Sisa Supernova N 63A. Kredit gambar: Hubble Klik untuk membesarkan
Kehidupan di Bumi dimungkinkan oleh kematian bintang. Atom seperti karbon dan oksigen dikeluarkan dalam sekejap terakhir bintang setelah bekalan terakhir bahan bakar hidrogen habis.
Bagaimana bahan bintang ini bersatu untuk membentuk kehidupan masih menjadi misteri, tetapi para saintis tahu bahawa kombinasi atom tertentu diperlukan. Air - dua atom hidrogen yang dihubungkan dengan satu atom oksigen - sangat penting untuk perkembangan kehidupan di Bumi, dan oleh itu misi NASA kini mencari air di dunia lain dengan harapan dapat mencari kehidupan di tempat lain. Molekul organik yang dibina kebanyakannya atom karbon juga dianggap penting, kerana semua kehidupan di Bumi adalah berasaskan karbon.
Teori asal usul kehidupan yang paling popular mengatakan bahawa kimia yang diperlukan berlaku di lubang hidroterma di dasar laut atau di beberapa kolam cetek yang cerah. Walau bagaimanapun, penemuan dalam beberapa tahun terakhir menunjukkan bahawa banyak bahan asas untuk kehidupan terbentuk di kedalaman ruang yang sejuk, di mana kehidupan seperti yang kita ketahui tidak mungkin.
Setelah bintang mati mengeluarkan karbon, sebilangan atom karbon bergabung dengan hidrogen untuk membentuk hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH). PAH - sejenis jelaga karbon yang serupa dengan bahagian bakar bakar yang hangus - adalah sebatian organik yang paling banyak di ruang angkasa, dan merupakan bahan utama meteorit chondrite karbon. Walaupun PAH tidak dijumpai dalam sel hidup, mereka boleh ditukar menjadi quinone, molekul yang terlibat dalam proses tenaga sel. Sebagai contoh, quinones memainkan peranan penting dalam fotosintesis, membantu tumbuh-tumbuhan mengubah cahaya menjadi tenaga kimia.
Transformasi PAH berlaku di awan ais dan debu antara bintang. Setelah melayang di angkasa, jelaga PAH akhirnya mengembun ke dalam "awan molekul padat" ini. Bahan di awan ini menyekat sebahagian tetapi tidak semua radiasi ruang yang keras. Sinaran yang melalui penyaringan mengubah PAH dan bahan lain di awan.
Pengamatan teleskop inframerah dan radio terhadap awan telah mengesan PAH, serta asid lemak, gula sederhana, sedikit glisin asid amino, dan lebih dari 100 molekul lain, termasuk air, karbon monoksida, amonia, formaldehid, dan hidrogen sianida.
Awan tidak pernah diambil sampel secara langsung - terlalu jauh - jadi untuk mengesahkan apa yang berlaku secara kimia di awan, pasukan penyelidik yang diketuai oleh Max Bernstein dan Scott Sandford di Makmal Astokimia di Pusat Penyelidikan Ames NASA membuat eksperimen untuk meniru keadaan awan.
Dalam satu eksperimen, campuran PAH / air diserapkan wap ke garam dan kemudian dihujani dengan sinaran ultraviolet (UV). Ini membolehkan para penyelidik memerhatikan bagaimana rangka PAH asas berubah menjadi quinones. Menyinari campuran beku air, amonia, hidrogen sianida, dan metanol (bahan kimia pendahuluan kepada formaldehid) menghasilkan asid amino glisin, alanin dan serin - tiga asid amino paling banyak dalam sistem hidup.
Para saintis telah mencipta struktur seperti sel organik primitif, atau vesikel.
Kerana UV bukan satu-satunya jenis radiasi di ruang angkasa, para penyelidik juga telah menggunakan penjana Van de Graaff untuk membombardir PAH dengan proton volt mega-elektron (MeV), yang mempunyai tenaga yang serupa dengan sinar kosmik. Hasil MeV untuk PAH serupa walaupun tidak serupa dengan pengeboman UV. Kajian MeV untuk asid amino belum dijalankan.
Eksperimen ini menunjukkan bahawa sinaran UV dan bentuk lain memberikan tenaga yang diperlukan untuk memisahkan ikatan kimia dalam suhu dan tekanan rendah awan. Kerana atom masih terkunci dalam ais, molekul tidak terbang terpisah, tetapi bergabung semula menjadi struktur yang lebih kompleks.
Dalam eksperimen lain yang diketuai oleh Jason Dworkin, campuran air beku, metanol, ammonia dan karbon monoksida dikenakan sinaran UV. Gabungan ini menghasilkan bahan organik yang membentuk gelembung ketika direndam di dalam air. Gelembung ini mengingatkan pada membran sel yang merangkumi dan memusatkan kimia kehidupan, memisahkannya dari dunia luar.
Gelembung yang dihasilkan dalam eksperimen ini adalah antara 10 hingga 40 mikrometer, atau kira-kira ukuran sel darah merah. Hebatnya, gelembung berpendar, atau bercahaya, apabila terkena cahaya UV. Menyerap UV dan mengubahnya menjadi cahaya yang kelihatan dengan cara ini dapat memberi tenaga kepada sel primitif. Sekiranya gelembung seperti itu berperanan dalam asal usul kehidupan, pendarfluor boleh menjadi pendahulu fotosintesis.
Fluoresensi juga dapat bertindak sebagai pelindung matahari, menyebarkan kerosakan yang sebaliknya disebabkan oleh sinaran UV. Fungsi pelindung seperti itu sangat penting bagi kehidupan di Bumi awal, kerana lapisan ozon, yang menyekat sinar UV yang paling merosakkan matahari, tidak terbentuk sehinggalah selepas kehidupan fotosintesis mula menghasilkan oksigen.
Dari awan angkasa hingga benih kehidupan
Awan molekul yang padat di angkasa akhirnya runtuh secara graviti untuk membentuk bintang baru. Sebilangan debu yang tersisa kemudian berkumpul untuk membentuk asteroid dan komet, dan sebilangan asteroid ini berkumpul untuk membentuk teras planet. Di planet kita, kehidupan kemudian timbul dari apa sahaja bahan asas yang ada.
Molekul besar yang diperlukan untuk membina sel hidup adalah:
* Protein
* Karbohidrat (gula)
* Lipid (lemak)
* Asid nukleik
Meteorit didapati mengandungi asid amino (blok protein), gula, asid lemak (blok bangunan lipid), dan asas asid nukleik. Meteorit Murchison, misalnya, mengandungi rantai asid lemak, pelbagai jenis gula, kelima-lima asas asid nukleik, dan lebih daripada 70 asid amino yang berbeza (kehidupan menggunakan 20 asid amino, hanya enam daripadanya berada di meteorit Murchison).
Kerana meteorit berkarbon seperti itu umumnya seragam dalam komposisi, mereka dianggap mewakili awan debu awal dari mana matahari dan sistem suria dilahirkan. Jadi nampaknya hampir semua yang diperlukan untuk hidup tersedia pada awalnya, dan meteorit dan komet kemudian membuat penghantaran bahan-bahan ini ke planet-planet dari masa ke masa.
Sekiranya ini benar, dan jika awan debu molekul secara kimia serupa di seluruh galaksi, maka ramuan untuk kehidupan semestinya tersebar luas.
Kelemahan pengeluaran abiotik bahan-bahan untuk kehidupan adalah tidak ada satupun yang dapat digunakan sebagai "biomarker," petunjuk bahawa kehidupan ada di lingkungan tertentu.
Max Bernstein menunjukkan meteorit Alan Hills 84001 sebagai contoh biomarker yang tidak memberikan bukti kehidupan. Pada tahun 1996, Dave McKay dari Pusat Angkasa Johnson NASA dan rakan-rakannya mengumumkan bahawa terdapat empat kemungkinan biomarker dalam meteorit martian ini. ALH84001 mempunyai globul karbon yang mengandungi PAH, sebaran mineral yang menunjukkan kimia biologi, kristal magnetit menyerupai yang dihasilkan oleh bakteria, dan bentuk seperti bakteria. Walaupun masing-masing tidak dianggap sebagai bukti kehidupan, keempat-empatnya bersama-sama kelihatan menarik.
Selepas pengumuman McKay, kajian seterusnya mendapati bahawa setiap biomarker yang disebut ini juga dapat dihasilkan dengan cara bukan hidup. Oleh itu, kebanyakan saintis sekarang cenderung untuk mempercayai bahawa meteorit tidak mengandungi kehidupan makhluk asing yang fosil.
"Segera setelah mereka mendapatkan hasilnya, orang menembak mereka karena itulah cara kerjanya," kata Bernstein. "Peluang kita untuk tidak membuat kesilapan ketika kita membuat biomarker di Mars atau di Europa akan jauh lebih baik jika kita sudah melakukan yang setara dengan apa yang orang-orang lakukan setelah McKay, et al., Menerbitkan artikel mereka."
Bernstein mengatakan bahawa dengan mensimulasikan keadaan di planet lain, saintis dapat mengetahui apa yang seharusnya berlaku di sana secara kimia dan geologi. Kemudian, ketika kita melawat sebuah planet, kita dapat melihat seberapa dekat realiti yang sesuai dengan ramalan. Sekiranya ada sesuatu di planet ini yang tidak kita jangkakan, itu boleh menjadi petunjuk bahawa proses kehidupan telah mengubah gambarannya.
"Apa yang anda miliki di Marikh atau di Europa adalah bahan yang disampaikan," kata Bernstein. "Plus, anda mempunyai apa sahaja yang terbentuk kemudian dari keadaan apa pun yang ada. Jadi (untuk mencari kehidupan), anda perlu melihat molekul-molekul yang ada di sana, dan ingatlah kimia yang mungkin berlaku dari masa ke masa. "
Bernstein berpendapat kiralitas, atau "keampuhan" molekul boleh menjadi biomarker di dunia lain. Molekul biologi sering datang dalam dua bentuk yang, walaupun identik secara kimia, mempunyai bentuk yang berlawanan: satu "tangan kiri", dan gambar cerminnya, yang "tangan kanan". Kekurangan molekul disebabkan oleh bagaimana atom mengikat. Walaupun sikap serong tersebar secara merata ke seluruh alam, dalam kebanyakan kes sistem hidup di Bumi mempunyai asid amino kiri dan gula tangan kanan. Sekiranya molekul di planet lain menunjukkan keutamaan yang berbeza dalam ketergantungan, kata Bernstein, itu boleh menjadi petunjuk kehidupan asing.
"Sekiranya anda pergi ke Marikh atau Europa dan anda melihat biasnya sama seperti kita, dengan gula atau asid amino yang mempunyai ciri khas kita, maka orang hanya akan mengesyaki itu pencemaran," kata Bernstein. "Tetapi jika anda melihat asid amino dengan berat sebelah ke kanan, atau jika anda melihat gula yang mempunyai berat sebelah ke arah kiri - dengan kata lain, bukan bentuk kami - itu akan sangat menarik."
Walau bagaimanapun, Bernstein menyatakan bahawa bentuk kiral yang terdapat pada meteorit mencerminkan apa yang dilihat di Bumi: meteorit mengandungi asid amino kiri dan gula tangan kanan. Sekiranya meteorit mewakili templat kehidupan di Bumi, maka kehidupan di tempat lain di sistem suria juga mungkin mencerminkan sikap berat sebelah yang sama. Oleh itu, sesuatu yang lebih dari sekadar khirat diperlukan untuk bukti kehidupan. Bernstein mengatakan bahawa mencari rantai molekul, "seperti beberapa asid amino yang dihubungkan bersama," juga boleh menjadi bukti kehidupan, "kerana di meteorit kita cenderung hanya melihat molekul tunggal."
Sumber Asal: Astrobiologi NASA
