menetap di dalam sel eukariotik.
Ringkasnya: Saya fikir bahawa gabungan faktor-faktor yang dijelaskan harus membawa kepada fakta bahawa di Galaxy kita akan ada berjuta-juta planet dengan kehidupan bakteria dan lebih kurang (mungkin, hanya beberapa) - dengan tahap kerumitan eukariotik dan multiselular.
Skrip tulisan Boris Stern
Beberapa perkataan untuk mengakhiri perbincangan. Sangat mungkin Evgeny Kunin memandang rendah kemungkinan asal usul kehidupan dalam keadaan yang sesuai. Sama sahaja, penilaian ini mesti diberi perhatian serius. Sekiranya dia tersilap dengan 900 pesanan besarnya, itu tidak akan mengubah apa-apa: kita semua sama sahaja dalam cakerawala Alam Semesta, di mana hanya terdapat sekitar 1020-1021 planet yang sesuai. Walaupun peserta yang lain dalam perbincangan itu betul dan pelbagai tipu muslihat Alam seperti replikasi bukan enzimatik dapat menjadikan asal usul kehidupan lebih kurang, ini akan menjadi kehidupan yang sangat primitif, dalam sebilangan besar kes, tidak dapat melompat ke tahap perkembangan yang lebih tinggi. Dua ahli panel menulis mengenai perkara ini dalam warna hitam dan putih. Itulah keseluruhan paradoks Fermi.
Oleh itu, sekurang-kurangnya dua kesimpulan organisasi penting diikuti. Pertama: Kehidupan maju adalah fenomena paling jarang dan paling berharga di alam semesta. Oleh itu, lihat perenggan terakhir nota Armen Mulkidzhanyan: umat manusia mempunyai matlamat total mulia - penyebaran fenomena ini. Kami akan bercakap secara berasingan mengenai kemungkinan dan kaedah untuk mencapai matlamat ini.
Kesimpulan organisasi kedua: kehancuran kehidupan ini akan menjadi kehilangan skala galaksi atau kosmologi yang tidak dapat diperbaiki. Ini harus dipertimbangkan dalam penilaian mereka sendiri mengenai "elang" dan ahli politik yang bersedia menggunakan pemerasan nuklear untuk meningkatkan "kehebatan" mereka sendiri. Perkara yang sama berlaku untuk peradaban penggunaan yang tidak terkawal.
Pengarang: Boris Stern, Alexander Markov, Armen Mulkidzhanyan, Evgeny Kunin, Mikhail Nikitin
