Изображение предоставлено: Woods Hole Oceanographic
Многие вещи должны были идти хорошо, чтобы жизнь появилась. Если вы вернетесь назад, все начнется с того, что вселенная Большого взрыва рождает пространство и время. В этом раннем вселенском свете эхом, замедленном в вибрации, изначальные элементы объединились, а затем сконденсировались в первое поколение массивных звезд-заводчиков. После согревания до понятия (гравитационным сжатием) изначальная материя начала плавиться в звездных ядрах, и меньшая форма света двигалась наружу, чтобы согреть и осветить молодую и потенциально постоянно расширяющуюся Вселенную.
Больше времени и больше пространства видели, как взорвались многие из этих ранних голубых звезд (после очень короткой жизни). Последующие взрывы выбросили огромное количество более тяжелых - не исконных - атомов в космос. Из этого богатого космического запаса образовались новые звезды - многие с планетарными служителями. Поскольку такие солнца второго и третьего поколений менее массивны, чем их предшественники, они горят медленнее, холоднее и намного, намного дольше - что-то важное для такого доброкачественно согласованного уровня энергии, необходимого для возможной органической жизни.
Хотя заводские звезды сформировались в течение нескольких сотен миллионов лет после Большого взрыва, жизнь здесь на Земле заняла свое время. Наше Солнце - звезда третьего поколения скромной массы - сформировалось примерно через девять миллиардов лет. Жизненные формы развивались чуть более миллиарда лет после этого. Когда это произошло, молекулы объединились с образованием органических соединений, которые - в подходящих условиях - объединились в виде аминокислот, белков и клеток. Во время всего этого один слой сложности был добавлен к другому, и существа стали все более восприимчивыми к окружающему их миру. В конце концов - спустя более миллиардов лет - зрение развилось. И зрение - в дополнение к субъективному чувству осознания - позволило Вселенной оглянуться на себя.
Эмпирические исследования основ жизни показывают, что смесь хорошо подобранных элементов (водород, углерод, кислород и азот), подвергшихся воздействию неионизирующего ультрафиолетового излучения, образует аминокислоты. Сами аминокислоты обладают замечательной способностью соединяться в белки. А белки обладают довольно «протеиновой» способностью придавать клеткам форму и поведение. В настоящее время считается вполне возможным, что самые первые аминокислоты приняли форму в космосе.1 - защищен от более жестких форм излучения в огромных облаках, состоящих из первичного и звездного материала. По этой причине жизнь может быть повсеместным явлением, просто ожидающим только определенных благоприятных условий, чтобы пустить корни и вырасти в самые разнообразные формы.
В настоящее время экзобиологи считают, что жидкая вода необходима для формирования и размножения органической жизни. Вода - это необычное вещество. В качестве мягкого растворителя вода позволяет другим молекулам диссоциировать и смешиваться. Между тем он очень стабилен и прозрачен для видимого света - что-то полезное, если биотики получают энергию непосредственно от солнечного света. Наконец, вода хорошо удерживает температуру, отводит избыточное тепло за счет испарения и плавает при охлаждении, превращаясь в лед.
По словам экзобиолога НАСА Эндрю Похорил, «вода объединяет органические молекулы и позволяет организовать структуры, которые в конечном итоге стали клетками». При этом вода действует в беспрецедентной матрице, позволяя органическим молекулам образовывать самоорганизующиеся структуры. Эндрю цитирует одно свойство, уникально связанное с водой, которое делает возможной самоорганизацию и рост: «Гидрофобный эффект ответственен за то, что вода и масло не смешиваются, мыло и моющие средства« захватывают »маслянистую грязь во время стирки в воде и для огромное количество других явлений. В более общем смысле гидрофобный эффект ответственен за отделение неполярных (масляных) молекул или частей молекул от воды, поэтому они могут склеиваться, даже если они не связаны. В биологии это именно те взаимодействия, которые ответственны за формирование мембранных клеточных стенок и за складывание белков в функциональные структуры ».
Чтобы вода приняла жидкое состояние, она должна оставаться в относительно узком диапазоне температур и давлений. Из-за этого только несколько удачно расположенных планет - и, возможно, горстка больших лун имеют благоприятные условия, необходимые для жизни. Во многих случаях все сводится к форме небесной недвижимости - местоположение, местоположение, местоположение ...
Ранняя жизнь на Земле была очень простой по форме и поведению. Несмотря на клеточный характер, у них не было центрального ядра (прокариот) и других субструктур (органелл). Не имея ядра, такие клетки размножаются бесполым путем. Эти анаэробы существовали в основном за счет создания (анаболизации) метана из водорода и углекислого газа. Им нравилось тепло - и его было много!
Тот факт, что жизнь на Земле развивалась не так удивительно, как можно подумать. Жизнь сейчас считается гораздо более надежной, чем когда-либо предполагалось. Даже сейчас гидротермальные жерла глубоко в океане выбрасывают почти кипящую воду. Рядом с такими жерлами процветает жизнь - в виде гигантских трубчатых червей и моллюсков. Глубоко под поверхностью Земли обнаружены минерально-метаболизирующие анаэробные бактерии. Такие условия считались невозможными на протяжении большей части 20-го века. Жизнь, кажется, возникает даже в самых суровых условиях.
По мере того, как формы жизни развивались в нашем мире, клетки развивали органеллы - некоторые путем включения в их структуры меньших, более специализированных клеток. Планета охладилась, ее атмосфера прояснилась, и солнечные лучи играли в океанах. Возникли первобытные бактерии, которые фиксировали энергию солнечного света как пищу. Некоторые оставались прокариотическими, в то время как другие развивали ядро (эукариотические). Эти примитивные бактерии увеличивали содержание кислорода в атмосфере Земли. Все это произошло около 2 миллиардов лет назад и было необходимо для поддержания качества и количества жизни, населяющей в настоящее время «Голубую планету».
Первоначально атмосфера состояла из менее чем 1% кислорода - но по мере увеличения уровней бактерии, питающиеся бактериями, адаптировались для синтеза воды из кислорода и водорода. Это высвобождает гораздо больше энергии, чем способен метаболизм метана. Контролируемый синтез воды был огромным достижением для жизни. Рассмотрим химические лабораторные эксперименты в средней школе, где водород и кислород объединяются, нагреваются, а затем взрываются. Примитивные формы жизни должны были научиться обращаться с этим очень изменчивым материалом гораздо более безопасным способом - ставя фосфор в задачу преобразования АДФ в АТФ и обратно.
Позже, примерно 1 миллиард лет назад, появились самые простые многоклеточные существа. Это произошло, когда клетки объединились для общего блага. Но такие существа были простыми колониями. Каждая камера была полностью автономной и заботилась о своих собственных потребностях. Все, что им требовалось, - это постоянное воздействие теплого бульона ранних океанов для получения питательных веществ и удаления отходов.
Следующий великий шаг в эволюции жизни2
пришли как разработанные специализированные типы клеточных тканей. Мышцы, нервы, эпидермис и хрящи способствовали развитию многих сложных форм жизни, населяющих нашу планету - от цветущего растения до начинающего молодого астронома! Но это самое первое организованное существо, вполне возможно, было червем (ящерицей), роющим в морской слизи около 700 миллионов лет назад. Не имея глаз и центральной нервной системы, он обладал только способностью прикасаться и ощущать вкус. Но теперь у жизни была способность дифференцироваться и специализироваться. Само существо стало океаном ...
С появлением хорошо организованных существ темп жизни ускорился:
К 500 млн лет назад появились первые позвоночные. Вероятно, это были похожие на угря существа, которых не было видно, но они чувствительны к химическим и, возможно, электрическим изменениям в окружающей среде.
К 450 млн лет назад первые животные (насекомые) присоединились к корневым растениям на суше.
Около 400 млн лет назад первые позвоночные вылезли из моря. Возможно, это была рыба-амфибия, питающаяся насекомыми и растениями вдоль берега.
К 350 млн. Лет - появились первые «игуановые» рептилии. У них были сильные, твердые челюсти в цельном черепе. Когда они выросли, такие рептилии осветили свои черепа, добавив отверстия (помимо простых глазниц). До того как на земле господствовали динозавры, им предшествовали крокодилы, черепахи и птеразавры (летающие рептилии).
Примитивные млекопитающие возвращаются почти 220MY. Большинство этих существ были маленькими и похожими на грызунов. Более поздние версии развивали плаценту - но более ранние разновидности просто высиживали яйца внутренне. Все млекопитающие, конечно, теплокровны, и поэтому должны жадно питаться, чтобы поддерживать температуру тела - особенно в холодные ветреные ночи, выслеживая слабые галактики вдоль реки Эридан…
Как и млекопитающие, теплокровным птицам требуется больше пищи, чем рептилии, но, как и рептилии, откладывают яйца. Неплохая идея для летающего существа! Сегодня летают небесные птицы (такие как поздний летний Лебедь-Лебедь и Аквила-Орёл), потому что настоящие птицы взяли крыло около 150 миллионов лет назад.
Самые ранние приматы существовали даже во время исчезновения динозавров. Существуют убедительные доказательства того, что сами динозавры проходили как группа после того, как астероид или комета воздействовали на полуостров Юкатан в Соединенных Штатах Мексики. После этого катастрофического события температура упала по мере того, как спускалась «неядерная» зима. В таких условиях пища была щадящей, но теплокровность вступала в свои права. Однако прошло немного времени, прежде чем один тип «гигантизма» вскоре заменил другой - сами млекопитающие выросли до необычайных размеров и превратились в самых крупных в утробе моря и теперь принимают форму великих китов.
Конец «ужасных ящериц» был не первым массовым вымиранием жизни - ему предшествовали четыре предыдущих вымирания. Сегодня, осознавая потенциальную возможность других подобных катастрофических воздействий, некоторые астрономы мира следят за околоземными орбитами, оставшимися от образования солнечной системы. Самые маленькие типы - например, метеоры - устраивают безобидные небесные световые шоу. Более крупные метеоры (болиды) иногда распространяют «пламя» и следят за «дымом», когда они падают на Землю. Более крупные тела оставили следы естественного опустошения в милях лесов - даже не оставив следов своего собственного материала, разрушающего вечеринку. Но у крупных злоумышленников такой скромности мало. Астероид или комета диаметром в один километр означали бы абсолютное бедствие для населенного центра. Тела, в десять раз превышающие этот размер, могут объяснить массовые вымирания того типа, который означал конец динозаврии.
Человеческие существа сначала шли прямо около 6МЯ. Это, вероятно, произошло, поскольку путь между прото-шимпанзе и ранними гоминидами разошелся. Это расхождение последовало за десятилетним периодом быстрого развития приматов и смешалось с шестимиллионным циклом эволюции человека. Первые каменные орудия были созданы человеком примерно 2 миллиона лет назад. Огонь был обуздан неким предприимчивым представителем человеческого рода миллион лет спустя. Технология набирала обороты очень медленно - сотни тысяч лет прошли без какого-либо существенного улучшения в инструментах, используемых в племенных обществах прошлого.
Современные люди возникли более 200 000 лет назад. Примерно через 125 тысяч лет произошло событие, которое, возможно, сократило все население планеты Земля до менее чем 10 000 человек. Это событие не было внеземным по своей природе - сама Земля, вероятно, извергала «огонь и серу» во время извержения заряженной газом магматической камеры (подобной той, что находится под Йеллоустонским национальным парком на западе США). Прошло еще 65 000 лет, и каменный век уступил век земледелия. 5000 лет назад первые города-государства объединились в плодородных долинах, окруженных гораздо менее гостеприимным климатом. Целые цивилизации пришли и ушли. Каждый передает факел культуры и медленно развивающиеся технологии к следующему. Сегодня прошло всего несколько коротких столетий с тех пор, как первые человеческие стеклянные линзы сформировали руку и обратили человеческий взгляд на вещи ночного неба.
Сегодня огромные зеркала и космические зонды позволяют нам созерцать огромные просторы Вселенной. Мы видим, что Космос динамичен и, возможно, завораживает жизнью, более богатой, чем кто-либо мог себе представить. Подобно свету и материи, жизнь вполне может быть фундаментальным качеством пространственно-временного континуума. Жизнь может быть такой же универсальной, как гравитация, и такой же личной, как вечер наедине с телескопом под ночным небом ...
1 Фактически, радиочастотный спектрографический отпечаток, по крайней мере, одной аминокислоты (глицина) был обнаружен в огромных облаках пыли и газа в межзвездной среде (ISM). (См. Аминокислота, найденная в глубоком космосе).
2 Вопрос о том, что жизнь развивается от менее изощренных к более изощренным формам - вопрос вне научного спора. Как именно происходит этот процесс, является вопросом глубокого разделения человеческого общества. Астрономы - в отличие от биологов - не обязаны придерживаться какой-либо конкретной теории по этому вопросу. Независимо от того, является ли случайная мутация и естественный отбор процессом или какая-то невидимая «рука», способная вызвать подобные вещи, не входит в сферу астрономических исследований. Астрономы интересуются структурами, условиями и процессами во вселенной в целом. По мере того, как жизнь станет более очевидной для этой дискуссии, астрономия, в частности экзобиология, будет иметь больше информации по этому вопросу. Но сам факт, что астрономы могут позволить природе говорить по таким вопросам, как внезапное и мгновенное «сотворение ex nihilo» в форме Большого взрыва, показывает, насколько гибко астрономическое мышление относится к конечным источникам.
Подтверждение: Я благодарю экзобиолога
Эндрю Похорил из НАСА, который разъяснил мне, как велико значение гидрофобного воздействия на формирование самоорганизующихся структур. Для получения дополнительной информации об экзобиологии, пожалуйста, посетите официальный сайт НАСА «Жизнь в пространстве и времени в экзобиологии», через который мне посчастливилось связаться с Эндрю.
Об авторе:
Вдохновленный шедевром начала 1900-х годов: «Небо сквозь трех-, четырех- и пятидюймовые телескопы», Джефф Барбур начал изучать астрономию и космическую науку в возрасте семи лет. В настоящее время Джефф посвящает много времени наблюдению за небесами и поддержанию веб-сайта.
Astro.Geekjoy.
