Предговор от Борис Щерн
Отдавна планираме да проведем дискусия, свързана с вечния въпрос за мястото на човека във Вселената. Това, разбира се, се отнася до извънземен живот и планети от други звезди. В момента са известни малко по-малко от 6 хиляди екзопланети, от които над две хиляди очакват независимо потвърждение. Но за статистически изследвания можете да използвате всичките 6 хиляди.
Между тях има много малко планети, които уж са подходящи за живот. Това е естествено, защото те са най-трудните за намиране: много мощен селекционен ефект действа срещу планети, подобни на земята. Те са твърде леки, за да бъдат уловени чрез метода на радиална скорост на звезда, а годината им е твърде дълга, за да бъдат надеждно изкопани транзитите им в данните на космическия телескоп Кеплер. Изключение правят планетите в обитаемата зона на червени джуджета, които са отворени под нашите носове, много по-лесно е да ги открием. Има много такива планети, но, уви, червените джуджета са много неудобни за живота до тях. Екстраполацията на данните на Кеплер за "горещите земи" на звезди като Слънцето обаче дава много оптимистичен резултат: поне 15% от тези звезди имат планети в обитаемата им зона. Тази оценка е получена независимо от много автори,и с течение на времето става все по-оптимистично: 20% и дори една четвърт от слънцето имат земи. Това означава, че най-близката до нас звезда от клас G или K със Земя в орбита в обитаемия обхват е в рамките на 15 светлинни години. Такива звезди са малко и вече се очертават кандидати, например Тау Сети. И има много такива планети в радиус от, да речем, 30 светлинни години.
Методите за наблюдение постепенно напредват. Ще бъдат открити нови близки до Земята планети с помощта на подобрения инструмент HARPS. В следващото десетилетие ще научим нещо или две за атмосферите на някои планети, подобни на Земята, с помощта на инструменти като гигантския изключително голям телескоп (ELT) и космическия телескоп на Джеймс Уеб. И е възможно кислородът да се появи в абсорбционния спектър на атмосферата на някаква транзитна планета (преминаваща през диска на звезда). Ако звездата не е прекалено активна и достатъчно стара, кислородът може да бъде само биогенен. Ето как може да се открие извънземен живот.
Истинско ли е? Ако животът възникне в който и да е кът, веднага щом възникнат условия за него - защо не? Но нали? Често се прави аргументът, че животът на Земята се е появил много бързо, което означава, че това е така - няколкостотин милиона години са достатъчни, за да се появи в някакъв вид супа. Но има и контрааргумент - подходяща „супа“може да съществува само на млада планета - животът възниква бързо или никога.
И, разбира се, има обратната гледна точка: животът е рядко явление, основано на напълно невероятно съвпадение. Най-подробната гледна точка по този въпрос, професионална и с количествени оценки, изрази Евгений Кунин. Животът се основава на копиране на дълги молекули, първоначално те са били молекули на РНК. Копирането се извършва от определено устройство, наречено „реплика“(тези редове са написани от физик, следователно терминологията от гледна точка на биолог е донякъде неудобна). Репликацията няма да дойде от никъде, ако не е програмирана в същата РНК, която се копира.
Според Кунин, за да започне самовъзпроизвеждането на РНК и с него еволюцията, „като минимум, е необходима спонтанната поява на следващата.
- Две рРНК с общ размер най-малко 1000 нуклеотиди.
- Приблизително 10 примитивни адаптери по 30 нуклеотида всеки, за общо около 300 нуклеотида.
- Поне една реплика, кодираща РНК, е с размер приблизително 500 нуклеотида (долен резултат). В приетия модел, n = 1800, и в резултат на това Е <10 - 1081 ".
В дадения фрагмент имаме предвид четирибуквено кодиране, броят на възможните комбинации е 41800 = 101081, ако само няколко от тях стартират процеса на еволюция, тогава вероятността от необходимия сбор при един "опит" на спонтанно сглобяване е ~ 10-1081.
Промоционално видео:
Няма противоречие във факта, че резултатът е пред очите ни, няма: според теорията за инфлацията Вселената е огромна, десетки порядки по-големи от видимата й част и ако разбираме Вселената като затворено пространство, тогава има вселени със същия вакуум като нашата, гигантски набор … Най-малката вероятност е реализирана някъде, което поражда изненадан гледач.
Тези две крайности означават много по отношение на мястото ни във Вселената. Във всеки случай ние сме сами. Но ако животът съществува десетки светлинни години далеч от нас, това е технологична самота, преодоляна от развитието и хилядолетното търпение. Ако оценката на Кунин е правилна, това е основна самота, която не може да бъде преодоляна с нищо. Тогава ние и земният живот сме уникално явление в причинно-следствения обем на Вселената. Единственото и най-ценното. Това е важно за бъдещата стратегия на човечеството. В първия случай основата на стратегията е търсенето. Във втория случай - сеитба (има дори такъв термин "насочена панспермия"), който включва и търсенето на подходяща почва.
Всичко това заслужава дискусия. Има ли вратички в аргумента на Кунин? Има ли някакви механизми, които могат да бъдат открити чрез заобикаляне на "неприводима сложност" на РНК репликатора? Наистина ли е толкова непростимо? И т.н.
Попитахме няколко биолози за техните мнения.
Александър Марков, д.м.н. Biol. науки, води. научен. sotr. Палеонтологичен институт РАН, ръководител. Катедра по биологична еволюция, Биологически факултет, Московски държавен университет:
Оценката на Евгений Кунин, която предполага, че ние сме безнадеждно сами във Вселената, се основава на едно ключово предположение. Кунин е вярвал, че за да започне процесът на репликация на РНК (и с нея еволюцията на Дарвин; логично е този момент да се счита за момента на възникването на живота), е било необходимо чисто случайно - в резултат на случайна комбинация от полимеризиране (например на минерални матрици) рибонуклеотиди - се появи рибозим с активност на РНК полимераза, тоест дълга молекула на РНК, която има напълно определена (и не просто всяка) нуклеотидна последователност и поради това е в състояние ефективно да катализира репликацията на РНК.
Ако няма друг начин, друг „вход“в света на живите от света на неживата материя, тогава Кунин е прав и ние трябва да се откажем от надеждата да намерим някакъв живот във Вселената, освен земния. Може да се предположи, че всичко е започнало не с една-единствена високоефективна полимераза, а например с определена общност от малки, неефективни полимерази и лигази (рибозими, които са в състояние да шият къси РНК молекули в по-дълги): може би това ще направи оценката малко по-оптимистична, но няма да промени съществено ситуацията. Защото първият репликатор все още беше много сложен и трябваше да се появи без помощта на дарвинистката еволюция - всъщност случайно.
Жизнеспособна алтернатива е неензимната РНК репликация (NR RNA): процес, при който молекулите на РНК се репликират без помощта на сложни рибозими или протеинови ензими. Такъв процес съществува, катализира се от йони на Mg2 +, но той протича твърде бавно и неточно - поне при условията, които изследователите са имали време да опитат.
Въпреки това, има надежда, че въпреки това ще бъде възможно да се намерят някои правдоподобни условия (които по принцип биха могли да съществуват на някои планети), когато NR РНК върви достатъчно бързо и точно. Може би това изисква някакъв сравнително прост катализатор, който може да бъде синтезиран по абиогенен начин. Възможно е прости абиогенни пептиди с няколко отрицателно заредени остатъци от аспарагинова киселина, които задържат магнезиеви йони, да действат като такива катализатори: протеиновите РНК полимерази имат подобни активни центрове и тази възможност сега се изследва.
Въпросът за възможността за ефективна NR РНК е от съществено значение за оценка на вероятността от произхода на живота. Ако NR РНК е възможна, тогава може да има доста живи планети в наблюдаваната Вселена. Фундаменталните разлики между двата сценария - с възможна и невъзможна NR РНК - са показани в таблицата. Ако NR е възможен, еволюцията на Дарвин може да започне почти веднага след появата на първите къси молекули на РНК. Селективното предимство би трябвало да бъде получено от тези молекули на РНК, които се размножават по-ефективно с помощта на HP. Това могат да бъдат например молекули с палиндромни повторения, които сами биха могли да служат като праймери - „семена“за репликация; палиндромите могат да се сгънат в триизмерни структури - "фиби за коса", което увеличава вероятността от появата на каталитични свойства в молекулата на РНК. Както и да е, следТъй като еволюцията на Дарвини започнала, по-нататъшното развитие на живота се определяло не само случайно, но и от закона.
Прогнозите за вероятността (честотата) на произхода на живота при тези два сценария трябва да се различават с огромен брой поръчки (въпреки че, разбира се, никой няма да даде точни цифри). Важно е също така да се отбележи, че ако животът е възникнал „според Кунин“, тоест поради случайното сглобяване на ефективна рибозим-полимераза, тогава принципът на допълняемост (специфично сдвояване на нуклеотиди), на който способността на РНК да се възпроизвежда и еволюира, се оказва своеобразно „пиано в храстите”, Което няма нищо общо с факта, че такова огромно количество РНК молекули се е натрупало на планетите, че ефективен рибозим с активност на РНК полимераза случайно се появи на една от планетите. Ако животът възникна "според Шостак" (Нобеловият лауреат Джак Шостак сега активно изучава NR RNA и вярва, че този процес е ключът към мистерията на произхода на живота),тогава допълването не беше „пиано в храсталака“, а работеше от самото начало. Това прави целия сценарий за възникване на живота много по-завладяващ и логичен. Бих заложил на Шостак.
По този начин, сега всичко зависи от успеха на специалистите в областта на пребиотичната химия. Ако намерят реалистични условия, при които NR РНК върви добре, тогава имаме шанс да намерим живот на други планети. И ако не, тогава … трябва да погледнем по-нататък.
Армен Мулкиджанян, д-р Biol. Sci., University of Osnabrück (Германия), ръководител. научен. sotr. MSU:
Трудно е да се спори с факта, че животът е възникнал отдавна и на младата Земя. Земята е съставена от хондритни скали, като метеорити. Нагряването на тези скали по време на образуването на Земята предизвика топенето на водата, донесена с хондрити. Взаимодействието на водата с нагрята, редуцирана скала би трябвало да доведе до отделяне на електрони, образуване на водород и намаляване на въглеродния диоксид (CO2) до различни органични съединения. Подобни процеси все още се извършват в области с геотермална активност, например в геотермални полета, но с ниска интензивност. Така че образуването на органична материя в големи количества може да се очаква на младите планети на други звезди. Вероятността животът да възникне в този случай може да се прецени, като се разгледа еволюцията на земния живот.
Първите два милиарда години на Земята са живели само микроби. Това би продължило по този начин, но преди около 2,5 милиарда години фотосинтетичните бактерии се научиха да използват енергията на светлината за разлагане на водата. Първоначално фотосинтезата възниква като заместител на амортизираните геохимични процеси на "изхвърляне" на излишните електрони. При фотосинтезата енергията на светлината се използва за окисляване на различни съединения, тоест за „отнемане“на електрони от тях, за фотоактивиране на тези електрони и в крайна сметка намаляване на CO2 до органични съединения от тях. Системата за разлагане на водата е възникнала в резултат на постепенното развитие на по-прости фотосинтетични ензими, запазени в някои бактерии. Има няколко много правдоподобни сценария как такива ензими, използвайки светлина и хлорофил, първо окисляват сероводород (и дори сега го правят някои хора),тъй като сероводородът в средата се е изчерпал, електроните са взети от железни йони, а след това от манганови йони. В резултат на това те някак се научиха да разлагат водата. В този случай електроните, отнети от водата, преминават към синтеза на органична материя и кислородът се отделя като страничен продукт. Кислородът е много силно окисляващо средство. Трябваше да се защитавам срещу него. Появата на многоклетъчност, топлокръвност и в крайна сметка интелигентност са различни етапи на защита срещу окисляване с атмосферен кислород.топлокръвност и в крайна сметка причина - всичко това са различни етапи на защита срещу окисляване с атмосферен кислород.топлокръвността и в крайна сметка причината са всички различни етапи на защита срещу окисляване с атмосферен кислород.
Разлагането на водата става в уникален каталитичен център, съдържащ струпване от четири манганови атома и един калциев атом. При тази реакция, която изисква четири кванта светлина, две водни молекули (2 H2O) се разлагат наведнъж, за да образуват една молекула кислород (O2). Това изисква енергията на четири кванта светлина. Върху мангановите атоми в отговор на поглъщането на три светлинни кванта последователно се натрупват три електронни ваканции ("дупки") и едва когато се абсорбира четвъртият квант светлина, двете водни молекули се окисляват, дупките се пълнят с електрони и се образува кислородна молекула. Въпреки че наскоро структурата на мангановия клъстер е определена с висока точност, как работи това четиритактово устройство не е напълно разбрано. Не е ясно също как и защо в каталитичния център, къде в примитивните фотосинтетични бактерии, очевидно,манганови йони се окисляват, четири от неговите атоми се комбинират с калциев атом в клъстер, способен да разлага вода. Термодинамиката на участието на хлорофила във водното окисляване също е загадъчна. Теоретично хлорофилът при осветяване може да окисли водороден сулфид, желязо и манган, но не и вода. Окислява обаче. Като цяло, това е като за пчела: "Според законите на аеродинамиката пчела не може да лети, но той не знае за това и лети само по тази причина."
Много е трудно да се оцени вероятността от система за разлагане на водата. Но тази вероятност е много малка, тъй като за 4,5 милиарда години такава система се е появила само веднъж. Нямаше особена нужда от него и без него микробите щяха да процъфтяват на Земята, включени в геохимичните цикли. Освен това, след появата на кислород в атмосферата, голяма част от микробната биосфера би трябвало да умре или по-точно да изгори - взаимодействието на органичната материя с кислорода е изгаряне. Оцелели са само микробите, научили се да дишат, тоест бързо да възстановяват кислорода обратно във водата директно върху външната им обвивка, предотвратявайки я отвътре, както и жителите на малкото останали безкислородни екологични ниши.
Тази история може да служи като пример за сравнително скорошно (преди около 2,5 милиарда години) и сравнително разбираемо събитие, довело до рязко увеличаване на сложността на живите системи. Всичко започна с постепенни промени във фотосинтетичните ензими. Тогава имаше еднократно и много нетривиално еволюционно изобретение (манган-калциев клъстер), което може би не беше. Последвалите огромни промени бяха реакция на появата на "токсичен" кислород в атмосферата: Дарвиновата селекция се включи с пълна мощност, трябваше да се науча да дишам по-дълбоко и да движа мозъка си.
Общо имаме процес, който протича на три етапа: (1) постепенни промени - (2) еднократно малко вероятно събитие - (3) по-нататъшна еволюция, но на различно ниво или в различни условия. Тази схема може да се разглежда като молекулен аналог на класическата схема на ароморфозите на Северцов.
Ако погледнете еволюцията след кислорода, можете да идентифицирате още няколко такива малко вероятни еднократни събития, променили хода на еволюцията. Това е „сглобяването“на сложна еукариотна клетка и появата на съдови растения, както и различни „пробиви“в еволюцията на животните, за които всъщност пише Северцов.
Появата на живот, която в рамките на хипотезата на света на РНК се разбира като появата на самовъзпроизвеждащи се ансамбли от РНК молекули (репликатори), също може да бъде представена като процес на три етапа.
1) Подготвителен стадий: РНК-образуващите рибонуклеотиди са в състояние спонтанно да се „сглобят“от прости молекули като цианид или формамид под въздействието на ултравиолетова (UV) светлина. Той беше в изобилие на младата Земя; все още нямаше абсорбиращ ултравиолетовия озон в атмосферата, тъй като нямаше кислород, вижте по-горе. Както показаха Pouner и Saderland (University of Manchester), нуклеотидите в специална, "активирана" циклична форма се "селектират" в UV светлина; такива нуклеотиди могат да образуват спонтанно РНК вериги. Нещо повече, двойните, РНК вериги на Уотсън-Крик са значително по-устойчиви на UV лъчение от единичните - този резултат е описан от Евгений Кунин в първата му публикувана работа през 1980 г. Тоест, на младата Земя, поради притока на „допълнителни“електрони, биха могли да се образуват различни органични молекули, т.е.но под въздействието на твърда слънчева радиация оцеляват предимно РНК-подобни молекули, за предпочитане навити в спирални структури.
2) Еднократно, малко вероятно събитие: ансамбъл от няколко молекули, подобни на РНК, започна сам да се копира (милиарди години по-късно подобни секопиращи РНК ансамбли са получени чрез селекция на РНК в лабораторни условия).
3) Последваща еволюция: репликаторите на РНК започнаха да се конкурират помежду си за ресурси, да се развиват, да се обединяват в по-големи общности и т.н.
Недостатъкът на тази хипотетична схема е, че не са известни нито молекулните подробности за произхода на РНК репликаторите, нито природните фактори, които допринасят за техния избор. Надежда се дава от факта, че в случай на следващото най-важно (и от своя страна) еволюционно събитие, а именно появата на рибозоми, машини за синтез на протеини, са реконструирани молекулни детайли. Това става по различни методи в четири лаборатории; резултатите от реконструкциите са много сходни. Накратко, прародителят на съвременните много сложни рибозоми е бил конструкция от две РНК бримки от 50-60 рибонуклеотида всяка, способна да комбинира две аминокиселини с пептидна връзка. Междинните етапи по пътя от тази двуконтурна структура до съвременните рибозоми бяха проследени подробно от Константин Боков и Сергей Щадлер (Университета в Монреал),Нобелов лауреат Ада Йонат и колегите му (Институт Вайцман), Джордж Фокс и колегите му (Университет в Хюстън) и Антон Петров и колегите (Университет Джорджия).
Рибозомата, която в началото има една каталитична РНК субединица, постепенно става по-сложна и се увеличава по размер, през цялото това време синтезира протеинови последователности от произволен набор от аминокиселини. Едва на последните етапи от своята еволюция тя се слива с друга РНК молекула, която се превръща в малка субединица на рибозомата и започва кодираният синтез на протеин. По този начин появата на генетичния код е малко вероятно еволюционно събитие, отделно от появата на синтез на рибозомни протеини.
Най-вероятно допълнителните изследвания ще дадат възможност да се реконструира както появата на репликатори, така и други малко вероятни събития, например тези, свързани с появата на първите клетки, обмена на гени между първите клетки и вируси и т.н.
Връщайки се към въпросите, свързани с вероятностите: нашето подробно разглеждане показва, че еволюцията на земния живот не е едно „абсолютно невероятно съвпадение“, а много последователни изключително невероятни събития.
Мощното генериране на органична материя най-вероятно става на други млади планети. Но това не води непременно до появата на живота. Ако саморепликиращият се РНК ансамбъл не се беше събрал на Земята, нямаше да има живот. Производството на органична материя постепенно ще избледнее и Земята ще стане подобна на Марс или Венера.
Но дори и в случай на появата на живот на други планети, този живот би могъл да се „забие“на всеки начален етап и вероятността завинаги да остане на примитивно ниво на развитие беше несравнимо по-висока от вероятността да се изкачи на следващата стъпка и да продължи напред.
Следователно вероятността да срещнете мъдри извънземни на друга планета е неизмеримо по-малка от шанса да попаднете в обикновена, но жива тиня там (и това е, ако имате голям късмет). Вероятността, че някъде има живот на кислород, също е неизмеримо малка: разграждането на водата за образуване на кислород е много нетривиална реакция на четири електрона.
Така че изграждането на всяка стратегия с надеждата да намерим извънземно разузнаване просто не е много умно. Фактът, че на Земята има (засега) интелигентни същества, е много голям успех. Затова има много по-голям смисъл да инвестирате в създаването на "алтернативни летища" за вече съществуващия интелигентен живот в случай, че природата се провали или самите преносители на ума се провалят. Това означава, че се нуждаем от резервна Земя или още по-добре няколко.
Евгений Кунин, ръководител. научен. sotr. Национален център за информация за биотехнологиите, член на Националната академия на науките на САЩ:
Мога да се огранича до много кратки забележки, тъй като съм напълно съгласен с всичко казано от Александър Марков … с изключение, разбира се, на изводите. Всъщност ограничаващият етап в появата на живота е спонтанното формиране на популация от рибозим-полимеразни молекули с достатъчно висока скорост и точност на самокопирането. Вероятността за такова събитие е изчезващо малка. За да го увеличите значително, е необходим процес, който създава възможност за еволюция без участието на такива рибозими в много по-опростена система. Неензимната репликация, обсъдена от Александър, е добър кандидат за такъв процес. Единствената неприятност е, че въз основа на всичко, което знам от химията и термодинамиката, няма шанс тези реакции да бъдат доведени до нивото на достатъчно точна репликация на дълги молекули. Възпроизвеждането на много къси олигонуклеотиди би било много интересно като възможен междинен етап, но няма значително да увеличи вероятността. По този начин моето заключение остава същото: появата на живота изисква крайно малко вероятни събития и следователно ние сме сами в нашата Вселена (въпросът за множеството вселени не е необходимо да се обсъжда тук). Не само ние сме интелигентни същества, но по-общо казано, живи същества като цяло.
Важно е да се отбележи следното: изключително ниската вероятност от възникване на живот по никакъв начин не означава, че всичко е станало по чудо. Напротив, всички те са поредица от нормални химични реакции, включително и етапи с много малка вероятност. Следователно изучаването на механизмите, които по някакъв начин улесняват възникването на живота, е не само безсмислено, но изключително важно и интересно. Просто не се вижда (все още), че това може значително да увеличи вероятността, но създаването на сценарий на събитията може да помогне.
Е, ще завърша с квазифилософски, но според мен релевантно внимание. Изключително ниската вероятност от появата на живот нарушава принципа на посредствеността: събитията, настъпили на нашата планета, са изключителни, дори уникални във Вселената. Принципът на посредствеността в този случай губи от антропния принцип: колкото и невероятно да е възникването на живота априори, ПРЕД СЪСТОЯНИЕТО на съществуването на интелигентни същества и просто клетки, вероятността му е точно равна на 1.
Михаил Никитин, изследовател sotr. Катедра по еволюционна биохимия, Научноизследователски институт по физикохимична биология. А. Н. Белозерски Московски държавен университет:
Струва ми се, че животът на бактериално ниво на сложност е широко разпространен във Вселената, но развитието за многоклетъчни животни и потенциално интелигентни същества е много по-малко вероятно.
Защо мисля, че животът на бактерии е много вероятен?
Разсъжденията на Кунин се основават на експерименти върху изкуствения подбор на рибозими-реплики, които копират молекулите на РНК и потенциално могат да се копират. Всички тези рибозими са от порядъка на 200 нуклеотиди с дължина, а вероятността за получаването им чрез произволно самосглобяване е от порядъка на 4-200. Тези експерименти обаче не вземат предвид много важни фактори, които биха могли да осигурят репликация, използвайки по-къси и опростени рибозими, и второ, преди началото на всяка репликация, да направят самостоятелно сглобяване към структурирани РНК, способни да работят като рибозими. Някои от тези фактори вече са посочени от други автори: неензимната репликация на Шостак, подбор за самозасмукване в „света на палиндромите“, селекция за UV устойчивост, която насочва самосглобяването на РНК към структурите на шпилките, предложени от Мулкиджанян). Ще добавя към този списък минерални субстрати и "топлинни капани" (тесни пори с температурен градиент), които правят РНК копирането много лесно. Освен това, тъй като ние имаме проста самовъзпроизвеждаща се генетична система, Дарвиновата еволюция с голяма вероятност бързо ще създаде на нейната основа бактериална клетка или нещо подобно - с клетъчна мембрана, която поддържа постоянен солен състав вътре в клетката.
Защо вярвам, че еволюцията на живота от прости клетки до многоклетъчни животни може да е много малко вероятна? Тук има две съображения, едно повече геоложки, друго чисто биологично. Нека започнем с първата.
В палеонтологията е надеждно установено, че еволюцията на организмите е много неравномерна. Кризите и революциите се редуват с периоди на застоя, понякога много дълги. Най-дългият период на застой се наричаше "скучния милиард" и продължи по-голямата част от протерозоя - от преди около 2 до 0,8 милиарда години. Той беше предшестван от появата на кислород в атмосферата, появата на еукариотни клетки и глобалното ледене на Хурон и завърши с най-голямото ледство на Стурт в историята на Земята, увеличаване на съдържанието на кислород до почти съвременни стойности и появата на многоклетъчни животни. Еволюцията също беше сравнително бавна в археоновия еон преди 3,5 и 2,5 милиарда години в сравнение както с предишния Катархийски еон (времето на възникване на живота и късното бомбардиране с метеорит), така и с последвалата кислородна революция. Причините за тази неравномерност не са напълно изяснени. Струва ми се лично убедително, че „кислородната революция“(масовото разпространение на цианобактерии, произвеждащи кислород) е свързана с изчерпването на запасите от редуцирано (железно) желязо в океанската вода. Докато в океана имало достатъчно желязо, микробите процъфтявали там, използвайки по-опростена и по-безопасна окисляваща желязо фотосинтеза. В него не се отделя кислород, а съединения на железен оксид - магнетити и хематити, които се отлагат на морското дъно в целия Архей. Снабдяването с ново желязо в морето (главно от хидротермални източници на дъното) намалява, тъй като геоложката активност на планетата отшумява и накрая ресурсната криза принуди фотосинтезиращите микроби да преминат към по-сложна „технология“на фотосинтезата на кислорода. По същия начин,причината за „скучния милиард“може да бъде постоянната консумация на кислород за окисляването на различни минерали на сушата, което не позволява повишаване на съдържанието на кислород над 1–2%. В морските утайки на протерозой има много следи от окисляване на сулфидни руди на сушата, поради което реките пренасят сулфати, арсен, антимон, мед, хром, молибден, уран и други елементи в океана, които почти липсват в Археанския океан. Късната протерозойна криза с глобални заледявания, бързо увеличаване на съдържанието на кислород и появата на многоклетъчни животни може да са причинени от изчерпването на лесно окислени минерали на сушата.поради което реките пренасяха сулфати, арсен, антимон, мед, хром, молибден, уран и други елементи в океана, които почти липсваха в Археанския океан. Късната протерозойска криза с глобални заледявания, бързо увеличаване на съдържанието на кислород и появата на многоклетъчни животни може да са причинени от изчерпването на лесно окислени минерали на сушата.поради което реките пренасяха сулфати, арсен, антимон, мед, хром, молибден, уран и други елементи в океана, които почти липсваха в Археанския океан. Късната протерозойна криза с глобални заледявания, бързо увеличаване на съдържанието на кислород и появата на многоклетъчни животни може да са причинени от изчерпването на лесно окислени минерали на сушата.
По този начин времето на настъпване на две ключови обороти (кислородна фотосинтеза и многоклетъчни животни) вероятно се определя от баланса на биологичните (фотосинтеза) и геологичните (отделяне на железно желязо и други окислителни вещества чрез хидротермални отвори и наземни вулкани). Напълно възможно е, че на други планети тези революции идват много по-късно. Например, една по-масивна планета (свръх-земя) ще губи по-бавно геоложката активност, ще освобождава желязо в океана по-дълго и може да забави кислородната революция с милиарди години. Планетите в обитаемата зона на червените джуджета ще получат малко видима светлина, подходяща за фотосинтеза, а техните биосфери също рискуват да се задържат в етап без кислород. Количеството вода на планетата също е важно. Ако цялата планета е покрита от дълбок океан, тогава тя ще има недостиг на фосфор, т.е.идват главно от сухоземни вулкани и ако има малко вода, тогава зоната на океана, достъпна за фотосинтезиращи микроби, също ще бъде малка (преди появата на многоклетъчни растения, производителността на сухоземните екосистеми беше незначителна в сравнение с моретата). Тоест, има много причини, поради които биосферата може да се задържи в микробна фаза без кислород и да не се развие в животни. Времето за развитие, между другото, е ограничено: светимостта на звездите се увеличава с времето и Земята след 1,5-2 милиарда години ще се загрее необратимо, океаните й ще се изпарят, а нарастващият парников ефект ще я превърне във втората Венера. При червените джуджета светимостта расте по-бавно, но техните планети могат да станат необитаеми поради изчезването на магнитното поле и последващата загуба на вода в космоса, както се случи на Марс.площта на океана, достъпна за фотосинтетични микроби, също ще бъде малка (преди появата на многоклетъчните растения, производителността на сухоземните екосистеми беше незначителна в сравнение с моретата). Тоест, има много причини, поради които биосферата може да се задържи в микробна фаза без кислород и да не се развие в животни. Времето за развитие, между другото, е ограничено: светимостта на звездите се увеличава с времето и Земята след 1,5-2 милиарда години ще се загрее необратимо, океаните й ще се изпарят, а нарастващият парников ефект ще я превърне във втората Венера. При червените джуджета светимостта расте по-бавно, но техните планети могат да станат необитаеми поради изчезването на магнитното поле и последващата загуба на вода в космоса, както се случи на Марс.площта на океана, достъпна за фотосинтетични микроби, също ще бъде малка (преди появата на многоклетъчните растения, производителността на сухоземните екосистеми беше незначителна в сравнение с моретата). Тоест, има много причини, поради които биосферата може да се задържи в микробна фаза без кислород и да не се развие в животни. Времето за развитие, между другото, е ограничено: светимостта на звездите се увеличава с времето и Земята след 1,5-2 милиарда години ще се загрее необратимо, океаните й ще се изпарят, а нарастващият парников ефект ще я превърне във втората Венера. При червените джуджета светимостта расте по-бавно, но техните планети могат да станат необитаеми поради изчезването на магнитното поле и последващата загуба на вода в космоса, както се случи на Марс.достъпни за фотосинтетични микроби (преди появата на многоклетъчни растения, производителността на сухоземните екосистеми беше незначителна в сравнение с моретата). Тоест, има много причини, поради които биосферата може да се задържи в микробна фаза без кислород и да не се развие в животни. Времето за развитие, между другото, е ограничено: светимостта на звездите се увеличава с времето и Земята след 1,5-2 милиарда години ще се загрее необратимо, океаните й ще се изпарят, а нарастващият парников ефект ще я превърне във втората Венера. При червените джуджета светимостта расте по-бавно, но техните планети могат да станат необитаеми поради изчезването на магнитното поле и последващата загуба на вода в космоса, както се случи на Марс.достъпни за фотосинтетични микроби (преди появата на многоклетъчни растения, производителността на сухоземните екосистеми беше незначителна в сравнение с моретата). Тоест, има много причини, поради които биосферата може да се задържи в микробна фаза без кислород и да не се развие в животни. Времето за развитие, между другото, е ограничено: светимостта на звездите се увеличава с времето и Земята след 1,5-2 милиарда години ще се загрее необратимо, океаните й ще се изпарят, а нарастващият парников ефект ще я превърне във втората Венера. При червените джуджета светимостта расте по-бавно, но техните планети могат да станат необитаеми поради изчезването на магнитното поле и последващата загуба на вода в космоса, както се случи на Марс. Времето за развитие, между другото, е ограничено: светимостта на звездите се увеличава с времето и Земята след 1,5-2 милиарда години ще се загрее необратимо, океаните й ще се изпарят, а нарастващият парников ефект ще я превърне във втората Венера. При червените джуджета светимостта расте по-бавно, но техните планети могат да станат необитаеми поради изчезването на магнитното поле и последващата загуба на вода в космоса, както се случи на Марс. Между другото, времето за развитие е ограничено: светимостта на звездите се увеличава с времето, а Земята след 1,5-2 милиарда години необратимо ще се нагрее, океаните й ще се изпарят, а нарастващият парников ефект ще я превърне във втората Венера. При червените джуджета светимостта расте по-бавно, но техните планети могат да станат необитаеми поради изчезването на магнитното поле и последващата загуба на вода в космоса, както се случи на Марс.
Второто съображение се отнася до появата на еукариоти - клетки с ядро. Еукариотичните клетки са много по-големи и по-сложни от тези на бактериите и археите и се появяват по-късно, най-вероятно по време на „кислородната революция“. Еукариотичната клетка се появи като химера от археална клетка, симбиотична бактерия, която се е настанила вътре в нея и, вероятно, вирус, който ги е заразил (или дори повече от една). Структурата на генома на еукариотите недвусмислено показва, че ранната им еволюция е възникнала не поради естествен подбор, а в много отношения, въпреки. При малките популации селекцията не е много ефективна и леко вредните черти могат да се укрепят поради дрейфа на гените и други чисто случайни процеси. Това е подробно описано в съответната глава на Логиката на късмета на Кунин и предполагаче появата на еукариоти може да бъде много малко вероятно дори в подходяща среда (бактериална биосфера, навлизаща в кислородна революция). Като минимум случаите на вътреклетъчна симбиоза между бактерии и археи са практически неизвестни - въпреки че бактериите се заселват лесно в еукариотни клетки.
Обобщавайки: Смятам, че комбинацията от описаните фактори трябва да доведе до факта, че в нашата Галактика ще има милиони планети с бактериален живот и много по-малко (вероятно, само няколко) - с живот на еукариотично и многоклетъчно ниво на сложност.
Постскриптът на Борис Стърн
Няколко думи за приключване на дискусията. Напълно възможно е Евгений Кунин силно да подцени вероятността от произхода на живота при подходящи условия. И все пак тази оценка трябва да се вземе на сериозно. Ако беше сбъркан с 900 порядъка, това не променя нищо: всички сме еднакви в хоризонта на Вселената, където има само около 1020-1021 подходящи планети. Дори и останалите участници в дискусията да са правилни и всякакви трикове на Природата като неензимна репликация могат да направят произхода на живота по-малко или по-малко вероятно, това ще бъде много примитивен живот, в преобладаващото мнозинство от случаите, неспособен да скочи на по-високо ниво на развитие. Двама участници писаха за това черно и бяло. Това е целият парадокс на Ферми.
Следователно следват най-малко два важни организационни заключения. Първо: Развитият живот е най-редкото и най-ценното явление във Вселената. Ето защо вижте последния параграф от бележката на Армен Мулкиджанян: човечеството има една благородна обща цел - разпространението на това явление. Ще говорим отделно за възможностите и методите за постигане на тази цел.
Вторият организационен извод: унищожаването на този живот ще бъде непоправима загуба на галактически или дори космологичен мащаб. Това трябва да се вземе предвид при тяхната собствена оценка на „ястребите“и политиците, които са готови да прибягнат до ядрен шантаж, за да надуят собственото си „величие“. Същото се отнася и за цивилизацията на необузданото потребление.
Автори: Борис Щерн, Александър Марков, Армен Мулкиджанян, Евгений Кунин, Михаил Никитин