Ново проучване показва, че извънземният живот не е задължително да се основава на въглерода

Изследването на автокатализата дава по-ясна представа за възможността за съществуване на живот извън познатите ни въглеродни форми. Последните проучвания показват съществуването на неорганични автокаталитични цикли, което предполага възможността за живот в абиотични среди. Тези постижения разширяват обхвата на астробиологията, като ни подтикват да преосмислим критериите за живот при търсенето на извънземен живот.

Предвид множеството изследвания, стремежът да се разбере произходът на живота и възможността за живот извън нашата планета е един от централните въпроси на съвременните научни изследвания. Тази тема далеч не е просто спекулативна, а представлява предизвикателство за фундаменталните ни познания в областта на биологията, химията и астробиологията.

В този контекст изучаването на автокатализата – механизмът на реакция, при който крайният продукт действа като катализатор – дава нов поглед върху механизмите, които могат да дадат възможност за възникване на живот в неорганични и абиотични среди. Скорошно проучване на учени от Университета на Уисконсин-Медисън изследва тази възможност, като разшири обхвата на изследването, за да разгледа невъглеродните форми на извънземен живот. Резултатите от изследването са публикувани в Journal of the American Chemical Society.

Химичното разнообразие и произходът на живота

Бетул Качар, астробиолог, подкрепян от НАСА, професор по бактериология в UW-Madison и водещ автор на изследването, обяснява в съобщение за пресата:

„Възникването на живота е процес, който започва от нищото. Но той не може да се извърши само веднъж. Животът се свежда до химия и условия, които могат да генерират модел на самовъзпроизвеждащи се реакции“.

Химичните реакции, при които се образуват молекули, насърчаващи една и съща реакция да протича многократно, се наричат автокаталитични реакции. Жен Пенг, постдокторант в лабораторията на Качар, и колегите му са събрали 270 комбинации от молекули, включващи атоми от всички групи и редове на периодичната таблица, които са способни на устойчива автокатализа.

Тези цикли са особено показателни, тъй като са независими от органичните молекули, за разлика от известните форми на живот на Земята, които са предимно на въглеродна основа. Качар отбелязва:

„Мислехме, че този тип реакции са много редки. Сега показваме, че те на практика далеч не са толкова редки. Просто трябва да се търси на правилното място“.

Изследователите са се фокусирали върху така наречените реакции на пропорционалност. При тези реакции две съединения, състоящи се от един и същ елемент с различен брой електрони (или реактивни състояния), се комбинират, за да образуват ново съединение, в което елементът е в средното от първоначалните реактивни състояния.

За да бъде една реакция автокаталитична, резултатът от нея трябва да служи и като суровина за възпроизвеждане на самата реакция, така че резултатът да се превърне в ново изходно вещество, обяснява Зак Адам, съавтор на изследването. При реакциите на пропорционалност се получават множество копия на някои от участващите молекули, което осигурява материали за следващите стъпки в автокатализата.

„При всеки цикъл се получава поне един допълнителен продукт, което ускорява реакцията и я прави още по-бърза“, добавя Адам.

Последствията върху търсенето на признаци на живот

Откриването на неорганични автокаталитични цикли хвърля нова светлина върху възможността за живот във Вселената. Това откритие предполага, че в многобройните извънземни среди, включително и в такива, които са коренно различни от Земята и които досега са били смятани за негостоприемни, може да има живот в непознати и неорганични форми.

Планетите и естествените спътници във и извън нашата Слънчева система се характеризират с разнообразни условия на околната среда, много от които са екстремни в сравнение с тези на Земята. Те включват екстремни температури, високи или ниски налягания, плътни или липсващи атмосфери и различен химичен състав. Формите на живот на въглеродна основа, такива, каквито ги познаваме, не биха могли да оцелеят при такива условия. Наличието на неорганични автокаталитични цикли обаче показва, че неорганичните форми на живот теоретично биха могли да възникнат и да процъфтяват в тези екстремни условия.

Подобна перспектива ни кара да разглеждаме нови възможности в търсенето на извънземен живот. Сега пред учените стои задачата да разработят техники за търсене и изследване, които могат да откриват признаци на неорганичен живот в различни извънземни среди.

Качар ръководи подкрепен от НАСА консорциум, наречен MUSE (Metal Utilisation & Selection Across Eons). Нейната лаборатория ще се фокусира върху реакциите, включващи елементите молибден и желязо. Тя обобщава:

„Никога няма да разберем със сигурност какво точно се е случило на нашата планета, за да се появи живот. Не разполагаме с машина на времето. Но in vitro можем да създадем множество планетарни условия, за да разберем как първоначално се е развила динамиката, необходима за поддържането на живота“.

Изследователите отбелязват, че е възможно да се комбинират няколко цикъла заедно, дори когато те са много различни един от друг. Това би могло да доведе до самоподдържащи се химични реакции, които генерират разнообразни молекули, за да се получи изключително голямата сложност необходима за възникването на живот.

В допълнение към последиците, които тази работа може да има за търсенето на живот във Вселената и за разбирането на произхода на живота, това изследване може да има и практически приложения, като например „оптимизиране на химическия синтез и ефективното използване на ресурсите и енергията“, каза Адам.

„Друга възможност е за използването на химичните съединения за решаването на различни интересни задачи, като например химичните изчисления“.