Alternatyvi gyvybė po mūsų nosimi: šešėline biosfera

Jei žmonija kažkada ateityje sutiktų ateivius iš kitų pasaulių, ar mes pavadintume juos gyvais? O gal mes jau esame juos sutikę, tačiau nesuvokiame, jog matome gyvybės formą? Galu gale, jei kažkas atsuktų evoliucijos laikrodžio rodykles atgal ir per naują paleistų, ar mūsų vietoje atsiradusios būtybės būtų bent kiek panašios į mus arba į mūsų gyvūnijos ir augmenijos pasaulio atstovus?

Evoliucija nėra nuspėjama, o gamta labiau panašėja į lošimų teorijoje pasikausčiusį biržos maklerį, todėl būtų naivu tikėtis pamatyti idealiai atsikartojančias gyvybes formas. Fantastai jau virš šimto metų rašo apie alternatyvius gyvybės apibrėžimus, tačiau biologai tik nesenai prabilo apie taip vadinama šešėlinę biosferą (nepainiot su šešėline vyriausybe, tai kas kito).  Net mūsų planetoje, mums po nosimis, gali egzistuot alternatyvios gyvybės formos, kurių mes tiesiog… nepastebime.

DNR ir RNR molekulės - gyvybės Žemėje pagrindas.
DNR ir RNR molekulės – gyvybės Žemėje pagrindas.

Mūsų gyvybės suvokimas yra ribotas dar ir dėl to, kad mes apibrėždami gyvybę visų pirma žvelgiame į save ir savo aplinką. Mes turime DNR ir RNR, todėl mes ieškome pradžioje DNR ir RNR požymių naujame objekte. Mes turime nervų sistemą, todėl jaučiančiu padaru mes vadiname tokį, kuris irgi ją turi. Mes turime centrinę nervų sistemą – smegenys, todėl, radę jas pas kitą gyvūną, mes vadiname jį suvokiančiu aplinką ir gal net turinčiu sąmonės užuomazgas.

Net kvailos bakterijos turi atmintį.
Net kvailos bakterijos turi atmintį.

Stereotipinis mąstymas palengvina sistematizuotas padarų, panašių į mus, paieškas, tačiau apakina mokslininkus. Alternatyvi intelekto forma nebūtinai privalo turėtų centrinę nervų sistemą. Ką jau bekalbėti apie alternatyvią jausmų ir (gal net) sąmoningumo chemiją! Toks netikėtai įdomus pavyzdys būtų bakterijos. Kas tokio ten su jomis neįprasto, jau įsivaizduoju nuostabą? Matote, mokslininkai išsiaiškino, kad bakterijos turi… atmintį. Jos neturi nei nervų sistemos, nei specializuotų organų. Bakterijos yra vienaląstės ir toks organizmas turi atmintį, kuri yra koduojama bakterijos DNR. Be abejo, bakterijos gyvenimas yra toli gražu ne toks įdomūs ir spalvingas kaip mūsų, todėl bakterijoms nereik prisiminti, kada kokį draugą/draugę sveikint su gimtadieniu, ir kokios akcijos dabar vyksta Maksimoje. Tačiau, jei bakterija vieną kartą netikėtai “gavo per makaulę” nuo kokio viruso, tuomet ji, kaip ir žmogus, tikrai to taip lengvai neatleis, ir kitą kartą įžūliam virusui parodys iš kur fermentai dygsta (šį kartą toks vat pačiam netikėtai žaismingas ir ūkiškas paaiškinimas).

Mokslininkai savo nežemiško s gyvybės paieškose dairosi požymių, būdingų mums ir mūsų planetos gyvybei. Jei kitų pasaulių sutvėrimai nors patį mažmožį yra kitokie, mūsų paieškos gali būti bevaisės. Mūsų planetoje gyvenantys ir mums žinomi gyvi padarai savo chemiją grindžia anglies junginiais, kurie svarbūs tiek metabolizme, tiek struktūrinėse funkcijose. Biologinėse ląstelėse naudojamas vanduo kaip tirpiklis, o DNR ir RNR apibrėžia ir kontroliuoja ląstelių funkcijas. Kitokios chemijos organizmai gali naudoti vietoje anglies kitokį cheminį elementą. Jie galėtų naudoti ir kitas anglies junginių klases arba kitą tirpiklį vietoje vandens.

Silicis dažnai yra siūlomas tiek fantastų, tiek chemikų kaip galimas alternatyvios gyvybės chemijos pagrindas.

Viena populiariausių medžiagų, minimų kaip anglies pakaitalas yra silicis, priklausantis periodinėje lentelėje tai pačiai grupei kaip ir anglis. Silicis turi taip pat keturis valentinius elektronus, todėl pasižymi panašiomis cheminėmis savybėmis į anglį. Anglies molekulė metanas turi analogą su siliciu – silaną. Kaip ir anglis, silicis gali suformuoti pakankamai ilgas ir stambias molekules (pvz. silikonai) tam, kad galėtų pernešt biologinę informaciją.

Tačiau silicio atomas yra sunkesnis ir stambesnis už anglies atomą, todėl susiduria su sunkumais, kuomet tenka sudaryti dvigubus ryšius – skirtingai nuo anglies junginių, junginiai su dvigubais ryšiais tarp silicio atomų yra nestabilūs. Silicis taip pat nėra linkęs sudaryti cheminius ryšius su tokiu dideliu skaičiumi kitų elementų kaip tai geba padaryti anglis. Kita silicio problema yra ta, kad silicio dvideguonio oksidas nėra dujos, kaip anglies atveju, o yra stiklas. Cheminis ryšis tarp silicio ir deguonies yra pernelyg stiprus, o pats stiklas netirpsta vandenyje, kaip tai daro anglis dvideguonis. Paprastai sakant, silicio pagrindu egzistuojanti gyvybė turėtų arba kažkuom pakeisti deguonį savo chemijoje, arba gyventi ekstremaliomis sąlygomis.

Saturno palydovas Titanas būtų nebloga vieta silicio pagrindu sudarytai gyvybei.
Saturno palydovas Titanas būtų nebloga vieta silicio pagrindu sudarytai gyvybei.

Tarkime, esant aukštai temperatūrai, stiklas tampa skystas ir ryšiai tarp silicio ir deguonies pasidaro laisvesni. Kita galimybė būtų pasauliai pilni sieros rūgšties – tokiose pasauliuose padidėtų silicio junginių stabilumas. Atsisakius idėjos apie energijos pernešėją deguonį, atsiranda kita alternatyva – šalti pasauliai, kur nėra deguonis, o vanduo pavirtęs į ledą. Skystas metanas ir etanas būtų neblogi tirpikliai esant tokiom atšiaurioms sąlygoms, o vienas geresnių kandidatų tokiai gyvybei atsirasti būtų Saturno mėnulis Titanas.

Titnagdumbliai išmoko išnaudoti silicio junginius, nors pačių chemija yra anglies pangrindo.
Titnagdumbliai išmoko išnaudoti silicio junginius, nors pačių chemija yra anglies pangrindo.

Tačiau ne viskas taip paprasta. Mūsų pasvarstymai yra viena, o realybė yra kita. Nėra geresnės eksperimentinės cheminės laboratorijos nei Visata. Iš daugybės molekulių 1998 metais identifikuotų tarpžvaigždinėje erdvėje net 84 yra anglies junginiai ir tik 8 tėra silicio. Dar liūdniau, keturi silicio junginiai yra sudaryti su… anglimi. Visatoje anglis yra net 10 kartų labiau paplitusi nei silicis. Lyg to būtų maža, didžioji dalis planetų panašių į Žemę turi neįtikėtinai daug silicio (beveik 900 kartų daugiau nei anglies), tačiau, net esant tokiam silicio pertekliui, gyvybės chemija susiformavo anglies pagrindu, o bioorganinis silicis tėra naudojamas titnagdublių kaip skeleto pagrindas. Spėčiau, kad lengviau jau mūsų sukurta elektronika technologinio singuliarumo dėka evoliucionuos ir taps protinga.

Iš kitų mokslinių spekuliacijų verta paminėti boro pagrindu galimą gyvybę: boras gali sudaryti gana didelį kiekį organinių junginių. Metalų oksidai dažnai minimi kaip dar viena galima alternatyva anglies gyvybės formoms, kadangi geba aukštų temperatūrų sąlygomis sudaryti ilgas ir chemiškai stabilias molekules. Yra net pranešama apie tokių metalo junginių elgesį panašų į gyvų ląstelių elgesį.

Pasaulis, kuriame vandenynuose būtų amoniakas, turėtų kitokią negu mums įprasta spalvą.
Pasaulis, kuriame vandenynuose būtų amoniakas, turėtų kitokią negu mums įprasta spalvą.

Kaip jau minėjau, alternatyvios gyvybės formos gali vietoje vandens naudoti kokį nors kitą tirpiklį. Tai galėtų būti amoniakas, sieros rūgštis, floro rūgštis, formamidas, skystas azotas arba skystas vandenilis. Amoniakas (NH3) daug kuo primena vandenį – jame gali vykti daugybė cheminių reakcijų, kaip ir vanduo jis ištirpdo daugelį organinių molekulių beigi gali ištirpdyt metalus. Amoniakas turi aminų (-NH2) grupę, kuri yra analogiška su vandeniu susijusiai alkoholių (-OH) grupei. Ūkiškai kalbant tokia gyvybės forma svaigintųsi ne alkoholiu. Amoniakas, kaip ir vanduo, gali tiek pabūti vandenilio donoru (NH2), tiek gali pasiimt (NH4+) atlikusį vandenilio atomą.

Amoniakas turi savų minusų: vandeniliniai ryšiai molekulėje yra silpnesni negu vandenyje, todėl amoniakas verda ties −33 °C, o virsta ledu ties −78 °C. Žemoje temperatūroje cheminės reakcijos vyksta lėčiau, todėl tokios gyvybės metabolizmas būtų gerokai lėtesnis, o evoliucija vyktų ilgiau. Iš kitos pusės, padidėjus slėgiui, amoniako virimo temperatūros išauga (pvz., 60 kartų didesniame slėgyje nei Žemės paviršiuje amoniakas verda ties 98 °C), tad cheminių reakcijų greitis padidėja.

Metano ežerai Titano paviršiuje.
Metano ežerai Titano paviršiuje.

Paskutinis tirpiklis, vertas paminėjimo šiame tekste, yra metanas (CH4), kuris yra Visatoje tiek pat paplitęs kaip ir amoniakas. Tarkime, žinomas biochemikas Aizekas Azimovas manė, kad polilipidai galėtų būtų proteinų atitikmenimis tokio tipo biochemijoje. Dėl savo metano ežerų tarp šio tipo biochemijos tyrėjų yra populiarus jau minėtas Saturno mėnulis Titanas.

Azotosoma - teoretinė ląstelės membrana, kurioje vietoje vandens darbuotųsi metanas.
Azotosoma – teoretinė ląstelės membrana, kurioje vietoje vandens darbuotųsi metanas.

Astrobiologas Kristoferis MakKėjus (Christopher McKay) teigia, kad tokios biochemijos pasaulyje vyktų cheminė reakcija, kurios metu atmosferoje mažėtų etano ir acetileno kiekiai, kadangi sudėtingi angliavandeniliai sąveikautų su vandeniliu ir gamintų metaną. Ir, tikrai, NASA yra savo zondų pagalba pastebėjusi, jog Titane yra sumažėjusi paminėtų junginių koncentracija. Dar daugiau, mokslininkai sėkmingai sukūrė teorinį ląstelės membranos modelį, kuriame vietoje vandens funkcionuotų metanas. Šis modelis gavo azotosomos pavadinimą, o jo funkcinės savybes pasirodė esančios artimos mūsų ląstelių membranų savybėms.

Dykumos lakas, vienas iš kandidatų į šešėlinę biosferą.

Šioje vietoje galite pasakyti: viskas čia labai gražu, tačiau kur kas nors “arčiau Žemės”? Skubu nuraminti, tuoj papasakosiu. Kaip jau paminėjau įžangoje, biologai ne taip senai vis garsiau pradėjo kalbėti apie “šešėlinę” biosferą, kuri gali nematoma gyventi mums tiesiogine prasme po nosimis. Geriausias kandidatas į šešėlinės biosferos atstovus būtų dykumos lakas. Iš pirmo žvilgsnio tai nėra kažkas ypatingo – paprasta rudos arba kitokios panašios spalvos danga, padengusi akmenį. Tačiau mokslininkus stebina netikėtai didelė mangano koncentracija šioje dangoje – beveik 60 kartų didesnė negu vidutinė. Anot vieno iš paaiškinimų taip galėjo atsitikti dėl mikroorganizmų – bakterijų, oksiduojančių manganą – aktyvumo.

Kitas kandidatas į šešėlį būtų gyvybės forma, kuri savo genetinę informaciją saugotų ne DNR molekulėse, o RNR grandinėse. Tokie organizmai neturėtų ribosomų, kurių savo testuose visuomet ieško su gyvais organizmais dirbantys biologai. Dar paprastesnis variantas būtų gyvybės forma, kurios pagrindą sudarytų kitokios nei mūsų aminorūgštys bei nukleobazės. Dabartinė organinė chemija žino virš 100 aminorūgščių bei apie dešimtį azoto bazių, tačiau mes ir mus supantis gyvas pasaulis savo biochemijoje yra pasitelkęs tik 20 aminorugščių ir keturias bazes: adeniną, citoziną, guaniną ir timiną. Biolaboratorijose mokslininkai sėkmingai yra sukūrę sudėtingesnius darinius iš nenaudojamų mūsų biochemijoje elementų, todėl keistoka, jog gamta nepasitelkę jų taip pat. Kadangi visi mūsų biologiniai testai visų pirma ieško mums būdingų darinių, tokią gyvybę mes niekaip nepastebėtume.

Aminorūgščių molekulės gali pasižymėti skirtingų chirališkumu.
Aminorūgščių molekulės gali pasižymėti skirtingų chirališkumu.

Pabaigai pakalbėsiu apie dar banalesnę galimybę. Aminorūgštys gali turėti skirtingą chirališkumą: dešinės arba kairės. Panašiai kaip mūsų kairė ir dešinė rankos yra viena kitos veidrodiniai atspindžiai, kurių mes jokių erdvinių operacijų pagalba negalime perkloti, taip ir chemijoje egzistuoja visa aibė molekulių, kurios taip pat yra viena kitos veidrodiniai atspindžiai.  Apie tokias molekules sako, kad jos yra chirališkos ir tokios molekulės niekuo nesiskiria pagal savo fizikines ir chemines savybes, tačiau vienos su kitomis nereaguoja. Dėl nežinomų priežasčių, mus ir mus supantį biopasaulį sudaro aminorūgštys, kurios turi kairės chirališkumą. Aplinkiniame pasaulyje mes sutinkame ir dešinės chirališkumo aminorūgštis, kurios galėtų būti kitokio chirališkumo gyvybės produktas.

Jau keletą kartų pakartojau, jog mūsų laboratorijose naudojami metodai visų pirma yra skirti aptikti gyvybės formas, kurios būtų panašios į mus. Dėl šių priežasčių mes negalėtume aptikti kitokias anglies gyvybės formas, kadangi mes jų tiesiog neieškome. Geras klausimas pabaigai būtų, ar galime mes įsivertinti, koks biosferos kiekis yra “šešėlyje”?

Būtent tai pabandė padaryti dalis mokslininkų. Jie įsivertino biologinės anglies kiekį, atsiduriantį atmosferoje dėl gyvo pasaulio, bei palygino jį su faktiniu. Buvo gautas gana didelis penkių procentų skirtumas. Tokį skirtumą paaiškinti galėtų arba “šešėlyje” gyvenantys gyvi padarai arba… elementarios metodikos klaidos. Bet kurio atveju, vis dažnėjantis pavyzdžiai iš mus supančios gamtos jau ne pirmą kartą mums parodo, kokie gi mes būname naivūs bei akli savo pasaulio vertinimuose.

 

Leave a Reply