Węglowy szowinizm w praktyce – Bennu pełna składowych życia

Wyniki analiz próbek asteroidy Bennu, które sprowadziła sonda OSIRIS-REx są naprawdę fascynujące. Niedawno pojawiło się kilka publikacji kreślących fascynujący obraz młodego Układu Słonecznego. A że nie ma powodów by uznawać nasz układ za wyjątkowy, to rzutują one na cały kosmos. Chodzi oczywiście o warunki dla życia.

Wygląda na to, że asteroida zawiera bardzo dużo tak zwanego pre-solarnego pyłu. Widać też ślady przemian materiału, które musiały zachodzić w kontakcie z ciekłą wodą. Jednocześnie wymieszane jest to z materiałami, które raczej nie miały kontaktu z wodą. Wskazuje to na bardzo bogatą historię Bennu. Asteroida prawdopodobnie miała wiele przygód, kolizji, etapów gromadzenia materiału i tracenia go. Oczywiście wykryto wodę, węgiel, ale to tylko początek.

Odkryto też formaldehyd, aminokwasy (w naszych ciałach budują białka), fosforany, a także wszystkie pięć zasad azotowych nukleotydów budujących DNA i RNA. Oraz cukry, w tym ryboza. Tym samym mamy wszystkie części składowe RNA w próbce z pierwotnej asteroidy. Wykryte zostały również inne cukry w tym glukoza. I sole. Autorzy jednego z badań sądzą, że cukry mogły powstać w pierwotnej solance, w obecności formaldehydu. Niezależnie od tego jak powstały, to odkrycie pokazuje jeszcze dobitniej niż wcześniejsze, że w podstawowe składowe życia najpewniej były i są powszechne w kosmosie.

Większość tych składników znajdowano już wcześniej, często były to jednak meteoryty odkryte na Ziemi, więc można było zarzucać zanieczyszczenie próbek czy reakcje, które zaszły już po upadku na Ziemię, tu mamy pewność, że składowe RNA (który ocenia się jako prawdopodobny prekursor DNA i życia ogółem) krążą w kosmosie i trafiają na różne światy. Jeśli tylko znajdą podatny grunt, mogą prowadzić do powstania życia. Doskonale pasuje to do tego co obserwujemy na historycznej Ziemi. Gdy tylko planeta ostygła na tyle, by było to możliwe, pojawiło się życie.

Węglowy szowinizm górą. Wszechświat może tętnić życiem, opartym o węgiel i genetyczny alfabet, który znamy z Ziemi. Oczywiście potrzebne są odpowiednie egzoplanety, ale wiemy, że planet w kosmosie jest więcej niż ziaren piachu na wszystkich plażach naszego świata. Jeśli choć jedna na milion się nadaje, to w samej Drodze Mlecznej są ich tysiące… Oczywiście na drodze do złożonych form życia jest jeszcze wiele przeszkód, to to już inny temat.

Zanim przejdziemy do źródeł. Mamy dla Was fajną okazję egzoplanetarną - w tym tygodniu pakiety “Nieba pełnego planet” dostępne są w niższej wyprzedażowej cenie: Ideaman.tv/niebo-pelne-planet. Może wylądują pod czyjąś choinką. Istotną część książki poświęciłem temu jakie wyzwania leżą na drodze pomiędzy powstaniem życia a technologiczną cywilizacją.

Źródła:
Bio-essential sugars in samples from asteroid Bennu
Nitrogen- and oxygen-rich organic material indicative of polymerization in pre-aqueous cryochemistry on Bennu’s parent body
Abundant supernova dust and heterogeneous aqueous alteration revealed by stardust in two lithologies of asteroid Bennu
Prebiotic organic compounds in samples of asteroidBennu indicate heterogeneous aqueous alteration

I jeszcze YouTube:
Anton Petrov
John Michael Godier
Fraser Cain

Fotosynteza jest możliwa na planetach czerwonych karłów

Chcę Wam dziś opowiedzieć o eksperymencie jaki przeprowadzili naukowcy z Uniwersytetu Padewskiego. Czerwone karły dominują liczebnie we wszechświecie. Dlatego tak wiele rozważań w kontekscie życia na egzoplanetach tyczy się tego, czy te drobne i relatywnie chłodne gwiazdy mogą stwarzać dlań odpowiednie warunki.

Dziś skupimy się na jednym z tych aspektów. Czerwone karły emitują większość energii w podczerwonej części światła. W przypadku Słońca większość stanowi światło widzialne. Choć maksimum przypada na barwę zieloną większość ziemskich roślin preferuje światło niebieskie i czerwone. Chlorofil w liściach odbija światło zielone. Wielu naukowców wyrażało wątpliwości, czy fotosynteza mogłaby funkcjonować w warunkach świetlnych czerwonych karłów.

Co najmniej częściowej odpowiedzi udzieliła Nicoletta La Rocca, biolożka ewolucyjna i jej zespół. W swoim eksperymencie sprawdzili jak z światłem takich gwiazd poradzą sobie cyjanobakterie. Umieścili je w atmosferze podobnej do młodej Ziemi i poddali działaniu światła LEDowego o analogicznym spektrum. Cyjanobakterie to jedne z najprostszych organizmów zdolnych do fotosyntezy. Jak się okazalo, rozwijały się całkiem dobrze. Zachęceni wynikami naukowcy przeprowadzili ten sam eksperyment z zielonymi i czerwonymi algami. Również rozwijały się poprawnie.

Warto zwrócić uwagę, że mówimy tu o organizmach fotosyntetycznych, które ewoluowały w warunkach innego oświetlenia. Można zatem założyć, że lokalne organizmy byłyby jeszcze lepiej przystosowane do światła czerwonego karła. To oczywiście nie wyczerpuje wątpliwości tyczących się życia na planetach czerwonych karłów.


Badanie: "Photosynthesis under simulated red dwarf star light: Exploring the limits of par radiation" - Nicoletta La Rocca, Riccardo Claudi, Luca Poletto, Mariano Battistuzzi, LorenzoCocola, Eleonora Alei2, Bernardo Salasnich, Tomas Morosinotto

Grafika pochodzi z profilu https://www.facebook.com/NASAWebb/

Musimy porozmawiać o fosforze (i Enceladusie)

Tekst z fanpage z października 2022.

Nadarzyła się dobra okazja byśmy porozmawiali sobie o fosforze. Będzie to częściowe przypomnienie tego co już napisałem w mojej książce, w rozdziale pod chwytliwym tytułem “Węglowy szowinista”. Życie na Ziemi składa się w znakomitej większości z sześciu pierwiastków chemicznych. To wodór, tlen, węgiel, azot, fosfor i siarka. Pięć z nich znajduje się w grupie dziesięciu najpowszechniej występujących pierwiastków w kosmosie. Szósty to fosfor. Na milion atomów we wszechświecie tylko siedem to atomy fosforu (siarka - 500, azot - 1000, węgiel - 5000, tlen 10 000, wodór 750 000).

A jednak jest nieodzowny dla życia jakie znamy. Stanowi część DNA, kręgosłupa życia. Jest też obecny w ATP - związku stanowiącym nośnik energii dla całego życia na Ziemi. Niech to wsiąknie - absolutnie każda komórka, od bakterii przez dziobaka po płetwala błękitnego korzysta z DNA i ATP. Choć fosfor nie jest powszechnym pierwiastkiem ewolucja próbująca wszystkiego co popadnie nie znalazła alternatywy (wyobraźmy sobie jak miażdżącą przewagę miałby organizm, który mógłby zastąpić fosfor znacznie łatwiej dostępnym potasem, sodem czy wapniem).

Fosfor stanowiący siedem milionowych materii we wszechświecie, stanowi jedną setną każdego człowieka. Jak wiemy (a jak nie wiecie to może powinniście kupić “Niebo pełne planet”), składowe chemii życia - kwasy nukleinowe, lipidy, węglowodany aminokwasy, krążą w kosmosie, więc jeśli na danym ciele niebieskim brakuje fosforu, to może to przekreślać szanse na powstanie biosfery.

I tu docieramy wreszcie do Enceladusa, małego księżyca Saturna. Mały lodowy Enceladus od dawna jest bardzo interesującym miejscem. Dla wielu znacznie ciekawszym i bardziej obiecującym niż jowiszowa Europa, tak rozsławiona przez fantastykę naukową. Ocean Enceladusa jest bardziej dostępny ze względu na wodne gejzery, które regularnie wyrzucają potencjalne próbki w kosmos. Sonda Cassini w swoim czasie wykonała obserwacje tych pióropuszy. Wykryto w nich parę wodną, azot, dwutlenek węgla, ślady węglowodorów, metanu, propanu, acetylenu, formaldehydu, a nawet dużych cząsteczek organicznych, liczących co najmniej piętnaście atomów węgla. Wygląda na to, że w słonym oceanie Enceladusa jest też wodór, który mógłby być pożywieniem dla bakterii.

…A we wrześniu tego roku opublikowano badanie w którym nowa analiza starych danych z Cassiniego wskazuje na to, że w oceanie Enceladusa nie brakuje również fosforu. Czy możemy już zacząć szykować jakąś misję? Tam naprawdę łatwo zdobyć próbki.

Fosforowodór na Wenus. I może życie.

Nie sądziłem, że wykryjemy fosforowodór w atmosferze innej planety typu ziemskiego zanim napiszę artykuł o tym, że fosforowodór jest znakiem życia, tak zwanym biomarkerem. Według materiału który mnie zainspirował do napisania notki której nie zdążyłem napisać są tylko dwa źródła tego gazu - procesy biologiczne, oraz procesy abiologiczne zachodzące w warunkach ogromnego ciśnienia w gazowych gigantach.

No więc wykryliśmy. Zespół prowadzony przez profesor Jane Greaves odkrył fosforowodór w atmosferze Wenus, w znacznych ilościach, na wysokości pomiędzy 40 a 60 kilometrów nad poziomem powierzchni. Wenus zdecydowanie nie jest gazowym gigantem. Posiada bardzo gęstą atmosferę, o ciśnieniu 400 razy większym od Ziemskiego. To jednak wciąż nie ta liga, co gazowe giganty.

Wykrycie nastąpiło na podstawie analizy widma absorbcyjnego - atmosfera nie przepuszcza bardzo konkretnych długości światła, które pasują własnie do tego konkretnego związku chemicznego. Dlatego faktyczność istnienia fosforowodoru jest raczej niekwestionowana (po raz pierwszy słyszę o 15-sigma pewności). Czy w świetle tego co napisałem wyżej oznacza to, że równie niewątpliwe jest istnienie życia produkującego ten gaz? Oczywiście nie. Jednakże autorzy mówią jasno, że wykluczyli wszystkie znane abiologiczne procesy.

Istnieją zatem dwie możliwości - albo odkryjemy zupełnie nieznaną ścieżkę chemiczną prowadzącą do powstania fosforowodoru, albo odkryjemy życie na innej planecie. Na ten moment ciężko ocenić co jest bardziej prawdopodobne. Życie mogłoby być pewniakiem, gdyby nie to jak piekielnym miejscem jest Wenus. Istnieją na Ziemi ekstremofile, które świetnie prosperują w kwaśnym środowisku - w wodzie o 5% zawartości kwasu. Jednak w przypadku Wenus kwasowość chmur, w których wykryto fosforowodór to około 90%.

Więc o ile trudno o abiologiczne wyjaśnienie obecności tego związku, to równie trudno wyjaśnić jak życie może tam funkcjonować. Warto jednak wiedzieć, że na tej wysokości (przypominam - około 50 kilometrów nad powierzchnią) atmosfera Wenus ma ciśnienie podobne do tego panującego przy powierzchni Ziemi a temperatura to komfortowe 20°C. Gdyby nie ten kwas...

To co interesujące, to fakt, że nie wiemy nawet zbyt dokładnie jak ziemskie bakterie produkują fosforowodór jedynie, że to robią. Jeśli coś istnieje w atmosferze Wenus, to prawdopodobnie musiało wpierw powstać na powierzchni, która według niektórych symulacji mogła być zdatna do zamieszkania nawet niecały miliard lat temu. Organizmy te musiały mieć odpowiedni czas by zmienić się wraz z planetą i przenieść tam gdzie temperatury nie roztapiają ołowiu.

Czekamy teraz na wypowiedzi sceptyków. Na ten moment trwające niecałe pięć minut nagranie i późniejsza sesja pytań i odpowiedzi przedstawiła głos “jednej strony”. Liczę, że w następnych dniach chłodne komentarze wzmocnią lub osłabią prawdopodobieństwo na to, że na sąsiedniej planecie istnieje życie.


Phosphine on Venus - Lead scientist Jane Greaves explains the discovery - ogłoszenie odkrycia
RAS Press Briefing - Phosphine on Venus - sesja Q&A
This Unusual Gas Is a Definite Sign of Alien Life - Materiał Antona ze stycznia 2020 o fosforowodorze

Phosphine gas in the cloud decks of Venus

The Venusian Lower Atmosphere Haze as a Depot for Desiccated Microbial Life

Phosphine as a Biosignature Gas in Exoplanet Atmospheres

Przez Pryzmat Wiedzy - wywiad

W listopadzie 2018 roku miałem przyjemność wziąć udział w audycji "Przez Pryzmat Wiedzy", prowadzonej przez Panią Patrycję Domańską. Poniżej możecie zapoznać się z nagraniem. Jakość dźwięku jest bez szału, ale ponoć da się posłuchać.

Tlenowy szowinista

Steven Price – Gravity


Minął rok od czasu tej notki, gdzie wyjaśniłem czym jest „węglowy szowinizm”. Dlatego to dobra okazja, żeby wytłumaczyć czemu spodziewam się, że jeśli gdzieś tam, pozaziemskie życie rozwinęło się do poziomu sporych, wielokomórkowych istot, to zapewne oddychają one tlenem.

Oczywiście nie mogę mieć co do tego pewności – podobnie jak w przypadku przekonania, że są oparte o węgiel. To dobra okazja na cytat z Richarda Feynmana „mam przybliżone odpowiedzi, potencjalne przekonania i różne stopnie pewności co do różnych rzeczy. Ale niczego nie jestem absolutnie pewien”. Tlenowy szowinizm tylko częściowo wynika z obserwacji życia ziemskiego. Żeby nie rozciągać notki, nie chcę wchodzić w zagadnienie definicji życia ani argumentację za tym, że wymaga ono metabolizmu – czyli spalania/oddychania. Przeskoczmy od razu do argumentów, dlaczego powinien do tego służyć tlen.

Duże (znaczy wielokomórkowe) organizmy będą mieć duże potrzeby energetyczne. Niemal wszystkie wielokomórkowe organizmy na Ziemi, od grzybów przez rośliny po dziobaki, mają mitochondria i oddychają tlenem, wydalając CO2. Nie jest to kwestia planety, czy zbiegu okoliczności, ale chemii. Ocenia się, że beztlenowe oddychanie generuje dziesięć razy mniej energii niż tlenowe. Do niedawna sądzono, że w ogóle wszystkie wielokomórkowce wymagają tlenu. Zaprzeczyło temu odkrycie kolczugowców – największych wielokomórkowców pozbawionych mitochondriów. Mierzą one od 100 do 400 mikrometrów, czyli milionowych części metra. Funkcje energetyczne pełnią u nich hydrogenosomy które, co ciekawe, najprawdopodobniej wyewoluowały z tlenowych mitochondriów.

Nikt nie zaproponował sensownej alternatywy dla tlenu. Byłby to nie lada wyczyn, bo tlen to nie tylko spore możliwości energetyczne. Takie oddychanie jest też stosunkowo proste – glukoza spalana tlenowo dostarcza energii i pozostawia dwutlenek węgla oraz wodę.

Ostatnim argumentem jest jego powszechność we Wszechświecie. To trzeci najczęściej występujący pierwiastek. Jest go ponad dwa razy więcej niż węgla. Podobnie jak w przypadku wody – mamy nie tylko idealne właściwości chemiczne, ale i ogromne zasoby. To sprawia, że nawet jeśli możliwe są alternatywy (bo w końcu życie narodziło się w środowisku beztlenowym), to znacznie bardziej prawdopodobne jest, że duże formy życia sięgną po tlen, podobnie jak to miało miejsce na Ziemi.

Na koniec zła wiadomość. A przynajmniej dla tych, którzy robili sobie nadzieje, że w ciągu najbliższych dwóch-trzech dekad odkryjemy dowody na istnienie życia pozaziemskiego. Ostatnie postępy w szukaniu i analizowaniu planet pozaziemskich są imponujące. Znajdujemy ich setki i oceniamy że jest ich co najmniej tyle, co gwiazd. Stawiamy pierwsze kroczki w analizowaniu ich atmosfer. Wiemy, że chemia jest nieubłagana a tlen jest bardzo aktywnym pierwiastkiem. Gdyby rośliny bezustannie nie produkowały O2, zniknąłby z naszej atmosfery bardzo szybko. I nie potrzeba byłoby do tego oddychających form życia. Jest cały szereg procesów i związków, które chętnie uwiązałyby tlen.

Nasuwa się zatem wniosek, że jeśli w atmosferze pozaziemskiej planety wykryjemy spore ilości tlenu, będzie można przyjąć, że istnieje tam życie. Być może przegapimy proste formy życia, którego metabolizm nie korzysta z tlenu na wielu planetach, ale odkryjemy to oddychające tlenem… Niestety ostatnie badania sugerują, że nie będzie tak łatwo. Czerwone karły, stanowiące około trzech czwartych gwiazd w Drodze Mlecznej, emitują znacznie więcej promieniowania ultrafioletowego niż Słońce. Może ono wywoływać reakcje chemiczne w atmosferach planet, których owocem będzie ozon i tlen. Innymi słowy obecność O2 w ich spektrum będzie jedynie dawało nadzieję, że coś tam oddycha i być może wpatruje się w gwiazdy. Poszukiwanie pozaziemskiego życia stało się nieco trudniejsze.

Węglowy Szowinista na Polconie

BSG Orchestra - Apocalypse (live)

Wielkimi krokami zbliża się Polcon 2013 (29 sierpnia - 1 września), na którym będę się produkował w ramach Dni Nauki. Konwent odbywa się na terenie Politechniki Warszawskiej. Wstęp na Dni Nauki jest bezpłatny.

Poniżej informacja o punktach programu, które tworzę lub współtworzę. Zaznaczam jednak, że do konwentu zostało jeszcze troszkę czasu, więc terminy mogą ulec zmianie.

My God, it's full of planets! - Piątek, 13:00

Co roku jesteśmy bliżej odkrycia drugiej Ziemi. Węglowy Szowinista opowie jakie dziwne planety już odkryliśmy, jak ich szukamy, skąd wiemy, że tam są, jak wyglądają, ile ich jest i jakimi metodami będziemy szukać na nich życia.


Cyberpunk 2013 - Piątek, 17:00

Co istnieje już dzisiaj a czego nie przewidzieli twórcy SF? Przegląd najnowszych osiągnięć nauki i techniki z minionego roku - roboty, egzoszkielety, medycyna regeneracyjna, terapie genowe, nanoboty, bioniczne implanty i inne.


Panel SF - Piątek, 18:00

Wspólnie z Piotrem Bilskim, Marcinem Zarodem i Janem Żerańskim będziemy dyskutować na kilka tematów, od kontaktu z obcymi, przez osobliwość technologiczną po inżynierię genetyczną, jednocześnie zastanawiając się nad realizmem przedstawienia tych motywów w SF.


Polcon na Facebooku, Dni Nauki na Facebooku.

Możliwy dowód na hipotetycznie potencjalną tezę domniemania ewentualności panspermii

Steve Jablonsky – Arrival To Earth
StarCraft II – Fire And Fury


W 1996 roku dwukilogramowy kamyk wstrząsnął światem. ALH 84001, zidentyfikowany jako fragment skały wyrzuconej z Marsa miliony lat temu zawierał coś, co wyglądało jak skamieliny organizmów podobnych do bakterii. Naturalnie świat obiegła informacja o odkryciu Marsjan. 29 grudnia 2012 roku na Sri Lankę spadł meteoryt. Naukowcy zajrzeli do środka i stwierdzili, że ten również może wstrząsnąć światem.

Historia z 1996 nie skończyła się definitywnym obaleniem tezy o pozostałościach marsjańskich bakterii. Nie możemy tego wykluczyć. Zdecydowanie nie można jednak użyć ALH 84001 jako dowodu na istnienie życia na Czerwonej Planecie. Pomijając możliwości zanieczyszczeń ziemskich, możliwość wytworzenia podobnych struktur w wyniku abiologicznych procesów, marsjańska „bakteria” wyglądała na tak małą, że nie zmieściłaby nawet niteczki RNA. Obecnie ma powszechny status ciekawostki, oraz przestrogi by ostrożnie traktować potencjalne odkrycia.

Stąd ten tautologiczny, asekurancki tytuł. Mamy do czynienia z bardzo ciekawym odkryciem, ale nie chciałbym, żeby komukolwiek przyszło do głowy, że mamy do czynienia z przesądzoną sprawą. Bez dalszego przedłużania – wygląda tak jakby w kamyku, który spadł na Sri Lankę znajdowały się kosmiczne algi, co może być najsilniejszym jak dotąd argumentem przemawiającym za panspermią. Hipoteza panspermii traktuje o możliwości „zarażenia” młodej Ziemi życiem przez kometę, planetoidę lub meteor. Wiemy, że trudno to wykluczyć. Życie może przetrwać wystrzelenie z powierzchni w kosmos w wyniku uderzenia meteorytu, może przetrwać podróż kosmiczną w głębi kamienia a także wejście w atmosferę Ziemi. Jednocześnie wiemy, że Wszechświat jest pełen budulców istot żywych. Niecałe dwa tygodnie temu ogłoszono odkrycie składników DNA w medium międzygwiezdnym. Dlatego prostszym rozwiązaniem wydaje się szukać początków życia na Ziemi, niż liczyć, że wielki zbieg okoliczności sprowadził tu formy życia zdolne do przetrwania i prosperowania na młodej planecie.

Wybaczcie, miało być bez przedłużania. Skupmy się na meteorycie, który ze względu na malutką gęstość mógł być nawet małą kometką. Nie jest pierwszym w, którym odkryto sporo związków organicznych, jak wspominałem kosmos jest ich pełen. Ten jednak zdaje się oprócz tego zawierać skamieliny podobne do pewnego rodzaju wymarłych alg morskich. Złożone struktury o grubych ścianach, bogate w węgiel… Jakby tego było mało, naukowcy w zdecydowany sposób wykluczają możliwość zanieczyszczenia ziemskiego. Czyli możemy dyskutować czy to są pozostałości życia, czy też nie, ale nie ulega wątpliwości, że jest to coś pozaziemskiego (choć nie wiem czy wykluczono już możliwość, że to ziemska skała, wybita z powierzchni miliony lat temu).

Obrazy z mikroskopu elektronowego pokazują wici o długości ponad 100 mikrometrów i grubości dwóch mikrometrów. Na nasze standardy to ekstremalnie długie i cienkie wici. Jak to w tej sytuacji bywa, każdy obóz zinterpretuje to po swojemu. Jaime Wallis z brytyjskiego Cardiff University błyskawicznie stwierdzili, że to mogą być efekty funkcjonowania w warunkach niskiej grawitacji i ciśnienia.

Sprawa jest bardzo świeża. Wystarczy powiedzieć, że póki co, nikt poza jedną ekipą nie miał okazji zbadać obiektu. Przyjdzie nam poczekać na bardziej definitywne wyniki lub potencjalne wyjaśnienia. Warto jednak nastawić uszu, bo bez względu na ostateczny werdykt (o ile dostaniemy jakiś jednoznaczny), nauczymy się wiele dzięki kamykowi ze Sri Lanki. Jeśli nie o pochodzeniu życia, to chociaż o tym jak je badać.


Źródła i ciekawostki:

The Polonnaruwa Meteorite: Oxygen isotope, crystalline and biological composition - Rzeczony artykuł, bez strachu używający terminu „biologiczne struktury”.
Prebiotyczne molekuły w międzygwiezdnej przestrzeni
Gazety z 1996 #1
Gazety z 1996 #2
Gazeta z 1996 #3
Gazeta z 1996 #4

Zmiana adresu

Blog zmienił adres na bardziej stosowny:

http://weglowy.blogspot.com/

Śliczny, prawda? Jednakże w związku z tym istnieje ryzyko, że blog wypadł Wam z śledzonych/obserwowanych. Zmiana zresetowała mi również listę polecanych blogów w menu po prawej (zaraz zostaną uzupełnione). Dlatego prawdopodobnie Węglowy Szowinista wypadł też (albo jest źle linkowany) przez "polecane blogi" na Waszych blogach. Z przyjemnością zauważyłem w źródłach wejścia widziałem, że niektórzy trafiali tutaj z innych blogów, więc zachęcam do sprawdzenia swojej listy i ewentualnej poprawki.

Mapa do życia

Kyle Gabler - Best of Times


Pochodzenie życia na Ziemi jest zagadnieniem w równej mierze fascynującym i trudnym. Mamy niezłe wyobrażenie o jego ewolucji, pewne pomysły o tym gdzie i jak mogło dojść abiogenezy (oraz pewne pomysły sięgające poza planetę). Trudno jednak zliczyć wszystkie znaki zapytania. Wielu uważa, że abiogeneza, czyli samorzutne powstanie organizmów z materii nieożywionej (termin równie zabawny co „inteligencja” czy „świadomość”, jako że wszystkie te granice są rozmyte), to kosmiczny przypadek i niesamowity zbieg okoliczności. To jak szybko pojawiają się pierwsze ślady życia (a do zachowania się takowych potrzebny jest zbieg korzystnych warunków), sugeruje jednak, że pojawia się ono, kiedy tylko jest to możliwe.

Głównym problemem z powstaniem życia jest aspekt chemiczny. Przejście od stabilnej i powszechnej na młodej ziemi cząsteczki dwutlenku węgla do skomplikowanych związków węgla jest zwyczajnie trudne. Wiązania są mocne, pośrednie stadia przed właściwą chemią biologiczną są niestabilne. Mimo tego organizmy opanowały tą sztuczkę i pozyskując węgiel i manipulując nim na niezliczone sposoby doprowadziły do powstania niezliczonych form życia. W tym tak absurdalnych jak dziobaki.

Rogier Braakman i Eric Smith podjęli się interdyscyplinarnego wyzwania i czerpiąc z geologii, biochemii, ewolucji i ekologii rozpisali mapę prowadzącą od kamieni i minerałów do komórek. Nie będę oszukiwał siebie ani Was – nie ogarniam jakiś 99 procent treści ich pracy. Ale samo przeglądanie ponad 50-stronnicowej publikacji „Logic of Metabolism” to czysta frajda. Są tam obrazki. No powiedzmy:

Zupełnie serio – zachęcam do przewertowania tego niezwykłego PDFa. Możecie puścić wodze wyobraźni i pomyśleć jak fajnie musi być wdrapać się na ramiona gigantów* różnych dziedzin nauki i zobaczyć krajobraz jeszcze lepiej od nich. Możecie też sprawdzić ile uda się Wam naprawdę zrozumieć, czy przypomni się coś ze szkolnej edukacji. A jeśli wpis ten czyta ktoś kto nie zerwał z chemią w liceum, to bardzo zachęcam do bardziej profesjonalnego komentarza niż mój.

Jednym z istotnych wniosków z publikacji jest to, że powstanie metabolizmu jawi się nie jako coś przypadkowego. Kolejne procesy, wpierw geochemiczne, a po jakiejś umownej granicy biochemiczne, wspierają kolejne etapy. W związku z tym można sądzić (np. patrząc na obrazek ze strony 28), że życie jest czymś nieuniknionym.

Taka wiadomość w połączeniu z szacunkami, że w samej tylko Drodze Mlecznej są miliardy planet, z czego na milionach mogą istnieć warunki podobne do ziemskich, rozbudza wyobraźnię. Czy gdzieś tam są zwierzęta dziwniejsze od dziobaka?


* - http://en.wikipedia.org/wiki/Standing_on_the_shoulders_of_giants
Pełny tekst Logic of Metabolism (jako PDF i HTML)

Tytanowy szowinista

Lustmord - Black Star

Jest otoczony atmosferą z azotu i metanu, gęściejszą od ziemskiej i niemal nieprzepuszczalną dla światła. Na jego powierzchni temperatura oscyluje wokół -180’C. W atmosferze i na powierzchni znajduje się masa związków organicznych – poza metanem jest etan, acetylen i inne. Jego gęstość jest trzy razy mniejsza od Ziemi, krąży wokół Saturna a nie Słońca, zawsze zwracając tą samą stronę w kierunku planety.

Wydawałoby się, że trudno o miejsce bardziej obce od Tytana. Największy księżyc Saturna okazuje się jednakże miejscem szokująco podobnym do domu. Czy to nie wygląda znajomo? Próbnik Huygens wylądował w wyschniętym korycie rzeki. Widać zmarznięte na kamień, obłe bryłki lodu. Gdy na wzgórzach spadły ulewne deszcze z metanu, porwały ze sobą lód i niosły go przez dziesiątki kilometrów, gdzie trąc o siebie i dno nabierał regularnego kształtu.

Ten dziwny świat ma pory roku; lato i zimę występujące na przemiennie na północnej i południowej półkuli. Ulewom towarzyszy formacja rzek, a rzeki prowadzą do powstawania jezior. Cykl metanowy odpowiada cyklowi wodnemu na Ziemi. Wiatry wieją z prędkością 60 km/h. Nie wszędzie jednak padają deszcze i szaleją burze. W suchych regionach wiatry te formują rozległe wydmy na pustyniach Tytana. Na powierzchni najprawdopodobniej znajdują się też wulkany, czy raczej kriowulkany ziejące zmrożoną wodą i amoniakiem.

Daje to solidne podstawy, by sądzić, że inne ciała niebieskie, w tej czy innych galaktykach, mogą wyglądać podobnie. Jeśli tylko mają zbiorniki cieczy, jeśli mają gęstą atmosferę, to są spore szanse, że nie zaskoczą nas fantasmagorycznymi krajobrazami z najdziwniejszych fantazji ilustratorów SF z lat 60tych.

Oczywiście naiwnie byłoby uważać, że nie czekają nas niespodzianki. Jeszcze przez wiele lat każde badane ciało niebieskie będzie nas zaskakiwać. W tym roku odkryliśmy lód na Merkurym, skwarku smażącym się najbliżej Słońca. W zeszłym Vesta, która miała być po prostu wielką planetoidą zaskoczyła nas głębokimi rysami otaczającymi jej równik. Po oczekiwanych cudach Jowisza i Saturna niektórzy nie liczyli na wiele, gdy Voyager II zbliżał się do Urana i Neptuna. A jednak pierwszy zdumiał niezwykłym polem magnetycznym i surrealistyczną Mirandą, wyglądającą jak strzaskany i nieporadnie sklejony księżyc. Neptun pokazał Wielką Ciemną Plamę i wiatry dochodzące do prędkości 2000 km/h, oraz księżyc Tryton – obracający się w „złym” kierunku, z aktywnymi gejzerami, który kiedyś rozpadnie się i wzbogaci nikłe pierścienie planety.

Czekają nas kolejne niespodzianki (niektóre już w 2015, gdy dwa pojazdy odwiedzą Ceresa oraz Plutona). Mimo tego możemy mieć całkiem niezłe przekonanie, że planety z gęstą atmosferą i z cieczami na powierzchni będą w niemałym stopniu podobne do Ziemi, Tytana i Marsa.


Grafika: Zdjęcie wykonane przez orbiter Cassini po raz pierwszy pokazuje tak dokładnie układ rzek spływających do jeziora, gdzieś poza Ziemią. (NASA)

100 lajków na Facebooku

I tak pomimo zmian na Facebooku, które domyślnie pokazują posty tylko 10% publiczności (chyba, że w ustawieniach obok guziczka "Like" dodamy sobie stronkę do śledzonych), udało nabić pierwszych sto lajków na Facebookowej stronie Węglowego Szowinisty:

Węglowy Szowinista

Zachęcam do lajkowania, bo wrzucam tam znacznie więcej rzeczy niż tylko powiadomienia o nowych notkach. I tyle. Wielkie dzięki wszystkim lajkującym, czekam na następnych!

A żeby nie było pusto, ładny obrazek:

Mgławica Carinae, wewnątrz której znajduje się zmienna gwiazda Eta Carinae. Dwa napęczniałe bąble, są pozostałością po wybuchu, któremu towarzyszyło maksimum jasności gwiazdy w 1841 roku. Od tej pory wyrzucona wtedy materia została rozepchana do rozmiarów setki razy większych od Układu Słonecznego. Fotka zawdzięczamy uprzejmości NASA i geniuszowi konstruktorów teleskopu Hubble'a.

ABC węglowego szowinizmu

John Murphy – Sunshine

W największym uproszczeniu węglowy szowinizm jest przekonaniem, że jeśli istnieje życie pozaziemskie, to najpewniej jest ono oparte na związkach węgla. Nie oznacza to, że nie ma innych możliwości – jedynie, że są one bardzo mało prawdopodobne. W tej notce postaram się wyjaśnić czemu nie jest to antropocentryzm, tylko wniosek z tego jak wygląda Wszechświat i jak funkcjonuje chemia.

Zanim przejdę do rzeczy – nie mam zamiaru wnikać w definicję życia. Na potrzeby tej notki nie będzie problemem przyjąć, że mamy wspólne, zdroworozsądkowe wyobrażenie życia – odżywiającego się, zużywającego energię, reagującego na otoczenie i replikującego się. Nie ma też chyba potrzeby wyjaśniania, że prawa fizyki (a zatem również chemia) funkcjonują jednakowo wszędzie.

Zatem czemu życie będzie oparte na węglu i nie obejdzie się bez wody w stanie ciekłym? Pewnie każdy kto kiedyś widział Star Treka, oraz niemal każdy kto tylko o nim słyszał zaraz powie, że może istnieć życie krzemowe. Istotnie krzem to najlepszy kontrkandydat na tablicy okresowej pierwiastków. Jest go jedynie siedem razy mniej niż węgla. Może tworzyć cztery stabilne wiązania z innymi atomami. Może tworzyć złożone struktury. Jeśli jednak przyjrzeć się dokładniej, przestaje być tak ciekawie. Długie łańcuchy węgla umożliwiające istnienie kwasów tłuszczowych i membran komórek, pierścienie tworzące cukry i hormony są stabilne chemicznie. Analogiczne związki krzemu byłyby mniej stabilne w najlepszym wypadku, w najgorszym bardzo reaktywne.

Związki organiczne (których nie należy mylić z życiem – to po prostu spora część związków węgla) występują naturalnie nawet w meteorach, kometach a nawet w obłokach międzygwiezdnych. Ich krzemowe odpowiedniki nie zostały nigdy zaobserwowane w naturze. Największa zaobserwowana molekuła krzemu zawierała sześć atomów silikonu, w przypadku węgla mówimy o tysiącach. Dlatego choć można sztucznie stworzyć polimery krzemowe, a nawet krzemowy odpowiednik grafenu, to natura nie wydaje się być tym zainteresowana. Obecność tlenu (Około 15 razy bardziej powszechnego we Wszechświecie) lub wody prawdopodobnie byłaby niszczycielska dla takich związków. Jakby tego było mało brak chiralności (coś jak skrętność, ale nie do końca) w związkach krzemu wskazywana jest jako kolejna bariera przy powstaniu ewentualnych form życia. Nie podejmę się wchodzenia w detale.

Węglowy szowinizm co prawda nie mówi o wodzie, ale wodny szowinizm wydaje się nie mniej uzasadniony. Realistycznie patrząc biochemia będzie wymagać ciekłego rozpuszczalnika, innymi słowy ciężko o fajną chemię w fazie stałej lub gazowej. Jako ewentualnych konkurentów H2O wymienia się amoniak (NH3), fluorowodór (HF) i siarkowodór (H2S) – wszystkie będące polarnymi rozpuszczalnikami. Nie jestem pewien, dlaczego polarność jest pożądana, jeśli dopuszcza się teoretyczne życie na Tytanie, gdzie tą rolę pełniłby niepolarny metan.

Do rzeczy jednak - jaki są problemy z konkurencją? Amoniakowi wytyka się niskie napięcie powierzchniowe, co utrudnia zbijanie w kupę agregację prebiotycznych związków i ewentualne wytworzenie membran komórek. Fluorowodór wygląda obiecująco, ze swoją dużą rozpiętością temperatur w których jest cieczą. Niestety fluor jest niezbyt rozpowszechniony w kosmosie, a w kontakcie z bardzo powszechną wodą fluorowodór wytworzy kwas fluorowodorowy, który nada się lepiej do trawienia szkła niż do hodowania życia. Siarkowodór natomiast jest cieczą w wąskim zakresie niskich temperatur. Woda jest wszędzie, woda jest cieczą w dużym zakresie temperatur, jest po prostu najlepszym typem.

W najbliższym czasie najlepsze szanse na zaśmianie się w twarz wodnym szowinistom będą mieli ludzie badający Tytana, gdzie hipotetycznie mogło by rozwinąć się życie taplające się w metanowo-etanowych jeziorach na powierzchni lub amoniakowych setki kilometrów pod powierzchnią. Należy jednak się spodziewać, że ewentualne procesy życiowe w tak niskich temperaturach zachodziłyby tak wolno (mówimy tu o środowiskach o bardzo niskiej energii), że prawdopodobnie nie byłyby w stanie nadążyć ewolucyjnie za zmianami klimatu, co za tym idzie, sama abiogeneza wydaje się mało prawdopodobna.

Następnym razem:

ABC węglowego szowinizmu: The Sequel – dlaczego kosmici będą mieli dwoje oczu, siatkówkę i źrenice! Stay tuned!

Graficzka pochodzi z dokumentu Life Beyond Earth.