Fremde unter ihnen

Fremde unter ihnen

Paul Davis
"In der Welt der Wissenschaft" №3, 2008

Über den Autor

Paul Davis (Paul Davies) – Theoretischer Physiker, beschäftigt sich mit Kosmologie und Astrobiologie. Derzeit leitet das Forschungszentrum Jenseits an der Universität von Arizona, geschaffen, um die "brennendsten" wissenschaftlichen Fragen zu studieren. Davis ist Autor und Co-Autor von 27 Büchern. Der letzte ist Kosmischer Jackpot: Warum unser Universum genau richtig für Lif iste ("Weltraumroulette: Warum das Leben in unserem Universum möglich ist", 2007).

Auf der Suche nach Beweisen dafür, dass das Leben auf der Erde mehr als einmal aufgetreten ist, untersuchen Wissenschaftler sorgfältig ökologische Nischen, in denen Mikroorganismen leben können, radikal anders als die, die uns so vertraut sind.

Die Frage nach dem Ursprung des Lebens ist eine der schwierigsten für die Wissenschaft. Wie, wo und wann es entstanden ist, weiß niemand. Es ist nur bekannt, dass sich Mikroorganismen vor etwa dreieinhalb Milliarden Jahren auf der Erde ausgebreitet haben. Was vorher passierte, bleibt ein Geheimnis.

Bis in die 70er Jahre. Das letzte Jahrhundert in der biologischen Welt wurde von der Ansicht dominiert, dass das Leben durch glücklichen Zufall mit einer Kombination von Umständen entstanden ist, die so unwahrscheinlich sind, dass ihre Reproduktion irgendwo anders in den Grenzen von sichtbarem Raum und Zeit unmöglich ist.Der Autor der konservativen Idee war der Nobelpreisträger für Biologie, der französische Biochemiker Jacques Monod. 1970 schrieb er: "Der Mensch erkannte schließlich, dass er allein in der gleichgültigen Stille des Universums war und dort völlig zufällig auftauchte." In den letzten Jahren änderten sich jedoch die Ansichten über den Ursprung des Lebens. 1995 bezeichnete der berühmte belgische Biochemiker Christian De Duve das Phänomen des Lebens als einen "kosmischen Imperativ" und erklärte, dass "es auf keinem der Erde ähnlichen Planeten vorkommen darf". Diese Aussage bestärkte viele Astrobiologen in ihrer Zuversicht, dass "das Leben im Weltraum in vollem Gange ist".

Kann festgestellt werden, welcher Standpunkt richtig ist? Der einfachste Weg, die Antwort auf diese Frage zu finden, ist, Lebenszeichen auf anderen Planeten im Sonnensystem wie dem Mars zu entdecken. Wenn sich herausstellte, dass das Leben auf zwei Planeten innerhalb desselben Sonnensystems auf einmal entstanden ist, würde dies zweifellos die Gültigkeit der Hypothese des biologischen Determinismus anzeigen. Leider ist die Expedition zum Mars, ausgestattet mit allem, was für die Suche nach Lebensformen des Mars notwendig ist, eine Frage für die ferne Zukunft. Es wird eine Menge Zeit brauchen, um die Vertreter außerirdischer Biota gründlich zu studieren (wenn Sie Glück haben!).

Gibt es das Leben auf dem Mars?

Wenn die Hypothese des biologischen Determinismus, die die Unvermeidbarkeit der Entstehung von Leben unter geeigneten Bedingungen nahelegt, wahr ist, dann könnte das Leben irgendwo im Sonnensystem entstehen. Dieser Ort könnte der Mars sein, der einst anscheinend Wasser war. In der Vergangenheit sind Asteroiden und Kometen oft auf die Erde und den Mars gefallen und haben Gesteinsbrocken aus ihnen geschleudert. Diese Gesteine ​​und mit ihnen und Mikroorganismen in ihnen fielen in den offenen Raum und dann in andere Raumkörper. Es könnte also einen Materialaustausch zwischen den Planeten geben. Und wenn das Leben unabhängig auf dem Mars und auf der Erde entstand, könnten Mars und terrestrische Mikroorganismen mit der Zeit auf beiden Planeten landen. Dies erfordert einen neuen Blick auf die Hypothese der Koexistenz von "Schatten" und gewöhnlichen Biosphären: Jeder Mikroorganismus, der auf der Erde mit alternativen biochemischen Merkmalen gefunden wird, hat höchstwahrscheinlich einen außerirdischen Ursprung. Es ist sinnvoll, nach solchen Organismen zu suchen, deren klimatische Bedingungen denen des Mars ähneln, zum Beispiel in den eisigen Wüsten der Antarktis, auf den höchsten Berggipfeln oder an Orten mit erhöhter Strahlung.

Die Hypothese des biologischen Determinismus kann jedoch auf einfache Weise "auf Stärke getestet" werden. Kein anderer Planet ist mehr wie die Erde als die Erde selbst. Und wenn einst das Leben wirklich unter irdischen Bedingungen begann, was hat dann sein Erscheinen hier oft verhindert? Eine solche verlockende Gelegenheit veranlasste Biologen, die exotischsten in Bezug auf die natürlichen Bedingungen der Ecken unseres Planeten zu untersuchen: Wüsten, heiße unterirdische Quellen, Höhlen, Vulkane. Wahrscheinlich haben die ungewöhnlichen Lebensformen – wenn wir davon ausgehen, dass sie wirklich existieren – mikroskopische Dimensionen, daher zielen die Tests darauf ab, exotische Mikroben zu identifizieren, die möglicherweise neben uns leben.

Wichtigste Bestimmungen

  • Wie viele Biologen glauben, kann Leben entstehen, wenn die Bedingungen dafür geeignet sind. Es ist möglich, dass es auf unserem Planeten viele Male entstanden ist. Um dies nachzuweisen, suchen Wissenschaftler nach exotischen Mikroorganismen.
  • Zu den wahrscheinlichsten Lebensräumen solcher Organismen gehören ökologisch isolierte Nischen,Der Vulkan entlüftet in den tiefen Senken der ozeanischen Kruste und den gefrorenen antarktischen Wüsten.
  • Aber alternative Mikroorganismen können unter uns sein. Sie unterscheiden sich äußerlich nicht von den uns bekannten Formen, können aber völlig andere biochemische Merkmale haben.

Die Forscher haben keinen Konsens in der Frage: "Was ist das Leben?". Aber die meisten von ihnen stimmen darin überein, dass alle Lebewesen mindestens zwei Zeichen haben sollten: die Fähigkeit, zu metabolisieren (Nährstoffe aus der Umwelt aufzunehmen, Energie aus ihnen zu extrahieren und Abfallprodukte zu entfernen) und Selbstreproduktion. Nach der orthodoxen Sicht auf die Biogenese würde, selbst wenn das Leben auf der Erde mehr als einmal auftrat, eine andere erfolgreiche Form unvermeidlich alle anderen verdrängen. Dies könnte zum Beispiel passieren, wenn eine Form alle verfügbaren Ressourcen schnell erlernt oder in die schwächere Kraft ihrer Gene "einbricht". Dieses Argument wird jedoch leicht zurückgewiesen. Bakterien und Archaea, zwei verschiedene Arten von Mikroorganismen, die vor mehr als drei Milliarden Jahren von einem Vorfahren abstammten, leben friedlich zusammen.Darüber hinaus müssen alternative Lebensformen nicht notwendigerweise mit bekannten Organismen konkurrieren. "Aliens" können ökologische Nischen besetzen, die für andere Formen nicht lebensfähig sind, oder andere Ressourcen nutzen.

Zur Verteidigung der Hypothese der Existenz von "Alien"

Angenommen, es gibt momentan keine alternativen Lebensformen auf der Erde. Aber wer wird sich verpflichten zu behaupten, dass sie in der fernen Vergangenheit nicht gedeihen und dann aus irgendeinem Grund ausgestorben sind? Vielleicht gelingt es den Forschern, ihre Spur in geologisch einzigartigen Gesteinen anzugreifen. Alternative Lebensformen könnten einen völlig anderen Stoffwechsel haben; Daher könnten sich dort, wo sie lebten, die Eigenschaften von Gesteinen verändern oder sich Ablagerungen von bestimmten Mineralien bilden. Und das eine und das andere konnte nicht durch die Aktivitäten von heute bekannten Lebewesen erklärt werden.


Mikroorganismen, die während der alternativen Biogenese gebildet werden, können wie gewöhnliche Bakterien aussehen. Ihr Stoffwechsel ist jedoch völlig anders: Vielleicht werden sie exotische Aminosäuren oder chemische Elemente verwenden.


Vielleicht in alten Mikrofossilien, die vor 2,5 Milliarden Jahren entstanden (an der Wende des Archaikums und des Proterozoikums),Es wird möglich sein, Biomarker in Form von speziellen organischen Molekülen nachzuweisen, deren Bildung durch die uns bekannten Vertreter der gemeinsamen Flora und Fauna nicht in Frage gestellt werden kann.

Noch faszinierender, aber auch kontroverser ist die Annahme, dass alternative Lebensformen nicht verschwunden sind und sich immer noch in der Umwelt befinden und eine "Schattenbiosphäre" bilden. Auf den ersten Blick erscheint die Idee absurd: Wenn sie direkt vor unserer Nase (und vielleicht in der Nase) sind, warum sind sie dann noch nicht gefunden worden? Die meisten irdischen Lebewesen sind Mikroorganismen; es ist unmöglich, etwas Konkretes über sie zu sagen, nur sie mit einem Mikroskop zu betrachten. Um herauszufinden, welchen Platz sie am phylogenetischen Baum ("Baum des Lebens") einnehmen, ist es notwendig, die Nukleotidsequenz ihres Genoms zu bestimmen, und heute hat nur ein kleiner Teil der bekannten Mikroben ein solches Testverfahren durchlaufen.

Wald des Lebens

Für die Klassifizierung lebender Organismen verwenden Wissenschaftler den "Baum des Lebens" (phylogenetischer Baum). Es kann verwendet werden, um den Ursprung verschiedener Vertreter der Flora und Fauna der Erde und ihrer Verwandtschaftsbeziehungen zu verfolgen. Wenn das Leben auf unserem Planeten viele Male entstanden ist, dann muss diese Klassifizierungsmethode durch eine andere ersetzt werden. Dies wird kein Baum des Lebens sein, sondern ein ganzer Wald.

Unser Baum des Lebens.Bild: "In der Welt der Wissenschaft"

Alle Organismen, die der Wissenschaft bekannt sind, haben ähnliche biochemische Eigenschaften und verwenden die gleiche Methode zum Speichern von genetischer Information. Die drei Hauptäste an unserem Lebensbaum sind Bakterien, Archaebakterien (einzellige Organismen, ähnlich wie Bakterien, die auch keinen Kern haben) und Eukaryoten, die aus Zellen einer komplexeren Organisation bestehen. Der dritte Zweig umfasst alle Tiere, alle Pflanzen und Pilze.

Spiegel Leben
Große biologische Moleküle können in zwei räumlichen Konfigurationen vorliegen, die sich voneinander unterscheiden, indem sie die Polarisationsebene des Lichts in eine andere Richtung drehen – rechts oder links. Entsprechend werden sie Pravo-Levogyrate genannt. Alle natürlichen linkshändigen Aminosäuren und DNA-Doppelhelix – rechtsdrehend. Aber vielleicht gibt es Organismen auf der Basis von Spiegelmolekülen – Levogyrate DNA und rechtsdrehende Aminosäuren?

Exotische Aminosäuren
Die überwiegende Mehrheit der uns bekannten Organismen verwendet den gleichen Satz von 20 Aminosäuren für den Aufbau von Proteinen, aber synthetische Chemiker können sie viel mehr erhalten.Vielleicht bauen alternative Lebensformen ihre Proteine ​​aus anderen Aminosäuren. Dies können unter anderem Isovalin und Pseudoleucin sein, die in Meteoriten gefunden werden, die zur Erde fielen

Arsen statt Phosphor
Nach einer Hypothese kann Arsen die Rolle von Phosphor in alternativen lebenden Organismen spielen. Arsen ist für uns Gift, weil es alle Funktionen des Phosphors sehr gut nachahmt. Ähnlich kann Phosphor für Organismen giftig sein, deren Biochemie auf Arsen aufgebaut ist

Silizium statt Kohlenstoff
Die exotischsten Formen des Lebens unter allen anderen könnten Silizium anstelle von Kohlenstoff verwenden. Letzteres ist auch vierwertig (das heißt, es kann vier Atome oder Gruppen hinzufügen), seine Atome sind in der Lage, zyklische Strukturen und lange Ketten zu bilden, die als Rückgrat vieler biologischer Moleküle dienen.

Alle im Detail untersuchten Organismen haben wahrscheinlich einen gemeinsamen Ursprung. Sie haben einen ähnlichen Stoffwechsel, fast den gleichen genetischen Code – daher ist es möglich, ihren Platz auf dem Stammbaum zu bestimmen. Aber alle Methoden, mit denen Biologen neue Organismen identifizieren, werden mit Blick auf die üblichen Lebensformen geschaffen.Wenn sich die "Schattengeschäfte" von ihnen unterscheiden, werden die Forscher sie einfach nicht bemerken.

In Isolation leben

Wo auf der modernen Erde nach alternativen Organismen suchen? Einige Forscher glauben, dass ökologisch isolierte Nischen, die für gewöhnliche Lebensformen unzugänglich sind, als ihre Lebensräume dienen können. Eine erstaunliche Entdeckung wurde kürzlich gemacht: Sogar bekannte Organismen können unter völlig unerträglichen Bedingungen überleben. Bakterien, die an so exotischen Orten wie den Vulkanschloten oder den eisigen Wüsten der Antarktis gefunden wurden, wurden gefunden. Es gibt "Extreme", die nicht in gesättigten Salzlösungen, entwickelten Minengesteinen, die Schwermetalle enthalten, in dem im Kühlsystem von Atomreaktoren verwendeten Wasser absterben.

Unsichtbare Jagd. Wo soll man nach "Alien" suchen?

Auf der Suche nach alternativen Lebensformen erkunden Biologen ökologisch isolierte Nischen, Bedingungen, die für keinen der der Wissenschaft bekannten Organismen unerträglich sind. Dies können hochalkalische Becken oder sehr salzhaltige Seen sein, wie der Mono Lake in Kalifornien (an der Spitze), trockene gefrorene Wüsten in der Antarktis (in der Mitte) oder durch Industrieabfälle verschmutzt sind, beispielsweise Rio Tinto in Spanien (unten unten), die Schwermetalle enthält.

Das Leben, wie wir es kennen, ist ohne Wasser in flüssigem Zustand unmöglich. In der Atacamawüste im Norden Chiles gibt es so einen trockenen Ort, an dem es keine Lebenszeichen gibt. Trotz der Tatsache, dass einige Mikroorganismen in kochendem Wasser überleben (100 ° C unter normalem Atmosphärendruck), werden hitzebeständige Lebewesen, die 130 ° C aushalten können, nicht nachgewiesen. Dies bedeutet jedoch nicht, dass es keine anderen Lebensformen gibt, die noch strengeren Bedingungen standhalten.

Den Spuren alternativer Lebensformen gelingt es möglicherweise, solche Zeichen biologischer Aktivität als Kohlenstoffkreislauf zwischen Boden und Luft in ökologisch isolierten Regionen zu entdecken, beispielsweise in geschlossenen Ökosystemen in den Tiefen der Erdkruste, in antarktischen Wüsten, in Salzminen, in Gebieten mit Schwermetallen und anderen lebensinkompatiblen Stoffen kontaminiert. Sie können extreme Bedingungen im Labor schaffen, indem Sie die Temperatur und die Feuchtigkeit verändern, bis die bekannten lebenden Formen vollständig ausgelöscht sind, und prüfen, ob Anzeichen für biologische Aktivität bestehen bleiben. Wenn ja, dann sind das vielleicht Spuren eines alternativen Lebens.Auf diese Weise wurde ein strahlungsresistentes Bakterium gefunden. Deinococcus radioduransfür die die tödliche Dosis der Gammastrahlung tausendmal höher ist als für den Menschen. Es stellte sich heraus, dass D. radiodurans und alle anderen "Radiophilen" sind genetisch mit bekannten Lebensformen verwandt und eignen sich nicht für die Rolle von "Außerirdischen". Diese Tatsache bedeutet jedoch nicht, dass ähnliche Experimente für die Suche nach alternativen Lebensformen ungeeignet sind.

Gefunden mehrere Ökosysteme, scheinbar vollständig vom Rest der Biosphäre isoliert. Mikrobielle Gemeinschaften tief im Untergrund leben ohne Licht, Sauerstoff und organische Substanzen, die von anderen Organismen produziert werden. Ihre Existenz wird durch die Fähigkeit einiger Mitglieder der Gemeinschaft unterstützt, Kohlendioxid und Wasserstoff, die während chemischer Reaktionen oder Strahlungsprozesse freigesetzt werden, für Wachstum und Reproduktion zu nutzen. Es ist erwiesen, dass alle Mitglieder dieser Ökosysteme genetisch eng mit Mikroorganismen verbunden sind, die in den Oberflächenschichten des Bodens leben. Diese Art der Suche beginnt jedoch erst, und vielleicht warten viele Überraschungen auf die Forscher in den Tiefen der Erde.Im Rahmen des Programms zur Tiefenbohrung des Meeresbodens wurden bereits Bodenproben aus Tiefen bis zu 1 km entnommen. Eines der Ziele des Programms ist es, Lebenszeichen in der ozeanischen Kruste zu finden. In Bodenproben, die in der kontinentalen Kruste in noch größerer Tiefe entnommen wurden, wurden Spuren biologischer Aktivität gefunden. Es ist anzumerken, dass systematische Studien dieser Art noch nicht durchgeführt wurden und es zu früh ist, Schlussfolgerungen zu ziehen.

Kandidat für "Fremde"?

Erforschen mit einem Rasterelektronenmikroskop, 200 Millionen Jahre alte Sedimentgesteine ​​aus dem Boden einer tiefen Meeresmulde vor der Küste von Westaustralien, Phillip Uinz (Philippa Uwins) von der University of Queensland entdeckte winzige Strukturen im Größenbereich von 20 bis 15 nm (auf dem Foto sind braune sphärische und längliche Formationen). Sie enthielten DNA und vermehrten sich offensichtlich unter Laborbedingungen. Viele Wissenschaftler bezweifeln jedoch, dass diese sogenannten Nanomikroben tatsächlich Lebewesen sind.

Umwelt-integrierte "Aliens"

Betrachten Sie eine andere Option. Alternative Lebensformen finden sich in den häufigsten Ökosystemen, wenn man annimmt, dass nicht identifizierte "Außerirdische" unter uns leben.Wenn sie jedoch nur durch Mikroformen repräsentiert werden, sind sie extrem schwierig von Vertretern der gewöhnlichen Mikroflora zu unterscheiden, wobei sie sich ausschließlich auf äußere Zeichen konzentrieren. Die Morphologie von Mikroorganismen ist nicht sehr vielfältig – viele von ihnen sind kugelförmig oder stäbchenförmig. Aber "Alien" kann eine völlig andere Biochemie haben, die bei ihrer Suche als Richtlinie dienen kann.

Eines der kennzeichnenden Merkmale der uns bekannten Lebensformen ist die Fähigkeit der Hauptkomponenten ihrer Moleküle, die Polarisationsebene des Lichts in eine der möglichen Richtungen (links oder rechts) zu drehen. Trotz der Tatsache, dass in vitro die Moleküle können in beiden Spiegelkonformationen vorliegen (linksdrehend und rechtsdrehend), in bekannten lebenden Organismen sind sie nur in einem gefunden. So sind Aminosäuren (die Bausteine ​​von Proteinen) Levogyrate und Zucker sind rechtsdrehend. Die rechte Doppelhelix bildet ein DNA-Molekül. Die Gesetze der Chemie verhalten sich jedoch sowohl in der "linken" als auch in der "rechten" Welt gleich, und wenn wir annehmen, dass das Leben wieder passieren kann, haben seine Bausteine ​​eine umgekehrte Symmetrie mit einer Wahrscheinlichkeit von 50%.Die "Schattengemeinschaft" kann den gleichen biologischen Gesetzen gehorchen wie die normale, besteht aber aus spiegelsymmetrischen Molekülen. Seine Mitglieder werden nicht direkt mit bekannten Lebensformen konkurrieren oder Gene mit ihnen austauschen.

Die Identifizierung spiegelsymmetrischer Lebensformen ist nicht schwierig. Die Produkte ihrer lebenswichtigen Aktivität werden in der Chemie gleich sein, aber gleichzeitig haben sie eine entgegengesetzte Symmetrie und wachsen nur in einer Umgebung mit spiegelsymmetrischen Nährstoffen. Richard Hoover (Richard Staubsauger) und Elena Picuta (Elena Picuta) vom Marshall Space Flight Center (NASA) führte ein Experiment durch, bei dem sie am Mittwoch eine Vielzahl von kürzlich entdeckten "Extremen" mit spiegelähnlichen Nährstoffen einsetzten und verfolgten, ob Anzeichen für biologische Aktivität auftauchen würden. Forscher haben einen Mikroorganismus entdeckt, der in exotischer Umgebung wachsen kann: Anaerovirgula multivoransisoliert von Bodensedimenten eines alkalischen Sees in Kalifornien. Zur Überraschung der Wissenschaftler war er keineswegs eine Mikrobe mit einem spiegelsymmetrischen internen Gerät, sondern ein Mikroorganismus, der die erstaunliche Fähigkeit besitzt, Aminosäuren und Zucker chemisch zu verändern, sie in eine "richtige" Form zu überführen und sie dann zu nutzen.

In der Welt des "Schattenlebens" wird ein anderer Satz von Aminosäuren oder Nukleotiden (DNA-Bausteine) verwendet. Alle uns bekannten lebenden Organismen synthetisieren ihre DNA aus den gleichen Nukleotiden – A, T, G und C (Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin) und Proteinen (mit seltenen Ausnahmen) – aus 20 identischen Aminosäuren. Der genetische Code in der gesamten lebenden Welt ist universell: bestimmte Tripel von Nukleotiden (Triplets) kodieren für gleich spezifische Aminosäuren. Die Sequenz von Codons in den Genen, aus denen die DNA besteht, legt die Aminosäuresequenz in Proteinen fest. Aber Biochemiker können viele Aminosäuren synthetisieren, die in Proteinmolekülen gewöhnlicher Organismen im Labor nicht vorhanden sind. In dem Murchison-Meteorit, der 1969 auf dem Territorium Australiens auftrat, wurden viele bekannte Aminosäuren gefunden, aber auch einige ungewöhnliche, wie Isovalin und Pseudoleucin. (Wissenschaftler wissen nicht, wie sie in einen Meteoriten geraten sind, aber sie sind sicher, dass Aminosäuren nicht-biologischen Ursprungs sind). Einige von ihnen könnten als Bausteine ​​für alternative Lebensformen dienen. Um solche "Alien" aufzuspüren, ist es notwendig, die Aminosäure zu identifizieren,die keiner der bekannten Organismen verwendet und die nicht als Nebenprodukt ihres Metabolismus oder Zerfalls dient und Beweise für ihre Anwesenheit in der Umwelt findet.

Kostbare Körnchen Information können in "fruchtbarem Boden" gesammelt werden, wo künstliche (synthetische) Lebensformen wachsen. Gegenwärtig sind Biochemiker aktiv an der Schaffung völlig neuer Organismen beteiligt, einschließlich ungewöhnlicher Aminosäuren in Proteinen. Steve Benner (Steve Benner) von der Stiftung für Angewandte Molekulare Evolution in Gainesville, Florida, hält eine ganze Klasse von Molekülen, die als Alphamethylaminosäuren bekannt sind, für viel versprechend. Sie wurden jedoch in keinem der bisher untersuchten Organismen gefunden. Sobald ein neuer Mikroorganismus identifiziert ist, wird es notwendig sein, seine Proteinzusammensetzung sofort zu analysieren, beispielsweise mittels Massenspektrometrie, und dann herauszufinden, aus welchen Aminosäuren diese Proteine ​​bestehen. Jede ernste Abweichung der Eigenschaften eines Novizen vom Standard wird eine Gelegenheit sein, in ihm von "jemand anderem" zu verdächtigen.

Selbst wenn eine solche Strategie erfolgreich ist, müssen Wissenschaftler noch herausfindenfanden sie wirklich eine alternative Lebensform mit einem ganz besonderen Ausgangspunkt, oder ist es nur ein weiterer bisher unbekannter Vertreter der üblichen Mikroflora, wie dies bei Archaebakterien der Fall war, die erst Ende der 1970er Jahre identifiziert wurden? Mit anderen Worten, es ist notwendig, dafür zu sorgen, dass der Kandidat für "Fremde" überhaupt kein weggelassener Zweig im Baum des Lebens ist, der lange vom Hauptstamm gegangen ist. Frühere Lebensformen könnten sich radikal von denen unterscheiden, die später auftraten. Zum Beispiel gibt es Hinweise, dass der aktuelle Triplet-Code das Ergebnis der Optimierung der Kodierungseffizienz unter dem Druck der natürlichen Selektion war. Dies impliziert die Existenz eines rudimentären Vorläufers, beispielsweise eines Dublett-Codes, der die Bildung einer kleineren Anzahl von Aminosäuren vorsieht. Es kann angenommen werden, dass einige primitive Organismen immer noch ein solches Kodierungssystem verwenden. Sie sind keine Fremde im wörtlichen Sinne des Wortes, sie sind nur lebende Fossilien. Ihre Entdeckung ist auch von großem wissenschaftlichem Interesse.

Die Wahrscheinlichkeit, dass ein bisher unbekannter Zweig auf "unserem" Lebensbaum mit einem separaten "fremden" Baum verwechselt wird, wird abnehmen, wenn angenommen wird, dass die Biochemie alternativer Lebensformen sich radikal von unseren üblichen unterscheidet.Astrobiologen schließen nicht aus, dass exotische Organismen anstelle von Wasser andere Lösungsmittel verwenden können, beispielsweise Ethan und Methan. Es ist zwar schwierig, Orte auf der Erde zu finden, an denen solche Substanzen in flüssigem Zustand wären – dafür sind zum Beispiel sehr niedrige Temperaturen erforderlich, etwa auf der Oberfläche von Titan, dem größten Satelliten des Saturns. Eine weitere Überlegung betrifft das Spektrum der grundlegenden chemischen Elemente, die organische Moleküle bilden: Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Phosphor. Kann Leben entstehen, wenn mindestens eines der fünf Elemente durch ein anderes ersetzt wird?

Phosphor ist das "problematischste" Element in der organischen Welt. Es ist relativ selten, und unter Bedingungen, die charakteristisch für die frühe Periode der Entwicklung der Erde sind, war es kaum in ausreichender Menge in einer leicht zugänglichen Form – der gelösten Form – vorhanden. Felisa Wolf-Simon (Felisa Wolfs-Simon) von der Harvard University schlägt vor, dass Arsen die Rolle von Phosphor in der organischen Welt durchaus erfolgreich spielen kann; außerdem wäre er unter den Bedingungen der primitiven Erde sogar noch vorzuziehen. In ihrer Fähigkeit, die Strukturelemente lebender Systeme zu bilden und energiereiche Verbindungen zu bilden, ist Arsen dem Phosphor nicht unterlegen. Außerdem könnte er an der Regulation des Stoffwechsels teilnehmen.Sie kann diese Funktion in gegenwärtig lebenden Systemen nicht ausführen, gerade weil sie Phosphor zu ähnlich ist. Arsen ist für uns Gift; In ähnlicher Weise wäre Phosphor ein Gift für Organismen, die Arsen als eines der Hauptelemente verwenden. Vielleicht leben Organismen, die Arsen bevorzugen, immer noch in exotischen Nischen, zum Beispiel in Meereshöhlen oder heißen Quellen.

Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Größe. Alle bekannten Organismen synthetisieren Proteine ​​aus Aminosäuren unter Verwendung von großen zellulären "Montageautomaten" – Ribosomen. Eine solche Struktur kann nur dann in eine Zelle passen, wenn deren Größe mehrere hundert Nanometer (ein Milliardstel Meter) überschreitet. Viruspartikel sind viel kleiner – etwa 20 nm. Aber Mikroorganismen sind nicht abhängig, für die Fortpflanzung benutzen sie die Strukturen einer infizierten Zelle und können daher nicht als alternative Lebensform betrachtet werden. Laut einer Reihe von Wissenschaftlern wimmelt es in der Biosphäre jedoch buchstäblich von Zellen, die zu klein sind, um Ribosomen unterzubringen. Im Jahr 1990, Robert Folk (Robert Folk) von der University of Texas in Austin machte auf die winzigen sphäroidalen und ellipsoiden Formationen in den Sedimentgesteinen der heißen Quellen in Viterbo (Italien) aufmerksam.Folk schlug vor, dass sie versteinert sind "Nanobakterien", verkalkte Reste von Organismen mit 30 nm. Später Philip Uinz (Philippa Uwins) von der University of Queensland fanden ähnliche Strukturen in Gesteinsproben, die aus dem Grund einer Tiefseepression vor der Küste Westaustraliens entnommen wurden. Wenn die Funde tatsächlich biologischen Ursprungs sind, könnten sie als Beweis für die Existenz alternativer lebender Systeme betrachtet werden, die keine Ribosomen für die Proteinzusammensetzung benötigen und daher eine beliebig kleine Größe haben könnten.


Alternative Mikroorganismen können in unserem Körper leben.


Aber wahrscheinlich könnte der exotischste Lebensraum alternativer Lebensformen unser eigener Organismus sein. 1988, Olavi Kayander (Olavi Kajander) und seinen Kollegen von der Universität Kuopio in Finnland, die Säugetierzellen unter einem Elektronenmikroskop betrachten, sahen in vielen von ihnen winzige Partikel bis zu einer Größe von 50 nm – etwa 10 mal kleiner als die kleinsten Bakterien. Nach 10 Jahren stellte Kayander die Hypothese auf, dass diese Partikel lebende Mikroorganismen sind, die Harnstoff nutzen und durch Absorption von Kalzium und anderen Mineralien zur Bildung von Nierensteinen beitragen.Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass zumindest einige dieser extremen Extreme die völlig unterschiedlichen Stoffwechselwege nutzen und vielleicht nur die schwer fassbaren alternativen Lebensformen sind, nach denen Biologen so lange gesucht haben.

Kleine Fremde

Die kleinsten Bakterien haben einen Durchmesser von etwa 200 nm. Autonome lebende Organismen, die unseren "Lebensbaum" ausmachen, können nicht weniger sein, sonst passen Proteinsynthesestrukturen mit einer Größe von 20-30 nm – Ribosomen – nicht in sie. Aber wenn alternative Mikroorganismen ohne Ribosomen auskommen, dann können sie sehr klein sein, zum Beispiel wie Viren, – 20 nm im Durchmesser. Ribosomenviren werden nicht benötigt – sie benutzen den Apparat der Zelle, die sie infiziert haben, um sich zu vermehren.

Was ist das Leben?

Nehmen wir an, dass schließlich ein Mikroorganismus mit ungewöhnlichen biochemischen Eigenschaften gefunden wird. Bevor Sie ihn in die Abteilung "Alien" einschreiben, müssen Sie herausfinden, wie radikal er sich von gewöhnlichen Lebensformen unterscheidet. Wenn wir jedoch nicht wissen, was Leben ist, ist es nicht möglich, klare Kriterien für Unterschiede zu formulieren. Einige Astrobiologen geben zu, dass lebende Formen Silizium anstelle von Kohlenstoff verwenden könnten.Da Kohlenstoff eine Schlüsselrolle in der Biochemie moderner Organismen spielt, ist es schwer vorstellbar, dass "Kohlenstoff" – und "Silizium" -Lebensformen von einem gemeinsamen Vorfahren stammen könnten. Auf der anderen Seite kann ein Organismus, der einen traditionellen Satz von Nukleotiden und Aminosäuren verwendet, aber einen anderen genetischen Code, nicht eindeutig als Neuling aus einer anderen Welt betrachtet werden. Unterschiede im genetischen Code könnten im Laufe der Evolution durchaus auftreten.

Es gibt auch das Problem der entgegengesetzten Eigenschaft: Unähnliche Organismen, die unter die gleichen Bedingungen fallen, können allmählich konvergieren und sich so ändern, dass sie der Umgebung optimal entsprechen. Wenn die Konvergenz weit genug geht, sind ihre unabhängigen Ursprünge vollständig maskiert. Zum Beispiel ist bekannt, dass die Häufigkeit der Verwendung von Aminosäuren, die durch dasselbe Nukleotidtriplett kodiert werden, von Organismen zu verschiedenen Organismen variiert, und dieser Unterschied hat sich unter dem Druck der natürlichen Selektion entwickelt. Alternative Lebensformen, die ursprünglich eine bestimmte Menge von Aminosäuren im Laufe der Zeit verwendeten, konnten sich entlang dieser Eigenschaft in Richtung der Konvergenz mit unseren üblichen Formen entwickeln und ihre Eigenschaften verlierenEinzigartigkeit.

Das Problem der Identifizierung anderer Formen wird durch die Tatsache verstärkt, dass es zwei Theorien zur Biogenese gibt. Nach einer von ihnen war der Prozess der Geburt des Lebens fast gleichzeitig, es war so etwas wie ein Phasenübergang, der den Physikern bekannt ist. Vielleicht geschah das alles zu einer Zeit, als das System aus chemischer Sicht ein gewisses Maß an Komplexität erreichte. "System" ist nicht unbedingt eine Art von individueller Zelle. Nach Meinung vieler Biologen entstand primitives Leben auf der Grundlage einer bestimmten zellulären Gemeinschaft, deren Mitglieder Substanzen und Informationen austauschten; Autonomie auf zellulärer und organismischer Ebene erschien später. Nach der zweiten Theorie der Biogenese war der Übergang von der Chemie zur Biologie lang und unklar definiert, und eine klare Demarkationslinie zwischen diesen Welten kann nicht gezogen werden.

Wenn ein lebender Organismus immer noch als ein System mit bestimmten Eigenschaften (wie die Fähigkeit, Informationen zu speichern und zu verarbeiten) betrachtet wird, die die Lebenden von den Nichtlebenden trennen, dann macht es Sinn, über ein oder mehrere Ereignisse zu sprechen, die das Erscheinen des Lebens vorbestimmen. Aber wenn das Leben ein komplex organisiertes System ist, das nicht klar definiert werden kann, können sich seine Wurzeln in der ebenso komplexen Welt der Chemie spurlos auflösen.Und in diesem Fall ist es nicht möglich, über den unabhängigen Ursprung einiger Lebensformen zu sprechen – es sei denn, sie sind beispielsweise auf den Planeten verschiedener Sternsysteme entstanden und standen nie miteinander in Kontakt.

Bis heute wurde nur ein kleiner Teil der vielfältigen Mikroflora der Erde untersucht. Mit jeder neuen Entdeckung erweitern sich unsere Vorstellungen darüber, was in der biologischen Welt möglich ist und was nicht. Je exotischer Orte auf unserem Planeten Gegenstand unserer Untersuchung werden, desto eher werden wir neue, unbekannte Lebensformen entdecken. Wenn im Laufe der Forschung Beweise für die Existenz einer Biogenese anderer Natur gefunden werden, dann hat die Theorie der kosmischen Essenz des Lebens ein Existenzrecht, und daher gibt es Hoffnung, dass wir nicht allein im Universum sind.

Übersetzung: N. N Shafranovskaya


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