Předmluva Boris Stern
Dlouho jsme plánovali vést diskusi týkající se věčné otázky o místě člověka ve vesmíru. Jde samozřejmě o mimozemský život a planety jiných hvězd. V současné době je známo o něco méně než 6 tisíc exoplanet, z nichž více než dva tisíce čekají na nezávislé potvrzení. Ale pro statistický výzkum můžete použít všech 6 tisíc.
Mezi nimi je jen velmi málo planet, které jsou údajně vhodné pro život. To je přirozené, protože je nejtěžší je najít: velmi silný selekční efekt funguje proti planetám podobným Zemi. Jsou příliš světlí na to, aby byli zachyceni metodou radiální rychlosti hvězdy, a jejich rok je příliš dlouhý na to, aby jejich průchody byly spolehlivě vykořisťovány v údajích kosmického dalekohledu Kepler. Výjimkou jsou planety v obývatelné zóně červených trpaslíků, které jsou otevřené pod našimi nosy, je mnohem snazší je najít. Existuje mnoho takových planet, ale bohužel, červení trpaslíci jsou velmi nepohodlní pro život vedle nich. Extrapolace Keplerových dat pro „horké země“hvězd, jako je Slunce, však přináší velmi optimistický výsledek: nejméně 15% z těchto hvězd má planety ve své obyvatelné zóně. Tento odhad byl získán nezávisle mnoha autory,a postupem času se stává stále optimističtějším: 20% a dokonce čtvrtina sluncí má pozemky. To znamená, že nejbližší třída G nebo K nám bude na Zemi obíhat na oběžné dráze v obyvatelném dosahu do 15 světelných let. Existuje jen málo takových hvězd a kandidáti se již objevují, například Tau Ceti. A existuje mnoho takových planet v okruhu 30 světelných let.
Metody pozorování postupně postupují. Nové blízké planety podobné Zemi budou objeveny pomocí vylepšeného nástroje HARPS. V příštím desetiletí se naučíme něco o dvou atmosférách některých planet podobných Zemi pomocí nástrojů, jako je obrovský extrémně velký dalekohled (ELT) a James Webb Space Telescope. A je možné, že se kyslík objeví v absorpčním spektru atmosféry nějaké tranzitní planety (procházející diskem hvězdy). Pokud hvězda není příliš aktivní a dostatečně stará, může být kyslík biogenní. Takto lze detekovat mimozemský život.
Je to reálné? Pokud život nastane v jakémkoli rohu, jakmile na to vzniknou podmínky - proč ne? Ale je to tak? Často se hovoří o tom, že život na Zemi se objevil velmi rychle, což znamená, že tomu tak je - několik stovek milionů let stačí, aby se objevilo v nějaké polévce. Existuje však i protějšek - vhodná „polévka“může existovat pouze na mladé planetě - život vzniká buď rychle, nebo nikdy.
A samozřejmě existuje opačné hledisko: život je vzácný jev založený na naprosto neuvěřitelné shodě. Nejpodrobnější pohled na tuto záležitost, profesionální a kvantitativní odhady, vyjádřil Evgeny Kunin. Život je založen na kopírování dlouhých molekul, původně to byly molekuly RNA. Kopírování se provádí určitým zařízením zvaným „replika“(tyto řádky byly napsány fyzikem, proto je terminologie z pohledu biologa poněkud trapná). Replikace nepochází odkudkoli, pokud není naprogramována ve stejné kopírované RNA.
Podle Kunina, aby se mohla začít vlastní reprodukce RNA, a tím i evoluce, „je nezbytné minimálně spontánní vzhled dalšího.
- Dvě rRNA s celkovou velikostí alespoň 1000 nukleotidů.
- Přibližně 10 primitivních adaptérů po 30 nukleotidech, celkem asi 300 nukleotidů.
- Alespoň jedna replikáza kódující RNA má velikost přibližně 500 nukleotidů (spodní skóre). V akceptovaném modelu je n = 1800 a výsledkem je E <10 - 1081 ".
V daném fragmentu máme na mysli čtyřpísmenné kódování, počet možných kombinací je 41800 = 101081, pokud jen několik z nich zahájí proces evoluce, pravděpodobnost požadované sestavy na jeden „pokus“spontánní sestavy je ~ 10–1081.
Propagační video:
Neexistuje žádný rozpor ve skutečnosti, že výsledek je před našimi očima, neexistuje: podle teorie inflace je vesmír obrovský, desítky řádů větší než jeho viditelná část, a pokud chápeme vesmír jako uzavřený prostor, pak existují vesmíry se stejným vakuem jako naše, obrovská množina … Nejmenší pravděpodobnost je někde realizována, což vede k překvapenému divákovi.
Tyto dva extrémy znamenají hodně z hlediska našeho místa ve vesmíru. V každém případě jsme sami. Ale pokud život existuje několik desítek světelných let od nás, je to technologická osamělost překonaná vývojem a tisíciletou trpělivostí. Pokud je Kuninovo hodnocení správné, jedná se o základní osamělost, kterou nemůže nic překonat. My a pozemský život jsme pak jedinečným jevem v kauzálně spojeném objemu vesmíru. Jediný a nejcennější. To je důležité pro budoucí strategii lidstva. V prvním případě je základem strategie vyhledávání. Ve druhém případě - setí (existuje i takový termín „řízená panspermie“), který také zahrnuje hledání vhodné půdy.
To vše si zaslouží diskusi. Jsou v Kuninově argumentu mezery? Existují nějaké mechanismy, které lze rozeznat tím, že se obejde „neredukovatelná složitost“replikátoru RNA? Je to skutečně tak neodpustitelné? Atd.
Požádali jsme několik biologů o jejich názory.
Alexander Markov, Ph. D. biol. vědy, vedl. vědecký. sotr. Paleontologický ústav RAS, vedoucí. Katedra biologické evoluce, Biologická fakulta, Moskevská státní univerzita:
Posouzení Evgeny Kuninové, které znamená, že jsme ve vesmíru beznadějně sami, je založeno na jednom klíčovém předpokladu. Kunin věřil, že za účelem zahájení procesu replikace RNA (a tím i darwinovského vývoje; je logické považovat tento okamžik za okamžik původu života), bylo nutné, aby čistě náhodou - v důsledku náhodné kombinace polymerizace (například na minerálních matricích) ribonukleotidů - objevil se ribozym s RNA polymerázovou aktivitou, tj. dlouhá molekula RNA, která má velmi jednoznačnou (a nejen žádnou) nukleotidovou sekvenci, a díky tomu je schopna účinně katalyzovat replikaci RNA.
Pokud neexistuje žádný jiný způsob, jiný „vstup“do světa života ze světa neživých věcí, pak má Kunin pravdu a měli bychom se vzdát naděje na nalezení jakéhokoli života ve vesmíru, kromě pozemského. Lze předpokládat, že to všechno začalo ne s jedinou vysoce účinnou polymerázou, ale například s určitou komunitou malých, neúčinných polymeráz a ligáz (ribozymů, které mohou zesítit krátké molekuly RNA na delší): možná to zlepší hodnocení trochu optimističtěji, ale zásadně nezmění situaci. Protože první replikátor byl stále velmi složitý a měl se objevit bez pomoci darwinovské evoluce - ve skutečnosti náhodou.
Životaschopnou alternativou je neenzymatická replikace RNA (NR RNA): proces, kterým se molekuly RNA replikují bez pomoci komplexních ribozymů nebo proteinových enzymů. Takový proces existuje, je katalyzován ionty Mg2 +, ale jde příliš pomalu a nepřesně - alespoň za podmínek, které měli vědci čas vyzkoušet.
Existuje však naděje, že přesto bude možné najít nějaké přijatelné podmínky (které by v zásadě mohly na některých planetách existovat), když NR RNA jde dostatečně rychle a přesně. Možná to vyžaduje nějaký druh relativně jednoduchého katalyzátoru, který lze syntetizovat abiogenním způsobem. Je možné, že jednoduché abiogenní peptidy s několika negativně nabitými zbytky kyseliny asparagové, které si zachovávají ionty hořčíku, mohou působit jako takové katalyzátory: proteinové RNA polymerázy mají podobná aktivní centra a tato možnost se nyní zkoumá.
Otázka možnosti účinné NR RNA má zásadní význam pro posouzení pravděpodobnosti původu života. Pokud je možné NR RNA, pak může být v pozorovatelném vesmíru docela málo živých planet. Základní rozdíly mezi těmito dvěma scénáři - s možnou a nemožnou NR RNA - jsou uvedeny v tabulce. Pokud je to možné, pak by Darwinova evoluce mohla začít téměř okamžitě po objevení prvních krátkých molekul RNA. Selektivní výhodu měly získat ty molekuly RNA, které se efektivněji množily pomocí HP. Mohly by to být například molekuly s palindromickými opakováními, které samy o sobě mohou sloužit jako primery - „semena“pro replikaci; palindromy se mohou skládat do trojrozměrných struktur - „vlásenky“, což zvyšuje pravděpodobnost výskytu katalytických vlastností v molekule RNA. Každopádně poJak Darwinova evoluce začala, další vývoj života byl určován nejen náhodou, ale také zákonem.
Odhady pravděpodobnosti (frekvence) původu života v těchto dvou scénářích by se měly lišit podle velkého počtu objednávek (ačkoli samozřejmě nikdo neuvádí přesné údaje). Je také důležité si uvědomit, že pokud život vznikl „podle Kunina“, to znamená, že díky náhodnému sestavení účinné ribozyme-polymerázy, pak se princip komplementarity (specifické párování nukleotidů), na kterém se schopnost RNA reprodukovat a vyvíjet, ukáže jako druh „piana v křoví““, Což nemělo nic společného s tím, že se na planetách nahromadilo tak velké množství molekul RNA, že se na jedné z planet náhodně objevil účinný ribozym s aktivitou RNA polymerázy. Pokud život vznikl „podle Shostaka“(nositel Nobelovy ceny Jack Shostak nyní aktivně studuje NR RNA a věří, že tento proces je klíčem k tajemství původu života),pak komplementarita nebyla „klavírem v buši“, ale fungovala od samého začátku. Díky tomu je celý scénář původu života mnohem přesvědčivější a logičtější. Vsadil bych se na Shostaka.
Nyní tedy vše závisí na úspěchu odborníků v oblasti prebiotické chemie. Pokud najdou realistické podmínky, ve kterých NR RNA jde dobře, pak máme šanci najít život na jiných planetách. A pokud ne, pak … musíme se podívat dále.
Armen Mulkidzhanyan, Dr. biol. Sci., University of Osnabrück (Německo), vedl. vědecký. sotr. MSU:
Je těžké se dohadovat o skutečnosti, že život vznikl dávno a na mladé Zemi. Země je složena z chondritických hornin jako meteority. Zahřívání těchto hornin během formování Země způsobilo roztavení vody přivedené chondrity. Interakce vody s vyhřívanou, redukovanou horninou měla vést k uvolnění elektronů, tvorbě vodíku a redukci oxidu uhličitého (CO2) na různé organické sloučeniny. Podobné procesy stále probíhají v oblastech geotermální aktivity, například v geotermálních polích, ale s nízkou intenzitou. Na mladých planetách jiných hvězd lze tedy očekávat tvorbu organických látek ve velkém množství. Pravděpodobnost, že život v tomto případě může nastat, lze odhadnout zvážením vývoje pozemského života.
Prvních dvě miliardy let žily na Zemi pouze mikroby. To by pokračovalo tímto způsobem, ale asi před 2,5 miliardami let se fotosyntetické bakterie naučily používat energii světla k rozkladu vody. Fotosyntéza původně vznikla jako náhrada za tlumené geochemické procesy „ukládání“přebytečných elektronů. Při fotosyntéze se energie světla používá k oxidaci různých sloučenin, tj. K jejich „odebrání“elektronů, k jejich fotoaktivaci a ke konečnému snížení CO2 na organické sloučeniny. Systém rozkladu vody vznikl v důsledku postupného vývoje jednodušších fotosyntetických enzymů konzervovaných v některých bakteriích. Existuje několik velmi pravděpodobných scénářů, jak takové enzymy, používající světlo a chlorofyl, nejprve oxidovaný sirovodík (a dokonce i teď to někteří lidé dělají), pak,Když byl sirovodík v médiu vyčerpán, byly elektrony odebrány ze železných iontů železa, poté z iontů manganu. V důsledku toho se nějak naučili rozkládat vodu. V tomto případě elektrony odebrané z vody šly k syntéze organické hmoty a kyslík byl uvolňován jako vedlejší produkt. Kyslík je velmi silné oxidační činidlo. Musel jsem se bránit proti němu. Výskyt mnohobuněčnosti, teplokrevnosti a nakonec inteligence jsou různé stupně ochrany před oxidací atmosférickým kyslíkem.teplokrevnost a nakonec důvod - to jsou všechny různé stupně ochrany před oxidací atmosférickým kyslíkem.teplokrevnost a nakonec důvod - to jsou různé stupně ochrany před oxidací atmosférickým kyslíkem.
K rozkladu vody dochází v jedinečném katalytickém centru obsahujícím skupinu čtyř atomů manganu a jednoho atomu vápníku. Při této reakci, která vyžaduje čtyři kvanta světla, se dvě molekuly vody (2 H20) rozkládají najednou za vzniku jedné molekuly kyslíku (O2). To vyžaduje energii čtyř kvanta světla. Na atomech manganu se v reakci na absorpci tří světelných quanta postupně hromadí tři volné elektrony („díry“) a teprve když je absorbováno čtvrté kvantum světla, obě molekuly vody se oxidují, otvory se naplní elektrony a vytvoří se molekula kyslíku. Ačkoli struktura manganového klastru byla nedávno stanovena s vysokou přesností, jak toto čtyřtaktní zařízení funguje, není zcela známo. Není také jasné, jak a proč v katalytickém centru, kde v primitivních fotosyntetických bakteriích zjevněionty manganu byly oxidovány, čtyři z jeho atomů byly kombinovány s atomem vápníku do shluku schopného rozkládat vodu. Termodynamika účasti chlorofylu na oxidaci vody je také záhadná. Teoreticky může chlorofyl za osvětlení oxidovat sirovodík, železo a mangan, ale ne vodu. Oxiduje však. Obecně je to jako čmelák: „Podle zákonů aerodynamiky čmelák nemůže létat, ale o tom neví a z tohoto důvodu létá.“
Je velmi obtížné posoudit pravděpodobnost systému rozkladu vody. Tato pravděpodobnost je však velmi malá, protože za 4,5 miliardy let se takový systém objevil pouze jednou. Nebyla to žádná zvláštní potřeba a bez ní by mikroby na Zemi prosperovaly a byly zahrnuty do geochemických cyklů. Navíc po výskytu kyslíku v atmosféře by většina mikrobiální biosféry měla zemřít nebo přesněji spálena - interakce organické hmoty s kyslíkem je spalování. Přežily pouze mikroby, které se naučily dýchat, to znamená rychle obnovit kyslík zpět do vody přímo na jejich vnějším obalu a zabránit mu zevnitř, stejně jako obyvatelům několika zbývajících ekologických výklenků bez kyslíku.
Tento příběh může sloužit jako příklad relativně nedávné (asi před 2,5 miliardami let) a relativně srozumitelné události, která vedla k prudkému nárůstu složitosti živých systémů. Všechno to začalo postupnými změnami ve fotosyntetických enzymech. Pak tu byl jednorázový a velmi netriviální evoluční vynález (klastr manganu a vápníku), který možná nebyl. Následné obrovské změny byly reakcí na výskyt "toxického" kyslíku v atmosféře: Darwinovský výběr se zapnul na plný výkon, musel jsem se naučit dýchat hlouběji a pohybovat mozky.
Celkově máme proces, který probíhá ve třech fázích: (1) postupné změny - (2) jednorázová nepravděpodobná událost - (3) další vývoj, ale na jiné úrovni nebo za různých podmínek. Toto schéma lze považovat za molekulární analog Severtsovova klasického schématu aromorfóz.
Pokud se podíváte na post-kyslíkovou evoluci, můžete identifikovat několik dalších takových nepravděpodobných jednorázových událostí, které změnily průběh evoluce. Toto je „shromáždění“komplexní eukaryotické buňky a vznik cévnatých rostlin a různé „průlomy“ve vývoji zvířat, o kterých ve skutečnosti Severtsov psal.
Vznik života, který se v rámci hypotézy RNA světa chápe jako vznik samoreprodukčních souborů molekul RNA (replikátorů), lze také představovat jako třístupňový proces.
1) Přípravná fáze: Ribonukleotidy vytvářející RNA jsou schopny spontánně se „sestavit“z jednoduchých molekul, jako je kyanid nebo formamid, pod vlivem ultrafialového (UV) světla. Byl v hojnosti na mladé Zemi; v atmosféře zatím nebyl žádný ozon absorbující ozon, protože nebyl žádný kyslík, viz výše. Jak ukázali Pouner a Saderland (University of Manchester), nukleotidy ve speciální „aktivované“cyklické formě jsou „vybírány“v UV světle, takové nukleotidy jsou schopné spontánně tvořit řetězce RNA. Navíc dvojité řetězce Watson-Crick RNA jsou výrazně odolnější vůči UV záření než jednotlivé řetězce - tento výsledek popsal Evgeny Kunin ve své úplně první publikované práci v roce 1980. To znamená, že na mladé Zemi by díky toku „extra“elektronů mohlo vzniknout množství organických molekul,ale pod vlivem tvrdého slunečního záření přežily především molekuly podobné RNA, nejlépe navinuté do spirálových struktur.
2) Jednorázová, nepravděpodobná událost: soubor několika molekul podobných RNA se začal kopírovat sám (o miliardy let později byly podobné samokopírovací RNA soubory získány výběrem RNA v laboratorních podmínkách).
3) Následný vývoj: RNA replikátory začaly soutěžit o zdroje, vyvíjet se, spojovat se do větších komunit atd.
Nevýhodou tohoto hypotetického schématu je to, že nejsou známy ani molekulární podrobnosti o původu replikátorů RNA, ani přirozené faktory, které přispívají k jejich výběru. Naděje je dána skutečností, že v případě další nejdůležitější (a naopak) evoluční události, a to vzniku ribozomů, strojů pro syntézu proteinů, byly rekonstruovány molekulární detaily. To bylo provedeno různými metodami ve čtyřech laboratořích; výsledky rekonstrukcí jsou velmi podobné. Stručně řečeno, předkem moderních velmi složitých ribozomů byl konstrukt dvou RNA smyček po 50 až 60 ribonukleotidů, každý schopný kombinovat dvě aminokyseliny s peptidovou vazbou. Mezistupně na cestě od této dvoukruhové struktury k moderním ribozomům podrobně sledovali Konstantin Bokov a Sergey Stadler (Montrealská univerzita),Laureát Nobelovy ceny Ada Yonath a jeho kolegové (Weizmann Institute), George Fox a jeho kolegové (University of Houston) a Anton Petrov a kolegové (University of Georgia).
Ribozom, který měl nejprve jednu katalytickou RNA podjednotku, se postupně stal složitější a zvětšoval se velikost, celou tu dobu syntetizovaly proteinové sekvence z náhodného souboru aminokyselin. Teprve v posledních stádiích vývoje se sloučila s jinou molekulou RNA, která se stala malou podjednotkou ribozomu, a začala se syntéza kódovaného proteinu. Výskyt genetického kódu je tedy nepravděpodobná evoluční událost oddělená od vzniku syntézy ribozomálních proteinů.
Nejpravděpodobnější další výzkum umožní rekonstruovat jak vznik replikátorů, tak další nepravděpodobné události, například ty, které jsou spojeny se vznikem prvních buněk, výměnou genů mezi prvními buňkami a viry atd.
Vraťme se k otázkám o pravděpodobnostech: naše podrobná úvaha ukazuje, že vývoj pozemského života není jedna „absolutně neuvěřitelná náhoda“, ale mnoho po sobě jdoucích mimořádně nepravděpodobných událostí.
Silná generace organické hmoty se s největší pravděpodobností děje na jiných mladých planetách. To však nutně nevedlo ke vzniku života. Kdyby se samoreplikující se soubor RNA na Zemi neshromažďoval, nebyl by život. Produkce organické hmoty by postupně mizela a Země by se podobala Marsu nebo Venuši.
Ale i v případě objevení se života na jiných planetách by se tento život mohl „uvíznout“v jakékoli počáteční fázi a pravděpodobnost navždy zůstávajícího na primitivní úrovni vývoje byla nesrovnatelně vyšší než pravděpodobnost stoupání v dalším kroku a postupování dále.
Pravděpodobnost setkání s moudrými mimozemšťany na jiné planetě je proto neskutečně nižší než šance dostat se do jednoduchého, ale žijícího slizu (a to je, pokud máte velké štěstí). Pravděpodobnost, že někde existuje kyslíkový život, je také nesmírně malá: rozklad vody na kyslík je velmi netriviální čtyřelektronová reakce.
Takže budování jakékoli strategie v naději, že najde mimozemskou inteligenci, prostě není moc chytré. Skutečnost, že na Zemi jsou (zatím) inteligentní bytosti, je velmi velkým úspěchem. Proto má mnohem větší smysl investovat do vytváření „alternativních letišť“pro již existující inteligentní život pro případ selhání přírody nebo selhání samotných nositelů mysli. To znamená, že potřebujeme náhradní Zemi, nebo ještě lépe několik.
Evgeny Kunin, vedl. vědecký. sotr. Národní centrum pro biotechnologické informace, člen Národní akademie věd USA:
Mohu se omezit na velmi krátké poznámky, protože plně souhlasím se vším, co řekl Alexander Markov … s výjimkou samozřejmě závěrů. Ve skutečnosti je omezujícím stádiem vzniku života spontánní tvorba populace molekul ribozyme-polymerázy s dostatečně vysokou rychlostí a přesností samokopírování. Pravděpodobnost takové události je mizivě malá. K jeho významnému zvýšení je nutný proces, který vytváří možnost vývoje bez účasti takových ribozymů v mnohem jednodušším systému. Neenzymatická replikace diskutovaná Alexanderem je dobrým kandidátem pro takový proces. Jediný problém spočívá v tom, že na základě všeho, co vím z chemie a termodynamiky, nemůžeme tyto reakce přenést na úroveň dostatečně přesné replikace dlouhých molekul. Replikace velmi krátkých oligonukleotidů by byla velmi zajímavá jako možný mezistupeň, ale významně nezvýší pravděpodobnost. Můj závěr tedy zůstává stejný: vznik života vyžaduje nesmírně nepravděpodobné události, a proto jsme sami v našem vesmíru sami (o otázce více vesmírů není nutné diskutovat zde). Nejen, že jsme inteligentní bytosti, ale obecněji, živé bytosti obecně.
Je důležité si uvědomit následující: extrémně nízká pravděpodobnost výskytu života v žádném případě neznamená, že se to všechno stalo zázrakem. Naopak, jedná se o řadu normálních chemických reakcí, které zahrnují pouze stupně s velmi nízkou pravděpodobností. V důsledku toho studium mechanismů, které nějakým způsobem usnadňují vznik života, je nejen nesmyslné, ale i nesmírně důležité a zajímavé. Není zatím vidět (zatím), že by to mohlo výrazně zvýšit pravděpodobnost, ale vytvoření scénáře událostí může také pomoci.
Nakonec budu kvazi-filozofický, ale podle mého názoru relevantní úvaha. Extrémně nízká pravděpodobnost vzniku života porušuje princip průměrnosti: události, které se vyskytly na naší planetě, jsou ve vesmíru výjimečné, dokonce jedinečné. Princip průměrnosti v tomto případě ztrácí na antropickém principu: bez ohledu na to, jak neuvěřitelný byl život životem a priori, pod podmínkou existence inteligentních bytostí, a jen buněk, je její pravděpodobnost přesně rovna 1.
Michail Nikitin, výzkumný pracovník sotr. Katedra evoluční biochemie, Výzkumný ústav fyziochemické biologie. A. N. Belozersky Moskevská státní univerzita:
Zdá se mi, že život bakteriální úrovně složitosti je ve vesmíru rozšířený, ale vývoj k mnohobuněčným zvířatům a potenciálně inteligentním bytostem je mnohem méně pravděpodobný.
Proč si myslím, že bakteriální život je vysoce pravděpodobný?
Kuninovo zdůvodnění je založeno na experimentech s umělým výběrem ribozymů-replikóz, které kopírují molekuly RNA a mohou se samy potenciálně kopírovat. Všechny tyto ribozymy mají délku řádově 200 nukleotidů a pravděpodobnost jejich získání náhodným sestavením je řádově 4-200. Tyto experimenty však nezohlednily mnoho důležitých faktorů, které by mohly jednak zajistit replikaci s použitím kratších a jednodušších ribozymů, a za druhé, před zahájením jakékoli replikace přímé přímé sestavení směrem ke strukturovaným RNA schopným pracovat jako ribozymy. Některé z těchto faktorů již byly pojmenovány jinými autory: Shostakova neenzymatická replikace, výběr pro samonasávání v Markovově „světě palindromů“, výběr pro odolnost vůči UV záření, který směruje RNA sestavení na vlásenky vytvořené Mulkidzhanyanem). Přidám do tohoto seznamu minerální substráty a „tepelné pasti“(úzké póry s teplotním gradientem), které velmi usnadňují kopírování RNA. Dále, protože máme jednoduchý samoreplikující se genetický systém, darwinovská evoluce s vysokou pravděpodobností rychle vytvoří na svém základě bakteriální buňku nebo něco podobného - s buněčnou membránou, která udržuje uvnitř buňky konstantní složení solí.
Proč věřím, že vývoj života z jednoduchých buněk na mnohobuněčná zvířata může být velmi nepravděpodobný? Jsou zde dva aspekty, jeden geologický, druhý ryze biologický. Začněme prvním.
V paleontologii bylo spolehlivě prokázáno, že vývoj organismů je velmi nerovnoměrný. Krize a revoluce se střídají s obdobími stází, někdy velmi dlouhými. Nejdelší období stázy bylo nazýváno „nudnou miliardou“a trvalo většinu proterozoika - asi před 2 až 0,8 miliardami let. Předcházel tomu výskyt kyslíku v atmosféře, vznik eukaryotických buněk a globální zaľadnění Huronem a skončilo to největším Sturtovým zaľadněním v historii Země, zvýšením obsahu kyslíku na téměř moderní hodnoty a výskytem mnohobuněčných zvířat. Evoluce byla také poměrně pomalá v areanském období mezi 3,5 a 2,5 miliardami let ve srovnání s předchozím katarským eonem (doba vzniku života a pozdní bombardování meteoritů) a následnou kyslíkovou revolucí. Důvody této nerovnosti nejsou zcela pochopeny. Zdá se mi osobně přesvědčivé, že „kyslíková revoluce“(masivní šíření kyanobakterií produkujících kyslík) byla spojena s vyčerpáním zásob redukovaného (železného) železa ve mořské vodě. Dokud bylo v oceánu dostatek železa, prosperovaly mikroby pomocí jednodušší a bezpečnější fotosyntézy oxidující železo. Není to kyslík, který se v něm uvolňuje, ale sloučeniny oxidu železa - magnetitů a hematitů, které byly ukládány na mořské dno v celém archeanu. Dodávka nového železa do moře (hlavně z hydrotermálních zdrojů na dně) se snižovala s klesající geologickou aktivitou planety a nakonec zdrojová krize donutila fotosyntetické mikroby k přechodu na složitější „technologii“fotosyntézy kyslíku. Podobně,příčinou „nudné miliardy“by mohla být stálá spotřeba kyslíku při oxidaci různých minerálů na zemi, což neumožňuje zvýšení obsahu kyslíku nad 1–2%. V proterozoických mořských sedimentech existuje mnoho stop oxidace sulfidických rud na pevnině, díky nimž řeky přenášely do oceánu sírany, arsen, antimon, měď, chrom, molybden, uran a další prvky, které v arménském oceánu téměř chyběly. Pozdě proterozoická krize s celosvětovými glaciacemi, prudký nárůst obsahu kyslíku a výskyt mnohobuněčných zvířat mohla být způsobena vyčerpáním snadno oxidovaných minerálů na zemi.kvůli kterému řeky nesly sírany, arsen, antimon, měď, chrom, molybden, uran a další prvky do oceánu, které byly téměř nepřítomné v Archean oceánu. Pozdě proterozoická krize s celosvětovými glaciacemi, prudký nárůst obsahu kyslíku a výskyt mnohobuněčných zvířat mohla být způsobena vyčerpáním snadno oxidovaných minerálů na zemi.kvůli kterému řeky nesly sírany, arsen, antimon, měď, chrom, molybden, uran a další prvky do oceánu, které byly téměř nepřítomné v Archean oceánu. Pozdě proterozoická krize s celosvětovými glaciacemi, prudkým nárůstem obsahu kyslíku a vznikem mnohobuněčných zvířat mohla být způsobena vyčerpáním snadno oxidovaných minerálů na zemi.
Tudíž načasování počátku dvou klíčových revolucí (fotosyntéza kyslíku a mnohobuněčná zvířata) bylo pravděpodobně určeno rovnováhou biologických (fotosyntéza) a geologických (uvolňování železného železa a dalších oxidovatelných látek hydrotermálními průduchy a pozemními sopkami). Je docela možné, že na jiných planetách přijdou tyto revoluce mnohem později. Například masivnější planeta (super-země) ztratí geologickou aktivitu pomaleji, uvolní železo do oceánu déle a může kyslíkovou revoluci oddálit o miliardy let. Planety v obývatelné zóně červených trpaslíků dostanou málo viditelného světla vhodného pro fotosyntézu a jejich biosféry také riskují, že uvíznou ve fázi bez kyslíku. Množství vody na planetě je také důležité. Pokud je celá planeta pokryta hlubokým oceánem, bude nedostatek fosforu,pocházející hlavně z pozemních sopek, a pokud je málo vody, pak bude také oceánská oblast dostupná pro fotosyntetické mikroby malá (před výskytem mnohobuněčných rostlin byla produktivita suchozemských ekosystémů ve srovnání s mořem zanedbatelná). To znamená, že existuje spousta důvodů, proč se biosféra může zaseknout v mikrobiální fázi bez kyslíku a nevytvořit se na zvířata. Mimochodem, čas na vývoj je omezený: jas hvězd roste s časem a Země se za 1,5 až 2 miliardy let začne nezvratně zahřívat, její oceány se vypařují a rostoucí skleníkový efekt ji změní na druhou Venuši. U červených trpaslíků roste jasnost pomaleji, ale jejich planety se mohou stát neobyvatelnými kvůli zániku magnetického pole a následné ztrátě vody do vesmíru, jak se stalo na Marsu.oblast oceánu dostupná fotosyntetickým mikrobům bude také malá (před vznikem mnohobuněčných rostlin byla produktivita suchozemských ekosystémů ve srovnání s mořem zanedbatelná). To znamená, že existuje spousta důvodů, proč se biosféra může zaseknout v mikrobiální fázi bez kyslíku a nevytvořit se na zvířata. Mimochodem, čas na vývoj je omezený: jas hvězd roste s časem a Země se za 1,5 až 2 miliardy let začne nezvratně zahřívat, její oceány se vypařují a rostoucí skleníkový efekt ji změní na druhou Venuši. U červených trpaslíků roste jasnost pomaleji, ale jejich planety se mohou stát neobyvatelnými kvůli zániku magnetického pole a následné ztrátě vody do vesmíru, jak se stalo na Marsu.oblast oceánu dostupná fotosyntetickým mikrobům bude také malá (před příchodem mnohobuněčných rostlin byla produktivita suchozemských ekosystémů ve srovnání s mořem zanedbatelná). To znamená, že existuje spousta důvodů, proč se biosféra může zaseknout v mikrobiální fázi bez kyslíku a nevytvořit se na zvířata. Mimochodem, čas na vývoj je omezený: svítivost hvězd se s časem zvyšuje a Země se za 1,5 až 2 miliardy let nevratně zahřeje, její oceány se vypařují a rostoucí skleníkový efekt ji změní na druhou Venuši. U červených trpaslíků roste jasnost pomaleji, ale jejich planety se mohou stát neobyvatelnými kvůli zániku magnetického pole a následné ztrátě vody do vesmíru, jak se stalo na Marsu.přístupný fotosyntetickým mikrobům (před výskytem mnohobuněčných rostlin byla produktivita suchozemských ekosystémů ve srovnání s mořem zanedbatelná). To znamená, že existuje spousta důvodů, proč se biosféra může zaseknout v mikrobiální fázi bez kyslíku a nevytvořit se na zvířata. Mimochodem, čas na vývoj je omezený: svítivost hvězd roste s časem a Země se za 1,5 až 2 miliardy let začne nezvratně zahřívat, její oceány se vypařují a rostoucí skleníkový efekt ji změní na druhou Venuši. U červených trpaslíků roste jasnost pomaleji, ale jejich planety se mohou stát neobyvatelnými kvůli zániku magnetického pole a následné ztrátě vody do vesmíru, jak se stalo na Marsu.přístupný fotosyntetickým mikrobům (před výskytem mnohobuněčných rostlin byla produktivita suchozemských ekosystémů ve srovnání s mořem zanedbatelná). To znamená, že existuje spousta důvodů, proč se biosféra může zaseknout v mikrobiální fázi bez kyslíku a nevytvořit se na zvířata. Mimochodem, čas na vývoj je omezený: svítivost hvězd se s časem zvyšuje a Země se za 1,5 až 2 miliardy let nevratně zahřeje, její oceány se vypařují a rostoucí skleníkový efekt ji změní na druhou Venuši. V červených trpaslících roste jasnost pomaleji, ale jejich planety se mohou stát neobyvatelnými kvůli zániku magnetického pole a následné ztrátě vody do vesmíru, jak se stalo na Marsu. Mimochodem, čas na vývoj je omezený: svítivost hvězd roste s časem a Země se za 1,5 až 2 miliardy let začne nezvratně zahřívat, její oceány se vypařují a rostoucí skleníkový efekt ji změní na druhou Venuši. U červených trpaslíků roste jasnost pomaleji, ale jejich planety se mohou stát neobyvatelnými kvůli zániku magnetického pole a následné ztrátě vody do vesmíru, jak se stalo na Marsu. Mimochodem, čas na vývoj je omezený: svítivost hvězd se časem zvyšuje a Země se za 1,5 až 2 miliardy let nevratně zahřeje, její oceány se vypařují a rostoucí skleníkový efekt změní na druhou Venuši. V červených trpaslících roste jasnost pomaleji, ale jejich planety se mohou stát neobyvatelnými kvůli zániku magnetického pole a následné ztrátě vody do vesmíru, jak se stalo na Marsu.
Druhé úvahy se týkají vzniku eukaryot - buněk s jádrem. Eukaryotické buňky jsou mnohem větší a složitější než buňky bakterií a archaea a objevily se později, pravděpodobně během „kyslíkové revoluce“. Eukaryotická buňka se objevila jako chiméra z archaální buňky, symbiotické bakterie, které se v ní usadily, a pravděpodobně virus, který je infikoval (nebo dokonce více než jednu). Struktura genomu eukaryot jednoznačně ukazuje, že k jejich rané evoluci nedošlo nikoli díky přirozenému výběru, ale v mnoha ohledech navzdory. V malých populacích není selekce příliš účinná a mírně škodlivé rysy se mohou zakořenit kvůli posunu genu a jiným čistě náhodným procesům. Toto je podrobně popsáno v příslušné kapitole Kuninovy logiky šance a navrhuježe výskyt eukaryot může být velmi nepravděpodobný i ve vhodném prostředí (bakteriální biosféra vstupující do kyslíkové revoluce). Minimálně jsou případy intracelulární symbiózy mezi bakteriemi a archaea prakticky neznámé - i když se bakterie snadno usazují uvnitř eukaryotických buněk.
Shrnutí: Myslím, že kombinace popsaných faktorů by měla vést k tomu, že v naší Galaxii budou miliony planet s bakteriálním životem a mnohem méně (možná jen pár) - se životem eukaryotické a mnohobuněčné úrovně složitosti.
Postscript Boris Stern
Pár slov k ukončení diskuse. Je docela možné, že Evgeny Kunin velmi podceňovala pravděpodobnost původu života za vhodných podmínek. A toto hodnocení musí být bráno vážně. Pokud se mýlil o 900 řádů, nic se to nezmění: jsme všichni stejní všichni sami v horizontu Vesmíru, kde je jen asi 1020–1021 vhodných planet. I když ostatní účastníci diskuse mají pravdu a všechny nejrůznější triky přírody, jako je například neenzymatická replikace, mohou způsobovat, že bude původ života více či méně pravděpodobný, pak to bude velmi primitivní život, v drtivé většině případů nebude schopen přejít na vyšší úroveň rozvoje. Dva panelisté o tom psali černobíle. To je celý Fermiho paradox.
Z toho plynou nejméně dva důležité organizační závěry. Za prvé: Vyvinutý život je nejvzácnějším a nejcennějším fenoménem ve vesmíru. Viz tedy poslední odstavec poznámky Armena Mulkidzhanyana: lidstvo má ušlechtilý celkový cíl - šíření tohoto jevu. Budeme mluvit samostatně o možnostech a metodách dosažení tohoto cíle.
Druhý organizační závěr: zničení tohoto života bude nenapravitelnou ztrátou galaktického nebo dokonce kosmologického měřítka. To by mělo být zohledněno při jejich vlastním hodnocení „jestřábů“a politiků, kteří jsou připraveni uchýlit se k vydírání jaderných zbraní, aby nafoukli svou „velikost“. Totéž platí pro civilizaci nespřízněné spotřeby.
Autoři: Boris Stern, Alexander Markov, Armen Mulkidzhanyan, Evgeny Kunin, Michail Nikitin