De ce cred biologii că nu există viață extraterestră?

De ce cred biologii că nu există viață extraterestră?
8 cititori au dat 4.8

  • –      articol de Gerald F. Joice ( Institutul de cercetare „The Scripps” , La Jolla, California, SUA )
  • –      traducere din limba engleză

Toate formele de viață au în esență aceleași principii biologice. Cu toate acestea există sperență crescândă din partea astronomilor,  astrologilor și a unor biologi că alte forme de viață ar putea fi descoperite sau sintetizate. Entuziasmul ar trebui temperat de faptul că nu cunoaștem probabilitatea  pentru „crearea” vieții. Câți biți de informație sunt necesari pentru „a crea” viața, și de unde ar putea apărea aceștia? Un sistem genetic care conține mai mulți biți decât numărul necesar pentru „a iniția” viața ar putea fi considerat o nouă formă de viață.

Până în prezent au fost descoperite mai mult de 1000 de planete din afara sistemului nostru solar. Un anumit număr dintre acestea se află în zone locuibile, având caracteristicile Terrei. În anii ce urmează vom avea date legate de compoziția lor atmosferică, dar este puțin probabil ca aceste planete să fie în echilibru chimic.

Anunțuri despre descoperirea vieții extraterestre au venit de-a lungul timpul din numeroase părți. Președintele Clinton a anunțat in 1996 că un meteorit de pe Marte descoperit în Antarctica „confirmă” existența vieții extraterestre. Forme de viață cu origine extraterestră (având la bază arsenicul) au fost descoperite și în Lacul Mono, în California (au fost de fapt, proteobacterii care au reușit să supraviețuiască în mediu toxic). Craig Venter a creat recent o bacterie sintetică, „primul organism care se poate reproduce, a cărui părinte este un computer” (de fapt, „părintele” bacteriei era Mycoplasma mycoides, iar genomul ei a fost construit prin procedurile de sinteză a ADN-ului si amplificare PCR).

Cunoaștem o singură formă de viață, cea pământeană, și de aceea în prezent privim viața dintr-un singur unghi. Viața pe care o cunoaștem are la bază celule, cu informație genetică formată din acizi nucleici. Viața se auto-reproduce, transmite informațiile genetice copiilor, evoluează conform principiilor lui Darwin.  Viața începe cu materiale având energie ridicată pe care le transformă în produse cu energie scăzută. Din perspectiva noastră, viața există de 4 miliarde de ani pe o singură planetă cu temperatură blândă și scoarță solidă. Este posibil să existe zeci, dacă nu chiar mii de planete„locuibile la câțiva ani lumină de Pământ, și mai multe milioane de astfel de planete în galaxia noastră, ceea ce determină astronomii să afirme cu siguranță că nu suntem singuri în univers.

Jocul de-a probabilitățile

Care este în realitate probabilitatea ca o planetă cu clima blândă și scoarță solidă să genereze viața? Știința (încă) nu are un răspuns. Exercițiul de a calcula această probabilitate ar avea sens dacă am avea mai multe „exemple de viață”, fie descoperite în spațiu, fie pe Terra, in vitro.  Dacă noua formă de viață ar avea toate proprietățile descrise anterior ale vieții pământene, am putea concluziona, evident, că nu suntem singuri în univers. Dar dacă noua entitate ar avea numai câteva dintre aceste proprietăți? Dacă s-ar putea auto-reproduce, având urmași cu aceeași compoziție și aceleași caracteristici, dar nu ar putea evolua funcții noi?  Dacă ar avea procese chimice complexe în compartimente asemănătoare celulelor, dar nu ar avea informație transmisă genetic? Dacă ar avea toate proprietățile vieții pământene, dar ar avea aceeași origine ca viața de pe Pământ și nu o altă origine, diferită?

În fața acestor întrebări ipotetice legate de viața extraterestră, trebuie să luăm în considerare informația necesară pentru a genera viața. Câți biți „ereditari” trebuie să existe, și cum ar putea fi ei generați? Sistemele biologice se diferențiază de sistemele chimice prin componentele care, din mai multe alternative, adoptă o anumită compoziție bazată pe istoria sistemului. În acest sens, putem spune că sistemele biologice au o „memorie moleculară” (genotipul), care este produsul experienței (selecția) și este menținută de auto-reproducere. Putem număra numărul de biți din această memorie moleculară, de exemplu, doi biți pe per pereche de nucleotide pentru un genom format din acizi nucleici. Numărul de biți crește o dată cu excluderea anumitor compoziții și aceptarea altora. Formal, numărul de biți poate fi calculat ca logdin numărul de compoziții posibile împărțit la numărul de compoziții realizate. Trebuie să numărăm numai acei biți care se adună în interiorul sistemului, nu și cei incorporați dinafara sistemului, cu cost zero.

Presupunem că avem o moleculă care se poate duplica infinit,  directionând „unitățile” de contrucție spre crearea unor copii identice cu ele însele. Ea ar constitui un process chimic interesant, dar în lipsa unei oportunității precum apariția compozițiilor alternative care să se poată auto-reproduce – evoluția în sensul lui Darwin – conținutul biților ar fi zero. Să presupunem că avem o serie de procese complexe ce au loc într-un compartiment fizic, în creștere. Acesta ar fi din nou un process chimic interesant, dar nu ar implica transmiterea de informații ereditare. Acest sistem ar permite apariția unor biți noi, dar toți biții noi ar fi generați din organismul pre-existent. Pentru apariția unei noi forme de viață, majoritatea biților ar trebui să fie auto-generați.

„Generarea” vieții

În principiu, sunt doua căi prin care s-ar putea genera o nouă formă de viața 1. Direct, prin procese chimice sau 2. Importată dintr-o formă de viață déjà existentă. Dacă viața este generată direct din chimie, după cum se crede că a apărut pe Pământ, atunci începe cu zero biți ereditari și se organizează într-un sistem care generează biți noi. Odata cu sfârșitul unei ere caracterizată de chimie abiotică, care atinge un nivel înalt de complexitate chimică, apare „memoria moleculară”.  Molecule cu compoziție variabilă încep să se multiplice, apar mutații și evoluează conform teoriei lui Darwin. Dacă, în schimb, viața este generată dintr-o formă de viață anterioară, atunci are un atu și beneficiază de mediul chimic al formei e viață anterioară. Noua formă de viață poate crește din rămășițele formei de viață anterioare, moștenind, sau nu, anumite secvențe de biți.  Prima formă de tranziție, cea în care o formă de viață a moștenit secvențe de biți ale unei forme de viață anterioare, se crede că a avut loc în prima parte a vieții pământene, când viața bazată pe ARN a generat viața bazată pe ADN și proteine. Această tranziție a implicat un transfer substanțial de biți, care s-au acumulat in ARN și s-a transferat în ADN, în ceea ce poate fi numită „Marea Transcripție inversă”. Secvențe ale biților ancestrali pot fi întâlnite în secvențele de ARN ribozomic, ARN de transport și probabil alte tipuri de ARN.

S-a sugerat că viața bazată pe ARN a fost precedată de alte forme de viață, cum ar fi moleculele asemănătoare cu acidul nucleic numite „acidul treos – nucleic (ATN)”  sau „acidul glico-nucleic (AGN)”.  Până în prezent nu s-au descoperit urme de de viață dinaintea existenței ARN-ului în biologia contemporană. Asta ar putea fi o consecință a faptului că nu putem să o identificăm. Ar fi posibil să fi existat forme de viață înaintea ARN-ului, fără să fi avut deloc caracteristicile ARN-ului. Informația din aceste molecule pre-ARN au fi putut fi translatate în ARN printr-o mașinărie asemănătoare ribozomilor, unde ARN este de data aceasta  ieșirea și nu intrarea  („output-ul”  și nu „inputul”). Alternativ, formele de viață pre-ARN ar fi putut facilita apariția vieții pre-ARN independent, dar făra tranferul de informații. Formele de viață pre-ARN ar fi putut genera moleculele de ARN ca produs metabolic și astfel formele de ARN ar fi putut începe să se reproducă și să evolueze independent.

De la început

Discuția prezentată mai sus sugereză că existe numeroase căi prin care o formă de viață poate genera o altă formă de viață, dar nu explică cum apare viața de la bun început. Întrebarea cheie e, care e numărul minim necesar de biți pentru ca un organism care se poate auto-reproduce, evolua și să își poate mări informația genetică? Răspunsul depinde de natura chimică a primei molecule care se poate auto-reproduce și de resursele care există în mediul înconjurător. Atunci când astronomii vorbesc despre „zonele locuibile”, ei se referă la distanța față de cea mai apropiată stea, care să poată permită menținerea apei lichide pe suprafața unei planete. Asta ar fi definiție fie prea restrictivă, fie prea laxă. Viața ar putea exista și într-un mediu fără apă, deși există puține dovezi care să susțină acest fapt. Dar, chiar și un lac cu temperatură potrivită, cu apă, săruri și alte coponente organice nu ar putea neapărat genera viață.  Lacul ar trebui să acumuleze hetero-polimeri de compoziții variabile, incluzând câțiva care s-ar putea reproduce și ar putea pune bazele „memoriei moleculare”. Nu este clar cu ce probabilitate s-ar putea produce acest șir de evenimente.

În sensul biților, un hetero-polimer binary care conține 10 subunități ar avea 1 024 potențiale compoziții, și orice compoziție specifică ar reprezenta până la 10 biți de informație ereditară. Pare greu de crezut că ar putea exista un hetero-polimer  cu doar 10 biți, care să se poată auto-reproduce. Să presupunem că avem un hetero-polimer cuaternar (precum ARN-ul), care este compus dintr-un șir de 40 de subunități. Există 1024 astfel de compoziții, și fiecare compoziție în parte ar reprezenta până la 80 de biți de informație genetică. Un biochimist specializat in ARN ar putea argumenta ca 80 de biți nu sunt suficienți pentru a avea o formă de viață. Cu toate acestea, pentru a reprezenta toate combinațiile posibile, măcar într-un singur exemplar, lacul nostru ar trebui să conțină 27 de kilograme de ARN, lucru puțin probabil! În sfârșit, să presupunem că există milioane de combinații „câștigătoare” de câte 40 de subunități, toate capabile să se auto-reproducă și să inițieze evoluția darwiniană. Atunci, chiar și un milligram de ARN ar putea conține „sămânța” vieții.

În laborator se pot prepara cantități de un miligram de ARN generat aleatoriu care să aibă maxim 40 de subunități. Pot fi generate provizii nelimitate de nucleotide, iar reacțiile pot fi atent monitorizate. Ținând cont de toate acestea, cum de oamenii nu au putut încă genera forme de viață ARN experimentale? Pentru că chiar și un miligram de ARN e insufficient. Pentru ca o moleculă de ARN „să poate germina” trebuie să se auto-copieze mai repede decât se degradează și trebuie să opereze cu fidelitate sufiecientă astfel încât copiile să fie și ele viabile. Aceste condiții pot fi îndeplinite într-un mediu curat, care conține doar forma de viață și nucleotidele-componente. Evoluția în sensul lui Darwin poate îmbogăți o moleculă dintr-un miligram, dar evoluția Darwiniană are la bază chimia, iar chimia compușilor complecși este greu de urmărit și prezis.

Un mod de a evita problemele ce apar în chimia compușilor complecși ar fi crearea compartimentelor. Compartimentele nu trebuie să atingă complexitatea celulelor, trebuie doar să împiedice amestecul de ARN și să permită acumularea „produselor evoluției” într-un singur loc, pentru beneficial formei de viață care le-a produs.

Perpective

Se poate ca în viitor un sistem genetic alternativ să conțină un număr mai mare de biți ereditari decât numărul de biți necesari pentru a iniția operarea lor. Trecerea peste această limită este un criteriu rezonabil pentru a avea o nouă formă de viață. Generarea unei noi forme de viață, direct din chimia anorganică, este foarte improbabilă. Generarea unei forme de viață din celule existente este și ea puțin probabilă. Între aceste două posibilități, generarea unei noi forme de viață poate începe cu un număr mic de biți, generați aleatoriu prin procese chimice sau derivate din forme de viață existente și apoi continua cu acumularea de noi biți în același sistem. S-ar putea ca prima alternativă la viața pământeană să se afle pe o planetă extrasolară, într-o rocă de pe planeta Marte, sau într-un mediu extrem de pe Terra. Mai probabil, ar fi produsul muncii unei specii inteligente, care a descoperit principiile evoluției Darwiniene, și a descoperit cheia sistemelor chimice care pot genera proprii lor biți.

„Bit by Bit, The Darwinian Basis of Life” – PLoS, Mai 2012

Alte articole din aceeași categorie

Ți-a plăcut articolul? Urmărește-ne pe Twitter @Streptococcul

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

Poți folosi aceste taguri și atribute HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>