Kata Pengantar oleh Boris Stern
Kami telah lama merencanakan untuk mengadakan diskusi terkait pertanyaan abadi tentang tempat manusia di Semesta. Ini, tentu saja, tentang kehidupan di luar bumi dan planet dari bintang lain. Saat ini, sedikit kurang dari 6 ribu exoplanet yang diketahui, lebih dari dua ribu di antaranya sedang menunggu konfirmasi independen. Tetapi untuk penelitian statistik, Anda dapat menggunakan semua 6 ribu.
Ada sangat sedikit planet di antara mereka yang dianggap cocok untuk kehidupan. Ini wajar, karena mereka adalah yang paling sulit ditemukan: efek seleksi yang sangat kuat bekerja melawan planet mirip bumi. Mereka terlalu ringan untuk ditangkap oleh metode kecepatan radial sebuah bintang, dan tahun mereka terlalu lama untuk transit mereka untuk digali secara andal dalam data teleskop luar angkasa Kepler. Pengecualiannya adalah planet-planet di zona layak huni katai merah, yang terbuka di bawah hidung kita, jauh lebih mudah untuk menemukannya. Ada banyak planet seperti itu, tetapi, sayangnya, katai merah sangat merepotkan untuk hidup di sebelahnya. Namun, ekstrapolasi data Kepler untuk "tanah panas" dari bintang-bintang seperti Matahari memberikan hasil yang sangat optimis: setidaknya 15% dari bintang-bintang ini memiliki planet di zona layak huni. Estimasi ini diperoleh secara independen oleh banyak penulis,dan seiring waktu menjadi semakin optimis: 20% dan bahkan seperempat matahari memiliki daratan. Artinya, bintang kelas G atau K yang paling dekat dengan kita dengan Bumi di orbit dalam kisaran layak huni adalah dalam jarak 15 tahun cahaya. Bintang seperti itu sedikit, dan calon sudah bermunculan, misalnya Tau Ceti. Dan ada banyak planet seperti itu dalam radius, katakanlah, 30 tahun cahaya.
Metode observasi berkembang secara bertahap. Planet baru mirip Bumi terdekat akan ditemukan menggunakan instrumen HARPS yang ditingkatkan. Dalam dekade berikutnya, kita akan mempelajari satu atau dua hal tentang atmosfer beberapa planet mirip Bumi menggunakan instrumen seperti Teleskop Besar Sangat Besar (ELT) dan Teleskop Luar Angkasa James Webb. Dan ada kemungkinan oksigen akan muncul dalam spektrum absorpsi atmosfer di beberapa planet transit (melewati cakram bintang). Jika bintang tidak terlalu aktif dan cukup tua, oksigen hanya dapat bersifat biogenik. Beginilah kehidupan di luar bumi dapat dideteksi.
Apakah itu nyata Jika kehidupan muncul di sudut manapun segera setelah kondisi muncul untuk itu - mengapa tidak? Tapi apakah itu? Argumen sering dibuat bahwa kehidupan di Bumi muncul dengan sangat cepat, yang berarti memang demikian - beberapa ratus juta tahun sudah cukup untuk muncul dalam semacam sup. Tapi ada juga argumen yang berlawanan - "sup" yang cocok hanya bisa ada di planet muda - kehidupan muncul dengan cepat atau tidak pernah sama sekali.
Dan, tentu saja, ada sudut pandang yang berlawanan: hidup adalah fenomena langka yang didasarkan pada kebetulan yang luar biasa. Sudut pandang paling detail tentang masalah ini, profesional dan dengan perkiraan kuantitatif, diungkapkan oleh Evgeny Kunin. Kehidupan didasarkan pada penyalinan molekul panjang, awalnya mereka adalah molekul RNA. Penyalinan dilakukan dengan alat tertentu yang disebut "replicase" (baris-baris ini ditulis oleh seorang fisikawan, oleh karena itu terminologi dari sudut pandang seorang ahli biologi agak canggung). Replikasi tidak akan datang dari mana pun jika tidak diprogram dalam RNA yang sama yang sedang disalin.
Menurut Kunin, agar reproduksi diri RNA dapat dimulai, dan dengan itu evolusi, “minimal, diperlukan kemunculan spontan dari RNA berikutnya.
- Dua rRNA dengan ukuran total minimal 1000 nukleotida.
- Kira-kira 10 adaptor primitif dari masing-masing 30 nukleotida, dengan total sekitar 300 nukleotida.
- Setidaknya satu RNA encoding replicase berukuran sekitar 500 nukleotida (skor bawah). Dalam model yang diterima, n = 1800, dan sebagai hasilnya, E <10 - 1081 ".
Dalam fragmen yang diberikan, yang kami maksud adalah pengkodean empat huruf, jumlah kemungkinan kombinasi adalah 41800 = 101081, jika hanya sedikit dari kombinasi tersebut yang memulai proses evolusi, maka probabilitas perakitan yang diperlukan per satu "upaya" perakitan spontan adalah ~ 10-1081.
Video promosi:
Tidak ada kontradiksi dalam fakta bahwa hasilnya ada di depan mata kita, tidak ada: menurut teori inflasi, Semesta sangat besar, puluhan kali lipat lebih besar dari bagiannya yang terlihat, dan jika kita memahami alam semesta sebagai ruang tertutup, maka ada alam semesta dengan ruang hampa yang sama dengan kita, himpunan raksasa … Kemungkinan terkecil terwujud di suatu tempat, sehingga menimbulkan keterkejutan.
Kedua ekstrem ini sangat berarti dalam hal tempat kita di alam semesta. Bagaimanapun, kita sendirian. Tetapi jika kehidupan ada puluhan tahun cahaya jauhnya dari kita, inilah kesepian teknologi yang diatasi oleh perkembangan dan kesabaran milenial. Jika penilaian Kunin benar, ini adalah kesepian mendasar yang tidak bisa diatasi oleh apapun. Maka kita dan kehidupan duniawi adalah fenomena unik dalam volume Alam Semesta yang terhubung secara kausal. Satu-satunya dan paling berharga. Ini penting untuk strategi kemanusiaan di masa depan. Dalam kasus pertama, dasar dari strateginya adalah pencarian. Dalam kasus kedua - menabur (bahkan ada istilah "panspermia terarah"), yang juga mencakup pencarian tanah yang cocok.
Semua ini perlu dibahas. Apakah ada celah melalui argumen Kunin? Adakah mekanisme yang dapat dibedakan dengan melewati "kerumitan tak tersederhanakan" dari replikator RNA? Apakah itu benar-benar tidak bisa dimaafkan? Dll
Kami meminta pendapat beberapa ahli biologi.
Alexander Markov, Ph. D. biol. ilmu, dipimpin. ilmiah. sotr. Institut Paleontologi RAS, kepala. Departemen Evolusi Biologi, Fakultas Biologi, Universitas Negeri Moskow:
Penilaian Evgeny Kunin, yang menyiratkan bahwa kita sendirian tanpa harapan di alam semesta, didasarkan pada satu asumsi kunci. Kunin percaya bahwa untuk memulai proses replikasi RNA (dan dengan itu evolusi Darwin; logis untuk menganggap momen ini sebagai momen asal mula kehidupan), itu perlu murni kebetulan - sebagai hasil dari kombinasi acak polimerisasi (misalnya, pada matriks mineral) ribonukleotida - Ribozim dengan aktivitas RNA polimerase muncul, yaitu molekul RNA panjang yang memiliki urutan nukleotida yang benar-benar pasti (dan bukan sembarang) dan, karenanya, mampu mengkatalisis replikasi RNA secara efektif.
Jika tidak ada cara lain, "pintu masuk" lain ke dunia makhluk hidup dari dunia benda mati, maka Kunin benar, dan kita harus melepaskan harapan untuk menemukan kehidupan apa pun di Semesta kecuali duniawi. Dapat diasumsikan bahwa semuanya dimulai bukan dengan satu polimerase yang sangat efisien, tetapi, misalnya, dengan komunitas tertentu dari polimerase dan ligase kecil yang tidak efektif (ribozim yang mampu menjahit molekul RNA pendek menjadi molekul yang lebih panjang): mungkin ini akan membuat penilaian sedikit lebih optimis, tetapi tidak akan mengubah situasi secara mendasar. Karena replikator pertama masih sangat kompleks, dan seharusnya muncul tanpa bantuan evolusi Darwin - pada kenyataannya, secara tidak sengaja.
Alternatif yang layak adalah replikasi RNA non-enzimatik (NR RNA): proses di mana molekul RNA direplikasi tanpa bantuan ribozim kompleks atau enzim protein. Proses seperti itu ada, dikatalisasi oleh ion Mg2 +, tetapi berjalan terlalu lambat dan tidak akurat - setidaknya dalam kondisi yang sempat dicoba oleh para peneliti.
Namun demikian, ada harapan bahwa bagaimanapun juga akan mungkin untuk menemukan beberapa kondisi yang masuk akal (yang, pada prinsipnya, dapat ada di beberapa planet), ketika NR RNA berjalan cukup cepat dan akurat. Mungkin ini membutuhkan semacam katalis yang relatif sederhana yang dapat disintesis dengan cara abiogenik. Ada kemungkinan bahwa peptida abiogenik sederhana dengan beberapa residu asam aspartat bermuatan negatif yang menahan ion magnesium dapat bertindak sebagai katalis seperti: protein RNA polimerase memiliki pusat aktif yang serupa, dan kemungkinan ini sekarang sedang dieksplorasi.
Pertanyaan tentang kemungkinan RNA NR yang efektif merupakan hal yang sangat penting untuk menilai kemungkinan asal usul kehidupan. Jika NR RNA memungkinkan, maka mungkin ada beberapa planet hidup di alam semesta yang dapat diamati. Perbedaan mendasar antara kedua skenario - dengan NR RNA yang mungkin dan tidak mungkin - ditunjukkan pada tabel. Jika NR memungkinkan, maka evolusi Darwin dapat dimulai segera setelah kemunculan molekul RNA pendek pertama. Keuntungan selektif seharusnya diperoleh oleh molekul RNA yang berkembang biak secara lebih efisien melalui HP. Ini bisa menjadi, misalnya, molekul dengan pengulangan palindromik, yang bisa berfungsi sebagai primer - "benih" untuk replikasi; palindrom dapat melipat menjadi struktur tiga dimensi - "jepit rambut", yang meningkatkan kemungkinan munculnya sifat katalitik dalam molekul RNA. Bagaimanapun, setelahKetika evolusi Darwin dimulai, perkembangan kehidupan selanjutnya tidak hanya ditentukan oleh kebetulan, tetapi juga oleh hukum.
Perkiraan probabilitas (frekuensi) asal mula kehidupan di bawah kedua skenario ini harus berbeda dengan sejumlah besar pesanan (walaupun, tentu saja, tidak ada yang akan memberikan angka pasti). Penting juga untuk dicatat bahwa jika kehidupan bermula "menurut Kunin", yaitu, karena perakitan acak ribozim-polimerase yang efektif, maka prinsip saling melengkapi (pasangan nukleotida spesifik), di mana kemampuan RNA untuk bereproduksi dan berevolusi, ternyata semacam "piano in the bushes". Yang tidak ada hubungannya dengan fakta bahwa sejumlah besar molekul RNA telah terakumulasi di planet-planet sehingga ribozim yang efektif dengan aktivitas RNA polimerase secara tidak sengaja muncul di salah satu planet. Jika kehidupan muncul "menurut Shostak" (Peraih Nobel Jack Shostak sekarang aktif mempelajari NR RNA dan percaya bahwa proses ini adalah kunci dari misteri asal mula kehidupan),maka komplementaritas bukanlah "piano in the bush", tetapi bekerja sejak awal. Hal ini membuat seluruh skenario asal mula kehidupan jauh lebih menarik dan logis. Saya akan bertaruh pada Shostak.
Jadi, sekarang semuanya tergantung pada keberhasilan spesialis di bidang kimia prebiotik. Jika mereka menemukan kondisi realistis di mana NR RNA berjalan dengan baik, maka kita memiliki kesempatan untuk menemukan kehidupan di planet lain. Dan jika tidak, maka … kita harus melihat lebih jauh.
Armen Mulkidzhanyan, Dr. biol. Sci., Universitas Osnabrück (Jerman), dipimpin. ilmiah. sotr. MSU:
Sulit untuk membantah fakta bahwa kehidupan muncul sejak lama dan di Bumi yang masih muda. Bumi terdiri dari batuan chondritic, seperti meteorit. Pemanasan batuan ini selama pembentukan bumi menyebabkan pencairan air yang dibawa oleh kondrit. Interaksi air dengan batuan yang dipanaskan dan tereduksi seharusnya menyebabkan pelepasan elektron, pembentukan hidrogen, dan pengurangan karbon dioksida (CO2) menjadi berbagai senyawa organik. Proses serupa masih berlangsung di wilayah kegiatan panas bumi, misalnya di lapangan panas bumi, namun dengan intensitas rendah. Jadi, pembentukan bahan organik dalam jumlah besar bisa diharapkan di planet muda bintang lain. Kemungkinan munculnya kehidupan dalam kasus ini dapat diperkirakan dengan mempertimbangkan evolusi kehidupan duniawi.
Selama dua miliar tahun pertama, hanya mikroba yang hidup di Bumi. Ini akan terus berlanjut, tetapi sekitar 2,5 miliar tahun yang lalu, bakteri fotosintetik belajar menggunakan energi cahaya untuk menguraikan air. Fotosintesis awalnya muncul sebagai pengganti proses geokimia teredam dari "membuang" kelebihan elektron. Dalam fotosintesis, energi cahaya digunakan untuk mengoksidasi berbagai senyawa, yaitu untuk "mengambil" elektron dari mereka, untuk memfotosintesis elektron ini dan akhirnya mengurangi CO2 menjadi senyawa organik oleh mereka. Sistem penguraian air telah muncul sebagai hasil evolusi bertahap dari enzim fotosintetik yang lebih sederhana yang diawetkan dalam beberapa bakteri. Ada beberapa skenario yang sangat masuk akal tentang bagaimana enzim tersebut, menggunakan cahaya dan klorofil, pertama-tama mengoksidasi hidrogen sulfida (dan bahkan sekarang beberapa orang melakukannya), kemudian,karena hidrogen sulfida dalam media habis, elektron diambil dari ion besi besi, kemudian dari ion mangan. Hasilnya, entah bagaimana mereka belajar menguraikan air. Dalam hal ini, elektron yang diambil dari air pergi ke sintesis bahan organik, dan oksigen dilepaskan sebagai produk sampingan. Oksigen adalah agen pengoksidasi yang sangat kuat. Saya harus membela diri melawan dia. Munculnya multiseluleritas, berdarah panas, dan, pada akhirnya, kecerdasan adalah tahapan perlindungan yang berbeda terhadap oksidasi oleh oksigen atmosfer.berdarah panas dan, pada akhirnya, alasan - ini semua adalah tahap perlindungan yang berbeda terhadap oksidasi oleh oksigen atmosfer.berdarah panas dan, pada akhirnya, alasan - ini semua adalah tahap perlindungan yang berbeda terhadap oksidasi oleh oksigen atmosfer.
Dekomposisi air terjadi di pusat katalitik unik yang mengandung sekelompok empat atom mangan dan satu atom kalsium. Dalam reaksi ini, yang membutuhkan empat kuanta cahaya, dua molekul air (2 H2O) terurai sekaligus membentuk satu molekul oksigen (O2). Ini membutuhkan energi empat kuanta cahaya. Menanggapi penyerapan tiga kuanta cahaya, tiga kekosongan elektron ("lubang") terakumulasi pada atom mangan, dan hanya ketika kuantum cahaya keempat diserap, kedua molekul air teroksidasi, lubang diisi dengan elektron dan molekul oksigen terbentuk. Meskipun struktur gugus mangan baru-baru ini telah ditentukan dengan presisi tinggi, cara kerja alat empat tak ini belum sepenuhnya dipahami. Juga tidak jelas bagaimana dan mengapa di pusat katalitik, di mana bakteri fotosintetik primitif, tampaknya,ion mangan teroksidasi, empat atomnya digabungkan dengan atom kalsium menjadi gugus yang mampu menguraikan air. Termodinamika partisipasi klorofil dalam oksidasi air juga misterius. Secara teoritis, klorofil dalam pencahayaan dapat mengoksidasi hidrogen sulfida, besi, dan mangan, tetapi tidak dapat mengoksidasi air. Namun, itu teroksidasi. Secara umum, ini seperti tentang lebah: “Menurut hukum aerodinamika, lebah tidak dapat terbang, tetapi dia tidak mengetahuinya dan hanya terbang karena alasan ini.
Sangat sulit untuk menilai kemungkinan sistem dekomposisi air. Tetapi kemungkinan ini sangat kecil, karena dalam 4,5 miliar tahun sistem seperti itu muncul hanya sekali. Tidak ada kebutuhan khusus untuk itu, dan tanpa itu, mikroba akan berkembang biak di Bumi, termasuk dalam siklus geokimia. Selain itu, setelah munculnya oksigen di atmosfer, sebagian besar biosfer mikroba seharusnya mati atau, lebih tepatnya, terbakar - interaksi bahan organik dengan oksigen adalah pembakaran. Hanya mikroba yang bertahan, setelah belajar bernapas, yaitu, dengan cepat mengembalikan oksigen ke air langsung di kulit terluarnya, mencegahnya dari dalam, serta penghuni beberapa relung ekologi bebas oksigen yang tersisa.
Kisah ini dapat menjadi contoh dari peristiwa yang relatif baru (sekitar 2,5 miliar tahun yang lalu) dan peristiwa yang relatif dapat dimengerti yang menyebabkan peningkatan tajam dalam kompleksitas sistem kehidupan. Semuanya dimulai dengan perubahan bertahap pada enzim fotosintetik. Lalu ada penemuan evolusioner satu kali dan sangat nontrivial (gugus mangan-kalsium), yang mungkin tidak pernah terjadi. Perubahan luar biasa selanjutnya adalah reaksi terhadap munculnya oksigen "beracun" di atmosfer: Seleksi Darwinian diaktifkan dengan kekuatan penuh, saya harus belajar bernapas dalam-dalam dan menggerakkan otak saya.
Secara total, kami memiliki proses yang berlangsung dalam tiga tahap: (1) perubahan bertahap - (2) peristiwa yang tidak mungkin terjadi satu kali - (3) evolusi lebih lanjut, tetapi pada tingkat yang berbeda atau dalam kondisi yang berbeda. Skema ini dapat dianggap sebagai analog molekuler dari skema klasik aromorfosis Severtsov.
Jika Anda melihat pada evolusi pasca oksigen, Anda dapat mengidentifikasi beberapa kejadian satu kali yang lebih tidak mungkin yang mengubah jalannya evolusi. Ini adalah "perakitan" dari sel eukariotik yang kompleks, dan kemunculan tumbuhan vaskular, dan berbagai "terobosan" dalam evolusi hewan, yang, sebenarnya, tulis Severtsov.
Kemunculan kehidupan yang dalam kerangka hipotesis dunia RNA dipahami sebagai kemunculan ansambel yang mereproduksi sendiri molekul RNA (replikator), juga dapat direpresentasikan sebagai proses tiga tahap.
1) Tahap persiapan: ribonukleotida pembentuk RNA dapat secara spontan "berkumpul" dari molekul sederhana seperti sianida atau formamida di bawah pengaruh sinar ultraviolet (UV). Dia berlimpah di Bumi muda; belum ada ozon penyerap ultraviolet di atmosfer, karena tidak ada oksigen, lihat di atas. Seperti yang ditunjukkan oleh Pouner dan Saderland (Universitas Manchester), nukleotida dalam bentuk siklik "aktif" khusus "dipilih" dalam sinar UV, nukleotida semacam itu dapat secara spontan membentuk rantai RNA. Selain itu, rantai RNA Watson-Crick ganda secara signifikan lebih tahan terhadap radiasi UV daripada yang tunggal - hasil ini dijelaskan oleh Evgeny Kunin dalam karya pertamanya yang diterbitkan pada tahun 1980. Artinya, di Bumi yang masih muda, karena aliran elektron "ekstra", berbagai molekul organik dapat terbentuk,tetapi di bawah pengaruh radiasi matahari yang keras, yang bertahan adalah molekul yang terutama mirip RNA, sebaiknya digulung menjadi struktur heliks, yang bertahan.
2) Suatu peristiwa yang tidak mungkin terjadi satu kali: ansambel dari beberapa molekul mirip RNA mulai menggandakan dirinya sendiri (miliaran tahun kemudian, ansambel RNA penyalinan sendiri yang serupa diperoleh dengan seleksi RNA dalam kondisi laboratorium).
3) Evolusi selanjutnya: Replikator RNA mulai bersaing satu sama lain untuk mendapatkan sumber daya, berevolusi, bersatu menjadi komunitas yang lebih besar, dll.
Kerugian dari skema hipotetis ini adalah bahwa baik detail molekuler dari asal replikator RNA, maupun faktor alam yang berkontribusi pada seleksi mereka tidak diketahui. Harapan diberikan oleh fakta bahwa dalam kasus peristiwa evolusi terpenting berikutnya (dan pada gilirannya), yaitu munculnya ribosom, mesin untuk sintesis protein, detail molekuler telah direkonstruksi. Ini dilakukan dengan berbagai metode di empat laboratorium; hasil rekonstruksi sangat mirip. Singkatnya, nenek moyang ribosom modern yang sangat kompleks adalah konstruksi dua loop RNA masing-masing 50-60 ribonukleotida, yang mampu menggabungkan dua asam amino dengan ikatan peptida. Tahapan perantara di jalur dari struktur dua lingkaran ini ke ribosom modern dilacak secara rinci oleh Konstantin Bokov dan Sergey Stadler (Universitas Montreal),Peraih Nobel Ada Yonath dan kolega (Weizmann Institute), George Fox dan kolega (University of Houston) dan Anton Petrov dan rekan (University of Georgia).
Ribosom, yang pada awalnya memiliki satu subunit RNA katalitik, secara bertahap tumbuh dalam kompleksitas dan ukuran, selama ini mensintesis sekuens protein dari sekumpulan asam amino acak. Hanya pada tahap terakhir evolusinya ia bergabung dengan molekul RNA lain, yang menjadi subunit kecil ribosom, dan sintesis protein yang dikodekan dimulai. Jadi, kemunculan kode genetik merupakan peristiwa evolusioner yang tidak mungkin terpisah dari munculnya sintesis protein ribosom.
Kemungkinan besar, penelitian lebih lanjut akan memungkinkan untuk merekonstruksi kemunculan replikator dan peristiwa tak terduga lainnya, misalnya, yang terkait dengan kemunculan sel pertama, pertukaran gen antara sel pertama dan virus, dll.
Kembali ke pertanyaan yang diajukan tentang probabilitas: pertimbangan rinci kami menunjukkan bahwa evolusi kehidupan duniawi bukanlah satu "kebetulan yang benar-benar luar biasa", tetapi banyak peristiwa yang sangat tidak mungkin berturut-turut.
Generasi bahan organik yang kuat kemungkinan besar terjadi di planet-planet muda lainnya. Tetapi ini tidak serta merta mengarah pada munculnya kehidupan. Jika ansambel RNA yang menggandakan diri tidak berkumpul di Bumi, tidak akan ada kehidupan. Produksi bahan organik secara bertahap akan memudar, dan Bumi akan menjadi mirip dengan Mars atau Venus.
Tetapi bahkan dalam kasus munculnya kehidupan di planet lain, kehidupan ini dapat "terjebak" pada tahap awal apa pun, dan kemungkinan untuk tetap berada pada tingkat perkembangan primitif jauh lebih tinggi daripada kemungkinan untuk mendaki langkah berikutnya dan bergerak lebih jauh.
Oleh karena itu, kemungkinan bertemu alien bijak di planet lain jauh lebih rendah daripada peluang untuk mendapatkan lendir sederhana namun hidup di sana (dan ini jika Anda sangat beruntung). Kemungkinan adanya kehidupan oksigen di suatu tempat juga sangat kecil: penguraian air untuk membentuk oksigen adalah reaksi empat elektron yang sangat nontrivial.
Jadi, membangun strategi apa pun dengan harapan menemukan kecerdasan alien tidaklah terlalu cerdas. Fakta bahwa ada (untuk saat ini) makhluk cerdas di Bumi adalah sukses besar. Oleh karena itu, lebih masuk akal untuk berinvestasi dalam pembuatan "lapangan terbang alternatif" untuk kehidupan cerdas yang sudah ada seandainya alam gagal atau pembawa pikiran itu sendiri gagal. Ini berarti kita membutuhkan Bumi cadangan, atau bahkan lebih baik lagi.
Evgeny Kunin, memimpin. ilmiah. sotr. Pusat Nasional untuk Informasi Bioteknologi, Anggota Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional AS:
Saya dapat membatasi diri pada komentar yang sangat singkat, karena saya sepenuhnya setuju dengan semua yang dikatakan oleh Alexander Markov … kecuali, tentu saja, kesimpulannya. Memang, tahap pembatas dalam munculnya kehidupan adalah pembentukan spontan populasi molekul ribozim-polimerase dengan kecepatan dan akurasi penyalinan sendiri yang cukup tinggi. Kemungkinan kejadian seperti itu semakin kecil. Untuk meningkatkannya secara signifikan, diperlukan proses yang menciptakan kemungkinan evolusi tanpa partisipasi ribozim semacam itu, dalam sistem yang jauh lebih sederhana. Replikasi non-enzimatis yang dibahas oleh Alexander adalah kandidat yang baik untuk proses semacam itu. Satu-satunya masalah adalah bahwa berdasarkan semua yang saya ketahui dari kimia dan termodinamika, tidak ada kemungkinan membawa reaksi ini ke tingkat replikasi yang cukup akurat dari molekul panjang. Replikasi oligonukleotida yang sangat pendek akan sangat menarik sebagai langkah perantara yang mungkin, tetapi tidak akan meningkatkan kemungkinannya secara signifikan. Jadi, kesimpulan saya tetap sama: kemunculan kehidupan membutuhkan peristiwa yang sangat tidak mungkin, dan, oleh karena itu, kita sendirian di Semesta kita (masalah banyak alam semesta tidak perlu dibahas di sini). Tidak hanya kita adalah makhluk cerdas, tetapi lebih luas lagi, makhluk hidup pada umumnya.
Penting untuk diperhatikan hal-hal berikut: probabilitas yang sangat rendah dari terjadinya kehidupan tidak berarti bahwa semuanya terjadi oleh mukjizat. Sebaliknya, semuanya adalah rangkaian reaksi kimia normal, hanya termasuk tahapan dengan probabilitas yang sangat rendah. Akibatnya, mempelajari mekanisme yang entah bagaimana memfasilitasi munculnya kehidupan tidak hanya tidak berarti, tetapi sangat penting dan menarik. Memang belum terlihat (belum) bahwa hal ini dapat meningkatkan kemungkinan secara signifikan, tetapi membuat skenario peristiwa mungkin dapat membantu.
Baiklah, saya akan mengakhiri dengan semi-filosofis, tetapi, menurut saya, pertimbangan yang relevan. Kemungkinan yang sangat rendah dari munculnya kehidupan melanggar prinsip biasa-biasa saja: peristiwa yang telah terjadi di planet kita luar biasa, bahkan unik di Alam Semesta. Prinsip mediokritas dalam hal ini kalah dari prinsip antropik: betapapun luar biasa kemunculan kehidupan secara apriori, DI BAWAH KONDISI keberadaan makhluk berakal, dan hanya sel, probabilitasnya persis sama dengan 1.
Mikhail Nikitin, peneliti sotr. Departemen Biokimia Evolusi, Lembaga Penelitian Biologi Fisikokimia. A. N. Belozersky Moscow State University:
Bagi saya, kehidupan dengan tingkat kompleksitas bakteri tersebar luas di alam semesta, tetapi perkembangan menjadi hewan multisel dan makhluk yang berpotensi cerdas jauh lebih kecil kemungkinannya.
Menurut saya mengapa kehidupan bakteri sangat mungkin terjadi?
Penalaran Kunin didasarkan pada eksperimen pada seleksi tiruan ribozim-replika, yang menyalin molekul RNA dan berpotensi menyalin dirinya sendiri. Semua ribozim ini memiliki urutan panjang 200 nukleotida, dan probabilitas untuk mendapatkannya dengan perakitan sendiri secara acak berada di urutan 4-200. Namun, percobaan ini tidak memperhitungkan banyak faktor penting yang dapat, pertama, memastikan replikasi menggunakan ribozim yang lebih pendek dan sederhana, dan kedua, sebelum dimulainya replikasi, perakitan sendiri langsung menuju RNA terstruktur yang mampu bekerja sebagai ribozim. Beberapa dari faktor-faktor ini telah dinamai oleh penulis lain: Replikasi non-enzimatik Shostak, seleksi untuk self-priming di “dunia palindrom” Markov, seleksi untuk ketahanan UV, yang mengarahkan perakitan-diri RNA menuju struktur jepit rambut yang diusulkan oleh Mulkidzhanyan). Saya akan menambahkan substrat mineral daftar ini dan "perangkap panas" (pori-pori sempit dengan gradien suhu) yang membuat penyalinan RNA sangat mudah. Lebih lanjut, karena kita memiliki sistem genetik yang mereplikasi diri sederhana, evolusi Darwin dengan probabilitas tinggi akan dengan cepat menciptakan sel bakteri atau sejenisnya berdasarkan basisnya - dengan membran sel yang mempertahankan komposisi garam konstan di dalam sel.
Mengapa saya percaya bahwa evolusi kehidupan dari sel sederhana menjadi hewan multisel mungkin sangat tidak mungkin? Ada dua pertimbangan di sini, satu lagi geologis, yang lainnya murni biologis. Mari kita mulai dengan yang pertama.
Dalam paleontologi, telah ditetapkan secara andal bahwa evolusi organisme sangat tidak seimbang. Krisis dan revolusi bergantian dengan periode stasis, terkadang sangat lama. Periode terpanjang dari stasis disebut "miliar membosankan" dan berlangsung selama sebagian besar Proterozoikum - dari sekitar 2 hingga 0,8 miliar tahun yang lalu. Itu didahului oleh munculnya oksigen di atmosfer, munculnya sel eukariotik dan glasiasi Huron global, dan diakhiri dengan glasiasi Sturt terbesar dalam sejarah Bumi, peningkatan kandungan oksigen ke nilai yang hampir modern dan munculnya hewan multisel. Evolusi juga relatif lambat pada eon Archean antara 3,5 dan 2,5 miliar tahun yang lalu, dibandingkan dengan eon Catarchian sebelumnya (waktu munculnya kehidupan dan pengeboman meteorit akhir) dan revolusi oksigen berikutnya. Alasan ketidakrataan ini tidak sepenuhnya dipahami. Bagi saya pribadi, tampaknya meyakinkan bahwa "revolusi oksigen" (penyebaran besar-besaran cyanobacteria penghasil oksigen) dikaitkan dengan menipisnya cadangan besi (besi) tereduksi di air laut. Selama ada cukup zat besi di lautan, mikroba berkembang biak di sana menggunakan fotosintesis pengoksidasi besi yang lebih sederhana dan lebih aman. Bukan oksigen yang dilepaskan di dalamnya, tetapi senyawa oksida besi - magnetit dan hematit, yang disimpan di dasar laut di seluruh Arkean. Pasokan besi baru ke laut (terutama dari sumber hidrotermal di bagian bawah) menurun karena aktivitas geologi planet mereda, dan akhirnya krisis sumber daya memaksa mikroba fotosintesis untuk beralih ke "teknologi" fotosintesis oksigen yang lebih kompleks. Demikian pula,Penyebab “boring billion” bisa jadi konsumsi oksigen yang konstan untuk oksidasi berbagai mineral di darat, yang tidak memungkinkan peningkatan kandungan oksigen di atas 1–2%. Dalam sedimen laut Proterozoikum, terdapat banyak jejak oksidasi bijih sulfida di darat, yang menyebabkan sungai membawa sulfat, arsenik, antimon, tembaga, kromium, molibdenum, uranium, dan unsur-unsur lain ke laut yang hampir tidak ada di lautan Arkean. Krisis Proterozoikum Akhir dengan glasiasi global, peningkatan cepat kandungan oksigen dan munculnya hewan multisel mungkin disebabkan oleh menipisnya mineral yang mudah teroksidasi di darat.karena sungai-sungai tersebut membawa sulfat, arsenik, antimon, tembaga, kromium, molibdenum, uranium, dan unsur-unsur lain ke laut yang hampir tidak ada di samudra Arkean. Krisis Proterozoikum Akhir dengan glasiasi global, peningkatan cepat kandungan oksigen dan munculnya hewan multisel mungkin disebabkan oleh menipisnya mineral yang mudah teroksidasi di darat.yang karenanya sungai-sungai membawa sulfat, arsen, antimon, tembaga, kromium, molibdenum, uranium dan unsur-unsur lain ke laut yang hampir tidak ada di samudra Arkean. Krisis Proterozoikum Akhir dengan glasiasi global, peningkatan pesat dalam kandungan oksigen, dan munculnya hewan multisel mungkin disebabkan oleh menipisnya mineral yang mudah teroksidasi di darat.
Dengan demikian, waktu dimulainya dua revolusi utama (fotosintesis oksigen dan hewan multisel) mungkin ditentukan oleh keseimbangan proses biologis (fotosintesis) dan geologi (pelepasan besi besi dan zat teroksidasi lainnya oleh ventilasi hidrotermal dan gunung berapi tanah). Sangat mungkin bahwa di planet lain, revolusi ini terjadi jauh kemudian. Misalnya, planet yang lebih masif (super-bumi) akan kehilangan aktivitas geologis lebih lambat, melepaskan besi ke laut lebih lama, dan dapat menunda revolusi oksigen hingga miliaran tahun. Planet-planet di zona layak huni katai merah akan menerima sedikit cahaya tampak yang sesuai untuk fotosintesis, dan biosfernya juga berisiko terjebak dalam tahap bebas oksigen. Jumlah air di planet ini juga penting. Jika seluruh planet tertutup oleh lautan dalam, maka akan kekurangan fosfor,sebagian besar berasal dari gunung berapi darat, dan jika air sedikit, maka wilayah lautan yang tersedia untuk mikroba fotosintetik juga akan kecil (sebelum munculnya tumbuhan multiseluler, produktivitas ekosistem darat dapat diabaikan dibandingkan dengan laut). Artinya, ada banyak alasan mengapa biosfer dapat terjebak dalam tahap mikroba bebas oksigen dan tidak berkembang menjadi hewan. Omong-omong, waktu untuk berkembang terbatas: kilau bintang tumbuh seiring waktu, dan Bumi dalam 1,5-2 miliar tahun akan mulai memanas secara permanen, lautannya akan menguap, dan efek rumah kaca yang tumbuh akan mengubahnya menjadi Venus kedua. Pada katai merah, luminositas tumbuh lebih lambat, tetapi planet mereka bisa menjadi tidak dapat dihuni karena hilangnya medan magnet dan hilangnya air ke luar angkasa, seperti yang terjadi di Mars.luas lautan yang tersedia untuk mikroba fotosintetik juga akan kecil (sebelum munculnya tumbuhan multiseluler, produktivitas ekosistem darat dapat diabaikan dibandingkan dengan laut). Artinya, ada banyak alasan mengapa biosfer dapat terjebak dalam tahap mikroba bebas oksigen dan tidak berkembang menjadi hewan. Omong-omong, waktu untuk berkembang terbatas: kilau bintang meningkat seiring waktu, dan Bumi dalam 1,5-2 miliar tahun akan memanas secara permanen, lautannya akan menguap, dan efek rumah kaca yang tumbuh akan mengubahnya menjadi Venus kedua. Pada katai merah, luminositas tumbuh lebih lambat, tetapi planet mereka bisa menjadi tidak dapat dihuni karena hilangnya medan magnet dan hilangnya air ke luar angkasa, seperti yang terjadi di Mars.luas lautan yang tersedia untuk mikroba fotosintetik juga akan kecil (sebelum munculnya tumbuhan multiseluler, produktivitas ekosistem darat dapat diabaikan dibandingkan dengan laut). Artinya, ada banyak alasan mengapa biosfer dapat terjebak dalam tahap mikroba bebas oksigen dan tidak berkembang menjadi hewan. Omong-omong, waktu untuk berkembang terbatas: kilau bintang meningkat seiring waktu, dan Bumi dalam 1,5-2 miliar tahun akan memanas secara permanen, lautannya akan menguap, dan efek rumah kaca yang tumbuh akan mengubahnya menjadi Venus kedua. Pada katai merah, luminositas tumbuh lebih lambat, tetapi planet mereka bisa menjadi tidak dapat dihuni karena hilangnya medan magnet dan hilangnya air ke luar angkasa, seperti yang terjadi di Mars.dapat diakses oleh mikroba fotosintetik (sebelum munculnya tumbuhan multiseluler, produktivitas ekosistem darat dapat diabaikan dibandingkan dengan laut). Artinya, ada banyak alasan mengapa biosfer dapat terjebak dalam tahap mikroba bebas oksigen dan tidak berkembang menjadi hewan. Omong-omong, waktu untuk berkembang terbatas: kilau bintang meningkat seiring waktu, dan Bumi dalam 1,5-2 miliar tahun akan memanas secara permanen, lautannya akan menguap, dan efek rumah kaca yang tumbuh akan mengubahnya menjadi Venus kedua. Pada katai merah, luminositas tumbuh lebih lambat, tetapi planet mereka bisa menjadi tidak dapat dihuni karena hilangnya medan magnet dan hilangnya air ke luar angkasa, seperti yang terjadi di Mars.dapat diakses oleh mikroba fotosintetik (sebelum munculnya tumbuhan multiseluler, produktivitas ekosistem darat dapat diabaikan dibandingkan dengan laut). Artinya, ada banyak alasan mengapa biosfer dapat terjebak dalam tahap mikroba bebas oksigen dan tidak berkembang menjadi hewan. Omong-omong, waktu untuk berkembang terbatas: kilau bintang meningkat seiring waktu, dan Bumi dalam 1,5-2 miliar tahun akan memanas secara permanen, lautannya akan menguap, dan efek rumah kaca yang tumbuh akan mengubahnya menjadi Venus kedua. Pada katai merah, luminositas tumbuh lebih lambat, tetapi planet mereka bisa menjadi tidak dapat dihuni karena hilangnya medan magnet dan hilangnya air ke luar angkasa, seperti yang terjadi di Mars. Omong-omong, waktu untuk berkembang terbatas: kilau bintang meningkat seiring waktu, dan Bumi dalam 1,5-2 miliar tahun akan memanas secara permanen, lautannya akan menguap, dan efek rumah kaca yang tumbuh akan mengubahnya menjadi Venus kedua. Pada katai merah, luminositas tumbuh lebih lambat, tetapi planet mereka bisa menjadi tidak dapat dihuni karena hilangnya medan magnet dan hilangnya air ke luar angkasa, seperti yang terjadi di Mars. Omong-omong, waktu untuk berkembang terbatas: kilau bintang meningkat seiring waktu, dan Bumi dalam 1,5-2 miliar tahun akan memanas secara permanen, lautannya akan menguap, dan efek rumah kaca yang tumbuh akan mengubahnya menjadi Venus kedua. Pada katai merah, luminositas tumbuh lebih lambat, tetapi planet mereka bisa menjadi tidak dapat dihuni karena hilangnya medan magnet dan hilangnya air ke luar angkasa, seperti yang terjadi di Mars.
Pertimbangan kedua berkaitan dengan munculnya eukariota - sel dengan nukleus. Sel eukariotik jauh lebih besar dan lebih kompleks daripada sel bakteri dan archaea dan muncul kemudian, kemungkinan besar selama "revolusi oksigen". Sel eukariotik muncul sebagai chimera dari sel archaea, bakteri simbiosis yang menetap di dalamnya dan, mungkin, virus yang menginfeksi mereka (atau bahkan lebih dari satu). Struktur genom eukariota dengan jelas menunjukkan bahwa evolusi awal mereka terjadi bukan karena seleksi alam, tetapi dalam banyak hal meskipun demikian. Dalam populasi kecil, seleksi tidak terlalu efisien, dan sifat yang sedikit merusak dapat mengakar karena penyimpangan gen dan proses acak murni lainnya. Ini dirinci dalam bab yang sesuai dari Kunin's Logic of Chance dan saranbahwa kemunculan eukariota mungkin sangat tidak mungkin bahkan di lingkungan yang sesuai (biosfer bakteri memasuki revolusi oksigen). Setidaknya, kasus simbiosis intraseluler antara bakteri dan archaea secara praktis tidak diketahui - meskipun bakteri mengendap dengan mudah di dalam sel eukariotik.
Kesimpulan: Saya pikir kombinasi faktor-faktor yang dijelaskan harus mengarah pada fakta bahwa di galaksi kita akan ada jutaan planet dengan kehidupan bakteri dan lebih sedikit (mungkin, hanya sedikit) - dengan kehidupan pada tingkat kompleksitas eukariotik dan multiseluler.
Catatan tambahan Boris Stern
Beberapa kata untuk mengakhiri diskusi. Sangat mungkin bahwa Evgeny Kunin sangat meremehkan kemungkinan asal mula kehidupan dalam kondisi yang sesuai. Dan bagaimanapun juga, penilaian ini harus ditanggapi dengan serius. Jika dia keliru dengan 900 kali lipat, itu tidak akan mengubah apa pun: kita semua sama sendirian di cakrawala Semesta, di mana hanya ada sekitar 1020-1021 planet yang cocok. Bahkan jika peserta diskusi lainnya benar dan segala macam trik Alam seperti replikasi non-enzimatis dapat membuat asal usul kehidupan lebih atau kurang mungkin, maka itu akan menjadi kehidupan yang sangat primitif, dalam sebagian besar kasus, tidak mampu melompat ke tingkat perkembangan yang lebih tinggi. Dua panelis menulis tentang ini dalam hitam dan putih. Itulah keseluruhan paradoks Fermi.
Oleh karena itu, setidaknya ada dua kesimpulan penting organisasi. Pertama: Kehidupan yang berkembang adalah fenomena paling langka dan paling berharga di alam semesta. Karena itu, lihat paragraf terakhir dari catatan Armen Mulkidzhanyan: kemanusiaan memiliki tujuan total yang mulia - penyebaran fenomena ini. Kami akan berbicara secara terpisah tentang kemungkinan dan metode untuk mencapai tujuan ini.
Kesimpulan organisasi kedua: kehancuran kehidupan ini akan menjadi hilangnya skala galaksi atau bahkan skala kosmologis yang tidak dapat diperbaiki. Ini harus dipertimbangkan dalam penilaian mereka sendiri terhadap "elang" dan politisi yang siap melakukan pemerasan nuklir untuk meningkatkan "kebesaran" mereka sendiri. Hal yang sama berlaku untuk peradaban konsumsi yang tak terkendali.
Penulis: Boris Stern, Alexander Markov, Armen Mulkidzhanyan, Evgeny Kunin, Mikhail Nikitin
