سوبرنوفا بقايا N 63A. حقوق الصورة: هابل اضغط للتكبير
أصبحت الحياة على الأرض ممكنة بموت النجوم. تم طرد ذرات مثل الكربون والأكسجين في اللحظات القليلة الأخيرة من موت النجوم بعد استهلاك إمداداتها النهائية من وقود الهيدروجين.
لا يزال لغز هذه الأشياء النجمية معًا لتشكيل الحياة غامضًا ، لكن العلماء يعرفون أن تركيبات ذرية معينة كانت ضرورية. الماء - ذرتان هيدروجين مرتبطتان بذرة أكسجين - كانتا أساسيتين لتنمية الحياة على الأرض ، وبالتالي فإن بعثات وكالة ناسا تبحث الآن عن الماء في عوالم أخرى على أمل إيجاد حياة في مكان آخر. يُعتقد أيضًا أن الجزيئات العضوية التي تم بناؤها في الغالب من ذرات الكربون مهمة ، نظرًا لأن جميع أشكال الحياة على الأرض تعتمد على الكربون.
تقول النظريات الأكثر شيوعًا لأصل الحياة أن الكيمياء الضرورية حدثت في الفتحات الحرارية المائية في قاع المحيط أو في بعض المسبح الضحلة المضاءة بنور الشمس. ومع ذلك ، فقد أظهرت الاكتشافات في السنوات القليلة الماضية أن العديد من المواد الأساسية للحياة تتشكل في الأعماق الباردة للفضاء ، حيث الحياة كما نعرفها غير ممكنة.
بعد أن تحطم النجوم الكربون ، تتحد بعض ذرات الكربون مع الهيدروجين لتكوين هيدروكربونات عطرية متعددة الحلقات (PAHs). PAHs - نوع من السناج الكربوني المشابه للأجزاء المحروقة من الخبز المحمص - هي أكثر المركبات العضوية وفرة في الفضاء ، وهي مكون أساسي من النيازك الكربونية النيزكية. على الرغم من عدم وجود PAHs في الخلايا الحية ، إلا أنه يمكن تحويلها إلى كينونات ، وهي جزيئات تشارك في عمليات الطاقة الخلوية. على سبيل المثال ، تلعب الكينونات دورًا أساسيًا في عملية التمثيل الضوئي ، حيث تساعد النباتات على تحويل الضوء إلى طاقة كيميائية.
يحدث تحول PAHs في السحب بين النجوم من الجليد والغبار. بعد الطفو في الفضاء ، يتكاثر سخام PAH في هذه "السحب الجزيئية الكثيفة". تمنع المواد الموجودة في هذه السحب بعضًا من إشعاع الفضاء القاسي وليس كلها. يعمل الإشعاع الذي يرشح من خلال PAHs والمواد الأخرى في السحب.
كشفت عمليات مراقبة التلسكوب الراديوي بالأشعة تحت الحمراء والغيوم PAHs ، بالإضافة إلى الأحماض الدهنية والسكريات البسيطة وكميات باهتة من جليسين الأحماض الأمينية وأكثر من 100 جزيء آخر ، بما في ذلك الماء وأول أكسيد الكربون والأمونيا والفورمالديهايد وسيانيد الهيدروجين.
لم يتم أخذ الغيوم بشكل مباشر من أي وقت مضى - وهي بعيدة جدًا - لتأكيد ما يحدث كيميائيًا في الغيوم ، قام فريق بحثي بقيادة ماكس بيرنشتاين وسكوت ساندفورد في مختبر الكيمياء الفلكية في مركز أبحاث أميس التابع لناسا بإعداد تجارب لمحاكاة ظروف السحابة.
في إحدى التجارب ، يتم ترسيب خليط PAH / ماء على البخار ثم يتم قصفه بالأشعة فوق البنفسجية (UV). وهذا يسمح للباحثين بملاحظة كيف يتحول الهيكل العظمي الأساسي للهيدروكربونات إلى كينونات. يشعي مزيجًا متجمدًا من الماء والأمونيا وسيانيد الهيدروجين والميثانول (مادة كيميائية سابقة للفورمالديهايد) الأحماض الأمينية جلايسين وألانين وسيرين - الأحماض الأمينية الثلاثة الأكثر وفرة في الأنظمة الحية.
ابتكر العلماء هياكل بدائية شبيهة بالخلايا العضوية أو حويصلات.
نظرًا لأن الأشعة فوق البنفسجية ليست النوع الوحيد من الإشعاع في الفضاء ، فقد استخدم الباحثون أيضًا مولد Van de Graaff لقصف PAHs ببروتونات إلكترون ضخم (MeV) ، والتي لها طاقات مماثلة للأشعة الكونية. كانت نتائج MeV لـ PAHs متشابهة وإن لم تكن متطابقة مع قصف الأشعة فوق البنفسجية. لم يتم إجراء دراسة MeV للأحماض الأمينية حتى الآن.
تشير هذه التجارب إلى أن الأشعة فوق البنفسجية وغيرها من أشكال الإشعاع توفر الطاقة اللازمة لتفكيك الروابط الكيميائية في درجات الحرارة المنخفضة وضغوط السحب الكثيفة. نظرًا لأن الذرات ما زالت عالقة في الجليد ، فإن الجزيئات لا تتطاير ، لكنها تتجمع مجددًا في هياكل أكثر تعقيدًا.
في تجربة أخرى بقيادة جايسون دوركين ، تعرض خليط متجمد من الماء والميثانول والأمونيا وأول أكسيد الكربون للأشعة فوق البنفسجية. أنتج هذا المزيج مادة عضوية شكلت فقاعات عند غمرها في الماء. هذه الفقاعات تذكر بأغشية الخلايا التي تحيط بكيمياء الحياة وتركزها ، وتفصلها عن العالم الخارجي.
كانت الفقاعات المنتجة في هذه التجربة ما بين 10 إلى 40 ميكرومتر ، أو حول حجم خلايا الدم الحمراء. ومن اللافت للنظر ، أن الفقاعات تتوهج أو تتوهج عند تعرضها للأشعة فوق البنفسجية. إن امتصاص الأشعة فوق البنفسجية وتحويلها إلى ضوء مرئي بهذه الطريقة يمكن أن يوفر الطاقة لخلية بدائية. إذا لعبت مثل هذه الفقاعات دورًا في أصل الحياة ، لكان من الممكن أن يكون الإسفار بمثابة مقدمة لعملية التمثيل الضوئي.
يمكن أن يعمل الفلورة أيضًا كواقي من الشمس ، وينشر أي ضرر يمكن أن يتسبب فيه الأشعة فوق البنفسجية. كانت هذه الوظيفة الوقائية ضرورية للحياة على الأرض في وقت مبكر ، لأن طبقة الأوزون ، التي تمنع أشعة الشمس الأكثر تدميراً للأشعة فوق البنفسجية ، لم تتشكل إلا بعد أن بدأت حياة التمثيل الضوئي في إنتاج الأكسجين.
من السحب الفضائية إلى بذور الحياة
تنهار السحب الجزيئية الكثيفة في الفضاء في النهاية لتشكل نجومًا جديدة. يتجمع بعض الغبار المتبقي فيما بعد معًا لتكوين كويكبات ومذنبات ، وتتجمع بعض هذه الكويكبات معًا لتشكل نوى كوكبية. ثم نشأت الحياة على كوكبنا من أي مواد أساسية كانت في متناول اليد.
الجزيئات الكبيرة اللازمة لبناء الخلايا الحية هي:
* البروتينات
* الكربوهيدرات (السكريات)
* الدهون (الدهون)
* احماض نووية
تم العثور على النيازك لاحتواء الأحماض الأمينية (اللبنات الأساسية للبروتينات) والسكريات والأحماض الدهنية (اللبنات الأساسية للدهون) وقواعد الأحماض النووية. نيزك Murchison ، على سبيل المثال ، يحتوي على سلاسل من الأحماض الدهنية ، وأنواع مختلفة من السكريات ، وجميع قواعد الحمض النووي الخمس ، وأكثر من 70 من الأحماض الأمينية المختلفة (تستخدم الحياة 20 حمضًا أمينيًا ، ستة منها فقط في نيزك Murchison).
نظرًا لأن هذه النيازك الكربونية تكون موحدة بشكل عام في التكوين ، يُعتقد أنها تمثل سحابة الغبار الأولية التي ولدت منها الشمس والنظام الشمسي. لذلك يبدو أن كل ما هو ضروري للحياة متاحًا تقريبًا في البداية ، ثم تقوم النيازك والمذنبات بعمل عمليات تسليم جديدة لهذه المواد إلى الكواكب بمرور الوقت.
إذا كان هذا صحيحًا ، وإذا كانت سحب الغبار الجزيئي متشابهة كيميائيًا في جميع أنحاء المجرة ، فيجب أن تكون مكونات الحياة واسعة الانتشار.
الجانب السلبي للإنتاج غير الحيوي لمكونات الحياة هو أنه لا يمكن استخدام أي منها كمؤشرات حيوية ، وهي مؤشرات على أن الحياة موجودة في بيئة معينة.
يشير Max Bernstein إلى نيزك Alan Hills 84001 كمثال للمؤشرات الحيوية التي لم تقدم دليلاً على الحياة. في عام 1996 ، أعلن ديف ماكاي من مركز جونسون للفضاء التابع لناسا وزملاؤه أن هناك أربعة مؤشرات حيوية محتملة داخل هذا النيزك المريخي. يحتوي ALH84001 على كريات كربونية تحتوي على PAHs ، وهو توزيع معدني يوحي بالكيمياء البيولوجية ، وبلورات المغنتيت تشبه تلك التي تنتجها البكتيريا ، والأشكال الشبيهة بالبكتيريا. في حين أن كل واحد منهم لم يكن يعتقد أنه دليل على الحياة ، فإن الأربعة بالتزامن مع ذلك تبدو مقنعة.
بعد إعلان McKay ، وجدت الدراسات اللاحقة أن كلًا من هذه العلامات الحيوية يمكن أيضًا إنتاجها بوسائل غير حية. لذلك يميل معظم العلماء الآن إلى الاعتقاد بأن النيزك لا يحتوي على حياة أجنبية متحجرة.
يقول بيرنشتاين: "بمجرد أن حصلوا على النتيجة ، كان الناس يطلقون النار عليهم لأن هذه هي الطريقة التي يعمل بها". "إن فرصنا في عدم ارتكاب خطأ عندما نضع مؤشرًا حيويًا على كوكب المريخ أو على أوروبا سيكون أفضل بكثير إذا قمنا بالفعل بما يعادل ما فعله هؤلاء الرجال بعد نشر McKay وآخرون مقالتهم."
يقول برنشتاين أنه من خلال محاكاة الظروف على الكواكب الأخرى ، يمكن للعلماء معرفة ما يجب أن يحدث هناك كيميائيًا وجيولوجيًا. بعد ذلك ، عندما نزور كوكبًا ، يمكننا أن نرى مدى تطابق الواقع مع التوقعات. إذا كان هناك أي شيء على هذا الكوكب لم نكن نتوقع العثور عليه ، فقد يكون ذلك مؤشرًا على أن عمليات الحياة قد غيرت الصورة.
يقول برنشتاين: "ما لديك على كوكب المريخ أو على يوروبا هو مادة تم تسليمها". "بالإضافة إلى ذلك ، لديك ما تشكلت لاحقًا من أي ظروف موجودة. لذا (للبحث عن الحياة) ، عليك أن تنظر إلى الجزيئات الموجودة ، وأن تضع في اعتبارك الكيمياء التي ربما حدثت بمرور الوقت. "
يعتقد برنشتاين أن chirality ، أو "handedness" للجزيء ، يمكن أن يكون علامة بيولوجية على عوالم أخرى. غالبًا ما تأتي الجزيئات البيولوجية في شكلين ، بينما متطابقتان كيميائيًا ، إلا أنهما لهما شكلان متعاكسان: شكل "أعسر" ، وصورة مرآة له ، "شكل أعسر". تعود جزيء الجزيء إلى كيفية ارتباط الذرات. في حين أن اليد منتشرة بشكل متساوٍ في جميع أنحاء الطبيعة ، في معظم الحالات ، تحتوي الأنظمة الحية على الأرض على أحماض أمينية أعسر والسكريات اليمنى. يقول برنشتاين ، إذا أظهرت الجزيئات الموجودة على الكواكب الأخرى تفضيلًا مختلفًا في اليد ، فقد يكون ذلك مؤشرًا على الحياة الغريبة.
يقول بيرنشتاين: "إذا ذهبت إلى كوكب المريخ أو أوروبا ورأيت انحيازًا مشابهًا لتحيزنا ، مع وجود السكريات أو الأحماض الأمينية التي نمتلكها ، فإن الناس ببساطة يشكون في أنها تلوث". "ولكن إذا رأيت حمضًا أمينيًا متحيزًا نحو اليمين ، أو إذا رأيت سكرًا منحازًا نحو اليسار - بعبارة أخرى ، ليس شكلنا - فسيكون ذلك مقنعًا حقًا".
ومع ذلك ، يلاحظ بيرنشتاين أن الأشكال المرصعة الموجودة في النيازك تعكس ما يشاهد على الأرض: النيازك تحتوي على أحماض أمينية يسارية وسكر يمنى. إذا كانت النيازك تمثل نموذج الحياة على الأرض ، فإن الحياة في مكان آخر في النظام الشمسي قد تعكس أيضًا نفس التحيز في اليد. وبالتالي ، قد تكون هناك حاجة إلى شيء أكثر من chirality لإثبات الحياة. يقول برنشتاين إن العثور على سلاسل من الجزيئات ، "مثل زوجين من الأحماض الأمينية مرتبطة ببعضها البعض" ، يمكن أن يكون أيضًا دليلًا على الحياة ، "لأنه في النيازك نميل إلى رؤية جزيئات مفردة".
المصدر الأصلي: علم الأحياء الفلكي التابع لناسا
