FYI.

This story is over 5 years old.

Matična ploča

​Kad otkrijemo vanzemaljce, da li ćemo ih prepoznati?

Najveći problem sa otkrivanjem života u svemiru je naša sposobnost da ga prepoznamo.
8.11.15

„Šta ima NASA da istražuje jezero u Kanadi?"

Troje carinika mi je postavilo ovo pitanje na različite načine; iako su me pustili da pređem preko granice, očigledno me nisu razumeli. Zašto je NASA zainteresovana za tamo neko kanadsko jezero? I što se to mene tiče?

Jezero Pavilion u Britanskoj Kolumbiji nije ni po čemu izuzetno. Prilično je zabačeno – najbliži veći grad je Vankuver, sa druge strane planinskog venca. Manja mesta sastoje se od po nekoliko kuća razbacanih po sušnim padinama, a put se između njih proteže kroz desetine kilometara pustara. Samo jezero leži pored asfaltiranog autoputa, sa kog ne deluje nimalo drugačije od bilo kog drugog planinskog jezera srednje veličine na zapadu Severne Amerike.

Tornjevi mikrobialita u Jezeru Pavilion. Fotografija: Doni Rid/Wikimedia Commons

Ali ispod površine, dno Jezera Pavilion podseća na koralne grebene: kupole, kupe, i čudni oblici nalik na artičoke. Ovo doduše nisu kolonije majušnih životinja, kao korali. Ovo su takozvani mikrobialiti, kamene strukture koje su sagradile i obrasle cijanobakterije. Misli se da su ove bakterije, takođe poznate kao „modrozelene alge", upijale hranljive materije iz vode i kao nusproizvod ostavljale talog od kog je kamen nastao. Baš kao i boljke, cijanobakterije žive od sunca i bujaju u plićaku; spuštaju se niz strmu podvodnu padinu sve do tačke gde sunčeva svetlost više ne dopire.

Reklame

Zbog njih je NASA zainteresovana, a zbog njih sam i ja tu. Ljudi koje sam došao da upoznam planiraju velike stvari. Žele da saznaju šta nam retke strukture u Jezeru Pavilion govore o začecima života na Zemlji, o životu na drugim planetama, i konkretno šta je tačno život.

***

Ervin Šredinger je bio pametnjaković za kog ste verovatno čuli preko misaonog eksperimenta poznatog kao „Šredingerova mačka", koja u kutija nije ni živa ni mrtva sve dok neko ne pogleda unutra. Pa ipak, jedno od njegovih najzanimljivijih dela je knjižica iz 1944., zbirka predavanja iz Dablina na kojima se bavio samo jednim pitanjem: Šta je to život?

U ovoj knjizi je Šredinger predvideo neke od ključnih osobina DNK skoro deset godina pre nego što je čuveni dvostruka spiralna struktura otkrivena. Ispravno je uočio da je način na koji živa bića evoluiraju i prenose informacije iz jedne generacije u drugu „aperiodični kristal": niz atoma koji se nikad tačno ne ponavlja. Iako se svaka karika u ovom lancu sastoji od istih atoma (ugljenik, azot, kiseonik, vodonik, fosfor), njihove kombinacije omogućavaju da se kodira enormna količina informacija.

via THOR/Flickr

Šredinger je kao poređenje upotrebio Morzeovu azbuku, koja čitav jezik može da replicira koristeći kombinacije samo dva „slova". Danas znamo da DNK kod koristi četiri „slova" (A, C, G, T – adenin, citozin, guanin, timin) čijim kombinovanjem može da zapiše sve informacije na osnovu kojih organizam gradi proteine, rukovodi metabolizmom, i živi. Ovo zvuči kao značajna distinkcija između živog i neživog: sposobnost da se informacija preuredi pre nego što se reprodukuje.

Obični kristali sposobni su za reprodukciju, ali beskrajno prenose isti obrazac atoma. Ne mogu da evoluiraju. Ili kako je to Šredinger objasnio, u pitanju je razlika između „običnog dizajna tapeta koji istu šaru ponavlja iznova u pravilnim razmacima, i na primer Rafaelove tapiserije, remek-dela koje ne koristi samo puku repeticiju već sadrži kompleksan, koherentan, svrsishodan obrazac koji je majstor osmislio."

Reklame

***

Pontonski čamac je dupke pun ljudi koji kontrolišu i nadgledaju dva daljinski-upravljana vozila (ROV). Ovi male robo-podmornice nose sa sobom kamere visoke rezolucije u izviđanje dela jezera koje će ronioci posetiti nešto kasnije iste nedelje. Takođe nose senzore za merenje temperature vode, pH vrednosti, GPS pozicije, dubine i struje. Da bi bile optimalno plovne, ROV podmornice kombinuju naprednu i primitivnu tehnologiju: sa jedne strane visoko-tehnološki motori, sa druge gumene lopte i jastuci za naduvavanje koji kao da su stigli iz nečijeg bazena. Jedna od podmornica prošetaće dnom jezera i snimiti mikrobialite, dok će druga sa daljine osmatrati i prvu i opšte stanje vode.

Sve ovo pratim iz „NASA kontrolnog centra" u vidu kamp-prikolice na obali do koje ROV šalju video signal. Pejzaž je potpuno stran: sivo-zelene gromade nepravilnog oblika i veličine kuhinjskog stola, neke u grupama a neke same, protežu se van vidika kamere duboko u podvodnu tminu. Dok gledam snimke sa dna jezera, pitam se koliko bi mogli da liče na ranu Zemlju. Fosilni mikrobialiti nam govore da su pradavni rođaci današnjih cijanobakterija bili među najstarijim živim bićima na planeti. Kiseonik u atmosferi verovatno su počele da proizvode cijanobakterije pre više milijardi godina, i tako postepeno izmenile sastav atmosferu nekada zasićene ugljen-dioksidom a danas bogate azotom i kiseonikom, mnogo pre nego što su prve biljke evoluirale. Ipak, današnje cijanobakterije češće formiraju ljigave pljosnate kolonije na dnu jezera nego kompleksne kamene mikrobialite kakvi se nalaze ispod Paviliona, a to je verovatno bio slučaj i pre tri i po milijarde godina.

Reklame

Koliko god čudno izgledali, mikrobialiti bi možda bili jedini iole poznat prizor koji bi putnik kroz vreme mogao da zatekne u tim radnim danima naše planete. Jer život nije stvorio samo vazduh koji danas dišemo: gde god pošli, šta god na Zemlji posmatrali, vidimo okruženje koje je život formirao. Hemijski sastav stena, okeana, zemlje, sve njih je život uobličio. Naučnici su živa bića – uglavnom bakterije i arheje – otkrili bukvalno svugde, od useklina u kamenu duboko pod zemljom do oblaka u najvišim slojevima atmosfere. Čak i u najtežim životnim okruženjima, živa bića su se prilagodila i postepeno oblikovala ta okruženja dok im nisu postala gostoljubiva.

kriptobiotsko tlo; fotografija: J. Bru/Flickr

Tragovi te obostrane adaptacije zovu se biosignature, i upravo one u Jezeru Pavilion najviše privlače Alison Brejdi, geohemičara Univerziteta Mekmaster. Brejdi traži način da jasno razlikuje tragove abiotskih procesa od nedvosmislenih biosignatura. „I dugo pošto bakterije izumru, sam kamen ume da zadrži hemijski potpis koji nam govori 'ovo je stvorio biološki uticaj', za razliku od čisto abiotskih hemijskih procesa. To se jasno vidi pod Pavilionom."

Biosignature bi mogle da nam otkriju da li je sličan kameni greben na Marsu fosil mikrobialita – trag pradavnog života – ili samo slučajno podražavanje. Relativno prisustvo određenih izotopa ili neobičnih molekula u kamenu mogli bi da otkriju hemijski zapis koji su nekad davno ostavili mikrobi.

Reklame

Naravno, daleko bolja situacija bilo bi otkriće živih mikroba (ako postoje), ali dosta je teže do toga doći nego što nas naučna fantastika uči. Bilo koji mikroorganizam u uzorku koji na Marsu prikupi rover, sonda, ili astronaut, morao bi da preživi kontakt sa opremom i da ostane prepoznatljiv kao živo biće kad stigne pod nečiji mikroskop. Mnogo vremena bi prošlo u tom procesu, tako da bi neophodna bila neka rana hemijska sugestija da u uzorku postoji nešto vredno ispitivanja na mikro-nivou. Pošto još nemamo trikordere iz „Zvezdanih staza" koji sve automatski analiziraju, naučnici tragaju za biosignaturama u prašini na Marsu, u ledu Jupiterovog satelita Evrope, i u erupcijama vode iz ledenih vulkana Encelada, Saturnovog šestog satelita po veličini.

***

Na obali Paviliona oko glave mi zuje vilin-konjici duginih boja, dok u blizini plove jezerske ptice. Posle dva dana ROV operacija ronioci su najzad spremni da stupe na scenu, pa se sprema dodatni čamac za njihovu opremu. Ovog puta imam priliku da isplovim sa njima, iako mi je glavno zaduženje da nikome ne budem na smetnji. U stvari, bolji pogled na dešavanja imao sam iz prikolice na obali: ovde samo gledam naučnike kako gledaju monitore i upravljaju ROV podmornicama, nemam uvid u to šta ronioci rade.

Bakterije, vilin konjici, gnjurci, i ronioci su očigledno živi – kako dečija pesma kaže, oni „žive, jedu, rastu." Ali da li sva živa bića to rade?

Najveći problem sa otkrivanjem života u svemiru je naša sposobnost da ga prepoznamo. Na Zemlji su najzastupljenija živa bića mikrobi. Iako bakterije često dovodimo u vezu sa bolešću, većina njih niti štete niti koriste ljudima. Ogroman broj vrsta opstaje u predelima gde mi ne bismo mogli da preživimo: u dubokoj vodi, kiselim pećinama, pod izuzetno niskim ili izuzetno visokim temperaturama. Pa ipak postoji direktna veza između nas i ovih mikroorganizama, iako su nas evolucija i adaptacija odavno razdvojile.

Zbog te rodbinske veze, sva živa bića na Zemlji sastoje se od ćelija; sva ona sadrže tečnu vodu kao deo svoje osnovne strukture; sva ona se sastoje od sličnih molekula koje grade ugljenik, kiseonik, azot, i još par elemenata; sva ona koriste DNK i RNK da bi kodirala informacije i prenela ih budućim generacijama. Pa ipak, pitanje se nameće: da li život mora da funkcioniše baš tako? Ako bismo ponovili celokupnu istoriju sunčevog sistema, da li bi život koristio istu hemiju, formirao ćelije i oblikovao okolinu na isti način?

Reklame

Bakterije, vilin konjici, gnjurci, i ronioci su očigledno živi – kako dečija pesma kaže, oni „žive, jedu, rastu." Ali da li sva živa bića to rade?

Život je organske prirode, što prosto znači „molekuli mu sadrže ugljenik". Organski molekuli su prilično zastupljeni u našoj galaksiji. Astronomi su otkrili nagoveštaje aminokiselina (od kojih nastaju proteini) u kometama, i nukleobaza (genetskih „slova" DNK i RNK) u međuzvezdanom prostoru.

Možda je voda neophodna za razvoj života, ali nje u velikoj meri ima na drugim svetovima i u međuzvezdanom prostoru, a ipak nismo otkrili znake bilo čega što bi moglo da se protumači kao „život".

Iako možda zvuči paradoksalno, život bi takođe mogao da bude i neorganske prirode. „Organski" ne znači „živo". U popularnim izmišljenim univerzumima kao što su „Zvezdane staze", ili „Disksvet"Terija Pračeta, postoji život na bazi silicijuma. Ovaj element se nalazi u istoj koloni kao i ugljenik na periodnom sistemu elemenata, dakle hemijski su slični. Veze koje silicijum formira ipak nisu baš kako treba, zato ga na Zemlji nema u sastavu one vrste molekula koji sadrže ugljenik. Ugljenik je, po svemu sudeći, jedini element koji formira dovoljno kompleksne strukture sa ostalim atomima da bi život mogao da nastane.

DNK je svakako jedna od tih kompleksnih struktura, pa se mnogi naučnici pitaju kako je došlo do njenog nastanka. Često se navodi hipoteza po kojoj je RNK (čija je spiralna struktura jednostruka za razliku od dvostruke u DNK) prvobitno nastala, ali i njena struktura je vrlo kompleksna. „Možda život nije počeo ni sa RNK već sa nečim još malo jednostavnijim," kaže Džon Čaput za Univerziteta Arizona Stejt. „Šta god bio taj prostiji materijal, iz njega je proistekla RNK."

Reklame

D u DNK i R u RNK označavaju dezoksiribozu i ribozu, nogare merdevina čije prečage čine ona četiri genetska „slova", ali oni nisu jedini saharidi koji tu ulogu mogu da odrade. Veštački genetski molekuli pod oznakom XNK mogu se sagraditi koristeći druge šećere: X u ovom slučaju predstavlja bilo koju od nekoliko mogućih alternativa.

Čaputa najviše interesuje saharid po imenu trioza, jer njegovim korišćenjem nastaje trionukleinska kiselina koja prepoznaje RNK i vezuje se sa njom, baš kao što i DNK radi. Struktura TNK je jednostavnija od RNK i od DNK, a lakše ju je i formirati. Čaput i drugi istraživači na ovom polju pitaju se da li je možda TNK prva formirana na Zemlji. „TNK je lakše sintetizovati, ali ako je rano nastala verovatno ju je ubrzo zamenila RNK."

X-nukleinske kiseline su samo jedna od mogućih skretanja na putu života. Ugljenik formira daleko više molekula nego što živi organizmi koriste. Proteini ne koriste sve vrste aminokiselina. DNK i RNK ne koriste sva moguća nukleobazna „slova". Moguće je da negde drugde život ima u osnovi istu organsku hemiju i čak genetski zapis sličan našem, ali koristi sasvim druge molekule da bi sagradio ćelije organizma.

***

Vreme je sunčano i prijatno toplo, ali Tajler Meki i Franses Rivera-Hernandez obučeni su za niže temperature. Spremaju se da zarone u hladnu vodu jezera da bi proverili da li sva oprema radi kako treba u pripremi za prikupljanje uzoraka koje će uslediti nekoliko dana kasnije.

Reklame

Mekija zanima kako mikrobi oblikuju svoju okolinu, kako ona oblikuje njih, i kako te interakcije ostaju zabeležene u fosilima. Značajan deo njegove teze bavi se ledenim jezerima Antarktika. Rivera-Hernandez, sa druge strane, radi za MSL tim (Mars Science Laboratory) čiji rover Kjuriositi još istražuje površinu Marsa. Nju interesuje da li zemaljska jezera dele geološke osobine danas isušenih marsovskih, koja su možda u dalekoj prošlosti bila pod ledenim pokrivačem.

Oko Paviliona se mnogo priča o Marsu. Ronioci ne prikupljaju samo podatke o mikrobialitima, već i testiraju softverske protokole koji će slične aktivnosti sprovoditi na površini Crvene planete. Ronioci glume astronaute na Marsu, čamac iz kog zaranjaju im je „komandni centar" kakav će možda jednog dana počivati na Marsovom satelitu Fobosu, a velika kamp-prikolica na obali im predstavlja kontrolu na Zemlji.

Efekat marsovskih vetrova. Fotografija: ESA/Flickr

Da bi simulacija bila što realnija, komunikacioni softver koji se koristi ubacuje petominutnu zadršku u svaku razmenu informacija između obale i čamca, ekvivalentnu vremenu koje će signalu biti potrebno da pređe 55 miliona kilometara između Marsa i Zemlje u najpovoljnijem položaju. Zbog toga, ronioci ne mogu da se oslone direktno na instrukcije poslate sa „Zemlje" već moraju da delaju prema unapred utvrđenom protokolu. (Poređenja radi, članovi misije Apolo su morali da se nose sa značajno manjim zazorom od oko 1 sekunde tamo i još toliko nazad.)

Malo je verovatno da će budući astronauti otkriti nešto tako očigledno živo kao što su bakterije ispod Paviliona, ali mogli bi da naiđu na ostatke mrtvih mikrobialita. Paleontolozi su fosile sličnih slojeva, takozvane stromatolite, otkrili u Australiji, na Grenlandu, na Antarktiku, i mnogim drugim lokacijama. Oni sa zapada Australije su 3.5 milijarde godina stari; potiču iz perioda ne tako dalekog od prvobitnog uspostavljanja čvrstog stanja planete. U slučaju da su mikrobi sličnog tipa postojali na Marsu u sličnom periodu ali su od tada izumrli (ili se povukli dublje pod površinu) kada se planeta sasušila, mogli bi se očekivati slični fosili.

Reklame

Danas vode na površini Marsa ima samo u tragovima i vrlo je visokog saliniteta, ali nije uvek bilo tako. „Mnogi dokazi ukazuju na to da je vode [na Marsu] nekad bilo u izobilju, ali verovatno bi bila zamrznuta," kaže Rivera-Hernandez. Iz toga razloga su hladna jezera na Zemlji posebno interesantna naučnicima koji se bave potencijalnim životom na Marsu. Pavilion se zamrzne svake zime, a tokom poslednjeg ledenog doba moguće je da je bio pod ledom cele godine. Neke mikrobialitske strukture deluju kao da su nadživele to zamrzavanje.

***

Tokom 71 godine od kako je Šredingerova knjiga izašla, nauka je napravila značajan pomak u pogledu poznavanja živih bića, ali jasna definicija života kao takvog i dalje ne postoji. Evolucija je značajan faktor, kao i njoj blizak koncept prenošenja genetskih informacija iz generacije u generaciju. Metabolizam je takođe faktor, sposobnost da se aktivno učestvuje u hemijskoj promeni životne sredine. Ali iako su neka bića definitivno živa a neka definitivno nisu, siva zona i dalje postoji.

U toj sivoj zoni nalaze se virusi i divlji proteini pod nazivom prioni, poznati uzročnici goveđeg spongiformnog encefalitisa (tzv. bolesti ludih krava). Virusi poseduju i DNK i RNK, ali ne mogu da se razmnožavaju bez penetracije u ćeliju. Prioni su poseban slučaj jer prenose informacije i razmnožavaju se bez korišćenja DNK tako što napadaju druge proteinske strukture, posebno u moždanom tkivu. I virusi i prioni su obično štetni, ali neke vrste kvasca koriste prione, dok sisari koriste DNK strukturu virusa da bi sprečili majku da odbaci fetus u materici kao strano telo. Ni virusi ni prioni nisu živa bića u strogom smislu – ne razvijaju se, ne reprodukuju se bez korišćenja drugih organizama – ali ipak mogu da mutiraju i evoluiraju pod uticajem prirodne selekcije.

"Šta je život?" predstavlja više od jednog pitanja, i zahteva više odgovora.

„Očigledno je da virus funkcioniše po darvinovskim evolucionim principima, ali ne bez ćelije domaćina," kaže Dejvid Din sa Univerziteta Ejmori. Za njega, život i neživot su deo jednog kontinuuma. „Postoji određena tranzicija tokom koje se uočavaju razlike između pojava koje evoluiraju na hemijskom nivou i onih koje evoluiraju na biološkom nivou." Drugim rečima, tanka je linija između bića kome je neophodan spoljni katalizator – ćelija, moždano tkivo – da bi evoluiralo, i bića koje može da evoluira i reprodukuje se samo po sebi. U jednom trenutku, beživotni hemijski procesi prešli su tu liniju i postali prepoznatljivo živi.

Lin se bavi biohemijskom informacijom koji kompleksni molekuli nose i shvatanjem evolucije u tom kontekstu. On i njegovi saradnici rade na ispitivanju proteina (hemijski relativno dugih lanaca organskih molekula koji grade ćelije) koji bi mogli da sadrže i prenesu iste informacije kao i genetski molekuli, bez korišćenja nukleinskih kiselina. Ali i DNK i proteini su kompleksne strukture, tako da ostaje pitanje – da li su živa bića na Zemlji nekad koristila izvesnu preteču ovih jedinjenja?

Reklame

Malo kanadsko jezero Pavilion je jedno od smesta gde možemo naučiti kako da postavljamo takva pitanja. Svi naučnici koji ovde rade, od biohemičara koji rade na XNK do astro-biologa koji se bave životom u svemiru, pokušavaju da rastumače adaptacije kroz koje život prolazi koristeći hemiju i materijale iz svog okruženja.

Bakterije nalik na one u Jezeru Pavilion danas retko grade mikrobialitske strukture; iako je ovo jezero malo više bazno od ostalih na lokalu, i sadrži više minerala, ne postoji jasan razlog za postojanje ovih struktura. „Šta pruža mikrobialitima mogućnost da opstanu u ovom jezeru? Šta je tako specijalno u vezi sa njim?" pita se Darlin Lim, vođa istraživanja na Pavilionu. „Tu zagonetku nije lako rešiti; potrebne su različiti pogledi na stvari, različite perspektive."

_________________________________________________________________________

Divlji tragači istočne Srbije

_________________________________________________________________________

Sva živa bića na Zemlji su u srodstvu; zajednički preci su im duboko u geološkoj prošlosti. Ali možda su živa bića kakva danas znamo nekada koegzistirala sa primerima drugačije biohemije? Ako je tako, naši daleki preci su se s vremenom pokazali kao uspešniji od bića alternativne molekularne strukture; koristili su i oblikovali svoju životnu sredinu dok ona druga bića nisu izumrla. Zastrašujuća je pomisao ne samo na istrebljenje jedne vrste, već čitavog lanca živih bića koja su možda mogla da zavladaju planetom da je istorija krenula nekim drugim tokom.

Ove „šta bi bilo kad bi bilo" ideje nisu puke spekulacije. Mars, Evropa, i hiljade otkrivenih egzoplaneta čine opseg biohemijskog potencijala ogromnim. Ne smemo sebi da dozvolimo pretpostavku da će sva živa bića ići istim putem kojim smo mi na Zemlji išli, ni biološki ni hemijski.

„Šta je život?" predstavlja više od jednog pitanja, i zahteva više odgovora. Možda mu odgovor i nije potreban. Mudri ljudi kao što je bio Čarls Darvin nisu se uplitali u tu vrstu filozofiranja.

Visok kameni stub uzdiže se na padini iznad Jezera Pavilion. Pripadnici Prve nacije Ts'kw'aylaxw, čija zemlja uključuje ceo ovaj region, pričaju priče o velikom zmaju koji tamo živi i motri na decu jezera. Cijanobakterije su u izvesnom smislu potomci života iz pradavne mladosti planete. Ali takođe su moderna bića, kao i sva danas živa: prilagođena svom okruženju putem evolucije. Iako je slaba definicija u pitanju, eto šta je život: ono što oblikuje, ono što je oblikovano, u večnoj promeni.

Članak je originalno je objavljen na mosaicscience.org pod naslovom „Šta je život"? Ovde se prenosi pod CC BY 4.0 licencom.

Pratite VICE na Facebooku, Twitteru i Instagramu