Prefácio de Boris Stern
Há muito planejamos realizar uma discussão relacionada à eterna questão do lugar do homem no Universo. Isso, é claro, é sobre vida extraterrestre e planetas de outras estrelas. No momento, são conhecidos pouco menos de 6 mil exoplanetas, dos quais mais de dois mil aguardam confirmação independente. Mas para pesquisas estatísticas, você pode usar todos os 6 mil.
Existem muito poucos planetas entre eles que são supostamente adequados para a vida. Isso é natural, porque eles são os mais difíceis de encontrar: um efeito de seleção muito poderoso funciona contra planetas semelhantes à Terra. Eles são muito leves para serem captados pelo método da velocidade radial de uma estrela, e seu ano é muito longo para que seus trânsitos sejam descobertos com segurança nos dados do telescópio espacial Kepler. A exceção são os planetas na zona habitável das anãs vermelhas, que se abrem bem debaixo de nosso nariz, é muito mais fácil encontrá-los. Existem muitos desses planetas, mas, infelizmente, as anãs vermelhas são muito inconvenientes para a vida ao lado delas. No entanto, a extrapolação dos dados de Kepler para as "terras quentes" de estrelas como o Sol dá um resultado muito otimista: pelo menos 15% dessas estrelas têm planetas em sua zona habitável. Esta estimativa foi obtida independentemente por muitos autores,e com o tempo torna-se cada vez mais otimista: 20% e até um quarto dos sóis têm terras. Isso significa que a estrela de classe G ou K mais próxima de nós, com a Terra em órbita na faixa habitável, está dentro de 15 anos-luz. Existem poucas dessas estrelas e já estão surgindo candidatos, por exemplo Tau Ceti. E existem muitos planetas desse tipo em um raio de, digamos, 30 anos-luz.
Os métodos de observação estão progredindo gradualmente. Novos planetas próximos à Terra serão descobertos usando o instrumento HARPS aprimorado. Na próxima década, aprenderemos uma ou duas coisas sobre as atmosferas de alguns planetas semelhantes à Terra, usando instrumentos como o gigante Extremely Large Telescope (ELT) e o James Webb Space Telescope. E é possível que o oxigênio apareça no espectro de absorção da atmosfera de algum planeta em trânsito (passando pelo disco de uma estrela). Se a estrela não for excessivamente ativa e velha o suficiente, o oxigênio só pode ser biogênico. É assim que a vida extraterrestre pode ser detectada.
É real? Se a vida surge em qualquer canto assim que surgem as condições para ela - por que não? Mas é isso? Costuma-se argumentar que a vida na Terra apareceu muito rapidamente, o que significa que é esse o caso - algumas centenas de milhões de anos são suficientes para que apareça em algum tipo de sopa. Mas também há um contra-argumento - uma "sopa" adequada só pode existir em um planeta jovem - a vida surge rapidamente ou nunca.
E, claro, existe o ponto de vista oposto: a vida é um fenômeno raro baseado em uma coincidência completamente incrível. O ponto de vista mais detalhado sobre este assunto, profissional e com estimativas quantitativas, foi expresso por Evgeny Kunin. A vida é baseada na cópia de moléculas longas, originalmente elas eram moléculas de RNA. A cópia é feita por um certo dispositivo chamado "replicase" (essas linhas foram escritas por um físico, portanto, a terminologia do ponto de vista de um biólogo é um tanto estranha). A replicase não virá de lugar nenhum se não estiver programada no mesmo RNA que está sendo copiado.
Segundo Kunin, para que se inicie a auto-reprodução do RNA, e com ela a evolução, “no mínimo, é necessário o aparecimento espontâneo do próximo.
- Dois rRNAs com um tamanho total de pelo menos 1000 nucleotídeos.
- Aproximadamente 10 adaptadores primitivos de 30 nucleotídeos cada, para um total de cerca de 300 nucleotídeos.
- Pelo menos um RNA que codifica a replicase tem aproximadamente 500 nucleotídeos de tamanho (pontuação inferior). No modelo aceito, n = 1800 e, como resultado, E <10 - 1081 ".
No fragmento fornecido, queremos dizer uma codificação de quatro letras, o número de combinações possíveis é 41800 = 101081, se apenas algumas delas iniciarem o processo de evolução, então a probabilidade da montagem necessária por uma "tentativa" de montagem espontânea é ~ 10-1081.
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Não há contradição no fato de o resultado estar diante de nossos olhos, não há: de acordo com a teoria da inflação, o Universo é enorme, dezenas de ordens de magnitude maior que sua parte visível, e se entendermos o universo como um espaço fechado, então existem universos com o mesmo vácuo que o nosso, um conjunto gigantesco … A menor probabilidade é realizada em algum lugar, dando origem a um observador surpreso.
Esses dois extremos significam muito em termos de nosso lugar no universo. Em qualquer caso, estamos sozinhos. Mas se a vida existe a dezenas de anos-luz de nós, essa é a solidão tecnológica superada pelo desenvolvimento e pela paciência milenar. Se a avaliação de Kunin estiver correta, esta é uma solidão fundamental que não pode ser superada por nada. Então, nós e a vida terrena somos um fenômeno único no volume causalmente conectado do Universo. O único e mais valioso. Isso é importante para a estratégia futura da humanidade. No primeiro caso, a base da estratégia é a busca. No segundo caso - a semeadura (existe mesmo o termo "panspermia dirigida"), que também inclui a busca de um solo adequado.
Tudo isso merece uma discussão. Existem lacunas no argumento de Kunin? Existem mecanismos que podem ser discernidos contornando a "complexidade irredutível" do replicador de RNA? É realmente tão imperdoável? Etc.
Pedimos a opinião de vários biólogos.
Alexander Markov, Ph. D. biol. ciências, liderado. científico. sotr. Instituto Paleontológico RAS, chefe. Departamento de Evolução Biológica, Faculdade Biológica, Universidade Estadual de Moscou:
A avaliação de Evgeny Kunin, que implica que estamos irremediavelmente sozinhos no universo, é baseada em uma suposição fundamental. Kunin acreditava que para iniciar o processo de replicação do RNA (e com ela a evolução darwiniana; é lógico considerar este momento como o momento da origem da vida), era necessário que puramente por acaso - como resultado da combinação aleatória de polimerização (por exemplo, em matrizes minerais) de ribonucleotídeos - surgiu uma ribozima com atividade de RNA polimerase, ou seja, uma longa molécula de RNA que possui uma sequência de nucleotídeos bem definida (e não qualquer) e, por isso, é capaz de catalisar efetivamente a replicação do RNA.
Se não houver outra maneira, outra "entrada" no mundo dos vivos a partir do mundo da matéria inanimada, então Kunin está certo, e devemos desistir da esperança de encontrar qualquer vida no Universo, exceto a terrena. Pode-se supor que tudo começou não com uma única polimerase altamente eficiente, mas, por exemplo, com uma certa comunidade de pequenas polimerases ineficazes e ligases (ribozimas que são capazes de unir moléculas curtas de RNA em outras mais longas): talvez isso torne a avaliação um pouco mais otimista, mas não mudará fundamentalmente a situação. Porque o primeiro replicador ainda era muito complexo e deveria ter surgido sem a ajuda da evolução darwiniana - na verdade, por acidente.
Uma alternativa viável é a replicação não enzimática do RNA (NR RNA): o processo pelo qual as moléculas de RNA são replicadas sem o auxílio de ribozimas complexas ou enzimas proteicas. Tal processo existe, é catalisado por íons Mg2 +, mas é lento e impreciso demais - pelo menos nas condições que os pesquisadores tiveram tempo de tentar.
No entanto, há esperança de que ainda assim seja possível encontrar algumas condições plausíveis (que, em princípio, poderiam existir em alguns planetas), quando o NR RNA for rápido e preciso. Talvez isso requeira algum tipo de catalisador relativamente simples que possa ser sintetizado de forma abiogênica. É possível que peptídeos abiogênicos simples com vários resíduos de ácido aspártico carregados negativamente que retêm íons de magnésio possam atuar como tais catalisadores: as proteínas RNA polimerases têm centros ativos semelhantes, e essa possibilidade está agora sendo explorada.
A questão da possibilidade de um RNA NR eficaz é de fundamental importância para avaliar a probabilidade da origem da vida. Se o NR RNA for possível, então pode haver alguns planetas vivos no Universo observável. As diferenças fundamentais entre os dois cenários - com possível e impossível NR RNA - são mostradas na tabela. Se NR for possível, então a evolução darwiniana poderia começar quase imediatamente após o aparecimento das primeiras moléculas curtas de RNA. A vantagem seletiva deveria ter sido obtida por aquelas moléculas de RNA que se multiplicaram de forma mais eficiente por meio do HP. Podem ser, por exemplo, moléculas com repetições palíndrômicas, que podem servir como iniciadores - "sementes" para replicação; os palíndromos podem se dobrar em estruturas tridimensionais - "grampos de cabelo", o que aumenta a probabilidade do aparecimento de propriedades catalíticas na molécula de RNA. Enfim, depoisQuando a evolução darwiniana começou, o desenvolvimento posterior da vida foi determinado não apenas por acaso, mas também por lei.
As estimativas da probabilidade (frequência) da origem da vida nesses dois cenários devem diferir em um grande número de ordens (embora, é claro, ninguém forneça números exatos). Também é importante notar que se a vida se originou "de acordo com Kunin", isto é, devido à montagem aleatória de uma ribozima-polimerase efetiva, então o princípio da complementaridade (pareamento específico de nucleotídeos), no qual a capacidade do RNA de se reproduzir e evoluir, acaba sendo uma espécie de "piano nos arbustos”, Que nada teve a ver com o fato de que uma quantidade tão grande de moléculas de RNA se acumulou nos planetas que uma ribozima eficaz com atividade de RNA polimerase apareceu acidentalmente em um dos planetas. Se a vida surgiu "de acordo com Shostak" (o Prêmio Nobel Jack Shostak agora está estudando ativamente o NR RNA e acredita que este processo é a chave para o mistério da origem da vida),então a complementaridade não era um "piano no mato", mas funcionava desde o início. Isso torna todo o cenário da origem da vida muito mais atraente e lógico. Eu apostaria no Shostak.
Assim, agora tudo depende do sucesso de especialistas no campo da química pré-biótica. Se eles encontrarem condições realistas nas quais o NR RNA está indo bem, então temos a chance de encontrar vida em outros planetas. E se não, então … devemos olhar mais longe.
Armen Mulkidzhanyan, Dr. biol. Sci., University of Osnabrück (Alemanha), liderou. científico. sotr. MSU:
É difícil argumentar com o fato de que a vida surgiu há muito tempo e na jovem Terra. A terra é composta de rochas condríticas, como meteoritos. O aquecimento dessas rochas durante a formação da Terra ocasionou o derretimento da água trazida com os condritos. A interação da água com uma rocha aquecida e reduzida deve ter levado à liberação de elétrons, à formação de hidrogênio e à redução do dióxido de carbono (CO2) em vários compostos orgânicos. Processos semelhantes ainda ocorrem em áreas de atividade geotérmica, por exemplo, em campos geotérmicos, mas com baixa intensidade. Portanto, a formação de matéria orgânica em grandes quantidades pode ser esperada nos jovens planetas de outras estrelas. A probabilidade de surgimento de vida neste caso pode ser estimada considerando a evolução da vida terrena.
Nos primeiros dois bilhões de anos, apenas micróbios viveram na Terra. Teria continuado assim, mas cerca de 2,5 bilhões de anos atrás, as bactérias fotossintéticas aprenderam a usar a energia da luz para decompor a água. A fotossíntese surgiu originalmente como um substituto para os processos geoquímicos amortecidos de "despejar" o excesso de elétrons. Na fotossíntese, a energia da luz é usada para oxidar vários compostos, ou seja, "tirar" os elétrons deles, fotoativar esses elétrons e, por fim, reduzir o CO2 a compostos orgânicos por eles. O sistema de decomposição da água surgiu como resultado da evolução gradual de enzimas fotossintéticas mais simples que algumas bactérias preservaram. Existem vários cenários muito plausíveis de como essas enzimas, usando luz e clorofila, oxidaram primeiro o sulfeto de hidrogênio (e mesmo agora algumas pessoas o fazem), então,à medida que o sulfeto de hidrogênio no meio se exauria, os elétrons foram retirados dos íons de ferro ferroso e, em seguida, dos íons de manganês. Como resultado, eles de alguma forma aprenderam a decompor a água. Nesse caso, os elétrons retirados da água iam para a síntese da matéria orgânica e o oxigênio era liberado como subproduto. O oxigênio é um agente oxidante muito forte. Eu tive que me defender contra ele. O surgimento da multicelularidade, do sangue quente e, em última análise, da inteligência são todos estágios diferentes de proteção contra a oxidação pelo oxigênio atmosférico.sangue quente e, em última análise, razão - todos esses são diferentes estágios de proteção contra a oxidação pelo oxigênio atmosférico.sangue quente e, em última análise, razão - todos esses são diferentes estágios de proteção contra a oxidação pelo oxigênio atmosférico.
A decomposição da água ocorre em um centro catalítico único contendo um aglomerado de quatro átomos de manganês e um átomo de cálcio. Nessa reação, que requer quatro quanta de luz, duas moléculas de água (2 H2O) se decompõem ao mesmo tempo para formar uma molécula de oxigênio (O2). Isso requer a energia de quatro quanta de luz. Nos átomos de manganês, em resposta à absorção de três quanta de luz, três vacâncias de elétrons ("buracos") são acumulados sequencialmente e, somente quando o quarto quantum de luz é absorvido, ambas as moléculas de água são oxidadas, os buracos são preenchidos com elétrons e uma molécula de oxigênio é formada. Embora a estrutura do aglomerado de manganês tenha sido recentemente determinada com alta precisão, como esse dispositivo de quatro tempos funciona não é totalmente compreendido. Também não está claro como e por que no centro catalítico, onde nas bactérias fotossintéticas primitivas, aparentemente,Os íons de manganês foram oxidados, quatro de seus átomos combinados com um átomo de cálcio em um aglomerado capaz de decompor a água. A termodinâmica da participação da clorofila na oxidação da água também é misteriosa. Teoricamente, a clorofila sob iluminação pode oxidar sulfeto de hidrogênio, ferro e manganês, mas não a água. No entanto, ele oxida. Em geral, é como se fosse uma abelha: "Pelas leis da aerodinâmica, uma abelha não pode voar, mas ela não sabe disso e só voa por isso."
É muito difícil avaliar a probabilidade de um sistema de decomposição de água. Mas essa probabilidade é muito pequena, uma vez que em 4,5 bilhões de anos esse sistema surgiu apenas uma vez. Não havia nenhuma necessidade específica para ele e, sem ele, os micróbios prosperariam na Terra, sendo incluídos nos ciclos geoquímicos. Além disso, após o aparecimento de oxigênio na atmosfera, a maior parte da biosfera microbiana deveria ter perecido ou, mais precisamente, queimado - a interação da matéria orgânica com o oxigênio é a combustão. Apenas os micróbios sobreviveram, tendo aprendido a respirar, isto é, a restituir rapidamente o oxigênio à água diretamente em sua camada externa, impedindo-o de dentro, assim como os habitantes dos poucos nichos ecológicos livres de oxigênio remanescentes.
Esta história pode servir como exemplo de um evento relativamente recente (cerca de 2,5 bilhões de anos atrás) e relativamente compreensível que levou a um aumento acentuado na complexidade dos sistemas vivos. Tudo começou com mudanças graduais nas enzimas fotossintéticas. Então, houve uma invenção evolucionária única e nada trivial (agrupamento manganês-cálcio), que pode não ter sido. As tremendas mudanças subsequentes foram uma reação ao aparecimento de oxigênio "tóxico" na atmosfera: a seleção darwiniana ativada com força total, tive que aprender a respirar mais fundo e mover meu cérebro.
No total, temos um processo que ocorre em três estágios: (1) mudanças graduais - (2) um evento único e improvável - (3) evolução posterior, mas em um nível diferente ou em condições diferentes. Esse esquema pode ser considerado um análogo molecular do esquema clássico de aromorfoses de Severtsov.
Se você observar a evolução pós-oxigênio, poderá identificar vários outros eventos únicos improváveis que mudaram o curso da evolução. Esta é a "montagem" de uma célula eucariótica complexa, o surgimento de plantas vasculares e vários "avanços" na evolução dos animais, sobre os quais, de fato, Severtsov escreveu.
A emergência da vida, que no quadro da hipótese do mundo do RNA é entendida como a emergência de conjuntos auto-reprodutores de moléculas de RNA (replicadores), também pode ser representada como um processo de três estágios.
1) Estágio preparatório: os ribonucleotídeos formadores de RNA são capazes de se "montar" espontaneamente a partir de moléculas simples como cianeto ou formamida sob a influência da luz ultravioleta (UV). Ele estava em abundância na jovem Terra; ainda não havia ozônio absorvedor de ultravioleta na atmosfera, uma vez que não havia oxigênio, veja acima. Como Pouner e Saderland (University of Manchester) mostraram, os nucleotídeos em uma forma cíclica "ativada" especial são "selecionados" na luz ultravioleta; tais nucleotídeos são capazes de formar cadeias de RNA espontaneamente. Além disso, cadeias duplas de RNA de Watson-Crick são significativamente mais resistentes à radiação UV do que cadeias simples - este resultado foi descrito por Evgeny Kunin em seu primeiro trabalho publicado em 1980. Ou seja, na jovem Terra, devido ao fluxo de elétrons "extras", uma variedade de moléculas orgânicas poderia ser formada,mas, sob a influência da forte radiação solar, foram principalmente moléculas semelhantes a RNA, de preferência enroladas em estruturas helicoidais, que sobreviveram.
2) Um evento único e improvável: um conjunto de várias moléculas semelhantes a RNA começou a se copiar (bilhões de anos depois, conjuntos de RNA autocopiativos semelhantes foram obtidos por seleção de RNA em condições de laboratório).
3) Evolução subsequente: os replicadores de RNA começaram a competir entre si por recursos, evoluir, se unir em comunidades maiores, etc.
A desvantagem desse esquema hipotético é que nem os detalhes moleculares da origem dos replicadores de RNA, nem os fatores naturais que contribuem para sua seleção são conhecidos. A esperança é dada pelo fato de que, no caso do próximo evento evolutivo mais importante (e por sua vez), a saber, o surgimento de ribossomos, máquinas para a síntese de proteínas, detalhes moleculares foram reconstruídos. Isso foi feito por vários métodos em quatro laboratórios; os resultados das reconstruções são muito semelhantes. Resumindo, o ancestral dos modernos ribossomos muito complexos era uma construção de duas alças de RNA de 50-60 ribonucleotídeos cada, capazes de combinar dois aminoácidos com uma ligação peptídica. Os estágios intermediários no caminho desta estrutura de duas alças para os ribossomos modernos foram rastreados em detalhes por Konstantin Bokov e Sergey Stadler (Universidade de Montreal),Prêmio Nobel Ada Yonath e colegas (Instituto Weizmann), George Fox e colegas (Universidade de Houston) e Anton Petrov e colegas (Universidade da Geórgia).
O ribossomo, que a princípio tinha uma subunidade catalítica de RNA, gradualmente se tornou mais complexo e aumentou de tamanho, todo esse tempo sintetizando sequências de proteínas a partir de um conjunto aleatório de aminoácidos. Apenas nos últimos estágios de sua evolução ele se fundiu com outra molécula de RNA, que se tornou uma pequena subunidade do ribossomo, e começou a síntese da proteína codificada. Assim, o surgimento do código genético é um evento evolutivo improvável separado do surgimento da síntese de proteínas ribossômicas.
Muito provavelmente, pesquisas futuras tornarão possível reconstruir tanto o surgimento de replicadores quanto outros eventos improváveis, por exemplo, aqueles associados ao surgimento das primeiras células, a troca de genes entre as primeiras células e vírus, etc.
Voltando às questões colocadas sobre as probabilidades: nossa consideração detalhada mostra que a evolução da vida terrena não é uma "coincidência absolutamente incrível", mas muitos eventos sucessivos extremamente improváveis.
A geração poderosa de matéria orgânica provavelmente estava acontecendo em outros planetas jovens. Mas isso não levou necessariamente ao surgimento da vida. Se o conjunto de RNA auto-replicante não tivesse se reunido na Terra, não haveria vida. A produção de matéria orgânica desapareceria gradualmente, e a Terra se tornaria semelhante a Marte ou Vênus.
Mas mesmo no caso do surgimento de vida em outros planetas, esta vida poderia "ficar presa" em qualquer estágio inicial, e a probabilidade de permanecer para sempre em um nível primitivo de desenvolvimento era incomparavelmente maior do que a probabilidade de subir o próximo passo e seguir adiante.
Portanto, a probabilidade de encontrar alienígenas sábios em outro planeta é incomensuravelmente menor do que a chance de entrar em um lodo simples, mas vivo (e isso se você tiver muita sorte). A probabilidade de que haja oxigênio em algum lugar também é incomensuravelmente pequena: a decomposição da água para formar oxigênio é uma reação de quatro elétrons nada trivial.
Portanto, construir qualquer estratégia na esperança de encontrar uma inteligência alienígena não é muito inteligente. O fato de haver (por enquanto) seres inteligentes na Terra é um grande sucesso. Portanto, faz muito mais sentido investir na criação de "campos de aviação alternativos" para a vida inteligente já existente, caso a natureza falhe ou os próprios portadores da mente falhem. Isso significa que precisamos de uma Terra sobressalente, ou melhor ainda, de algumas.
Evgeny Kunin, liderado. científico. sotr. Centro Nacional de Informações sobre Biotecnologia, Membro da Academia Nacional de Ciências dos EUA:
Posso limitar-me a comentários muito breves, pois concordo plenamente com tudo o que foi dito por Alexander Markov … exceto, é claro, as conclusões. Na verdade, o estágio limitante no surgimento da vida é a formação espontânea de uma população de moléculas de ribozima-polimerase com uma taxa e precisão suficientemente altas de autocópia. A probabilidade de tal evento é extremamente pequena. Para aumentá-lo significativamente, é necessário um processo que crie a possibilidade de evolução sem a participação dessas ribozimas, em um sistema muito mais simples. A replicação não enzimática discutida por Alexander é um bom candidato para tal processo. O único problema é que, com base em tudo que sei de química e termodinâmica, não há chance de levar essas reações ao nível de replicação suficientemente precisa de moléculas longas. A replicação de oligonucleotídeos muito curtos seria muito interessante como uma possível etapa intermediária, mas não aumentará significativamente a probabilidade. Assim, minha conclusão permanece a mesma: o surgimento da vida requer eventos extremamente improváveis e, portanto, estamos sozinhos em nosso Universo (a questão dos universos múltiplos não é necessário discutir aqui). Não apenas somos seres inteligentes, mas de forma mais ampla, seres vivos em geral.
É importante observar o seguinte: a probabilidade extremamente baixa de ocorrência de vida não significa de forma alguma que tudo aconteceu por milagre. Pelo contrário, são todas uma série de reações químicas normais, incluindo apenas estágios com uma probabilidade muito baixa. Conseqüentemente, estudar os mecanismos que de alguma forma facilitam o surgimento da vida não é apenas sem sentido, mas extremamente importante e interessante. Simplesmente não é visível (ainda) que isso poderia aumentar significativamente a probabilidade, mas criar um cenário de eventos pode ajudar.
Bem, vou terminar com uma consideração quase filosófica, mas, na minha opinião, relevante. A baixíssima probabilidade de surgimento de vida viola o princípio da mediocridade: os eventos que ocorreram em nosso planeta são excepcionais, até mesmo únicos no Universo. O princípio da mediocridade, neste caso, perde para o princípio antrópico: por mais incrível que tenha sido o surgimento da vida a priori, SOB A CONDIÇÃO da existência de seres inteligentes, e apenas células, sua probabilidade é exatamente igual a 1.
Mikhail Nikitin, pesquisador sotr. Departamento de Bioquímica Evolutiva, Instituto de Pesquisa de Biologia Físico-Química. A. N. Belozersky Moscow State University:
Parece-me que a vida de um nível bacteriano de complexidade é generalizada no Universo, mas o desenvolvimento para animais multicelulares e seres potencialmente inteligentes é muito menos provável.
Por que eu acho que a vida bacteriana é altamente provável?
O raciocínio de Kunin é baseado em experimentos na seleção artificial de ribozimas-replicases, que copiam moléculas de RNA e podem potencialmente se copiar. Todas essas ribozimas têm cerca de 200 nucleotídeos de comprimento, e a probabilidade de obtê-las por automontagem aleatória é da ordem de 4-200. No entanto, esses experimentos não levaram em consideração muitos fatores importantes que poderiam, em primeiro lugar, garantir a replicação usando ribozimas mais curtas e mais simples e, em segundo lugar, antes do início de qualquer replicação, dirigir a automontagem para RNAs estruturados capazes de funcionar como ribozimas. Alguns desses fatores já foram nomeados por outros autores: replicação não enzimática de Shostak, seleção para auto-escorvamento no "mundo dos palíndromos" de Markov, seleção para resistência aos raios ultravioleta, que direciona a automontagem do RNA para estruturas em grampo propostas por Mulkidzhanyan). Acrescentarei a esta lista substratos minerais e "armadilhas de calor" (poros estreitos com gradiente de temperatura) que tornam a cópia de RNA muito fácil. Além disso, uma vez que temos um sistema genético auto-replicante simples, a evolução darwiniana com alta probabilidade criará rapidamente com base uma célula bacteriana ou algo semelhante - com uma membrana celular que mantém uma composição de sal constante dentro da célula.
Por que eu acredito que a evolução da vida de células simples para animais multicelulares pode ser muito improvável? Há duas considerações aqui, uma mais geológica, a outra puramente biológica. Vamos começar com o primeiro.
Na paleontologia, foi estabelecido de forma confiável que a evolução dos organismos é muito desigual. Crises e revoluções se alternam com períodos de estase, às vezes muito longos. O período mais longo de estase foi chamado de "bilhão entediante" e durou a maior parte do Proterozóico - cerca de 2 a 0,8 bilhões de anos atrás. Foi precedido pelo aparecimento de oxigênio na atmosfera, o surgimento de células eucarióticas e a glaciação Huroniana global, e terminou com a maior glaciação Sturt da história da Terra, um aumento do conteúdo de oxigênio a valores quase modernos e o aparecimento de animais multicelulares. A evolução também foi relativamente lenta no éon arqueano entre 3,5 e 2,5 bilhões de anos atrás, em comparação com o éon catarquiano anterior (a época do surgimento da vida e o último bombardeio de meteoritos) e com a subsequente revolução do oxigênio. As razões para este desnível não são totalmente compreendidas. Parece-me pessoalmente convincente que a "revolução do oxigênio" (a disseminação maciça de cianobactérias produtoras de oxigênio) foi associada ao esgotamento das reservas de ferro reduzido (ferroso) na água do oceano. Desde que houvesse ferro suficiente no oceano, os micróbios prosperariam lá usando a fotossíntese de oxidação de ferro mais simples e segura. Não é oxigênio que é liberado nele, mas compostos de óxido de ferro - magnetitas e hematitas, que foram depositados no fundo do mar em todo o Arqueano. O fornecimento de novo ferro para o mar (principalmente de fontes hidrotérmicas no fundo) diminuiu à medida que a atividade geológica do planeta diminuiu e, finalmente, a crise de recursos forçou os micróbios fotossintéticos a mudar para uma “tecnologia” mais complexa de fotossíntese de oxigênio. Similarmente,a causa do “bilhão entediante” pode ser o consumo constante de oxigênio para a oxidação de vários minerais em terra, o que não permite elevar o teor de oxigênio acima de 1–2%. Nos sedimentos marinhos do Proterozóico, existem muitos vestígios de oxidação terrestre de minérios sulfetados, devido aos quais os rios carregavam sulfatos, arsênio, antimônio, cobre, cromo, molibdênio, urânio e outros elementos para o oceano que estavam quase ausentes no oceano Arqueano. A crise do Proterozóico Superior com glaciações globais, um rápido aumento no conteúdo de oxigênio e o surgimento de animais multicelulares podem ter sido causados pelo esgotamento de minerais facilmente oxidáveis na terra.devido a que os rios carregavam sulfatos, arsênio, antimônio, cobre, cromo, molibdênio, urânio e outros elementos para o oceano que estavam quase ausentes no oceano arqueano. A crise do Proterozóico Superior com glaciações globais, um rápido aumento no conteúdo de oxigênio e o surgimento de animais multicelulares podem ter sido causados pelo esgotamento de minerais facilmente oxidáveis na terra.devido a que os rios carregavam sulfatos, arsênio, antimônio, cobre, cromo, molibdênio, urânio e outros elementos para o oceano que estavam quase ausentes no oceano arqueano. A crise do Proterozóico Superior com glaciações globais, um rápido aumento no conteúdo de oxigênio e o surgimento de animais multicelulares podem ter sido causados pelo esgotamento de minerais facilmente oxidáveis na terra.
Assim, o momento do início de duas revoluções principais (fotossíntese de oxigênio e animais multicelulares) foi provavelmente determinado pelo equilíbrio dos processos biológicos (fotossíntese) e geológicos (liberação de ferro ferroso e outras substâncias oxidáveis por fontes hidrotermais e vulcões terrestres). É bem possível que em outros planetas essas revoluções ocorram muito mais tarde. Por exemplo, um planeta mais massivo (super-terra) perderá atividade geológica mais lentamente, liberará ferro no oceano por mais tempo e poderá atrasar a revolução do oxigênio em bilhões de anos. Os planetas na zona habitável das anãs vermelhas receberão pouca luz visível adequada para a fotossíntese, e suas biosferas também correm o risco de ficarem presas em um estágio livre de oxigênio. A quantidade de água no planeta também é importante. Se todo o planeta for coberto por um oceano profundo, então será deficiente em fósforo,vindo principalmente de vulcões terrestres, e se houver pouca água, a área oceânica disponível para micróbios fotossintéticos também será pequena (antes do aparecimento de plantas multicelulares, a produtividade dos ecossistemas terrestres era insignificante em comparação com os mares). Ou seja, existem muitos motivos pelos quais a biosfera pode ficar presa em um estágio microbiano livre de oxigênio e não se desenvolver em animais. O tempo para o desenvolvimento, aliás, é limitado: a luminosidade das estrelas aumenta com o tempo, e a Terra em 1,5-2 bilhões de anos se aquecerá irreversivelmente, seus oceanos evaporarão e o crescente efeito estufa a transformará no segundo Vênus. Nas anãs vermelhas, a luminosidade cresce mais lentamente, mas seus planetas podem se tornar inabitáveis devido ao desaparecimento do campo magnético e a consequente perda de água para o espaço, como aconteceu em Marte.a área do oceano disponível para micróbios fotossintéticos também será pequena (antes do advento das plantas multicelulares, a produtividade dos ecossistemas terrestres era insignificante em comparação com os mares). Ou seja, existem muitos motivos pelos quais a biosfera pode ficar presa em um estágio microbiano livre de oxigênio e não se desenvolver em animais. O tempo para o desenvolvimento, aliás, é limitado: a luminosidade das estrelas aumenta com o tempo, e a Terra em 1,5-2 bilhões de anos se aquecerá irreversivelmente, seus oceanos evaporarão e o crescente efeito estufa a transformará no segundo Vênus. Nas anãs vermelhas, a luminosidade cresce mais lentamente, mas seus planetas podem se tornar inabitáveis devido ao desaparecimento do campo magnético e a consequente perda de água para o espaço, como aconteceu em Marte.a área do oceano disponível para micróbios fotossintéticos também será pequena (antes do advento das plantas multicelulares, a produtividade dos ecossistemas terrestres era insignificante em comparação com os mares). Ou seja, existem muitos motivos pelos quais a biosfera pode ficar presa em um estágio microbiano livre de oxigênio e não se desenvolver em animais. O tempo para o desenvolvimento, aliás, é limitado: a luminosidade das estrelas aumenta com o tempo, e a Terra em 1,5-2 bilhões de anos se aquecerá irreversivelmente, seus oceanos evaporarão e o crescente efeito estufa a transformará no segundo Vênus. Nas anãs vermelhas, a luminosidade cresce mais lentamente, mas seus planetas podem se tornar inabitáveis devido ao desaparecimento do campo magnético e a consequente perda de água para o espaço, como aconteceu em Marte.acessível aos micróbios fotossintéticos (antes do surgimento das plantas multicelulares, a produtividade dos ecossistemas terrestres era insignificante em comparação com os mares). Ou seja, existem muitos motivos pelos quais a biosfera pode ficar presa em um estágio microbiano livre de oxigênio e não se desenvolver em animais. O tempo para o desenvolvimento, aliás, é limitado: a luminosidade das estrelas aumenta com o tempo, e a Terra em 1,5-2 bilhões de anos se aquecerá irreversivelmente, seus oceanos evaporarão e o crescente efeito estufa a transformará no segundo Vênus. Nas anãs vermelhas, a luminosidade cresce mais lentamente, mas seus planetas podem se tornar inabitáveis devido ao desaparecimento do campo magnético e a consequente perda de água para o espaço, como aconteceu em Marte.acessível aos micróbios fotossintéticos (antes do aparecimento das plantas multicelulares, a produtividade dos ecossistemas terrestres era insignificante em comparação com os mares). Ou seja, existem muitos motivos pelos quais a biosfera pode ficar presa em um estágio microbiano livre de oxigênio e não se desenvolver em animais. O tempo para o desenvolvimento, aliás, é limitado: a luminosidade das estrelas aumenta com o tempo, e a Terra em 1,5-2 bilhões de anos se aquecerá irreversivelmente, seus oceanos evaporarão e o crescente efeito estufa a transformará no segundo Vênus. Nas anãs vermelhas, a luminosidade cresce mais lentamente, mas seus planetas podem se tornar inabitáveis devido ao desaparecimento do campo magnético e a consequente perda de água para o espaço, como aconteceu em Marte. O tempo para o desenvolvimento, aliás, é limitado: a luminosidade das estrelas aumenta com o tempo, e a Terra em 1,5-2 bilhões de anos se aquecerá irreversivelmente, seus oceanos evaporarão e o crescente efeito estufa a transformará no segundo Vênus. Nas anãs vermelhas, a luminosidade cresce mais lentamente, mas seus planetas podem se tornar inabitáveis devido ao desaparecimento do campo magnético e a consequente perda de água para o espaço, como aconteceu em Marte. O tempo para o desenvolvimento, aliás, é limitado: a luminosidade das estrelas aumenta com o tempo, e a Terra em 1,5-2 bilhões de anos se aquecerá irreversivelmente, seus oceanos evaporarão e o crescente efeito estufa a transformará no segundo Vênus. Nas anãs vermelhas, a luminosidade cresce mais lentamente, mas seus planetas podem se tornar inabitáveis devido ao desaparecimento do campo magnético e à consequente perda de água para o espaço, como aconteceu em Marte.
A segunda consideração refere-se ao surgimento de eucariotos - células com núcleo. As células eucarióticas são muito maiores e mais complexas do que as das bactérias e arqueas e apareceram mais tarde, provavelmente durante a "revolução do oxigênio". A célula eucariótica apareceu como uma quimera de uma célula arquea, uma bactéria simbiótica que se estabeleceu dentro dela e, possivelmente, um vírus que as infectou (ou até mais de um). A estrutura do genoma dos eucariotos mostra inequivocamente que sua evolução inicial não ocorreu devido à seleção natural, mas em muitos aspectos apesar de. Em pequenas populações, a seleção não é muito eficiente e traços ligeiramente deletérios podem se enraizar devido à deriva do gene e outros processos puramente aleatórios. Isso é detalhado no capítulo correspondente da Lógica do Acaso de Kunin e sugereque o surgimento de eucariotos pode ser muito improvável, mesmo em um ambiente adequado (biosfera bacteriana entrando na revolução do oxigênio). No mínimo, casos de simbiose intracelular entre bactérias e arqueas são praticamente desconhecidos - embora as bactérias se instalem facilmente dentro das células eucarióticas.
Resumindo: acho que a combinação dos fatores descritos deve levar ao fato de que em nossa Galáxia haverá milhões de planetas com vida bacteriana e muito menos (possivelmente, apenas alguns) - com vida de nível de complexidade eucariótica e multicelular.
Pós-escrito de Boris Stern
Algumas palavras para encerrar a discussão. É bem possível que Evgeny Kunin tenha subestimado muito a probabilidade da origem da vida em condições adequadas. E, ao mesmo tempo, essa avaliação deve ser levada a sério. Se ele se enganou por 900 ordens de magnitude, isso não muda nada: somos todos iguais sozinhos no horizonte do Universo, onde existem apenas cerca de 1020-1021 planetas adequados. Mesmo que o resto dos participantes na discussão estejam certos e todos os tipos de truques da Natureza, como a replicação não enzimática, possam tornar a origem da vida mais ou menos provável, então será uma vida muito primitiva, na esmagadora maioria dos casos, incapaz de saltar para um nível superior de desenvolvimento. Dois painelistas escreveram sobre isso em preto e branco. Esse é todo o paradoxo de Fermi.
Portanto, seguem pelo menos duas conclusões organizacionais importantes. Primeiro: a vida desenvolvida é o fenômeno mais raro e valioso do universo. Portanto, veja o último parágrafo da nota de Armen Mulkidzhanyan: a humanidade tem um objetivo total nobre - a propagação deste fenômeno. Falaremos separadamente sobre as possibilidades e métodos de atingir esse objetivo.
A segunda conclusão organizacional: a destruição desta vida será uma perda irreparável de escala galáctica ou mesmo cosmológica. Isso deve ser levado em consideração em sua própria avaliação dos "falcões" e políticos que estão dispostos a recorrer à chantagem nuclear para inflar sua própria "grandeza". O mesmo se aplica a uma civilização de consumo desenfreado.
Autores: Boris Stern, Alexander Markov, Armen Mulkidzhanyan, Evgeny Kunin, Mikhail Nikitin
