Prólogo de Boris Stern
Durante mucho tiempo hemos planeado mantener una discusión relacionada con la eterna cuestión del lugar del hombre en el Universo. Esto, por supuesto, se trata de vida extraterrestre y planetas de otras estrellas. Por el momento, se conocen algo menos de 6 mil exoplanetas, de los cuales más de dos mil están esperando confirmación independiente. Pero para la investigación estadística, puede utilizar los 6 mil.
Hay muy pocos planetas entre ellos que supuestamente son aptos para la vida. Esto es natural, porque son los más difíciles de encontrar: un efecto de selección muy poderoso actúa contra planetas similares a la Tierra. Son demasiado livianos para ser capturados por el método de velocidad radial de una estrella, y su año es demasiado largo para que sus tránsitos se puedan excavar de manera confiable en los datos del telescopio espacial Kepler. La excepción son los planetas en la zona habitable de las enanas rojas, que están abiertos ante nuestras propias narices, es mucho más fácil encontrarlos. Hay muchos de estos planetas, pero, por desgracia, las enanas rojas son muy inconvenientes para la vida junto a ellas. Sin embargo, la extrapolación de los datos de Kepler para las "tierras calientes" de estrellas como el Sol da un resultado muy optimista: al menos el 15% de estas estrellas tienen planetas en su zona habitable. Esta estimación fue obtenida de forma independiente por muchos autores,y con el tiempo se vuelve cada vez más optimista: el 20% e incluso una cuarta parte de los soles tienen tierras. Esto significa que la estrella de clase G o K más cercana a nosotros con la Tierra en órbita en el rango habitable está dentro de los 15 años luz. Hay pocas estrellas de este tipo y ya están surgiendo candidatos, por ejemplo, Tau Ceti. Y hay muchos planetas de este tipo en un radio de, digamos, 30 años luz.
Los métodos de observación progresan gradualmente. Se descubrirán nuevos planetas cercanos similares a la Tierra utilizando el instrumento HARPS mejorado. En la próxima década, aprenderemos una o dos cosas sobre las atmósferas de algunos planetas similares a la Tierra utilizando instrumentos como el telescopio gigante Extremely Large Telescope (ELT) y el telescopio espacial James Webb. Y es posible que aparezca oxígeno en el espectro de absorción de la atmósfera de algún planeta de tránsito (pasando por el disco de una estrella). Si la estrella no es demasiado activa y no tiene la edad suficiente, el oxígeno solo puede ser biogénico. Así es como se puede detectar la vida extraterrestre.
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¿Es real? Si la vida surge en cualquier rincón tan pronto como surgen las condiciones para ella, ¿por qué no? ¿Pero es? A menudo se argumenta que la vida en la Tierra apareció muy rápidamente, lo que significa que este es el caso: unos cientos de millones de años son suficientes para que aparezca en algún tipo de sopa. Pero también hay un contraargumento - una "sopa" adecuada sólo puede existir en un planeta joven - la vida surge rápidamente o nunca.
Y, por supuesto, existe el punto de vista opuesto: la vida es un fenómeno raro basado en una coincidencia completamente increíble. El punto de vista más detallado sobre este tema, profesional y con estimaciones cuantitativas, lo expresó Evgeny Kunin. La vida se basa en copiar moléculas largas, originalmente eran moléculas de ARN. La copia se realiza mediante un determinado dispositivo llamado "réplica" (estas líneas fueron escritas por un físico, por lo tanto, la terminología desde el punto de vista de un biólogo es algo incómoda). La replicasa no vendrá de ningún lado si no está programada en el mismo ARN que se está copiando.
Según Kunin, para que se inicie la autorreproducción del ARN, y con ella la evolución, “como mínimo es necesaria la aparición espontánea del próximo.
- Dos ARNr con un tamaño total de al menos 1000 nucleótidos.
- Aproximadamente 10 adaptadores primitivos de 30 nucleótidos cada uno, para un total de aproximadamente 300 nucleótidos.
- Al menos un ARN que codifica la replicasa tiene un tamaño de aproximadamente 500 nucleótidos (puntuación inferior). En el modelo aceptado, n = 1800, y como resultado, E <10 - 1081 ".
En el fragmento dado, nos referimos a una codificación de cuatro letras, el número de combinaciones posibles es 41800 = 101081, si solo unas pocas de ellas inician el proceso de evolución, entonces la probabilidad del ensamblaje requerido por un "intento" de ensamblaje espontáneo es ~ 10-1081.
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No hay contradicción en el hecho de que el resultado está ante nuestros ojos, no lo hay: según la teoría de la inflación, el Universo es enorme, decenas de órdenes de magnitud más grande que su parte visible, y si entendemos el universo como un espacio cerrado, entonces hay universos con el mismo vacío que el nuestro, un conjunto gigantesco. … La probabilidad más pequeña se realiza en algún lugar, dando lugar a un espectador sorprendido.
Estos dos extremos significan mucho en términos de nuestro lugar en el universo. En cualquier caso, estamos solos. Pero si la vida existe a decenas de años luz de nosotros, esta es la soledad tecnológica superada por el desarrollo y la paciencia millennial. Si la valoración de Kunin es correcta, se trata de una soledad fundamental que nada puede superar. Entonces, nosotros y la vida terrenal somos un fenómeno único en el volumen del Universo conectado causalmente. El único y más valioso. Esto es importante para la futura estrategia de la humanidad. En el primer caso, la base de la estrategia es la búsqueda. En el segundo caso, la siembra (incluso existe el término "panspermia dirigida"), que también incluye la búsqueda de un suelo adecuado.
Todo esto merece una discusión. ¿Existen lagunas en el argumento de Kunin? ¿Existe algún mecanismo que pueda discernirse sin pasar por la "complejidad irreductible" del replicador de ARN? ¿Es realmente tan imperdonable? Etc.
Pedimos su opinión a varios biólogos.
Alexander Markov, Ph. D. biol. ciencias, dirigidas. científico. sotr. Instituto Paleontológico RAS, responsable. Departamento de Evolución Biológica, Facultad de Biología, Universidad Estatal de Moscú:
La evaluación de Evgeny Kunin, que implica que estamos desesperadamente solos en el universo, se basa en una suposición clave. Kunin creía que para iniciar el proceso de replicación del ARN (y con él la evolución darwiniana; es lógico considerar este momento como el momento del origen de la vida), era necesario que por pura casualidad, como resultado de una combinación aleatoria de ribonucleótidos polimerizados (por ejemplo, en matrices minerales) - apareció una ribozima con actividad ARN polimerasa, es decir, una molécula de ARN larga que tiene una secuencia de nucleótidos completamente definida (y no cualquiera) y, por lo tanto, es capaz de catalizar eficazmente la replicación del ARN.
Si no hay otro camino, otra "entrada" al mundo de los vivos desde el mundo de la materia inanimada, entonces Kunin tiene razón, y deberíamos renunciar a la esperanza de encontrar cualquier vida en el Universo que no sea terrenal. Se puede suponer que todo comenzó no con una sola polimerasa altamente eficiente, sino, por ejemplo, con una cierta comunidad de polimerasas y ligasas pequeñas e ineficaces (ribozimas que son capaces de unir moléculas de ARN cortas en moléculas más largas): tal vez esto haga que la evaluación sea un poco más optimista., pero no cambiará fundamentalmente la situación. Porque el primer replicador todavía era muy complejo y debería haber aparecido sin la ayuda de la evolución darwiniana, de hecho, por accidente.
Una alternativa viable es la replicación de ARN no enzimática (NR ARN): el proceso mediante el cual las moléculas de ARN se replican sin la ayuda de ribozimas complejas o enzimas proteicas. Tal proceso existe, está catalizado por iones Mg2 +, pero va demasiado lento e inexacto, al menos en las condiciones que los investigadores tuvieron tiempo de probar.
Sin embargo, existe la esperanza de que, no obstante, sea posible encontrar algunas condiciones plausibles (que, en principio, podrían existir en algunos planetas), cuando el ARN NR vaya lo suficientemente rápido y con precisión. Quizás esto requiera algún tipo de catalizador relativamente simple que pueda sintetizarse de forma abiogénica. Es posible que péptidos abiogénicos simples con varios residuos cargados negativamente de ácido aspártico que retienen iones de magnesio puedan actuar como tales catalizadores: las ARN polimerasas de proteína tienen centros activos similares, y esta posibilidad se está explorando ahora.
La cuestión de la posibilidad de un ARN NR eficaz es de fundamental importancia para evaluar la probabilidad del origen de la vida. Si es posible NR RNA, entonces puede haber bastantes planetas vivos en el Universo observable. Las diferencias fundamentales entre los dos escenarios, con posible e imposible ARN NR, se muestran en la tabla. Si la NR es posible, entonces la evolución darwiniana podría comenzar casi inmediatamente después de la aparición de las primeras moléculas de ARN cortas. La ventaja selectiva debería haber sido obtenida por aquellas moléculas de ARN que se multiplicaron de manera más eficiente mediante HP. Éstas podrían ser, por ejemplo, moléculas con repeticiones palindrómicas, que podrían servir ellas mismas como cebadores - "semillas" para la replicación; los palíndromos pueden plegarse en estructuras tridimensionales - "horquillas", lo que aumenta la probabilidad de que aparezcan propiedades catalíticas en la molécula de ARN. De todos modos, despuésCuando comenzó la evolución darwiniana, el desarrollo posterior de la vida estuvo determinado no solo por el azar, sino también por la ley.
Las estimaciones de la probabilidad (frecuencia) del origen de la vida en estos dos escenarios deberían diferir en una gran cantidad de órdenes de magnitud (aunque, por supuesto, nadie dará cifras exactas). También es importante señalar que si la vida se originó "según Kunin", es decir, debido al ensamblaje aleatorio de una ribozima-polimerasa efectiva, entonces el principio de complementariedad (emparejamiento específico de nucleótidos), sobre el cual la capacidad del ARN para reproducirse y evolucionar, resulta ser una especie de "piano en los arbustos”, Lo cual no tuvo nada que ver con el hecho de que se había acumulado una cantidad tan grande de moléculas de ARN en los planetas que una ribozima eficaz con actividad de ARN polimerasa apareció accidentalmente en uno de los planetas. Si la vida surgió "según Shostak" (el premio Nobel Jack Shostak ahora está estudiando activamente el ARN NR y cree que este proceso es la clave del misterio del origen de la vida),entonces la complementariedad no fue un "piano en la selva", sino que funcionó desde el principio. Esto hace que todo el escenario del origen de la vida sea mucho más convincente y lógico. Apostaría por Shostak.
Así, ahora todo depende del éxito de los especialistas en el campo de la química prebiótica. Si encuentran condiciones realistas en las que el ARN NR funciona bien, entonces tenemos la oportunidad de encontrar vida en otros planetas. Y si no, entonces … debemos buscar más.
Armen Mulkidzhanyan, Dr. biol. Sci., Universidad de Osnabrück (Alemania), dirigido. científico. sotr. MSU:
Es difícil discutir el hecho de que la vida surgió hace mucho tiempo y en la Tierra joven. La tierra está compuesta por rocas condríticas, como meteoritos. El calentamiento de estas rocas durante la formación de la Tierra provocó el derretimiento del agua traída con condritas. La interacción del agua con una roca reducida y calentada debería haber dado lugar a la liberación de electrones, la formación de hidrógeno y la reducción de dióxido de carbono (CO2) a varios compuestos orgánicos. Se siguen produciendo procesos similares en áreas de actividad geotérmica, por ejemplo, en campos geotérmicos, pero con baja intensidad. Por tanto, se puede esperar la formación de materia orgánica en grandes cantidades en los planetas jóvenes de otras estrellas. La probabilidad de que surja vida en este caso se puede estimar considerando la evolución de la vida terrestre.
Durante los primeros dos mil millones de años, solo los microbios vivieron en la Tierra. Habría continuado de esta manera, pero hace unos 2.500 millones de años, las bacterias fotosintéticas aprendieron a utilizar la energía de la luz para descomponer el agua. La fotosíntesis surgió originalmente como un reemplazo de los procesos geoquímicos amortiguados de "descargar" el exceso de electrones. En la fotosíntesis, la energía de la luz se utiliza para oxidar varios compuestos, es decir, para "quitarles" electrones, fotoactivar estos electrones y finalmente reducir el CO2 a compuestos orgánicos por ellos. El sistema de descomposición del agua ha surgido como resultado de la evolución gradual de enzimas fotosintéticas más simples conservadas en algunas bacterias. Hay varios escenarios muy plausibles de cómo tales enzimas, usando luz y clorofila, primero oxidaron sulfuro de hidrógeno (e incluso ahora algunas personas lo hacen), luego,a medida que se agotaba el sulfuro de hidrógeno en el medio, comenzaron a tomar electrones de los iones de hierro ferroso, luego, de los iones de manganeso. Como resultado, de alguna manera aprendieron a descomponer el agua. En este caso, los electrones extraídos del agua se destinaron a la síntesis de materia orgánica y se liberó oxígeno como subproducto. El oxígeno es un agente oxidante muy fuerte. Tuve que defenderme de él. La aparición de la multicelularidad, la sangre caliente y, en última instancia, la razón son todas etapas diferentes de protección contra la oxidación por el oxígeno atmosférico.sangre caliente y, en última instancia, razón: todas estas son diferentes etapas de protección contra la oxidación por el oxígeno atmosférico.sangre caliente y, en última instancia, razón: todas estas son diferentes etapas de protección contra la oxidación por el oxígeno atmosférico.
La descomposición del agua ocurre en un centro catalítico único que contiene un grupo de cuatro átomos de manganeso y un átomo de calcio. En esta reacción, que requiere cuatro cuantos de luz, dos moléculas de agua (2 H2O) se descomponen a la vez para formar una molécula de oxígeno (O2). Esto requiere la energía de cuatro cuantos de luz. En los átomos de manganeso, en respuesta a la absorción de tres cuantos de luz, se acumulan secuencialmente tres vacantes de electrones ("huecos"), y solo cuando se absorbe el cuarto cuanto de luz, ambas moléculas de agua se oxidan, los huecos se llenan de electrones y se forma una molécula de oxígeno. Aunque la estructura del grupo de manganeso se ha determinado recientemente con alta precisión, no se comprende completamente cómo funciona este dispositivo de cuatro tiempos. Tampoco está claro cómo y por qué en el centro catalítico, dónde en las bacterias fotosintéticas primitivas, aparentemente,Los iones de manganeso se oxidaron, cuatro de sus átomos se combinaron con un átomo de calcio en un grupo capaz de descomponer el agua. La termodinámica de la participación de la clorofila en la oxidación del agua también es misteriosa. En teoría, la clorofila bajo iluminación puede oxidar el sulfuro de hidrógeno, el hierro y el manganeso, pero no el agua. Sin embargo, se oxida. En general, es como un abejorro: "Según las leyes de la aerodinámica, un abejorro no puede volar, pero no lo sabe y solo vuela por esta razón".
Es muy difícil evaluar la probabilidad de un sistema de descomposición del agua. Pero esta probabilidad es muy pequeña, ya que en 4.500 millones de años, tal sistema surgió solo una vez. No había una necesidad particular para él, y sin él, los microbios prosperarían en la Tierra, siendo incluidos en los ciclos geoquímicos. Además, después de la aparición del oxígeno en la atmósfera, la mayor parte de la biosfera microbiana debería haber muerto o, más precisamente, quemado: la interacción de la materia orgánica con el oxígeno es la combustión. Solo los microbios sobrevivieron, habiendo aprendido a respirar, es decir, a restaurar rápidamente el oxígeno al agua directamente en su capa exterior, impidiéndolo desde adentro, así como los habitantes de los pocos nichos ecológicos libres de oxígeno que quedan.
Esta historia puede servir como ejemplo de un evento relativamente reciente (hace unos 2.500 millones de años) y relativamente comprensible que condujo a un fuerte aumento en la complejidad de los sistemas vivos. Todo comenzó con cambios graduales en las enzimas fotosintéticas. Luego hubo una invención evolutiva única y muy no trivial (grupo de manganeso-calcio), que podría no haber sido. Los tremendos cambios posteriores fueron una reacción a la aparición de oxígeno "tóxico" en la atmósfera: la selección darwiniana se activó a máxima potencia, tuve que aprender a respirar profundamente y mover mi cerebro.
En total, tenemos un proceso que tiene lugar en tres etapas: (1) cambios graduales - (2) un evento improbable de una sola vez - (3) evolución adicional, pero en un nivel diferente o en diferentes condiciones. Este esquema puede considerarse como un análogo molecular del esquema clásico de aromorfosis de Severtsov.
Si observa la evolución posterior al oxígeno, puede identificar varios eventos únicos tan poco probables que cambiaron el curso de la evolución. Este es el "ensamblaje" de una célula eucariota compleja, y la aparición de plantas vasculares, y varios "avances" en la evolución de los animales, sobre los que, de hecho, escribió Severtsov.
El surgimiento de la vida, que en el marco de la hipótesis del mundo del ARN se entiende como el surgimiento de conjuntos de moléculas de ARN que se reproducen a sí mismos (replicadores), también se puede representar como un proceso de tres etapas.
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1) Etapa preparatoria: los ribonucleótidos formadores de ARN pueden "ensamblarse" espontáneamente a partir de moléculas simples como el cianuro o la formamida bajo la influencia de la luz ultravioleta (UV). Estaba en abundancia en la Tierra joven; todavía no había ozono absorbente de ultravioleta en la atmósfera, ya que no había oxígeno, ver más arriba. Como han demostrado Pouner y Saderland (Universidad de Manchester), los nucleótidos en una forma cíclica "activada" especial se "seleccionan" en la luz ultravioleta, tales nucleótidos pueden formar cadenas de ARN espontáneamente. Además, las cadenas dobles de ARN de Watson-Crick son significativamente más resistentes a la radiación ultravioleta que las simples; este resultado fue descrito por Evgeny Kunin en su primer trabajo publicado en 1980. Es decir, en la Tierra joven, debido al flujo de electrones "extra", se podría formar una variedad de moléculas orgánicas,pero bajo la influencia de la fuerte radiación solar, fueron principalmente moléculas similares al ARN, preferiblemente enrolladas en estructuras helicoidales, las que sobrevivieron.
2) Un evento único e improbable: un conjunto de varias moléculas similares al ARN comenzó a copiarse a sí mismo (miles de millones de años después, se obtuvieron conjuntos de ARN autocopiantes similares mediante selección de ARN en condiciones de laboratorio).
3) Evolución posterior: los replicadores de ARN comenzaron a competir entre sí por recursos, evolucionar, unirse en comunidades más grandes, etc.
La desventaja de este hipotético esquema es que no se conocen ni los detalles moleculares del origen de los replicadores de ARN, ni los factores naturales que contribuyen a su selección. La esperanza está dada por el hecho de que en el caso del siguiente evento evolutivo más importante (y a su vez), a saber, la aparición de ribosomas, máquinas para la síntesis de proteínas, se han reconstruido los detalles moleculares. Esto se hizo mediante varios métodos en cuatro laboratorios; los resultados de las reconstrucciones son muy similares. En resumen, el antepasado de los ribosomas muy complejos modernos fue una construcción de dos bucles de ARN de 50-60 ribonucleótidos cada uno, capaces de combinar dos aminoácidos con un enlace peptídico. Konstantin Bokov y Sergey Stadler (Universidad de Montreal) siguieron en detalle las etapas intermedias en el camino desde esta estructura de dos bucles hasta los ribosomas modernos. La premio Nobel Ada Yonath y sus colegas (Instituto Weizmann), George Fox y sus colegas (Universidad de Houston) y Anton Petrov y sus colegas (Universidad de Georgia).
El ribosoma, que al principio tenía una subunidad catalítica de ARN, gradualmente se volvió más complejo y aumentó de tamaño, todo este tiempo sintetizando secuencias de proteínas a partir de un conjunto aleatorio de aminoácidos. Solo en las últimas etapas de su evolución se fusionó con otra molécula de ARN, que se convirtió en una pequeña subunidad del ribosoma, y comenzó la síntesis de proteínas codificadas. Por lo tanto, la aparición del código genético es un evento evolutivo improbable separado de la aparición de la síntesis de proteínas ribosómicas.
Lo más probable es que nuevas investigaciones permitan reconstruir tanto la aparición de replicadores como otros eventos poco probables, por ejemplo, los asociados con la aparición de las primeras células, el intercambio de genes entre las primeras células y virus, etc.
Volviendo a las preguntas planteadas sobre las probabilidades: nuestra consideración detallada muestra que la evolución de la vida terrenal no es una "coincidencia absolutamente increíble", sino muchos sucesos sucesivos extremadamente improbables.
Lo más probable es que se estuviera produciendo una poderosa generación de materia orgánica en otros planetas jóvenes. Pero esto no necesariamente condujo al surgimiento de la vida. Si el conjunto de ARN autorreplicante no se hubiera reunido en la Tierra, no habría habido vida. La producción de materia orgánica se desvanecería gradualmente y la Tierra se volvería similar a Marte o Venus.
Pero incluso en el caso de la aparición de vida en otros planetas, esta vida podría "atascarse" en cualquier etapa inicial, y la probabilidad de permanecer para siempre en un nivel primitivo de desarrollo era incomparablemente más alta que la probabilidad de subir el siguiente escalón y avanzar más.
Por lo tanto, la probabilidad de encontrar extraterrestres sabios en otro planeta es inconmensurablemente menor que la posibilidad de entrar en un limo simple pero vivo allí (y esto es así si tienes mucha suerte). La probabilidad de que haya vida de oxígeno en algún lugar también es inconmensurablemente pequeña: la descomposición del agua para formar oxígeno es una reacción de cuatro electrones muy no trivial.
Entonces, construir cualquier estrategia con la esperanza de encontrar una inteligencia alienígena no es muy inteligente. El hecho de que haya (por ahora) seres inteligentes en la Tierra es un gran éxito. Por lo tanto, tiene mucho más sentido invertir en la creación de "aeródromos alternativos" para la vida inteligente ya existente en caso de que la naturaleza falle o los propios portadores de la mente fracasen. Esto significa que necesitamos una Tierra libre, o incluso mejor, unas pocas.
Evgeny Kunin, líder. científico. sotr. Centro Nacional de Información Biotecnológica, Miembro de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU.:
Puedo limitarme a comentarios muy breves, ya que estoy totalmente de acuerdo con todo lo dicho por Alexander Markov … excepto, por supuesto, las conclusiones. De hecho, la etapa límite en la aparición de la vida es la formación espontánea de una población de moléculas de ribozima-polimerasa con una tasa y precisión de autocopia suficientemente altas. La probabilidad de que ocurra un evento así es extremadamente pequeña. Para incrementarlo significativamente, se necesita un proceso que cree la posibilidad de evolución sin la participación de tales ribozimas, en un sistema mucho más simple. La replicación no enzimática discutida por Alexander es un buen candidato para tal proceso. El único problema es que, basándose en todo lo que sé de la química y la termodinámica, no hay posibilidad de llevar estas reacciones al nivel de replicación suficientemente precisa de moléculas largas. La replicación de oligonucleótidos muy cortos sería muy interesante como un posible paso intermedio, pero no aumentará significativamente la probabilidad. Por lo tanto, mi conclusión sigue siendo la misma: el surgimiento de la vida requiere eventos extremadamente improbables y, por lo tanto, estamos solos en nuestro Universo (no es necesario discutir aquí el tema de los universos múltiples). No solo somos seres inteligentes, sino más ampliamente, seres vivos en general.
Es importante señalar lo siguiente: la probabilidad extremadamente baja de que ocurra la vida no significa de ninguna manera que todo haya sucedido por milagro. Por el contrario, todas son una serie de reacciones químicas normales, que solo incluyen etapas con una probabilidad muy baja. En consecuencia, estudiar los mecanismos que de alguna manera facilitan el surgimiento de la vida no solo no tiene sentido, sino que es extremadamente importante e interesante. Simplemente no es visible (todavía) que esto pueda aumentar significativamente la probabilidad, pero crear un escenario de eventos puede ayudar.
Bueno, terminaré con una consideración cuasi filosófica, pero, en mi opinión, relevante. La probabilidad extremadamente baja del surgimiento de la vida viola el principio de mediocridad: los eventos que han ocurrido en nuestro planeta son excepcionales, incluso únicos en el Universo. El principio de mediocridad en este caso pierde frente al principio antrópico: por increíble que fuera a priori el surgimiento de la vida, BAJO LA CONDICIÓN de la existencia de seres inteligentes, y células justas, su probabilidad es exactamente 1.
Mikhail Nikitin, investigador sotr. Departamento de Bioquímica Evolutiva, Instituto de Investigación en Biología Fisicoquímica. A. N. Belozersky Universidad Estatal de Moscú:
Me parece que la vida de un nivel de complejidad bacteriana está muy extendida en el Universo, pero el desarrollo de animales multicelulares y seres potencialmente inteligentes es mucho menos probable.
¿Por qué creo que la vida bacteriana es muy probable?
El razonamiento de Kunin se basa en experimentos sobre la selección artificial de ribozimas-réplicas, que copian moléculas de ARN y potencialmente pueden copiarse a sí mismas. Todas estas ribozimas tienen una longitud del orden de 200 nucleótidos y la probabilidad de obtenerlas por autoensamblaje aleatorio es del orden de 4-200. Sin embargo, estos experimentos no tuvieron en cuenta muchos factores importantes que podrían, en primer lugar, asegurar la replicación utilizando ribozimas más cortas y simples, y en segundo lugar, antes del inicio de cualquier replicación, dirigir el autoensamblaje hacia ARN estructurados capaces de funcionar como ribozimas. Algunos de estos factores ya han sido nombrados por otros autores: replicación no enzimática de Shostak, selección por autocebado en el “mundo de los palíndromos” de Markov, selección por resistencia a los rayos ultravioleta, que dirige el autoensamblaje del ARN hacia estructuras en horquilla propuestas por Mulkidzhanyan). Agregaré a esta lista sustratos minerales y "trampas de calor" (poros estrechos con un gradiente de temperatura) que facilitan la copia de ARN. Además, dado que tenemos un sistema genético autorreplicante simple, la evolución darwiniana con una alta probabilidad creará rápidamente sobre su base una célula bacteriana o algo similar, con una membrana celular que mantiene una composición de sal constante dentro de la célula.
¿Por qué creo que la evolución de la vida de células simples a animales multicelulares puede ser muy poco probable? Aquí hay dos consideraciones, una más geológica, la otra puramente biológica. Empecemos por el primero.
En paleontología, se ha establecido de manera confiable que la evolución de los organismos es muy desigual. Las crisis y revoluciones se alternan con períodos de estancamiento, a veces muy largos. El período más largo de estasis se denominó "mil millones aburridos" y duró la mayor parte del Proterozoico, desde hace aproximadamente 2 a 800 millones de años. Fue precedido por la aparición de oxígeno en la atmósfera, la aparición de células eucariotas y la glaciación global Huron, y terminó con la mayor glaciación de Sturt en la historia de la Tierra, un aumento del contenido de oxígeno a valores casi modernos y la aparición de animales multicelulares. La evolución también fue relativamente lenta en el eón Arcaico hace entre 3.5 y 2.5 mil millones de años en comparación con el eón Catarchiano anterior (el momento de la aparición de la vida y el bombardeo tardío del meteorito) y la posterior revolución del oxígeno. Las razones de esta desigualdad no se comprenden completamente. Personalmente, me parece convincente que la "revolución del oxígeno" (la proliferación masiva de cianobacterias productoras de oxígeno) estuvo asociada con el agotamiento de las reservas de hierro reducido (ferroso) en el agua del océano. Mientras hubiera suficiente hierro en el océano, los microbios prosperaron allí mediante una fotosíntesis oxidante de hierro más simple y segura. No es oxígeno lo que se libera en él, sino compuestos de óxido de hierro, magnetitas y hematitas, que se depositaron en el lecho marino a lo largo del Arcaico. El suministro de hierro nuevo al mar (principalmente de fuentes hidrotermales en el fondo) disminuyó a medida que disminuyó la actividad geológica del planeta y finalmente la crisis de recursos obligó a los microbios fotosintéticos a cambiar a una "tecnología" más compleja de fotosíntesis de oxígeno. Similar,la causa de los “mil millones aburridos” podría ser el consumo constante de oxígeno para la oxidación de varios minerales en la tierra, lo que no permite elevar el contenido de oxígeno por encima del 1-2%. En los sedimentos marinos del Proterozoico, hay muchos rastros de oxidación en tierra de minerales de sulfuro, debido a que los ríos transportaron sulfatos, arsénico, antimonio, cobre, cromo, molibdeno, uranio y otros elementos al océano que estaban casi ausentes en el océano Arcaico. La crisis del Proterozoico tardío con glaciaciones globales, un rápido aumento en el contenido de oxígeno y la aparición de animales multicelulares puede haber sido causada por el agotamiento de minerales fácilmente oxidables en la tierra.debido a que los ríos transportaban sulfatos, arsénico, antimonio, cobre, cromo, molibdeno, uranio y otros elementos al océano que estaban casi ausentes en el océano arcaico. La crisis del Proterozoico tardío con glaciaciones globales, un rápido aumento en el contenido de oxígeno y la aparición de animales multicelulares puede haber sido causada por el agotamiento de minerales fácilmente oxidables en la tierra.debido a que los ríos transportaban sulfatos, arsénico, antimonio, cobre, cromo, molibdeno, uranio y otros elementos al océano que estaban casi ausentes en el océano arcaico. La crisis del Proterozoico tardío con glaciaciones globales, un rápido aumento en el contenido de oxígeno y la aparición de animales multicelulares puede haber sido causada por el agotamiento de minerales fácilmente oxidables en la tierra.
Por lo tanto, el momento del inicio de dos revoluciones clave (fotosíntesis de oxígeno y animales multicelulares) probablemente fue determinado por el equilibrio de procesos biológicos (fotosíntesis) y geológicos (liberación de hierro ferroso y otras sustancias oxidables por respiraderos hidrotermales y volcanes terrestres). Es muy posible que en otros planetas estas revoluciones lleguen mucho más tarde. Por ejemplo, un planeta más masivo (supertierra) perderá actividad geológica más lentamente, liberará hierro en el océano por más tiempo y podría retrasar la revolución del oxígeno en miles de millones de años. Los planetas en la zona habitable de las enanas rojas recibirán poca luz visible adecuada para la fotosíntesis, y sus biosferas también corren el riesgo de quedar atrapadas en una etapa sin oxígeno. La cantidad de agua del planeta también es importante. Si todo el planeta está cubierto por un océano profundo, entonces será deficiente en fósforo,provenientes principalmente de volcanes terrestres, y si hay poca agua, entonces el área oceánica disponible para los microbios fotosintéticos también será pequeña (antes de la aparición de las plantas multicelulares, la productividad de los ecosistemas terrestres era insignificante en comparación con los mares). Es decir, hay muchas razones por las que la biosfera puede quedarse atascada en una etapa microbiana sin oxígeno y no convertirse en animales. El tiempo para el desarrollo, por cierto, es limitado: la luminosidad de las estrellas aumenta con el tiempo, y la Tierra en 1.5-2 mil millones de años se calentará irreversiblemente, sus océanos se evaporarán y el creciente efecto invernadero la convertirá en la segunda Venus. En las enanas rojas, la luminosidad crece más lentamente, pero sus planetas pueden volverse inhabitables debido a la desaparición del campo magnético y la posterior pérdida de agua al espacio, como sucedió en Marte.entonces el área del océano disponible para los microbios fotosintéticos también será pequeña (antes de la aparición de las plantas multicelulares, la productividad de los ecosistemas terrestres era insignificante en comparación con los mares). Es decir, hay muchas razones por las que la biosfera puede quedarse atascada en una etapa microbiana sin oxígeno y no convertirse en animales. El tiempo para el desarrollo, por cierto, es limitado: la luminosidad de las estrellas aumenta con el tiempo, y la Tierra en 1.5-2 mil millones de años se calentará irreversiblemente, sus océanos se evaporarán y el creciente efecto invernadero la convertirá en la segunda Venus. En las enanas rojas, la luminosidad crece más lentamente, pero sus planetas pueden volverse inhabitables debido a la desaparición del campo magnético y la posterior pérdida de agua al espacio, como sucedió en Marte.el área del océano disponible para los microbios fotosintéticos también será pequeña (antes de la llegada de las plantas multicelulares, la productividad de los ecosistemas terrestres era insignificante en comparación con los mares). Es decir, hay muchas razones por las que la biosfera puede quedarse atascada en una etapa microbiana sin oxígeno y no convertirse en animales. El tiempo para el desarrollo, por cierto, es limitado: la luminosidad de las estrellas aumenta con el tiempo, y la Tierra en 1.5-2 mil millones de años se calentará irreversiblemente, sus océanos se evaporarán y el creciente efecto invernadero la convertirá en la segunda Venus. En las enanas rojas, la luminosidad crece más lentamente, pero sus planetas pueden volverse inhabitables debido a la desaparición del campo magnético y la posterior pérdida de agua al espacio, como sucedió en Marte.accesible a los microbios fotosintéticos (antes de la aparición de las plantas multicelulares, la productividad de los ecosistemas terrestres era insignificante en comparación con los mares). Es decir, hay muchas razones por las que la biosfera puede quedarse atascada en una etapa microbiana sin oxígeno y no convertirse en animales. El tiempo para el desarrollo, por cierto, es limitado: la luminosidad de las estrellas aumenta con el tiempo, y la Tierra en 1.5-2 mil millones de años se calentará irreversiblemente, sus océanos se evaporarán y el creciente efecto invernadero la convertirá en la segunda Venus. En las enanas rojas, la luminosidad crece más lentamente, pero sus planetas pueden volverse inhabitables debido a la desaparición del campo magnético y la posterior pérdida de agua al espacio, como sucedió en Marte.accesible a los microbios fotosintéticos (antes de la aparición de las plantas multicelulares, la productividad de los ecosistemas terrestres era insignificante en comparación con los mares). Es decir, hay muchas razones por las que la biosfera puede quedarse atascada en una etapa microbiana sin oxígeno y no convertirse en animales. El tiempo para el desarrollo, por cierto, es limitado: la luminosidad de las estrellas aumenta con el tiempo, y la Tierra en 1.5-2 mil millones de años se calentará irreversiblemente, sus océanos se evaporarán y el creciente efecto invernadero la convertirá en la segunda Venus. En las enanas rojas, la luminosidad crece más lentamente, pero sus planetas pueden volverse inhabitables debido a la desaparición del campo magnético y la posterior pérdida de agua al espacio, como sucedió en Marte. El tiempo para el desarrollo, por cierto, es limitado: la luminosidad de las estrellas aumenta con el tiempo, y la Tierra en 1.5-2 mil millones de años se calentará irreversiblemente, sus océanos se evaporarán y el creciente efecto invernadero la convertirá en la segunda Venus. En las enanas rojas, la luminosidad crece más lentamente, pero sus planetas pueden volverse inhabitables debido a la desaparición del campo magnético y la posterior pérdida de agua al espacio, como sucedió en Marte. El tiempo para el desarrollo, por cierto, es limitado: la luminosidad de las estrellas aumenta con el tiempo, y la Tierra en 1.5-2 mil millones de años se calentará irreversiblemente, sus océanos se evaporarán y el creciente efecto invernadero la convertirá en la segunda Venus. En las enanas rojas, la luminosidad crece más lentamente, pero sus planetas pueden volverse inhabitables debido a la desaparición del campo magnético y la posterior pérdida de agua al espacio, como sucedió en Marte.
La segunda consideración se relaciona con la aparición de eucariotas, células con núcleo. Las células eucariotas son mucho más grandes y complejas que las de las bacterias y arqueas y aparecieron más tarde, probablemente durante la "revolución del oxígeno". La célula eucariota apareció como una quimera de una célula arquea, una bacteria simbiótica que se instaló en su interior y, posiblemente, un virus que las infectó (o incluso más de una). La estructura del genoma de los eucariotas muestra sin ambigüedades que su evolución temprana no se debió a la selección natural, sino en muchos aspectos a pesar de. En poblaciones pequeñas, la selección no es muy eficiente y los rasgos ligeramente perjudiciales pueden afianzarse debido a la deriva genética y otros procesos puramente aleatorios. Esto se detalla en el capítulo correspondiente de la lógica del azar de Kunin y sugiereque la aparición de eucariotas puede ser muy poco probable incluso en un entorno adecuado (biosfera bacteriana entrando en la revolución del oxígeno). Como mínimo, los casos de simbiosis intracelular entre bacterias y arqueas son prácticamente desconocidos, aunque las bacterias se depositan fácilmente dentro de las células eucariotas.
Resumiendo: creo que la combinación de los factores descritos debería llevar al hecho de que en nuestra Galaxia habrá millones de planetas con vida bacteriana y mucho menos (posiblemente, solo unos pocos) - con vida de un nivel de complejidad eucariota y multicelular.
Posdata de Boris Stern
Algunas palabras para terminar la discusión. Es muy posible que Evgeny Kunin subestimó en gran medida la probabilidad del origen de la vida en condiciones adecuadas. Y de todos modos, esta valoración debe tomarse en serio. Si se equivocó en 900 órdenes de magnitud, no cambia nada: todos somos iguales solos dentro del horizonte del Universo, donde solo hay alrededor de 1020-1021 planetas adecuados. Incluso si el resto de los participantes en la discusión tienen razón y todo tipo de trucos de la naturaleza como la replicación no enzimática pueden hacer que el origen de la vida sea más o menos probable, será una vida muy primitiva, en la abrumadora mayoría de los casos, incapaz de saltar a un nivel superior de desarrollo. Dos panelistas escribieron sobre esto en blanco y negro. Esa es toda la paradoja de Fermi.
De ahí que se sigan al menos dos importantes conclusiones organizativas. Primero: la vida desarrollada es el fenómeno más raro y valioso del universo. Por lo tanto, vea el último párrafo de la nota de Armen Mulkidzhanyan: la humanidad tiene un noble objetivo total: la propagación de este fenómeno. Hablaremos por separado sobre las posibilidades y métodos para lograr este objetivo.
La segunda conclusión organizativa: la destrucción de esta vida será una pérdida irreparable de escala galáctica o incluso cosmológica. Esto debería tenerse en cuenta en su propia evaluación de los "halcones" y los políticos que están dispuestos a recurrir al chantaje nuclear para inflar su propia "grandeza". Lo mismo se aplica a una civilización de consumo desenfrenado.
Autores: Boris Stern, Alexander Markov, Armen Mulkidzhanyan, Evgeny Kunin, Mikhail Nikitin
