|
Металлы имеют решающее значение для жизни
|
|
|
|
Жизнь сложна, и не только в философском смысле. Но одна простая вещь, которую мы знаем о жизни, заключается в том, что она требует энергии, а для получения этой энергии необходимы определенные фундаментальные элементы. В новой статье, опубликованной в "Открытом журнале астрофизики" Джованни Ковоне и Донато Джованнелли из Неаполитанского университета, обсуждается, как мы могли бы использовать это ограничение, чтобы сузить область поиска звезд и планет, на которых потенциально может быть жизнь. Проще говоря, если в нем нет многих составляющих "строительных блоков" жизни, то жизни там, вероятно, и не существует.
|
|
|
|
Итак, как же перейти от потребности в энергии к потребности в элементах? Жизнь получает большую часть своей энергии за счет физического явления, называемого "термодинамическим нарушением равновесия" — по сути, это причудливый способ сказать, что "система" в природе обладает некоторой потенциальной энергией, будь то тепловая, механическая, химическая или радиационная. Одним из наиболее распространенных способов для жизни воспользоваться нарушением равновесия является процесс, называемый восстановительно-окислительной реакцией (редокс).
|
|
|
|
Окислительно-восстановительные реакции широко распространены в химии и обычно включают в себя перенос электрона, который сам по себе приводит к выделению энергии. Эта энергия - то, что жизнь использует для поддержания своей жизнедеятельности, и для содействия этим типам реакций она использует белки, называемые оксидоредуктазами. Каждый из этих белков содержит по крайней мере один металл как часть своей химической структуры.
|
|
|
|
|
|
|
Уточним, что это металлы в химическом смысле, а не в астрономическом, который классифицирует любой элемент, стоящий в периодической таблице выше водорода, как "металл". Например, никель и железо являются ключевыми компонентами белков, которые отбирают электроны у водорода, в то время как медь является ключевым компонентом белков, которые восстанавливают кислород.
|
|
|
|
Археологи заметили, что доступность этих металлов повлияла на течение жизни на Земле. Их доступность меняется в зависимости от таких событий, как тектоника плит, вулканизм, подобный Деканским траппам, или "Великое окислительное событие" 2,3 миллиарда лет назад, когда цианобактерии выделили в атмосферу Земли так много кислорода, что это кардинально изменило биосферу планеты. Это изменение привело к массовому вымиранию, но также дало жизни возможность развить аэробное дыхание, что в конечном итоге проложило путь к развитию животных.
|
|
|
|
Учитывая известное влияние доступности этих элементов на эволюцию жизни, доктора Ковоне и Джованнелли выдвинули разумный аргумент: если они так важны, почему бы нам не проверить звезды и планеты на наличие этих элементов в достаточном количестве, чтобы предварительно отобрать их для астробиологических исследований.
|
|
|
|
Существуют тысячи экзопланет, которые могли бы стать интересными объектами для этих исследований, и, вероятно, еще миллионы, которые мы обнаружим, продолжая наше исследование галактики. Их сортировка и определение приоритетов становятся все более важными, поскольку человечество ограничено в количестве обсерваторий, способных проверять конкретные биосигналы.
|
|
|
|
Как правило, этот процесс отбора проводится с учетом наличия трех факторов: свободной энергии, жидкой воды и элементов CHNOPS (углерод, водород, Азот, Кислород, фосфор и сера). Однако авторы утверждают, что все они относительно распространены в галактике, и ограничения на металлы с более высоким атомным номером, например, те, которые содержатся в белках, используемых для окислительно-восстановительных реакций, на самом деле являются гораздо большим ограничением, чем три типичных параметра поиска.
|
|
|
|
Еще больше ограничив свои поиски звездами и планетами, богатыми этими критически важными материалами, они могли бы сэкономить скудные ресурсы для наблюдений за объектами, которые с большей вероятностью действительно могут содержать жизнь.
|
|
|
|
К счастью, такие миссии, как предстоящая обсерватория PLATO ЕКА, уже будут проверять спектроскопию экзопланет на наличие CHNOP, и делать это для того, чтобы биометаллы, обсуждаемые в статье, были собраны в том же наборе данных. Все, что нужно было бы сделать ученым, - это добавить дополнительную категорию скрининга к любым системам, помеченным для последующего наблюдения.
|
|
|
|
Однако это становится сложной задачей, поскольку мы сообщали о других работах, которые показывают, что звезда с более высокой "металличностью", как правило, имеет меньшее ультрафиолетовое излучение, что приводит к меньшему образованию критических озоновых слоев. На поиск жизни влияет множество сложных факторов, и постоянный поиск их - лучший способ постоянно совершенствовать их. Эта статья добавляет еще одно, особенно уникальное, соображение.
|
|
|
|
Источник
|
