Prefazione di Boris Stern
Abbiamo da tempo programmato di tenere una discussione relativa all'eterna questione del posto dell'uomo nell'Universo. Questo, ovviamente, riguarda la vita extraterrestre e i pianeti di altre stelle. Al momento si conoscono poco meno di 6mila esopianeti, di cui oltre duemila sono in attesa di conferma indipendente. Ma per la ricerca statistica, puoi usare tutti i 6 mila.
Ci sono pochissimi pianeti tra loro che sono presumibilmente adatti alla vita. Questo è naturale, perché sono i più difficili da trovare: un effetto di selezione molto potente funziona contro pianeti simili alla terra. Sono troppo leggeri per essere catturati dalla velocità radiale di una stella e il loro anno è troppo lungo perché i loro transiti possano essere portati alla luce in modo affidabile dal telescopio spaziale Kepler 1. L'eccezione sono i pianeti nella zona abitabile delle nane rosse, che sono aperti sotto il nostro stesso naso, è molto più facile trovarli. Ci sono molti di questi pianeti, ma, ahimè, le nane rosse sono molto scomode per la vita accanto a loro. Tuttavia, l'estrapolazione dei dati di Keplero per le "terre calde" di stelle come il Sole dà un risultato molto ottimistico: almeno il 15% di queste stelle ha pianeti nella loro zona abitabile. Questa stima è stata ottenuta indipendentemente da molti autori,e col tempo diventa sempre più ottimista: il 20% e anche un quarto dei soli ha terre. Ciò significa che la stella di classe G o K più vicina a noi con la Terra in orbita nell'intervallo abitabile è entro 15 anni luce. Ci sono poche di queste star e stanno già emergendo candidati, ad esempio Tau Ceti. E ci sono molti di questi pianeti entro un raggio, diciamo, di 30 anni luce.
I metodi di osservazione stanno progredendo gradualmente. Nuovi pianeti simili alla Terra vicini verranno scoperti usando lo strumento migliorato HARPS. Nel prossimo decennio impareremo una o due cose sulle atmosfere di alcuni pianeti simili alla Terra usando strumenti come il gigante Extremely Large Telescope (ELT) e il James Webb Space Telescope. Ed è possibile che l'ossigeno compaia nello spettro di assorbimento dell'atmosfera di qualche pianeta di transito (passando attraverso il disco di una stella). Se la stella non è eccessivamente attiva e abbastanza vecchia, l'ossigeno può essere solo biogenico. È così che può essere rilevata la vita extraterrestre.
È vero? Se la vita sorge in qualsiasi angolo non appena si presentano le condizioni per essa, perché no? Ma lo è? Si sostiene spesso che la vita sulla Terra sia apparsa molto rapidamente, il che significa che è così: poche centinaia di milioni di anni sono sufficienti perché appaia in una sorta di zuppa. Ma c'è anche una controargomentazione: una "zuppa" adeguata può esistere solo su un pianeta giovane - la vita nasce rapidamente o mai.
E, naturalmente, c'è il punto di vista opposto: la vita è un fenomeno raro basato su una coincidenza assolutamente incredibile. Il punto di vista più dettagliato su questo argomento, professionale e con stime quantitative, è stato espresso da Evgeny Kunin. La vita si basa sulla copia di lunghe molecole, originariamente erano molecole di RNA. La copia viene eseguita da un certo dispositivo chiamato "replicasi" (queste righe sono state scritte da un fisico, quindi la terminologia dal punto di vista di un biologo è alquanto scomoda). La replica non arriverà da nessuna parte se non è programmata nello stesso RNA che viene copiato.
Secondo Kunin, perché abbia inizio l'auto-riproduzione dell'RNA, e con essa l'evoluzione, “come minimo, è necessaria la comparsa spontanea del successivo.
- Due rRNA con una dimensione totale di almeno 1000 nucleotidi.
- Circa 10 primitivi adattatori di 30 nucleotidi ciascuno, per un totale di circa 300 nucleotidi.
- Almeno un RNA che codifica la replicasi ha una dimensione di circa 500 nucleotidi (punteggio inferiore). Nel modello accettato, n = 1800 e, di conseguenza, E <10 - 1081 ".
Nel frammento dato, si intende una codifica di quattro lettere, il numero di combinazioni possibili è 41800 = 101081, se solo poche di esse avviano il processo di evoluzione, la probabilità dell'assemblaggio richiesto per un "tentativo" di assemblaggio spontaneo è ~ 10-1081.
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Non c'è contraddizione nel fatto che il risultato sia sotto i nostri occhi, non c'è: secondo la teoria dell'inflazione, l'Universo è enorme, decine di ordini di grandezza più grande della sua parte visibile, e se comprendiamo l'universo come uno spazio chiuso, allora ci sono universi con lo stesso vuoto del nostro, un insieme gigantesco … La più piccola probabilità si realizza da qualche parte, dando origine a uno spettatore sorpreso.
Questi due estremi significano molto in termini del nostro posto nell'universo. In ogni caso siamo soli. Ma se la vita esiste a decine di anni luce da noi, questa è la solitudine tecnologica vinta dallo sviluppo e dalla pazienza millenaria. Se la valutazione di Kunin è corretta, questa è una solitudine fondamentale che non può essere superata da nulla. Allora noi e la vita terrena siamo un fenomeno unico nel volume connesso in modo causale dell'Universo. L'unico e il più prezioso. Questo è importante per la futura strategia dell'umanità. Nel primo caso, la base della strategia è la ricerca. Nel secondo caso - semina (esiste anche un termine simile "panspermia diretta"), che include anche la ricerca di un terreno adatto.
Tutto questo merita una discussione. Ci sono scappatoie nell'argomentazione di Kunin? Esistono meccanismi che possono essere individuati aggirando la "complessità irriducibile" del replicatore di RNA? È davvero così imperdonabile? Eccetera.
Abbiamo chiesto a diversi biologi le loro opinioni.
Alexander Markov, Ph. D. biol. scienze, guidato. scientifico. sotr. Istituto Paleontologico RAS, responsabile. Dipartimento di evoluzione biologica, Facoltà di biologia, Università statale di Mosca:
La valutazione di Evgeny Kunin, che implica che siamo irrimediabilmente soli nell'universo, si basa su un presupposto chiave. Kunin credeva che per avviare il processo di replicazione dell'RNA (e con esso l'evoluzione darwiniana; è logico considerare questo momento come il momento dell'origine della vita), fosse necessario che puramente per caso - a seguito di una combinazione casuale di polimerizzazione (ad esempio, su matrici minerali) dei ribonucleotidi - è apparso un ribozima con attività RNA polimerasi, cioè una lunga molecola di RNA che ha una sequenza nucleotidica completamente definita (e non una qualsiasi) e, per questo, è in grado di catalizzare efficacemente la replicazione dell'RNA.
Se non c'è altro modo, un altro "ingresso" nel mondo dei vivi dal mondo della materia inanimata, allora Kunin ha ragione, e dovremmo rinunciare alla speranza di trovare una vita nell'Universo tranne quella terrena. Si può presumere che tutto sia iniziato non con una singola polimerasi altamente efficiente, ma, ad esempio, con una certa comunità di piccole polimerasi e ligasi inefficaci (ribozimi che sono in grado di cucire molecole di RNA corte in molecole più lunghe): forse questo renderà la valutazione un po 'più ottimistica, ma non cambierà radicalmente la situazione. Perché il primo replicatore era ancora molto complesso e sarebbe dovuto apparire senza l'aiuto dell'evoluzione darwiniana, anzi, per caso.
Una valida alternativa è la replicazione non enzimatica dell'RNA (NR RNA): un processo mediante il quale le molecole di RNA vengono replicate senza l'ausilio di ribozimi complessi o enzimi proteici. Un tale processo esiste, è catalizzato da ioni Mg2 +, ma va troppo lentamente e in modo impreciso, almeno nelle condizioni che i ricercatori hanno avuto il tempo di provare.
Tuttavia, c'è la speranza che comunque sia possibile trovare alcune condizioni plausibili (che, in linea di principio, potrebbero esistere su alcuni pianeti), quando l'NR RNA va abbastanza veloce e preciso. Forse questo richiede una sorta di catalizzatore relativamente semplice che può essere sintetizzato in modo abiogenico. È possibile che semplici peptidi abiogenici con diversi residui di acido aspartico caricati negativamente che trattengono gli ioni magnesio possano agire come tali catalizzatori: le proteine RNA polimerasi hanno centri attivi simili e questa possibilità è ora allo studio.
La questione della possibilità di un efficace NR RNA è di fondamentale importanza per valutare la probabilità dell'origine della vita. Se l'NR RNA è possibile, potrebbero esserci parecchi pianeti viventi nell'Universo osservabile. Le differenze fondamentali tra i due scenari - con NR RNA possibile e impossibile - sono mostrate nella tabella. Se NR è possibile, l'evoluzione darwiniana potrebbe iniziare quasi immediatamente dopo la comparsa delle prime molecole di RNA corto. Il vantaggio selettivo avrebbe dovuto essere ottenuto da quelle molecole di RNA che si sono moltiplicate in modo più efficiente per mezzo di HP. Queste potrebbero essere, ad esempio, molecole con ripetizioni palindromiche, che potrebbero esse stesse fungere da primer - "semi" per la replicazione; i palindromi possono piegarsi in strutture tridimensionali - "forcine", che aumentano la probabilità della comparsa di proprietà catalitiche nella molecola di RNA. Comunque, dopoQuando iniziò l'evoluzione darwiniana, l'ulteriore sviluppo della vita fu determinato non solo dal caso, ma anche dalla legge.
Le stime della probabilità (frequenza) dell'origine della vita in questi due scenari dovrebbero differire di un numero enorme di ordini (sebbene, ovviamente, nessuno fornirà cifre esatte). È anche importante notare che se la vita ha avuto origine "secondo Kunin", cioè a causa dell'assemblaggio casuale di un'efficace ribozima-polimerasi, allora il principio di complementarità (accoppiamento specifico dei nucleotidi), su cui la capacità dell'RNA di riprodursi ed evolversi, risulta essere una sorta di "pianoforte tra i cespugli ", Che non aveva nulla a che fare con il fatto che una quantità così grande di molecole di RNA si era accumulata sui pianeti che un ribozima efficace con attività della RNA polimerasi apparve accidentalmente su uno dei pianeti. Se la vita fosse sorta "secondo Shostak" (il premio Nobel Jack Shostak sta ora studiando attivamente NR RNA e crede che questo processo sia la chiave del mistero dell'origine della vita),quindi la complementarità non era un "piano nella boscaglia", ma funzionava fin dall'inizio. Questo rende l'intero scenario dell'origine della vita molto più avvincente e logico. Scommetterei su Shostak.
Quindi, ora tutto dipende dal successo degli specialisti nel campo della chimica prebiotica. Se trovano condizioni realistiche in cui NR RNA sta andando bene, allora abbiamo la possibilità di trovare la vita su altri pianeti. E se no, allora … dobbiamo guardare oltre.
Armen Mulkidzhanyan, Dr. biol. Sciences, Università di Osnabruck (Germania), ha guidato. scientifico. sotr. MSU:
È difficile discutere con il fatto che la vita è nata molto tempo fa e sulla giovane Terra. La terra è composta da rocce condritiche, come meteoriti. Il riscaldamento di queste rocce durante la formazione della Terra ha causato lo scioglimento dell'acqua portato con le condriti. L'interazione dell'acqua con una roccia riscaldata e ridotta avrebbe dovuto portare al rilascio di elettroni, alla formazione di idrogeno e alla riduzione dell'anidride carbonica (CO2) a vari composti organici. Processi simili sono ancora in corso in aree di attività geotermica, ad esempio nei campi geotermici, ma a bassa intensità. Quindi la formazione di materia organica in grandi quantità può essere prevista sui giovani pianeti di altre stelle. La probabilità che la vita possa sorgere in questo caso può essere stimata considerando l'evoluzione della vita terrena.
Per i primi due miliardi di anni, solo i microbi hanno vissuto sulla Terra. Sarebbe continuato così, ma circa 2,5 miliardi di anni fa i batteri fotosintetici hanno imparato a utilizzare l'energia della luce per decomporre l'acqua. La fotosintesi originariamente è nata in sostituzione dei processi geochimici smorzati di "scaricare" gli elettroni in eccesso. Nella fotosintesi, l'energia della luce viene utilizzata per ossidare vari composti, cioè per "togliere" elettroni da loro, per fotoattivare questi elettroni e infine ridurre la CO2 a composti organici da loro. Il sistema di decomposizione dell'acqua è nato come risultato della graduale evoluzione di enzimi fotosintetici più semplici conservati in alcuni batteri. Ci sono diversi scenari molto plausibili per come tali enzimi, usando luce e clorofilla, prima acido solfidrico ossidato (e anche ora alcune persone lo fanno), poi,quando l'idrogeno solforato nel mezzo era esaurito, gli elettroni venivano prelevati dagli ioni di ferro ferroso, quindi dagli ioni di manganese. Di conseguenza, in qualche modo hanno imparato a decomporre l'acqua. In questo caso, gli elettroni sottratti all'acqua sono andati alla sintesi della materia organica e l'ossigeno è stato rilasciato come sottoprodotto. L'ossigeno è un agente ossidante molto forte. Ho dovuto difendermi contro di lui. L'emergere della multicellularità, del sangue caldo e, in definitiva, dell'intelligenza sono tutti diversi stadi di protezione dall'ossidazione da parte dell'ossigeno atmosferico.sangue caldo e, in definitiva, ragione: questi sono tutti diversi stadi di protezione contro l'ossidazione da parte dell'ossigeno atmosferico.sangue caldo e, in definitiva, ragione: questi sono tutti diversi stadi di protezione contro l'ossidazione da parte dell'ossigeno atmosferico.
La decomposizione dell'acqua avviene in un unico centro catalitico contenente un ammasso di quattro atomi di manganese e un atomo di calcio. In questa reazione, che richiede quattro quanti di luce, due molecole d'acqua (2 H2O) si decompongono contemporaneamente per formare una molecola di ossigeno (O2). Ciò richiede l'energia di quattro quanti di luce. Sugli atomi di manganese, in risposta all'assorbimento di tre quanti di luce, vengono accumulati in sequenza tre posti vacanti di elettroni ("buchi") e solo quando il quarto quanto di luce viene assorbito, entrambe le molecole d'acqua vengono ossidate, i buchi vengono riempiti di elettroni e si forma una molecola di ossigeno. Sebbene la struttura del cluster di manganese sia stata recentemente determinata con alta precisione, il funzionamento di questo dispositivo a quattro tempi non è completamente compreso. Non è anche chiaro come e perché nel centro catalitico, dove nei batteri fotosintetici primitivi, apparentemente,Gli ioni di manganese sono stati ossidati, quattro dei suoi atomi combinati con un atomo di calcio in un ammasso in grado di decomporre l'acqua. Anche la termodinamica della partecipazione della clorofilla all'ossidazione dell'acqua è misteriosa. Teoricamente, la clorofilla sotto illuminazione può ossidare l'idrogeno solforato, il ferro e il manganese, ma non l'acqua. Tuttavia, si ossida. In generale, è come se fosse un calabrone: "Secondo le leggi dell'aerodinamica, un calabrone non può volare, ma non lo sa e vola solo per questo motivo".
È molto difficile valutare la probabilità di un sistema di decomposizione dell'acqua. Ma questa probabilità è molto piccola, poiché in 4,5 miliardi di anni un tale sistema è emerso solo una volta. Non ce n'era bisogno in particolare e senza di essa i microbi prospererebbero sulla Terra, essendo inclusi nei cicli geochimici. Inoltre, dopo la comparsa dell'ossigeno nell'atmosfera, la maggior parte della biosfera microbica dovrebbe essere morta o, più precisamente, bruciata: l'interazione della materia organica con l'ossigeno è la combustione. Solo i microbi sono sopravvissuti, avendo imparato a respirare, cioè a riportare rapidamente l'ossigeno all'acqua direttamente sul loro guscio esterno, impedendogli di entrare, così come gli abitanti delle poche nicchie ecologiche prive di ossigeno rimaste.
Questa storia può servire come esempio di un evento relativamente recente (circa 2,5 miliardi di anni fa) e relativamente comprensibile che ha portato a un forte aumento della complessità dei sistemi viventi. Tutto è iniziato con cambiamenti graduali negli enzimi fotosintetici. Poi ci fu un'invenzione evolutiva una tantum e molto non banale (grappolo manganese-calcio), che potrebbe non essere stata. I successivi enormi cambiamenti furono una reazione alla comparsa di ossigeno "tossico" nell'atmosfera: la selezione darwiniana si accese a piena potenza, dovetti imparare a respirare profondamente e muovere il cervello.
In totale, abbiamo un processo che si svolge in tre fasi: (1) cambiamenti graduali - (2) un evento improbabile una tantum - (3) ulteriore evoluzione, ma a un livello diverso o in condizioni diverse. Questo schema può essere considerato un analogo molecolare dello schema classico delle aromorfosi di Severtsov.
Se guardiamo all'evoluzione post-ossigeno, possiamo identificare molti altri eventi di una volta tanto improbabili che hanno cambiato il corso dell'evoluzione. Questo è l '"assemblaggio" di una cellula eucariotica complessa, e l'emergere di piante vascolari e varie "scoperte" nell'evoluzione degli animali, di cui, infatti, Severtsov ha scritto.
L'emergere della vita, che nel quadro dell'ipotesi del mondo RNA è inteso come l'emergere di insiemi auto-riproducenti di molecole di RNA (replicatori), può anche essere rappresentato come un processo a tre stadi.
1) Fase preparatoria: i ribonucleotidi formanti RNA sono in grado di "assemblare" spontaneamente da molecole semplici come il cianuro o la formammide sotto l'influenza della luce ultravioletta (UV). Era in abbondanza sulla giovane Terra; non c'era ancora ozono che assorbe i raggi ultravioletti nell'atmosfera, poiché non c'era ossigeno, vedi sopra. Come hanno dimostrato Pouner e Saderland (Università di Manchester), i nucleotidi in una speciale forma ciclica "attivata" vengono "selezionati" nella luce UV, tali nucleotidi sono in grado di formare spontaneamente catene di RNA. Inoltre, le doppie catene di RNA Watson-Crick sono significativamente più resistenti ai raggi UV rispetto a quelle singole: questo risultato è stato descritto da Evgeny Kunin nel suo primo lavoro pubblicato nel 1980. Cioè, sulla giovane Terra, a causa del flusso di elettroni "extra", si potrebbero formare una varietà di molecole organiche,ma sotto l'influenza della forte radiazione solare, furono principalmente molecole simili a RNA, preferibilmente avvolte in strutture elicoidali, a sopravvivere.
2) Un evento unico e improbabile: un insieme di diverse molecole simili a RNA ha iniziato a copiare se stesso (miliardi di anni dopo, gruppi di RNA auto-copianti simili sono stati ottenuti dalla selezione dell'RNA in condizioni di laboratorio).
3) Evoluzione successiva: i replicatori di RNA hanno iniziato a competere tra loro per le risorse, si sono evoluti, si uniscono in comunità più grandi, ecc.
Lo svantaggio di questo schema ipotetico è che non sono noti né i dettagli molecolari dell'origine dei replicatori di RNA, né i fattori naturali che contribuiscono alla loro selezione. La speranza è data dal fatto che nel caso del prossimo evento evolutivo più importante (ea sua volta), ovvero l'emergere di ribosomi, macchine per la sintesi proteica, dettagli molecolari sono stati ricostruiti. Ciò è stato fatto con vari metodi in quattro laboratori; i risultati delle ricostruzioni sono molto simili. In breve, l'antenato dei moderni ribosomi molto complessi era un costrutto di due anelli di RNA di 50-60 ribonucleotidi ciascuno, in grado di combinare due amminoacidi con un legame peptidico. Le fasi intermedie del percorso da questa struttura a due anelli ai ribosomi moderni sono state seguite in dettaglio da Konstantin Bokov e Sergey Stadler (Università di Montreal),Il premio Nobel Ada Yonath e colleghi (Weizmann Institute), George Fox e colleghi (Università di Houston) e Anton Petrov e colleghi (Università della Georgia).
Il ribosoma, che inizialmente aveva una subunità catalitica di RNA, divenne gradualmente più complesso e aumentò di dimensioni, sintetizzando per tutto questo tempo sequenze proteiche da un insieme casuale di amminoacidi. Solo negli ultimi stadi della sua evoluzione si è fuso con un'altra molecola di RNA, che è diventata una piccola subunità del ribosoma, e ha avuto inizio la sintesi proteica codificata. Pertanto, l'emergere del codice genetico è un evento evolutivo improbabile separato dall'emergere della sintesi proteica ribosomiale.
Molto probabilmente, ulteriori ricerche permetteranno di ricostruire sia l'emergere di replicatori che altri eventi improbabili, ad esempio quelli associati all'emergenza delle prime cellule, lo scambio di geni tra le prime cellule e virus, ecc.
Ritornando alle domande poste sulle probabilità: la nostra considerazione dettagliata mostra che l'evoluzione della vita terrena non è una "coincidenza assolutamente incredibile", ma molti eventi successivi estremamente improbabili.
Molto probabilmente la generazione potente di materia organica stava avvenendo su altri giovani pianeti. Ma questo non ha necessariamente portato alla nascita della vita. Se l'insieme di RNA autoreplicante non si fosse raccolto sulla Terra, non ci sarebbe stata vita. La produzione di materia organica svanirebbe gradualmente e la Terra diventerebbe simile a Marte o Venere.
Ma anche nel caso dell'emergere della vita su altri pianeti, questa vita potrebbe "rimanere bloccata" in qualsiasi fase iniziale, e la probabilità di rimanere per sempre a un livello primitivo di sviluppo era incomparabilmente più alta della probabilità di salire il gradino successivo e andare oltre.
Pertanto, la probabilità di incontrare saggi alieni su un altro pianeta è incommensurabilmente inferiore alla possibilità di entrare in una melma semplice ma vivente (e questo se sei molto fortunato). Anche la probabilità che ci sia vita di ossigeno da qualche parte è incommensurabilmente piccola: la decomposizione dell'acqua per formare ossigeno è una reazione di quattro elettroni molto non banale.
Quindi costruire una strategia nella speranza di trovare un'intelligenza aliena non è molto intelligente. Il fatto che ci siano (per ora) esseri intelligenti sulla Terra è un grandissimo successo. Pertanto, ha molto più senso investire nella creazione di "aeroporti alternativi" per la vita intelligente già esistente nel caso in cui la natura fallisca o gli stessi vettori della mente falliscano. Ciò significa che abbiamo bisogno di una Terra di riserva, o anche meglio di alcune.
Evgeny Kunin, guidato. scientifico. sotr. National Center for Biotechnology Information, membro della US National Academy of Sciences:
Posso limitarmi a brevissime osservazioni, poiché sono pienamente d'accordo con tutto ciò che ha detto Alexander Markov … tranne, ovviamente, le conclusioni. In effetti, lo stadio limitante nell'emergere della vita è la formazione spontanea di una popolazione di molecole di ribozima-polimerasi con una velocità e una precisione di auto-copiatura sufficientemente elevate. La probabilità di un simile evento è incredibilmente piccola. Per aumentarlo in modo significativo, è necessario un processo che crei la possibilità di evoluzione senza la partecipazione di tali ribozimi, in un sistema molto più semplice. La replicazione non enzimatica discussa da Alexander è un buon candidato per tale processo. L'unico problema è che, sulla base di tutto ciò che so dalla chimica e dalla termodinamica, non c'è alcuna possibilità di portare queste reazioni al livello di replicazione sufficientemente accurata di molecole lunghe. La replica di oligonucleotidi molto corti sarebbe molto interessante come possibile passaggio intermedio, ma non aumenterà significativamente la probabilità. Quindi, la mia conclusione rimane la stessa: l'emergere della vita richiede eventi estremamente improbabili e, quindi, siamo soli nel nostro Universo (la questione degli universi multipli non è necessaria per discutere qui). Non solo siamo esseri intelligenti, ma più in generale, esseri viventi in generale.
È importante notare quanto segue: la probabilità estremamente bassa che si verifichi la vita non significa in alcun modo che tutto sia avvenuto per miracolo. Al contrario, sono tutte una serie di normali reazioni chimiche, includendo solo stadi con una probabilità molto bassa. Di conseguenza, studiare i meccanismi che in qualche modo facilitano l'emergere della vita non è solo privo di significato, ma estremamente importante e interessante. Non è (ancora) visibile (ancora) che questo potrebbe aumentare significativamente la probabilità, ma la creazione di uno scenario di eventi potrebbe aiutare.
Ebbene, concludo con una considerazione quasi filosofica, ma, a mio avviso, rilevante. La probabilità estremamente bassa dell'emergere della vita viola il principio di mediocrità: gli eventi che si sono verificati sul nostro pianeta sono eccezionali, persino unici nell'Universo. Il principio di mediocrità in questo caso perde rispetto al principio antropico: per quanto incredibile fosse l'emergere della vita a priori, A CONDIZIONE dell'esistenza di esseri intelligenti, e solo cellule, la sua probabilità è esattamente uguale a 1.
Mikhail Nikitin, ricercatore sotr. Dipartimento di Biochimica Evoluzionistica, Istituto di ricerca di biologia fisico-chimica. A. N. Belozersky Università statale di Mosca:
Mi sembra che la vita di un livello batterico di complessità sia diffusa nell'Universo, ma lo sviluppo di animali multicellulari ed esseri potenzialmente intelligenti è molto meno probabile.
Perché penso che la vita batterica sia altamente probabile?
Il ragionamento di Kunin si basa su esperimenti sulla selezione artificiale di ribozimi-replicasi, che copiano le molecole di RNA e possono potenzialmente copiare se stesse. Tutti questi ribozimi hanno una lunghezza dell'ordine di 200 nucleotidi e la probabilità di ottenerli per autoassemblaggio casuale è dell'ordine di 4-200. Tuttavia, questi esperimenti non hanno tenuto conto di molti fattori importanti che potrebbero, in primo luogo, garantire la replicazione utilizzando ribozimi più brevi e più semplici, e in secondo luogo, prima dell'inizio di qualsiasi replicazione, dirigere l'autoassemblaggio verso RNA strutturati in grado di funzionare come ribozimi. Alcuni di questi fattori sono già stati citati da altri autori: replicazione non enzimatica di Shostak, selezione per l'autoadescamento nel "mondo dei palindromi" di Markov, selezione per la resistenza ai raggi UV, che dirige l'autoassemblaggio dell'RNA verso strutture a forcina proposte da Mulkidzhanyan). Aggiungerò a questo elenco substrati minerali e "trappole termiche" (pori stretti con un gradiente di temperatura) che rendono molto facile la copia dell'RNA. Inoltre, poiché abbiamo un semplice sistema genetico autoreplicante, l'evoluzione darwiniana con un'alta probabilità creerà rapidamente sulla sua base una cellula batterica o qualcosa di simile - con una membrana cellulare che mantiene una composizione salina costante all'interno della cellula.
Perché credo che l'evoluzione della vita da cellule semplici ad animali multicellulari possa essere molto improbabile? Ci sono due considerazioni qui, una più geologica, l'altra puramente biologica. Cominciamo con il primo.
In paleontologia, è stato stabilito in modo affidabile che l'evoluzione degli organismi è molto irregolare. Crisi e rivoluzioni si alternano a periodi di stasi, talvolta molto lunghi. Il periodo di stasi più lungo è stato chiamato il "miliardo noioso" ed è durato la maggior parte del Proterozoico - da circa 2 a 0,8 miliardi di anni fa. È stato preceduto dalla comparsa dell'ossigeno nell'atmosfera, dall'emergere di cellule eucariotiche e dalla glaciazione globale degli Uroni, e si è conclusa con la più grande glaciazione di Sturt nella storia della Terra, un aumento del contenuto di ossigeno a valori quasi moderni e la comparsa di animali multicellulari. Anche l'evoluzione fu relativamente lenta nell'Eone Archeano tra 3,5 e 2,5 miliardi di anni fa rispetto sia al precedente Eone Catarchico (il tempo dell'emergere della vita e del tardo bombardamento di meteoriti) sia alla successiva rivoluzione dell'ossigeno. Le ragioni di questa irregolarità non sono completamente comprese. Personalmente mi sembra convincente che la "rivoluzione dell'ossigeno" (la massiccia diffusione di cianobatteri produttori di ossigeno) sia stata associata all'esaurimento delle riserve di ferro ridotto (ferroso) nell'acqua dell'oceano. Finché c'era abbastanza ferro nell'oceano, i microbi prosperavano grazie alla fotosintesi ossidante del ferro più semplice e sicura. Non è l'ossigeno che viene rilasciato in esso, ma i composti di ossido di ferro - magnetiti ed ematiti, che si sono depositati sul fondo del mare in tutto l'Archeano. L'apporto di nuovo ferro al mare (principalmente da fonti idrotermali sul fondo) è diminuito con il diminuire dell'attività geologica del pianeta, e infine la crisi delle risorse ha costretto i microbi fotosintetici a passare a una più complessa "tecnologia" della fotosintesi dell'ossigeno. Allo stesso modo,la causa del “noioso miliardo” potrebbe essere il consumo costante di ossigeno per l'ossidazione di vari minerali sulla terra, che non consente di aumentare il contenuto di ossigeno oltre l'1–2%. Nei sedimenti marini proterozoici, ci sono molte tracce di ossidazione a terra dei minerali di solfuro, a causa della quale i fiumi trasportavano nell'oceano solfati, arsenico, antimonio, rame, cromo, molibdeno, uranio e altri elementi che erano quasi assenti nell'oceano Archeano. La crisi del tardo proterozoico con glaciazioni globali, un rapido aumento del contenuto di ossigeno e la comparsa di animali multicellulari potrebbero essere stati causati dall'esaurimento di minerali facilmente ossidabili sulla terra.a causa della quale i fiumi trasportavano nell'oceano solfati, arsenico, antimonio, rame, cromo, molibdeno, uranio e altri elementi che erano quasi assenti nell'oceano Archeano. La crisi del tardo proterozoico con glaciazioni globali, un rapido aumento del contenuto di ossigeno e la comparsa di animali multicellulari potrebbero essere stati causati dall'esaurimento di minerali facilmente ossidabili sulla terra.a causa della quale i fiumi trasportavano nell'oceano solfati, arsenico, antimonio, rame, cromo, molibdeno, uranio e altri elementi che erano quasi assenti nell'oceano Archeano. La crisi del tardo proterozoico con glaciazioni globali, un rapido aumento del contenuto di ossigeno e la comparsa di animali multicellulari potrebbero essere stati causati dall'esaurimento di minerali facilmente ossidabili sulla terra.
Pertanto, la tempistica dell'inizio di due rivoluzioni chiave (fotosintesi dell'ossigeno e animali multicellulari) è stata probabilmente determinata dall'equilibrio dei processi biologici (fotosintesi) e geologici (rilascio di ferro ferroso e altre sostanze ossidabili da sfiati idrotermali e vulcani a terra). È del tutto possibile che su altri pianeti queste rivoluzioni avvengano molto più tardi. Ad esempio, un pianeta più massiccio (super-terra) perderà l'attività geologica più lentamente, rilascerà ferro nell'oceano più a lungo e potrebbe ritardare la rivoluzione dell'ossigeno di miliardi di anni. I pianeti nella zona abitabile delle nane rosse riceveranno poca luce visibile adatta alla fotosintesi e anche le loro biosfere rischiano di rimanere bloccate in una fase priva di ossigeno. Anche la quantità di acqua sul pianeta è importante. Se l'intero pianeta è coperto da un oceano profondo, allora sarà carente di fosforo,proveniente principalmente da vulcani terrestri, e se c'è poca acqua, anche l'area oceanica a disposizione dei microbi fotosintetici sarà piccola (prima della comparsa delle piante multicellulari, la produttività degli ecosistemi terrestri era trascurabile rispetto ai mari). Cioè, ci sono molte ragioni per cui la biosfera può rimanere bloccata in uno stadio microbico privo di ossigeno e non svilupparsi in animali. Il tempo per lo sviluppo, a proposito, è limitato: la luminosità delle stelle aumenta con il tempo e la Terra in 1,5-2 miliardi di anni si surriscalderà irreversibilmente, i suoi oceani evaporeranno e il crescente effetto serra la trasformerà nella seconda Venere. Nelle nane rosse la luminosità cresce più lentamente, ma i loro pianeti possono diventare inabitabili a causa della scomparsa del campo magnetico e della conseguente perdita di acqua nello spazio, come è avvenuto su Marte.allora anche l'area dell'oceano a disposizione dei microbi fotosintetici sarà piccola (prima della comparsa delle piante multicellulari, la produttività degli ecosistemi terrestri era trascurabile rispetto ai mari). Cioè, ci sono molte ragioni per cui la biosfera può rimanere bloccata in uno stadio microbico privo di ossigeno e non svilupparsi in animali. Il tempo per lo sviluppo, a proposito, è limitato: la luminosità delle stelle aumenta con il tempo e la Terra in 1,5-2 miliardi di anni si surriscalderà irreversibilmente, i suoi oceani evaporeranno e il crescente effetto serra la trasformerà nella seconda Venere. Nelle nane rosse la luminosità cresce più lentamente, ma i loro pianeti possono diventare inabitabili a causa della scomparsa del campo magnetico e della conseguente perdita di acqua nello spazio, come è avvenuto su Marte.anche l'area dell'oceano a disposizione dei microbi fotosintetici sarà piccola (prima dell'avvento delle piante multicellulari, la produttività degli ecosistemi terrestri era trascurabile rispetto ai mari). Cioè, ci sono molte ragioni per cui la biosfera può rimanere bloccata in uno stadio microbico privo di ossigeno e non svilupparsi in animali. Il tempo per lo sviluppo, a proposito, è limitato: la luminosità delle stelle aumenta con il tempo e la Terra in 1,5-2 miliardi di anni si surriscalderà irreversibilmente, i suoi oceani evaporeranno e il crescente effetto serra la trasformerà nella seconda Venere. Nelle nane rosse la luminosità cresce più lentamente, ma i loro pianeti possono diventare inabitabili a causa della scomparsa del campo magnetico e della conseguente perdita di acqua nello spazio, come è avvenuto su Marte.accessibile ai microbi fotosintetici (prima della comparsa delle piante multicellulari, la produttività degli ecosistemi terrestri era trascurabile rispetto ai mari). Cioè, ci sono molte ragioni per cui la biosfera può rimanere bloccata in uno stadio microbico privo di ossigeno e non svilupparsi in animali. Il tempo per lo sviluppo, a proposito, è limitato: la luminosità delle stelle aumenta con il tempo e la Terra in 1,5-2 miliardi di anni si surriscalderà irreversibilmente, i suoi oceani evaporeranno e il crescente effetto serra la trasformerà nella seconda Venere. Nelle nane rosse la luminosità cresce più lentamente, ma i loro pianeti possono diventare inabitabili a causa della scomparsa del campo magnetico e della conseguente perdita di acqua nello spazio, come accaduto su Marte.accessibile ai microbi fotosintetici (prima della comparsa delle piante multicellulari, la produttività degli ecosistemi terrestri era trascurabile rispetto ai mari). Cioè, ci sono molte ragioni per cui la biosfera può rimanere bloccata in uno stadio microbico privo di ossigeno e non svilupparsi in animali. Il tempo per lo sviluppo, a proposito, è limitato: la luminosità delle stelle aumenta con il tempo e la Terra in 1,5-2 miliardi di anni si surriscalderà irreversibilmente, i suoi oceani evaporeranno e il crescente effetto serra la trasformerà nella seconda Venere. Nelle nane rosse la luminosità cresce più lentamente, ma i loro pianeti possono diventare inabitabili a causa della scomparsa del campo magnetico e della conseguente perdita di acqua nello spazio, come accaduto su Marte. Il tempo per lo sviluppo, a proposito, è limitato: la luminosità delle stelle aumenta con il tempo e la Terra in 1,5-2 miliardi di anni si surriscalderà irreversibilmente, i suoi oceani evaporeranno e il crescente effetto serra la trasformerà nella seconda Venere. Nelle nane rosse la luminosità cresce più lentamente, ma i loro pianeti possono diventare inabitabili a causa della scomparsa del campo magnetico e della conseguente perdita di acqua nello spazio, come accaduto su Marte. Il tempo per lo sviluppo, a proposito, è limitato: la luminosità delle stelle aumenta con il tempo e la Terra tra 1,5-2 miliardi di anni inizierà a riscaldarsi irreversibilmente, i suoi oceani evaporeranno e il crescente effetto serra la trasformerà in una seconda Venere. Nelle nane rosse la luminosità cresce più lentamente, ma i loro pianeti possono diventare inabitabili a causa della scomparsa del campo magnetico e della conseguente perdita di acqua nello spazio, come è avvenuto su Marte.
La seconda considerazione riguarda l'emergere di eucarioti - cellule con un nucleo. Le cellule eucariotiche sono molto più grandi e complesse di quelle dei batteri e degli archei e sono apparse più tardi, molto probabilmente durante la "rivoluzione dell'ossigeno". La cellula eucariotica è apparsa come una chimera da una cellula archeologica, un batterio simbiotico che si è insediato al suo interno e, forse, un virus che li ha infettati (o anche più di uno). La struttura del genoma degli eucarioti mostra in modo inequivocabile che la loro evoluzione iniziale non è avvenuta a causa della selezione naturale, ma per molti aspetti nonostante. In piccole popolazioni, la selezione non è molto efficiente e tratti leggermente deleteri possono radicarsi a causa della deriva genica e di altri processi puramente casuali. Questo è dettagliato nel capitolo corrispondente della Logica del caso di Kunin e suggerisceche l'emergere di eucarioti può essere molto improbabile anche in un ambiente adatto (biosfera batterica che entra nella rivoluzione dell'ossigeno). Come minimo, i casi di simbiosi intracellulare tra batteri e archaea sono praticamente sconosciuti, sebbene i batteri si stabiliscano facilmente all'interno delle cellule eucariotiche.
Riassumendo: penso che la combinazione dei fattori descritti dovrebbe portare al fatto che nella nostra Galassia ci saranno milioni di pianeti con vita batterica e molto meno (forse, solo pochi) - con vita di un livello di complessità eucariotico e multicellulare.
Post scriptum di Boris Stern
Poche parole per concludere la discussione. È del tutto possibile che Evgeny Kunin abbia fortemente sottovalutato la probabilità dell'origine della vita in condizioni adeguate. Tuttavia, questa valutazione deve essere presa sul serio. Se si sbagliava di 900 ordini di grandezza, non cambia nulla: siamo tutti uguali soli nell'orizzonte dell'Universo, dove ci sono solo circa 1020-1021 pianeti adatti. Anche se il resto dei partecipanti alla discussione ha ragione e tutti i tipi di trucchi della Natura come la replicazione non enzimatica possono rendere più o meno probabile l'origine della vita, sarà una vita molto primitiva, nella stragrande maggioranza dei casi, non in grado di saltare a un livello di sviluppo più elevato. Due relatori hanno scritto su questo in bianco e nero. Questo è l'intero paradosso di Fermi.
Quindi, seguono almeno due importanti conclusioni organizzative. Primo: la vita sviluppata è il fenomeno più raro e prezioso nell'universo. Pertanto, vedi l'ultimo paragrafo della nota di Armen Mulkidzhanyan: l'umanità ha un nobile obiettivo totale: la diffusione di questo fenomeno. Parleremo separatamente delle possibilità e dei metodi per raggiungere questo obiettivo.
La seconda conclusione organizzativa: la distruzione di questa vita sarà una perdita irreparabile di scala galattica o anche cosmologica. Questo dovrebbe essere preso in considerazione nella loro valutazione dei "falchi" e dei politici che sono pronti a ricorrere al ricatto nucleare per gonfiare la propria "grandezza". Lo stesso vale per una civiltà del consumo sfrenato.
Autori: Boris Stern, Alexander Markov, Armen Mulkidzhanyan, Evgeny Kunin, Mikhail Nikitin
