Bernstein Max P. Sandford Scott A. Allamandola Louis J. - Pozaziemskie cząsteczki życia.pdf - świat nauki - joliet_

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.

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

PüYTKA

Z SOLI

CZSTECZKI

GAZOWE

DETEKTOR

PODCZERWIENI

KOMORA SYMULACYJNA

å WIAT N AUKI WrzesieÄ 1999 53

PROMIENIOWANIE

ULTRAFIOLETOWE

METANOL

W¢GLOWODîR

CHINON

WODA

TLENEK

W¢GLA

RDZEÁ

KRZEMIANOWY

DWUTLENEK

W¢GLA

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

Bernstein Max P. Sandford Scott A. Allamandola Louis J. - Pozaziemskie cząsteczki życia.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: