Supernova Remnant N 63A เครดิตภาพ: ฮับเบิลคลิกเพื่อขยาย
ชีวิตบนโลกนี้เกิดขึ้นได้จากการตายของดวงดาว อะตอมเช่นคาร์บอนและออกซิเจนถูกขับออกไปในช่วงครึ่งหลังของดาวฤกษ์ที่กำลังจะตายหลังจากเสบียงเชื้อเพลิงไฮโดรเจนขั้นสุดท้ายหมดแล้ว
สิ่งที่ดาวดวงนี้รวมตัวกันเพื่อก่อให้เกิดชีวิตยังคงเป็นปริศนาได้ แต่นักวิทยาศาสตร์รู้ว่าจำเป็นต้องมีการรวมกันของอะตอม น้ำ - อะตอมไฮโดรเจนสองอันเชื่อมโยงกับอะตอมออกซิเจนหนึ่งอะตอมมีความสำคัญต่อการพัฒนาชีวิตบนโลกดังนั้นภารกิจขององค์การนาซ่าจึงค้นหาน้ำบนโลกอื่นด้วยความหวังในการค้นหาชีวิตที่อื่น โมเลกุลของสารอินทรีย์ที่สร้างขึ้นส่วนใหญ่ของอะตอมของคาร์บอนก็มีความสำคัญเช่นกันเนื่องจากสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลกนั้นเป็นคาร์บอน
ทฤษฎีที่ได้รับความนิยมมากที่สุดของต้นกำเนิดของชีวิตบอกว่าเคมีที่จำเป็นเกิดขึ้นที่ช่องระบายความร้อนบนพื้นมหาสมุทรหรือในสระตื้นตื้น อย่างไรก็ตามการค้นพบในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาได้แสดงให้เห็นว่าวัสดุพื้นฐานหลายอย่างสำหรับการสร้างชีวิตในพื้นที่เย็นที่ซึ่งเรารู้ว่ามันเป็นไปไม่ได้
หลังจากดาวฤกษ์ที่กำลังจะตายจะปลดปล่อยคาร์บอนอะตอมของคาร์บอนบางส่วนรวมกับไฮโดรเจนในรูปแบบโพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน (PAHs) PAHs - ชนิดของเขม่าคาร์บอนคล้ายกับส่วนที่ไหม้เกรียมของขนมปังเผา - เป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีมากที่สุดในอวกาศและเป็นส่วนผสมหลักของอุกกาบาต chondrite คาร์บอน แม้ว่า PAHs จะไม่พบในเซลล์ที่มีชีวิตพวกมันสามารถเปลี่ยนเป็น quinones โมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการพลังงานของเซลล์ ยกตัวอย่างเช่น quinones มีบทบาทสำคัญในการสังเคราะห์แสงช่วยให้พืชเปลี่ยนแสงให้เป็นพลังงานเคมี
การเปลี่ยนแปลงของ PAHs เกิดขึ้นในเมฆระหว่างดวงดาวของน้ำแข็งและฝุ่น หลังจากลอยผ่านอวกาศ PAH ก็จะรวมตัวกันเป็น“ เมฆโมเลกุลหนาแน่น” วัสดุในเมฆเหล่านี้บล็อกบางส่วน แต่ไม่ทั้งหมดของรังสีที่รุนแรงของพื้นที่ รังสีที่กรองผ่านจะปรับเปลี่ยนค่า PAHs และวัสดุอื่น ๆ ในกลุ่มเมฆ
การสำรวจด้วยกล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดและกล้องโทรทรรศน์ของเมฆตรวจพบสาร PAHs รวมถึงกรดไขมันน้ำตาลง่าย ๆ จำนวนเล็กน้อยของกรดอะมิโนไกลซีนซีนและโมเลกุลอื่น ๆ กว่า 100 โมเลกุลรวมถึงน้ำคาร์บอนมอนอกไซด์แอมโมเนียฟอร์มาลดีไฮด์และไฮโดรเจนไซยาไนด์
กลุ่มเมฆไม่เคยถูกสุ่มโดยตรง - พวกมันอยู่ไกลเกินไป - เพื่อยืนยันสิ่งที่เกิดขึ้นทางเคมีในกลุ่มเมฆทีมวิจัยนำโดย Max Bernstein และ Scott Sandford ที่ห้องปฏิบัติการ Astrochemistry ที่ศูนย์วิจัย Ames ของ NASA ตั้งค่าการทดลองเพื่อเลียนแบบ สภาพคลาวด์
ในการทดลองหนึ่งส่วนผสม PAH / น้ำจะถูกสะสมบนไอเกลือแล้วทิ้งระเบิดด้วยรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) สิ่งนี้ทำให้นักวิจัยสามารถสังเกตได้ว่าโครงกระดูก PAH พื้นฐานกลายเป็น quinones อย่างไร การฉายรังสีการแช่แข็งผสมของน้ำ, แอมโมเนีย, ไฮโดรเจนไซยาไนด์และเมทานอล (สารตั้งต้นของฟอร์มัลดีไฮด์) สร้างกรดอะมิโน glycine, อะลานีนและเซรีน - กรดอะมิโนที่อุดมสมบูรณ์ที่สุด
นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างโครงสร้างคล้ายเซลล์อินทรีย์ดั้งเดิมหรือถุง
เนื่องจากรังสียูวีไม่ได้เป็นเพียงรังสีชนิดเดียวในอวกาศนักวิจัยจึงใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้า Van de Graaff เพื่อทิ้งระเบิด PAHs ด้วยโปรตอน mega-electron volt (MeV) ซึ่งมีพลังงานคล้ายกับรังสีคอสมิก ผลลัพธ์ของ MeV สำหรับ PAHs นั้นคล้ายคลึงกันแม้ว่าจะไม่เหมือนกับการทิ้งระเบิดด้วยแสง UV การศึกษา MeV สำหรับกรดอะมิโนยังไม่ได้ดำเนินการ
การทดลองเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่ารังสียูวีและรูปแบบอื่น ๆ ของรังสีให้พลังงานที่จำเป็นในการสลายพันธะเคมีในอุณหภูมิต่ำและแรงกดดันของเมฆหนาแน่น เนื่องจากอะตอมยังคงถูกขังอยู่ในน้ำแข็งโมเลกุลจะไม่สลายตัว แต่กลับรวมกันเป็นโครงสร้างที่ซับซ้อนมากขึ้น
ในการทดลองอื่นที่นำโดย Jason Dworkin ส่วนผสมที่แช่แข็งของน้ำเมทานอลแอมโมเนียและคาร์บอนมอนอกไซด์อยู่ภายใต้รังสียูวี การรวมกันนี้ให้สารอินทรีย์ที่ก่อตัวฟองเมื่อจมอยู่ในน้ำ ฟองอากาศเหล่านี้ชวนให้นึกถึงเยื่อหุ้มเซลล์ที่ล้อมรอบและมีสมาธิในเคมีของสิ่งมีชีวิตแยกออกจากโลกภายนอก
ฟองอากาศที่ผลิตในการทดลองนี้อยู่ระหว่าง 10 ถึง 40 ไมครอนหรือประมาณขนาดของเซลล์เม็ดเลือดแดง ฟองอากาศเรืองแสงหรือเรืองแสงเมื่อสัมผัสกับแสง UV การดูดซับรังสียูวีและแปลงให้เป็นแสงที่มองเห็นได้ด้วยวิธีนี้สามารถให้พลังงานแก่เซลล์ดั้งเดิม หากฟองสบู่ดังกล่าวมีบทบาทในต้นกำเนิดของชีวิตการเรืองแสงอาจเป็นตัวตั้งต้นของการสังเคราะห์ด้วยแสง
การเรืองแสงยังสามารถทำหน้าที่เป็นครีมกันแดดกระจายความเสียหายใด ๆ ที่มิฉะนั้นจะเกิดจากรังสี UV ฟังก์ชั่นป้องกันดังกล่าวมีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตบนโลกยุคแรกเนื่องจากชั้นโอโซนซึ่งกั้นรังสียูวีที่ถูกทำลายมากที่สุดของดวงอาทิตย์ไม่ได้ก่อตัวจนกระทั่งหลังจากที่ชีวิตสังเคราะห์แสงเริ่มผลิตออกซิเจน
ตั้งแต่เมฆอวกาศไปจนถึงเมล็ดพืชแห่งชีวิต
เมฆโมเลกุลหนาแน่นในอวกาศในที่สุดก็ยุบตัวลงอย่างแรงโน้มถ่วงเพื่อก่อตัวดาวฤกษ์ใหม่ ฝุ่นที่หลงเหลืออยู่บางส่วนนั้นรวมตัวกันเพื่อก่อตัวเป็นดาวเคราะห์น้อยและดาวหางและบางส่วนของดาวเคราะห์น้อยเหล่านี้รวมกันเป็นกลุ่มแกนดาวเคราะห์ บนโลกของเราชีวิตก็เกิดขึ้นจากวัสดุพื้นฐานที่มีอยู่ในมือ
โมเลกุลขนาดใหญ่ที่จำเป็นต่อการสร้างเซลล์ชีวิตคือ:
* โปรตีน
* คาร์โบไฮเดรต (น้ำตาล)
* ไขมัน (ไขมัน)
* กรดนิวคลีอิก
อุกกาบาตพบว่ามีกรดอะมิโน (โครงสร้างของโปรตีน) น้ำตาลน้ำตาลกรดไขมัน (บล็อคของไขมัน) และกรดนิวคลีอิก ยกตัวอย่างเช่นอุกกาบาตเมอร์ชิสันมีโซ่ของกรดไขมันน้ำตาลหลายชนิดฐานกรดนิวคลีอิกทั้งห้าและกรดอะมิโนมากกว่า 70 ชนิด (ชีวิตใช้กรดอะมิโน 20 ชนิดซึ่งมีเพียงหกชนิดเท่านั้นที่อยู่ในอุกกาบาตเมอร์ชิสัน)
เนื่องจากอุกกาบาตชนิดนี้มักจะมีองค์ประกอบเหมือนกันพวกมันจึงคิดว่าเป็นตัวแทนของกลุ่มเมฆฝุ่นเริ่มแรกที่ดวงอาทิตย์และระบบสุริยะกำเนิด ดังนั้นดูเหมือนว่าเกือบทุกสิ่งที่จำเป็นสำหรับชีวิตจึงมีอยู่ในตอนแรกและอุกกาบาตและดาวหางก็ส่งมอบวัสดุเหล่านี้ไปยังดาวเคราะห์ในช่วงเวลาใหม่
หากนี่เป็นเรื่องจริงและหากเมฆฝุ่นโมเลกุลมีความคล้ายคลึงกันทางเคมีทั่วทั้งกาแลคซีส่วนผสมในชีวิตควรจะแพร่หลาย
ข้อเสียของการผลิตส่วนผสมของสิ่งมีชีวิตตลอดชีวิตคือไม่มีตัวบ่งชี้ใดที่สามารถใช้เป็น“ ตัวบ่งชี้ทางชีวภาพ” ว่าชีวิตมีอยู่ในสภาพแวดล้อมเฉพาะ
แม็กซ์เบิร์นสไตน์ชี้ไปที่อุกกาบาต Alan Hills 84001 เพื่อเป็นตัวอย่างของนักชีวภาพที่ไม่ได้พิสูจน์ชีวิต ในปี 1996 เดฟแมคเคย์จากศูนย์อวกาศจอห์นสันของนาซ่าและเพื่อนร่วมงานของเขาประกาศว่ามีนักสำรวจทางชีวภาพสี่คนที่เป็นไปได้ภายในอุกกาบาตดาวอังคารนี้ ALH84001 มีคาร์บอนกลมที่ประกอบด้วย PAHs การกระจายตัวของแร่ธาตุที่แนะนำเคมีชีวภาพผลึกแมกนีไลต์คล้ายกับที่ผลิตโดยแบคทีเรียและรูปร่างคล้ายแบคทีเรีย ในขณะที่คนเดียวไม่ได้คิดว่าจะเป็นหลักฐานสำหรับชีวิตทั้งสี่ร่วมดูเหมือนจะน่าสนใจ
หลังจากการประกาศของแมคเคย์การศึกษาที่ตามมาพบว่าสิ่งมีชีวิตที่เรียกว่าไบโอมาร์คเกอร์แต่ละตัวสามารถผลิตได้โดยวิธีที่ไม่มีชีวิต นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่จึงมีแนวโน้มที่จะเชื่อว่าอุกกาบาตไม่ได้มีชีวิตมนุษย์ต่างดาวที่เป็นฟอสซิล
“ ทันทีที่พวกเขาได้รับผลผู้คนก็จะยิงพวกเขาเพราะมันเป็นวิธีการทำงาน” Bernstein กล่าว “ โอกาสของเราที่จะไม่ทำผิดพลาดเมื่อเราพบไบโอมาร์คเกอร์บนดาวอังคารหรือในยูโรปาจะดีกว่ามากถ้าเราทำสิ่งที่พวกเขาทำหลังจากแมคเคย์และคณะตีพิมพ์บทความของพวกเขา”
เบิร์นสไตน์บอกว่าด้วยการจำลองสภาวะบนดาวเคราะห์ดวงอื่นนักวิทยาศาสตร์สามารถค้นหาว่าจะเกิดอะไรขึ้นที่นั่นทางเคมีและทางธรณีวิทยา จากนั้นเมื่อเราไปเยี่ยมชมโลกเราสามารถเห็นความจริงที่ใกล้เคียงกับคำทำนาย หากมีสิ่งใดในโลกที่เราไม่คาดหวังจะพบนั่นอาจเป็นเครื่องบ่งชี้ว่ากระบวนการชีวิตเปลี่ยนรูป
“ สิ่งที่คุณมีบนดาวอังคารหรือในยูโรปาเป็นวัสดุที่ถูกส่งมอบ” Bernstein กล่าว “ นอกจากนี้คุณมีสิ่งที่เกิดขึ้นภายหลังจากเงื่อนไขใด ๆ ที่มีอยู่ ดังนั้น (เพื่อค้นหาชีวิต) คุณต้องดูโมเลกุลที่อยู่ที่นั่นและจำเคมีที่อาจเกิดขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป”
เบิร์นสไตน์คิดว่า chirality หรือ“ ความถนัด” ของโมเลกุลอาจเป็นนักสำรวจทางชีวภาพในโลกอื่น โมเลกุลทางชีววิทยามักจะมีสองรูปแบบที่ในขณะที่เหมือนกันทางเคมีมีรูปร่างตรงข้าม: หนึ่ง "มือซ้าย" และภาพกระจกของมันเป็น "มือขวา" หนึ่ง ความถนัดของโมเลกุลนั้นเกิดจากการที่อะตอมยึดติดกันอย่างไร แม้ว่าความถนัดจะกระจายไปทั่วธรรมชาติในกรณีส่วนใหญ่สิ่งมีชีวิตบนโลกมีกรดอะมิโนซ้ายและน้ำตาลที่ถนัดขวา ถ้าโมเลกุลบนดาวเคราะห์ดวงอื่นแสดงความชอบที่แตกต่างกันในด้านความเอื้อเฟื้อเผื่อแผ่เบิร์นสไตน์กล่าวว่านั่นอาจบ่งบอกถึงชีวิตมนุษย์ต่างดาว
“ ถ้าคุณไปดาวอังคารหรือยูโรปาและคุณเห็นอคติเหมือนกับพวกเราด้วยน้ำตาลหรือกรดอะมิโนที่มี chirality ของเราผู้คนก็จะสงสัยว่ามันเป็นการปนเปื้อน” Bernstein กล่าว “ แต่ถ้าคุณเห็นกรดอะมิโนที่มีอคติอยู่ทางขวาหรือถ้าคุณเห็นน้ำตาลที่มีอคติอยู่ทางซ้าย - กล่าวอีกนัยหนึ่งไม่ใช่รูปแบบของเรา - นั่นจะน่าสนใจจริงๆ”
อย่างไรก็ตามเบิร์นสไตน์ตั้งข้อสังเกตว่ารูปแบบ chiral ที่พบในอุกกาบาตสะท้อนสิ่งที่เห็นบนโลก: อุกกาบาตมีกรดอะมิโนซ้ายและน้ำตาลมือขวา หากอุกกาบาตเป็นแม่แบบของสิ่งมีชีวิตบนโลกดังนั้นสิ่งมีชีวิตในที่อื่นในระบบสุริยะก็อาจสะท้อนอคติแบบเดียวกันนี้ได้ ดังนั้นอาจจำเป็นต้องมีบางสิ่งที่มากกว่าความเป็น chirality เพื่อพิสูจน์ชีวิต เบิร์นสไตน์บอกว่าการค้นพบโซ่ของโมเลกุล“ เช่นกรดอะมิโนสองตัวเชื่อมโยงกัน” อาจเป็นหลักฐานของชีวิต“ เพราะในอุกกาบาตเรามักจะเห็นโมเลกุลเดี่ยว”
แหล่งที่มาเดิม: นาซา
