[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Pozaziemskie czsteczki ýycia
Czy ýycie na naszej planecie powsta¸o ze skomplikowanych
czsteczek organicznych pochodzcych z lodowego serca
ob¸oku mi«dzygwiazdowego?
Max P. Bernstein, Scott A. Sandford i Louis J. Allamandola
50 å
WIAT
N
AUKI
WrzesieÄ 1999
kich nieszcz«æ. Przed 400 rokiem p.n.e. chiÄscy
astronomowie zgromadzili 29 szkicw tych cia¸
niebieskich, z ktrych pono wiele sprowadzi¸o na Ziemi«
rozmaite kl«ski. Przypuszczenie Arystotelesa, jakoby ko-
mety by¸y ostrzeýeniem ze strony bogw, pokutowa¸o
w zachodniej cywilizacji jeszcze dwa tysice lat po okre-
sie rozkwitu staroýytnej Grecji. Nawet dziæ, u schy¸ku
XX wieku, komety i meteory graj g¸wne role w filmach
katastroficznych. I obawa przed nimi nie ma wy¸cznie
ZüOûONE CZSTECZKI ORGANICZNE Ð niektre
takie same jak w organizmach ýywych Ð ¸atwo znale
w ciemnych partiach ob¸okw materii mi«dzygwiaz-
dowej. Jeden z podobnych ob¸okw zapad¸ si« grawi-
tacyjnie ponad 4 mld lat temu, tworzc wirujcy dysk,
z ktrego z kolei powsta¸o S¸oÄce i planety. Cz«æ de-
likatnych czsteczek chemicznych przetrwa¸a ýar ro-
dzcego si« Uk¸adu S¸onecznego dzi«ki kondensacji
w jdrach komet na obrzeýach zimnego dysku. Kome-
ty oraz inne pozosta¸oæci pierwotnego ob¸oku przyno-
si¸y je pniej na Ziemi«.
P
rzez stulecia komety uwaýano za przyczyn« wszel-
PLANETOIDY
KOMETA
PYü
KOMETY I PLANETOIDY bez-
ustannie bombardowa¸y Ziemi«
przez blisko p¸ miliarda lat od
chwili jej narodzin. Jeszcze dziæ na
nasz planet« spada codziennie set-
ki ton py¸u i meteorytw. Rozmia-
ry typowych ziaren py¸u
(poniýej)
nie przekraczaj tysi«cznej cz«æci
milimetra; drobiny te obfituj w
substancje organiczne, utworzone
jeszcze w ciemnym ob¸oku mi«dzy-
gwiazdowym, z ktrego narodzi¸ si«
Uk¸ad S¸oneczny. Widoczne na zdj«-
ciu luki w strukturze ziarna mog¸y
by wype¸nione lodem, ktry wy-
parowa¸ po opuszczeniu macierzy-
stej komety.
charakteru mitologicznego. Wsp¸cze-
sna nauka nie wyklucza, ýe to w¸aænie
wielka kosmiczna kolizja spowodowa-
¸a zag¸ad« dinozaurw; nie dalej teý jak
przed pi«cioma laty nerwowo æledzili-
æmy losy komety Shoemaker-Levy 9,
ktra uderzy¸a w Jowisza.
W æwietle tej z¸owieszczej reputacji
paradoksalny wydaje si« pomys¸, jako-
by to komety Ð odpadki wyrzucone
z kosmicznych otch¸ani Ð sprawi¸y, ýe
Ziemia przekszta¸ci¸a si« z czasem
w przyjemn, ýycionoæn planet«, ktr
dziæ znamy. Juý od wczesnych lat szeæ-
dziesitych naukowcy wysuwali przy-
puszczenia, ýe te cia¸a niebieskie (po-
dobnie jak inne pozosta¸oæci po po-
wstawaniu Uk¸adu S¸onecznego) mog¸y
dostarczy na nasz glob niezb«dne do
zaistnienia ýycia czsteczki wody i roz-
maitych gazw, ktre utworzy¸y atmo-
sfer« oraz oceany. Coraz wi«cej bada-
czy (w tym i my z Astrochemistry La-
boratory w NASA Ames Research Cen-
ter) podziela obecnie pogld, ýe z kos-
mosu przyw«drowa¸o znacznie wi«cej
niezb«dnych do powstania ýycia surow-
cw. Niektre z tych pozaziemskich cz-
steczek organicznych utworzy¸y coæ
w rodzaju nieszczelnych pojemnikw,
w ktrych zapewne zachodzi¸y pierw-
sze procesy komrkowe. Inne mog¸y po-
ch¸ania cz«æ s¸onecznego promienio-
wania ultrafioletowego, os¸aniajc w ten
sposb mniej wytrzyma¸ych towarzy-
szy i pomagajc w przekszta¸ceniu ener-
gii æwietlnej w chemiczn poýywk«.
Zgodnie z tym scenariuszem dramat
rozegra¸ si« ponad 4 mld lat temu, gdy
zimny, ciemny ob¸ok mi«dzygwiazdo-
wy zapad¸ si« grawitacyjnie w wiruj-
cy dysk ognistego gazu i py¸u, z ktrego
wkrtce mia¸ si« wy¸oni Uk¸ad S¸onecz-
ny. Ziemia powsta¸a zaraz po S¸oÄcu,
oko¸o 4.5 mld lat temu, i Ð jak dotych-
czas uwaýano Ð od pocztku mia¸a wo-
d« i pozosta¸e sk¸adniki potrzebne do
zaistnienia ýycia. Obecnie jednak wielu
naukowcw podejrzewa, ýe pierwsze
ziemskie dni by¸y raczej gorce, suche
i ja¸owe. Wiadomo juý, ýe kosmiczne
odpadki nieustannie bombardowa¸y
m¸od planet«, wywo¸ujc kataklizmy
na miar« niezliczonych wybuchw
bomb atomowych. By moýe sam Ksi«-
ýyc jest od¸amkiem Ziemi wystrzelonym
na jej orbit« po zderzeniu z obiektem
wielkoæci Marsa [patrz: G. Jeffrey Taylor,
ãNaukowa spuæcizna programu Apol-
loÓ;
åwiat Nauki
, wrzesieÄ 1994]. Takie
kolizje n«ka¸y nasz planet« przez bli-
sko p¸ miliarda lat i z pewnoæci unie-
moýliwi¸yby wszelkie heroiczne prby
wykie¸kowania na niej ýycia.
Nowe badania przesuwaj wi«c w
nieco bliýsz przesz¸oæ moment, w kt-
rym planeta sta¸a si« zdatna do zasiedle-
nia, zarazem jednak datowanie pierw-
szych æladw ýycia si«ga coraz dalej
wstecz. Mikroskamienia¸oæci odkryte
w starych ska¸ach z Australii i Afryki
Po¸udniowej æwiadcz, ýe ýycie z pew-
noæci kwit¸o na niej juý 3.5 mld lat te-
mu. Na Grenlandii znaleziono nawet
ska¸y sprzed 3.9 mld lat z izotopowymi
ãodciskami palcwÓ, ktre mog pocho-
dzi wy¸cznie od ýywych organizmw.
Innymi s¸owy, nie min«¸o wi«cej niý ja-
kieæ 100 mln lat od najwczeæniejszego
momentu, gdy Ziemia mog¸a przyj
ýycie, a pierwotne organizmy by¸y juý
tak rozpowszechnione, ýe do dzisiaj
znajdujemy ich ælady. To coraz w«ýsze
okienko czasowe przewidywane na po-
wstanie ýycia implikuje by moýe ko-
niecznoæ uwzgl«dnienia w tym proce-
sie czsteczek z kosmosu.
Pocztki pocztkw
ZIARNO PYüU
Pierwsze pradawne jednokomrko-
we organizmy przypuszczalnie za-
wdzi«czaj swe istnienie sekwencjom
reakcji chemicznych, w wyniku ktrych
powstawa¸y z¸oýone czsteczki w«glo-
we, takie jak aminokwasy. W sprzyjaj-
cych okolicznoæciach substancje te mo-
g¸y pniej stanowi podstaw« syntezy
bia¸kowych ¸aÄcuchw Ð ãcegie¸ekÓ ýy-
wych organizmw. Jednym z pierw-
szych badaczy, ktrzy zademonstrowali
prawdopodobny mechanizm tworze-
nia aminokwasw, by¸ Stanley L. Mil-
ler, doktorant Harolda C. Ureya z Uni-
METEORYT
52 å
WIAT
N
AUKI
WrzesieÄ 1999
versity of Chicago. We wczesnych la-
tach pi«dziesitych Miller, obecnie
zwizany z University of California
w San Diego, przeprowadzi¸ doæ spek-
takularny eksperyment. W szczelnej
szklanej kolbie zawierajcej ãpierwotn
atmosfer«Ó, czyli mieszanin« prostych,
bogatych w wodr gazw, wytwarza¸
wy¸adowania iskrowe Ð odpowiedniki
b¸yskawic. W drugiej kolbie, po¸czonej
z pierwsz, porcja wody naæladowa¸a
ocean. Po kilku tygodniach podgrzewa-
nia zebra¸ si« w niej szereg zwizkw
organicznych Ð m.in. aminokwasw.
Pniejsze odkrycia zakwestionowa-
¸y prawid¸owoæ sk¸adu atmosfery
Millera, jednak teoria tzw. bulionu pier-
wotnego proponujca, w jaki sposb
ýyciowe sk¸adniki mog¸y zap¸odni
ciep¸y staw lub ocean, ma wciý wielu
zwolennikw. ãKocio¸ z bulionemÓ nie-
ktrzy badacze przenieæli ostatnio na
oceaniczne dno, gdzie Ð jak twierdz Ð
mroczne ob¸oki mineralne tryskajce z
gorcych rde¸ zapewne sprzyja¸y po-
wstawaniu z¸oýonych czsteczek, nie-
zb«dnych do syntezy dalszych ýycio-
dajnych substancji. Przybywa jednak
naukowcw, ktrzy rd¸o tych surow-
cw upatruj zupe¸nie gdzie indziej:
w przestrzeni kosmicznej.
Koncepcj« pozaziemskiego wk¸adu
w ýycie na naszej planecie sformu¸owa¸
w 1961 roku Juan Or z University of
Houston, a 18 lat pniej rozwin¸ j
Sherwood Chang z NASA Ames Re-
search Center. Od roku 1990 Christo-
pher R. Chyba z Search for Extraterre-
strial Inteligence Institute (SETI Ð
Instytutu PoszukiwaÄ Cywilizacji Poza-
ziemskich) w Mountain View w Kalifor-
nii jest g¸wnym propagatorem idei, ýe
wod« i gazy atmosferyczne przynios¸y
na Ziemi« komety, meteoryty i ziarna
py¸u mi«dzyplanetarnego.
3
MGüAWICA ORZEü
CHüODZIARKA
LAMPA
PODCZERWONA
POMPA PRîûNIOWA
SYMULACJE LABORATORYJNE naæladuj
wydarzenia, ktre mog¸y zachodzi w ch¸od-
nych partiach ob¸okw mi«dzygwiazdowych,
takich jak Mg¸awica Orze¸
(powyýej z pra-
wej)
. Wewntrz metalowej komory wielkoæci
pude¸ka do butw
(z prawej)
specjalna ch¸o-
dziarka i pompy wytwarzaj wysok ãkos-
micznÓ prýni«
6
. Z miedzianej rurki wy-
dostaje si« mgie¸ka prostych substancji ga-
zowych i przymarza do solnej p¸ytki, ktra
odgrywa podobn rol« jak krzemianowe j-
dro lodowej drobiny mi«dzygwiazdowego
py¸u
(1)
. åwieýo tworzony ld skpany zo-
staje w promieniach silnej lampy ultrafiole-
towej naæladujcych æwiat¸o gwiazd
(2)
. Na-
st«pnie przez prbk« przechodzi wizka
podczerwieni (rwnieý emitowanej przez
gwiazdy), identyfikujc uwi«zione w niej
czsteczki
(3)
. Widma absorpcji (poch¸ania-
nia) podczerwieni wykazuj uderzajce po-
dobieÄstwo uzyskiwanego materia¸u do lodu
z ob¸okw mi«dzygwiazdowych.
LODOWE
ZIARNA
LAMPA ULTRAFIOLETOWA
2
PüYTKA
Z SOLI
CZSTECZKI
GAZOWE
1
DETEKTOR
PODCZERWIENI
KOMORA SYMULACYJNA
å
WIAT
N
AUKI
WrzesieÄ 1999
53
PROMIENIOWANIE
ULTRAFIOLETOWE
METANOL
W¢GLOWODîR
W¢GLOWODîR
CHINON
WODA
TLENEK
W¢GLA
RDZEÁ
KRZEMIANOWY
DWUTLENEK
W¢GLA
1
2
3
LîD MI¢DZYGWIAZDOWY zaczyna si« tworzy, gdy proste substancje, na przyk¸ad woda, metanol i w«glowodory, wymraýane s na
przypominajcych piasek krzemianowych drobinach, ktre dryfuj w g«stych ob¸okach materii mi«dzygwiazdowej
(1)
. Promieniowa-
nie ultrafioletowe pobliskich gwiazd rozrywa niektre wizania w uwi«zionych czsteczkach; lodowa drobina osiga w tym czasie roz-
miary nie przekraczajce tysi«cznej cz«æci milimetra
(2)
. Fragmenty czsteczek reaguj ze sob, tworzc nowe substancje, takie jak chi-
nony, ktre nie mia¸yby szansy powsta w rozrzedzonym gazie
(3)
.
Naukowcy maj jednak rýne po-
gldy na genez« oceanw i wi«kszoæ
z nich bierze pod uwag« rol« nap¸ywu
materia¸u z kosmosu. Szacuje si«, ýe sa-
mego py¸u opada dziæ na powierzch-
ni« naszej planety setki ton dziennie. Te
maleÄkie okruchy (najwi«ksze z nich
osigaj wielkoæ ziaren piasku) za-
æmiecaj wewn«trzne partie Uk¸adu S¸o-
necznego, a niekiedy znacz nocne nie-
bo æwietlnymi smugami ãspadajcych
gwiazdÓ. Coraz wi«cej dowodw prze-
mawia teý za tym, ýe oprcz dostar-
czenia gazw i wody, ktre uczyni¸y
Ziemi« zdatn do ýycia, komety i ich
kosmiczni kuzyni przyprawili ten pier-
wotny bulion gotowymi juý czstecz-
kami organicznymi podobnymi do
obecnych we wsp¸czesnych organiz-
mach ýywych.
Najnowsze obserwacje s¸ynnych ko-
met: Halleya, Hale-Bopp i Hyakutake,
wykaza¸y, ýe ci lodowi przybysze na-
szpikowani s zwizkami organiczny-
mi. Kamery zainstalowane na pok¸a-
dach sond kosmicznych Giotto i Wega
zarejestrowa¸y na powierzchni komety
Halleya obrazy ciemnej substancji (po-
dobnej do w«glistego kerogenu wykry-
tego w pewnych meteorytach), spek-
trometry masowe uchwyci¸y zaæ ælady
bogatych w w«giel czsteczek. Nato-
miast teleskopy naziemne æledzce
ostatnio warkocze komet Hyakutake
i Hale-Bopp zdo¸a¸y wyrýni sporo
zwizkw chemicznych, w tym metan
i etan. W najbliýszym dwudziestoleciu
kilka nowych sond kosmicznych poleci
na spotkanie innych komet [
ramka na
stronie 56
].
Gdy kometa przemierza ciep¸e obsza-
ry wewn«trznego Uk¸adu S¸onecznego,
cz«æciowo odparowuje w postaci gazu
i py¸u; troch« tego py¸u przechwytuje
pole grawitacyjne Ziemi. Naukowcy
z NASA potrafi wy¸owi kometarne
drobiny w grnych warstwach atmo-
sfery, wykorzystujc do tego celu samo-
loty ER2, ktre lataj dwukrotnie wyýej
niý typowe odrzutowce pasaýerskie. Na
pu¸apie 19 km py¸ kosmiczny przylega
do pokrytych olejem plastikowych p¸y-
tek w zasobnikach pod ich skrzyd¸ami.
Jeden z nas (Sandford), analizujc wraz
z innymi naukowcami te mikroskopij-
ne drobiny, odkry¸, ýe niektre aý w po-
¸owie zbudowane s z w«gla zwizane-
go w organiczne czsteczki; zawieraj
go zatem wi«cej niý jakikolwiek inny
obiekt pozaziemskiego pochodzenia.
Przeci«tna zawartoæ w«gla w tym py-
le, cho niýsza (10%), oznacza, ýe na Zie-
mi« spada codziennie oko¸o 30 t mate-
ria¸u organicznego.
Znacznie wi«cej niý o mikroskopij-
nym pyle czy teý odleg¸ych kometach
wiemy dziæ o meteorytach Ð znajdowa-
nych na Ziemi sporych od¸amkach pla-
netoid. Zbudowane s one g¸wnie
z metali i ska¸. Niektre zawieraj jed-
nak rwnieý takie zwizki chemiczne,
jak zasady nukleinowe, ketony, chinony,
kwasy karboksylowe, aminy i amidy.
Na szczegln uwag« zas¸uguje 70 rý-
nych aminokwasw, spoærd ktrych
tylko osiem naleýy do dwudziestki wy-
korzystywanej przez ýywe organizmy
podczas syntezy bia¸ek. Ich obecnoæ
w meteorytach jest jednak waýna i sta-
nowi charakterystyczny rys ziemskie-
go ýycia.
Czsteczki aminokwasw wyst«pu-
j w dwch formach, b«dcych swymi
lustrzanymi odbiciami; w¸aæciwoæ t«
nazywamy chiralnoæci
1
. Nasze d¸onie
wygldaj na identyczne, gdy z¸oýymy
je kciuk do kciuka, lecz na rýne, gdy
po¸oýymy jedn na drugiej; poszczegl-
ne czsteczki aminokwasw rwnieý
maj konfiguracj« D- lub L-. Jednak
w organizmach ýywych wyst«puj,
z ma¸ymi wyjtkami, wy¸cznie te dru-
gie. Przyczyny tego stanu rzeczy nie s
zbyt jasne. Znaczenie doæwiadczeÄ Mil-
lera krytykowano m.in. dlatego, ýe pro-
wadzi¸y do rwnych iloæci obu form
syntetyzowanych zwizkw. Pojawi¸y
si« jednak nowe fakty. Mija szeæ lat,
odkd John R. Cronin z Arizona State
University wykaza¸ istnienie niewiel-
kiej nadwyýki formy L- wærd kilku
aminokwasw wyekstrahowanych z
dwch rýnych meteorytw. Wielu na-
ukowcw sdzi, ýe wybr formy L lub
D by¸ niegdyæ kwesti przypadku. Od-
54 å
WIAT
N
AUKI
WrzesieÄ 1999
[ Pobierz całość w formacie PDF ]

Wątki

Search