Направи дарение на училище!

Автор: Радослав Тодоров

Хипотезата за панспермията

Разбери повече за БГ Наука:

***

Произходът на живота е един от най-фундаменталните неразрешени въпроси, стоящ пред човешкото познание, който винаги е бил във фокуса на нашето внимание, но така и не е намерил все още своя отговор.
Сред различните хипотези за неговото възникване отдавна е и тази за панспермията, според която зародишът на живота е бил случайно пренесен от неизвестно място в космоса, върху космическо тяло, като комета, астероид или метеорит, паднало преди милиарди години на Земята.

След откриването на космическите лъчения и пагубния ефект на радиацията върху живите организми, научната общност започва да става все по-скептична към тази теория. Но когато, върху оставените от мисиите Аполо на Луната сонди, са намерени живи земни микроорганизми интересът към панспермията постепенно се възвръща. Докато накрая получените през 2006 г. резултати от изследвания на вещество, извлечено от комета чрез сондата Дийп Импакт, неопровержимо доказват наличието в него на вода и прости органични съединения. С това откритие, на кометите започва да се гледа като на възможни “транспорти“ на живота из Вселената.

Болшинството от учените все още са привърженици на възгледите, че животът се е зародил тук на нашата планета, движен изцяло от земните сили и условия. Освен това те критикуват теорията за панспермията, най-вече с мотива, че реално тя няма как да бъде тествана експериментално. А дори и да имаше начин и той да беше дал положителен резултат, пак няма как да докажем, че в действителност някога, преди милиарди години, се е случило точно така.
Отделно евентуалното доказване на тази теория, едва ли ще може да разкрие и каква точно е била искрата, предизвикала самото възникване на живота и кога и къде в необятния космос се е случило това. Но затова пък може да ни даде нови представи за произхода и естеството на живота, нови насоки за изследването му и нови, вече научно обосновани, надежди за търсене на извънземен живот, ако излезе, че самите ние сме наследници на такъв. Както и не на последно място – може да ни даде полезна информация за поддържането на живите организми в открития космос, което пък може да помогне за бъдещата му колонизация от човечеството.

Революционни открития

През втората половина на миналия век се случват няколко събития от изключителна важност за изследванията в тази насока. Едно от тях е докладът за откриването на доказателства за биогенни въглеводороди и относително големи количества частици с микроскопичен размер, наподобяващи фосилизирани водорасли, в два метеорита (представляващи въглеродни хондрити) – Orgueil и Ivuna CI1. След това идва съобщението, че в марсианския метеорит ALH84001, се съдържат доказателства за реликтна биогенна активност – полиароматни въглеводороди и възможни биогенни магнетити и нанофосили. Впоследствие и учени от Центъра за космически полети на НАСА и Палеонтологичния институт към Руската академия на науките (РАН) съобщават за откриването на микрофосили във въглеродния метеорит Murchison CM2.

Първите доклади тогава предизвикват доста остра негативна реакция сред астрономите, които категорично отхвърлят възможността в метеоритите да бъдат открити следи от живот. Такава реакция се наблюдава не само в САЩ, но и в Русия, където особено негативните критики идват предимно от астрономи, които като цяло са имали малък опит с микробиология, микропалеонтология и дори с метеорити. Въпреки, че дълги години преди това търсенето на изкопаеми останки в метеорити се смята едва ли не за табу, сега вече интересът към астробиологията бързо започва да набира популярност.

Съвременното търсене на микрофосили във въглеродния хондрит Оргей (Orgueil CI1) започва през 2004 г. с помощта на проби от него и хиляди изображения от сканиращи електронни микроскопи с висока разделителна способност, изследвани от учените от Лабораторията по радиационна биология на Обединения институт за ядрени изследвания (ОИЯИ) в Дубна, Русия. Също така е проведена eнергодисперсионна рентгенова спектроскопия на минерални зърна и микрофосили, включително и от много други въглеродни метеорити, чрез която да се разкрие елементния състав на много от тези микробни останки.

През септември 2021 г., в ОИЯИ в Дубна (Русия), екипът на БгНаука се срещна с част от учените, участвали в изследванията на метеорита Оргей и издали книга-албум с всички резултати, анализи и изображения, получени от сканиращите електронни микроскопи.

Изследването на Оргей сензационно разкри съвсем разпознаваеми и често изключително добре запазени останки от неизвестни микроорганизми. Откритите вкаменелости включват различни остатъци от вкаменени прокариоти (нишковидни цианобактерии и актиномицети); водни еукариотни микроводорасли (напр. диатомеи, празинофити и акритархи); протисти (напр. хоанофлагелати, алвеолати и тестатни амеби); и вероятно дори спори на гъбички.

Вкаменени космически организми падат във Франция

Въглеродният хондрит Оргей пада в Югоизточна Франция (в община Оргей, част от департамент Тарн е Гарон) на 14 май 1864 г. Тогава очевидци съобщават за огнено кълбо, следвано от тънка ивица дим, което по време на падането си избухва в небето и множество тъмно черни отломки от него падат наоколо в радиус от 20 км. Местните селяни успяват да открият и съберат над 20 парчета от метеорита с общо тегло 14 кг.

Предполагаемо неговият произход, според широко приетата парадигма за метеоритите е, че е астероиден по природа и възникнал от Астероидния пояс или облака на Оорт. Въпреки че това тълкуване е валидно предимно за каменистите хондрити, ахондрити и железни метеорити, докато по-новите проучвания показват, че Оргей, Мърчисън и другите въглеродни хондрити може да са от кометен произход.
Също така още от 1864 г. е известно, че Оргей съдържа въглерод и вода от извънземен произход. Камъкът е изграден от минерални зърна, споени заедно от магнезиев сулфат и други водоразтворими соли. Минералогията и отсъствието на хондри в Оргей предоставят пряко доказателство за периоди на въздействие от течна вода върху родителското тяло на метеорита много преди камъните да влязат в земната атмосфера. Екстензивната промяна, предизвикана от вода, на Оргей, Айвуна и други въглеродни метеорити се доказва от липсата на хондри и наличието на филосиликати, глинести минерали и други минералогични, химични и изотопни данни.

Химическите и изотопните изследвания на минералите, съотношенията на деутерий и водород, аминокиселините и нуклеобазите предоставят доказателства, че кометите могат да представляват родителски тела на метеорити като Оргей и Айвуна, както и на други въглеродни хондрити и антарктически микрометеорити. Моделът на кометата за родителското тяло на Оргей е значително подкрепен от откриването на подобни минерали и подобни на хондри обекти в частици от кометата 81P/Wild 2, донесени на Земята от мисията Stardust. Последните наблюдения за сходството на съотношението на деутерий и водород във водата от метеорита Оргей с водата на кометата 103/P Hartley 2 предоставят допълнителни наблюдателни доказателства, че произходът на Оргейл е от комета.

Бактерии от чужда планета?

По-нататъшни открития, обаче насочват хипотезите за произхода на метеорита в друга посока. Открита е вкаменена форма в един от фрагментите му, идентифицирана като магнитотактична бактерия, която показва, че част от родителското тяло на метеорита преди натрупването му е принадлежала на космическо тяло, притежаващо магнитосфера, хидросфера и вероятно атмосфера.

В днешно време е общоприето, че кометите са изиграли основната роля в доставянето на вода и органични вещества на Земята през ранния период от нейното съществуване. Което кореспондира с хипотезата за панспермията, предполагаща междупланетното пренасяне на живот по този начин.
Дългосрочни експерименти за оцеляване на органични вещества и бактерии в космоса са провеждани от NASA, Роскосмос, ESA и JAXA. Те включват експериментите LDEF, BIOPAN, ADAPT, EXPOSE и TANPOPO на борда на Skylab, Мир, Spacelab, Foton и Международната космическа станция. Тези експерименти установиха, че много прокариотни и еукариотни микроби оцеляват в продължение на години в условията на открития космос, защитени от многослойни съвкупности от клетки с дебелина от порядъка на микрони.

Фрагмент от метеорита Оргей в музея на минералогията Ecole des Mines, Франция.

Изчисленията обаче показват, че при условия на литиопанспермия (когато са защитени от няколко метра скала или лед) оцеляването на бактериите и спорите вече се увеличава до милиони години. Впоследствие руският геохимик Ерик Галимов изчислява и биологичните и термодинамични изотопни фактори на фракциониране на аминокиселините в живите организми и въглеродните метеорити и установява, че докато метеоритните аминокиселини са явно извънземни, съществува забележителна връзка между тези параметри – връзка, аналогична на тази на биологичните съединения. Тези данни потвърждават възможността за пренос на бактерии между планети, луни, астероиди и комети на нашата Слънчева система през космическото пространство.

Назад във времето към зората на Слънчевата система

Оргей се явява един от най-древните от всички известни метеорити. Въглеродните хондрити, от неговия тип, са остатъци от процесите, възникнали, когато облакът от междузвезден газ и прах от протослънчевата мъглявина се разпада и постепенно образува нашата Слънчева система.
Въглеродните хондрити обикновено съдържат богати на калций и алуминий образувания и хондри, които представляват сферични парченца скала с размери от микрон до сантиметр, образувани от разтопени капчици, които бързо се охлаждат в кондензиращия облак на протослънчевия диск. Известни са само 9 въглеродни хондрита CI1 и те се считат за най-първичните от всички метеорити, тъй като съставът им (с изключение на летливите) съвпада много с този на фотосферата на Слънцето. Пет от въглеродните хондрити CI1 са наблюдавани при падането им, докато останалите четири са открити в леда на планините Ямато по време на експедиции до Антарктида през 1986 и 1998 г. Въпреки, че въглеродните хондрити CI1 не съдържат нито хондрите, нито калциево-алуминиеви образувания, съгласуването на данните за абсолютната и относителната хронология от измерването на въглеродния метеорит Allende CV3 предполага, че разпадането на протослънчевата мъглявина, образувала Слънчевата система, се е случило преди 4.5675 милиарда години, а втвърдяването на Земята, Луната и другите планети се е случило малко след това.

През 1966 г. учените Бострьом и Фредериксон описват метеорита Оргей като битумна глина със структура на брекча (грубозърнести скали, състоящи се от здраво слепени ъгловати отломки) и кластична текстура с три основни етапа на образуване на минерали върху основното му тяло:
1. Ранно горещо образуване на минерали като троилит, стабилни при няколкостотин °C
2. Среден етап с образуване на минерали като хлорит и лимонит <170°C
3. Късен стадий на образуване на карбонати и сулфати <50 °C

Общоприето е, че метеоритът Оргей е микрореголитна брекча с минерален състав, който дава доказателство за обширни водни промени в родителското му тяло, което вероятно е унищожило първоначално наличните хондри. Проблемът при него е, че е изключително ронлив и хетерогенен и могат да възникнат дълбоки вариации в химията, морфологията, минералогията и текстурата от един фрагмент на метеорита до следващия. Освен това, на разстояния от микрон до милиметър в рамките на един и същ каменен фрагмент съществуват много различни минерални частици, жилки и въглеродни тела с различна възраст и произход. Тази висока степен на хетерогенност за съжаление прави невъзможна точната оценка на възрастта на метеоритните отломки от Оргей.

Изотопните изследвания на тежките елементи обаче установяват, че много от силициевите карбидни зърна са нуклеосинтез, който се среща главно в звезди от асимптотичен гигантски клон, древни червени гиганти и свръхнови.
Прилагането на изобилие от модели на звездна еволюция към 52 000 звезди в базата данни на KEPLER APOGEE DR12 доведе до определяне на възрастта за тези звезди в много широк диапазон от 13 милиарда години. Следователно зърната, които са останали замразени в първичното вътрешно ядро ​​на Оргей, вероятно са древен предслънчев междузвезден и междугалактически прах, на възраст между 4,567 до 13 милиарда години назад, който се е кондензирал заедно със замръзнала вода и други летливи вещества в родителското тяло на метеорита. Въпреки това, тези съставки, съдържащи се в ледовете близо до кората на родителското тяло, може да са натрупани от голямо разнообразие от източници: включително междугалактически прах, междузвезден прах, околопланетен прах, междупланетни прахови частици, скалисти и органични зърна, вода и ледени частици, изхвърлени от ледените луни и комети. Като се имат предвид доказателствата, че въглеродният метеорит Огрей е микрореголитна брекча, която най-вероятно се състои от микроскопични частици от голямо разнообразие от източници на много различни възрасти, той може да се счита за древен първичен метеорит, с голяма част от твърдите му компоненти, изхвърлени от звезди и свръхнови преди образуването на прото-слънчевата мъглявина, която се кондензира, за да образува Слънцето, планетите, луните и другите по-малки тела от нашата Слънчева система.

Вкаменените микроорганизми в метеорита Оргей са възникнали във времето когато Слънчевата система е представлявала протослънчева мъглявина от космически прах, който все още не е бил образувал Слънцето и планетите.

В обобщение, тъй като древният междугалактически и междузвезден прах и частици от свръхнови никога не са преживели фазата на топене, те представляват съвкупност от древни частици звезден прах, които са били включени в първичните ледове, превърнали се в микрореголитната брекча на Оргей. Тъй като метеоритът се състои от древни предслънчеви зърна и междузвезден прах, заедно с по-млад звезден прах и междупланетни космически прахови частици, планетарни изхвърляния, лед, органични вещества и кометни отломки, натрупани преди навлизането му в атмосферата на Земята през 1864 г., не е възможно да се определи конкретна възраст на образуването на този метеорит. Но всичко в него говори, че родителското му тяло, заедно с фосилите на органични съединения, са по-стари от всичко в Слънчевата система.

Извънземните органични съединения

Всичките органични съединения съставляват около 13,9% от общата маса на метеорита Оргей. Около 90-95% от всички органични съединения, открити във въглеродните хондрити CI1 и CM2, са представени от дълговерижни полимери, неразтворими в обикновени разтворители. Тази неразтворима органична материя е сложен органичен полимер, подобен на керогена (широко известен геохимичен биомаркер).
Обширни проучвания, проведени от началото на 60-те години на миналия век, показват, че Оргей, Мърчисън и други въглеродни метеорити съдържат и множество разтворими органични вещества и биомолекули, включително: алифатни и ароматни въглеводороди, основи на нуклеинови киселини, захарни алкохоли, хидрокси киселини, карбоксилни киселини и аминокиселини. Тези биомаркери може да се каже, че са „слаби“, тъй като въпреки, че се произвеждат от живи организми, те също така могат да бъдат образувани и чрез абиотични механизми. Но Оргей все пак съдържа и много “силни“ биомаркери, като хирални а-аминокиселини, нуклеобази и диагенетичните разпадни продукти на хлорофила (порфирини, пристан и фитан). Тези биомаркери са от решаващо значение за живота и не се образуват от абиотични механизми. Също така е известно, че са в състояние да запазят своята химическа структура за значителни периоди от време (от милиони до милиарди години). Диагенетичните и катагенетичните процеси, които променят първоначалните им биохимични вещества, водят само до загуба на функционални групи (-OH, -COOH и др.), след което тези древни химически вкаменелости все още са лесно разпознаваеми. Досега никога не е бил откриван механизъм за небиологично производство на хлорофил или пристан и фитан, които се образуват от голям набор от сложни реакции, подпомагани от ензими.

В Оргей и в други въглеродни метеорити са открити много протеинови аминокиселини, както и множество аминокиселини с неизвестна функция в земната биология. Към този момент само 7 от 20-те стандартни протеиногенни аминокиселини са открити в киселинно хидролизирани горещи водни екстракти от метеорита.
Много от протеиновите аминокиселини, които са често срещани в археите, бактериите и еукариотите, липсват в Оргей и другите въглеродни метеорити. Липсващите протеинови аминокиселини са аргумент в полза на твърдението, че тези скални отломки не са замърсени от земни биологични останки, тъй като целият живот на Земята съдържа пълния набор.

В метеорита Айвуна са представени 3 от 5-те типа “организирани елементи” от Оргей, където концентрацията им е 1650-1700 на милиграм. Учените предполагат, че тези организирани елементи са древни микрофосили, тъй като висока концентрация на такива може да възникне в среда, където има постоянно течна вода за дълго време. Някои от организираните елементи са подобни (но не идентични) на сухоземните динофлагелати или хризомонади, които живеят в моретата и езерата, но не се срещат в почвата. Други типове пък са морфологично различни от всички известни земни форми.

Изображения, публикувани в книгата “Метеорит Оргей (Атлас Микрофоссилий)”, издаващи биологичния произход на вкаменелостите.

Разбира се някои учени атакуват теорията, че въпросните организирани елементи са от биологичен произход, отбелязвайки възможността да са минерални морфологични образувания. Концепцията, че не е възможно да се идентифицират биологичните образувания само чрез морфология, е широко застъпвана от много учени, които считат, че формата, диапазонът на размерите и подробните морфологични характеристики на вкаменелостите не са от решаващо значение за науката палеонтология.

Заключение

Въглеродният метеорит Оргей CI1 определено е уникален феномен по отношение на изобилието и разнообразието от добре запазени микрофосили в него. Това дава ясен отговор на въпроса за произхода на живота извън Земята, което е напълно в съответствие с хипотезата за панспермията. Комбинацията от микрофосили, заедно с минералогията и силните биомаркери, открити в метеорита от различни изследователи в продължение на много години, ясно демонстрира факта, че тези органични останки принадлежат към тялото на Оргей и са автентични вкаменелости, а не съвременни земни замърсители. В това поне съмнения вече няма.

Изследванията върху тази находка показаха стойността на сканиращата електронна микроскопия, комбинирана с енергийно дисперсионна рентгенова спектроскопия при търсенето и валидирането на извънземни микрофосили в космическите обекти.
Наличието на различни еукариоти, като пеннатни диатоми и евентуално спори от водорасли или гъбички вътре в Оргей, поставя наистина много трудния въпрос за произхода на тези форми и за това по какъв начин са попаднали в тялото на метеорита.
Така че изглежда напълно възможно тези ясни биологични останки да са възникнали в резултат на унищожаване на планети, ледени луни, комети или други малки тела, върху които са се развили в условия, подобни на земните. Това повдига въпроса за възможността за равномерно развитие на биосферите на различни планетарни тела, както и транспланетарно пренасяне на жизнеспособна микробиота заедно с органични съединения и скалисти/ледени отломки (лито- или крио-панспермия). По този начин изследването на микровкаменелостите на метеорита Оргей не само показва, че животът не е възникнал (само) на Земята, но и поставя редица въпроси, а вероятно и нестандартни решения относно произхода и разпространението на живота и биосферите във Вселената.

Вземете (Доживотен) абонамент и Подарете един на училище по избор!