Как жизнь стала сложной и может ли это произойти за пределами Земли?

16 Декабря 2014 в 12:00, Илья Хель 4 602 просмотра 54

Земля

Когда астробиологи думают о жизни на ближайших планетах или лунах, они часто предполагают, что такая жизнь должна быть простой. Вместо того чтобы искать многоклеточные организмы, скажем, на спутнике Юпитера Европе, ученые пытаются найти там что-то, похожее на микроба.

Но из такой простой жизни может развиться и более сложная жизнь. Это случилось на планете Земля и может случиться в других местах. Как развивалась химия, чтобы привести жизнь к тому, что мы имеем сейчас? Какие изменения произошли?

Фрэнк Розенцвейг, эволюционный генетик из Университета Монтаны, думал над этими вопросами пять лет в Астробиологическом институте при NASA. Его лаборатория исследует развитие «сложных признаков» жизни, факторов, которые влияют на все, от продолжительности жизни до биоразнообразия.

«В своей карьере я интересовался генетическими основами адаптации и как сложные сообщества развиваются из одиночных клонов, — говорит Розенцвейг. — Связанными с этим вопросами и другим, вроде того, что стало генетической «отправной точкой», а также воздействием окружающей среды на траекторию эволюционного изменения».

Поиск жизни в Солнечной системе

Сложная жизнь, как известно, существует только на Земле, но ученые не исключают, что в других местах нашей Солнечной системы она может существовать в том числе. Наше понимание эволюции жизни можно построить на изучении луны Сатурна Титане, на котором углеводородная химия вполне может быть прекурсором живой системы. Недавно ученые попытались воспроизвести вещество в атмосфере Титана — толины, такие органические аэрозоли, которые появились, когда солнечная радиация попадала в метаново-азотную атмосферу.

Понимание того, как толины и другие вещества образовались на Титане, может дать ученым представление о том, как жизнь появилась на юной Земле. Кроме того, изучение того, как земные формы жизни и их биохимические прекурсоры развились из простейших субъединиц до более сложных и независимых систем, может предоставить нам подсказки о том, как жизнь могла развиться на других лунах или планетах.

На Земле примеры таких переходов включают коллекции одиночных белков, развивающихся в белковые сети. К примеру, одноклеточные бактерии эволюционируют в эукариотические клетки, содержащие два или даже три генома. Кроме того, конкурирующие микроорганизмы собираются вместе, чтобы образовать кооперативную систему вроде микробных матов в горячих источниках и микробных биопленок в кишечнике человека. Каждый такой переход приводит к росту биологической сложности, независимости и определенной автономии; появлению чего-то нового, большего, чем просто сумма частей.

Титан

Работа Розенцвейга основана на исследованиях NASA последних шести лет.

«Проделано и еще предстоит проделать много работы в области химической эволюции, пребиотической эволюции, экстремальных условий и биосигнатур, — говорит Розенцвейг. — Меня поразило, что пришлось убеждать NASA добавить в его исследовательское портфолио работы, которые рассматривают генетические основы, лежащие под крупными эволюционными переходами, которые привели к сложности высшего порядка».

Новое исследование Розенцвейга сосредоточено на четырех областях, согласно которым сложная система развилась из простых элементов: метаболизм, эукариотические клетки, мутуализм (кооперирующие виды) и многоклеточность. Также он рассматривает пятую область — мутации и взаимодействия генов — которая весьма важна в понимании того, как быстро может возникнуть сложная система жизни. Розенцвейг считает, что лабораторные эксперименты, которые направлены на повторение ключевых аспектов эволюции жизни на Земле, могут серьезно помочь нам определить, что искать в пригодных для жизни местах на Марсе, Европе, Титане или где-нибудь еще.

Розенцвейг планирует создать восемь разных команд, которые будут изучать вопросы развития и изменения простой формы жизни к более сложной.

Применение за пределами Земли

Предыдущий грант NASA Розенцвейг получил по программам экзобиологии и эволюционной биологии. Первый проект, начатый в 2007 году, изучал, как генетический материал (или геном) развивается в дрожжевых видах, которые культивируются при условии ограниченных ресурсов. Второй проект, начатый в 2010 году, изучает, как родительские клетки генотипов кишечной палочки, а также окружающая их среда влияют на разнообразие и стабильность последующих поколений.

Первый проект привел к неожиданном открытию: стресс может увеличить частоту перераспределения геномных последовательностей. Стресс добавляет новые хромосомные варианты в популяцию вида, которые могут оказаться полезными в сложных условиях. Предыдущие же исследования показали, что новые хромосомные вариации являются устойчивыми к стрессу. В 2013 году команда Розенцвейга под руководством профессора Юджина Кролла начала изучать, как дрожжевые культуры реагируют на голод.

Дрожжи

Новая серия исследований привела к другой крупной находке: перераспределение генома, вызванное голодовкой, может привести к репродуктивной изоляции в дрожжах. Кролл и Розенцвейг показали, что дрожжи, содержащие стресс-адаптивные геномные перераспределения, становятся «репродуктивно изолированы» от своих предков, что позволяет предположить, что у низших грибов географическая изоляция не требуется для производства новых видов. Последнее исследование Розенцвейга, проведенное летом 2014 года, позволило команде раздразнить генетические механизмы, которые лежат в основе адаптации и репродуктивной изоляции голодающих дрожжей.

Как отмечает Розенцвейг, особенность этого исследования заключается в том, что, хотя большинство ученых рассматривают производительность видов в относительно благоприятных условиях, Розенцвейг изучает дрожжи в условиях голода. Этот вид стресса может быть близок к тому, с чем сталкиваются в природе реальные виды, которые генетически адаптируются к резко меняющимся условиям среды. Поскольку голод может быть ключом к любому виду стресса, от уменьшения ресурсов до серьезных изменений температуры и появления мощного конкурента, результаты этого исследования будут важны для поиска жизни на других планетах.

Основная задача всех этих исследований — изучить в лабораторных условиях эволюционные процессы, которые помогут раскрыть правила, регулирующие темп и траекторию эволюции любой популяции самовоспроизводящихся видов, чья структура и функция запрограммирована в информационных молекулах.

«Однако, — говорит Розенцвейг, — мы должны быть готовы к тому, что жизненные формы в других мирах могут развиваться совершенно иным образом. Мы должны уметь различать сигнатуры, которые остаются от более сложных форм жизни».

Марс

Как жизнь стала сложной и может ли это произойти за пределами Земли?

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

54 комментария

  1. nangirril

    Очерендная статья, из разряда: " какие же мы, уникальные ". Да когда же вы уже высунете свой нос за пределы, своих лабораторий? Вот ведь космос, всего ничего до него. Нет блин, им боевые лазеры подавай, экзоскелеты... опять же боевые, оружие... оружие... оружие... А кинуть все в развитие космоса, религия не позволяет? Так и будем прозябать на этой планете... И мечтательно смотря в ночное небо, предполагать... есть ли жизнь где-то там... (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

    • SuperStarSieve

      А религия тут причем? Да, оружие, оружие, оружие... Вы правы. Но религия тут не причем. Предрассудки берут начало вовсе не в церкви. Признаю, я сам не люблю религию, вернее ей не следую и может даже не уважаю, но уважаю людей, что называются религиозными. Все дело в политике. Пока мы и наши силы сосредоточены на сцене политических раздоров, не видать нам ни космоса, ни киборгов, ни ИИ. Тем более не постижим коммунизм. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

      • nangirril

        "Религия не позволяет" было применено как крылатая фраза и к религии как таковой, не причастна. А вот относительно политических распрей я согласен. Вот только коммунизм вообще тут не к месту. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

        • SuperStarSieve

          Ну, я просто представляю коммунизм утопией, чем-то почти недостижимым. Извиняюсь, что запутал. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

          • nangirril

            И правильно представляете... это действитено утопия. Как это не прискорбно. А вообще нашей планете нужен единый правитель. Узурпатор. Только такое положение сможет сподвигнуть нас к выходу в космос, освоение системы, а также технологическое развитие. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

            • SIR1US

              Господи, что за бред… (отправлено из приложения Hi-News.ru)

            • SuperStarSieve

              Мировой авторитарный режим? Хм, а я всегда боялся хотя бы представить, что миром правит один человек. Хотя, я спокойно представляю человека, являющегося "двигателя" планетарного общества. Он был бы идейным лидером, который вовсе не обязательно всем руководил бы, но за кем люди следовали бы. Это действительно сплотило бы всех. Это повысило бы продуктивность. Такой человек, один-над-всеми, вел бы свой вид к светлому будущему. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

              • SIR1US

                Это невозможно и не практично. В первую очередь помешают культурные, этнические, идеологические, финансовые различия(перечень далеко не исчерпывающий). Разногласия возникают даже в пределах одной(Каталония, Шотландия, Чечня), что уж говорить о мировом масштабе. Помимо этого, нужно будет содержать огромную армию чиновников. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                • SuperStarSieve

                  Эх-эх-эх... Это пока кажется так, в силу того, что такого никогда не было... Вы не можете допустить мысль о возможности того, что кем-то принято считать невозможным. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

                  • SIR1US

                    Это невозможно в силу объективных причин, по крайней мере, в обозримом будущем. Если есть какие предпосылки, то пожалуйста, я весь внимание.
                    P.S. А может это вам "кажется", а не мне? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                • X

                  Разногласия возникают в результате многополярности или аполярности мира. Ну или по другому - в результате отсутствия лидера мирового масштаба, способного сплотить человечество. Потому и возникают разногласия

                  • SIR1US

                    Многополярность— следствие, а не причина. "Сплотить человечество" никакая личность не сможет, да и необходимости нет, совсем даже наоборот. Империю содержать гораздо дороже, чем небольшое государство. В идеале, нужно стремится к миру без границ, но при этом без центрального аппарата управления. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                    • X

                      Многополярность именно причина. Каждый лидер думает только об интересах своей страны и части мира на которую претендует. Отсюда раскол и непонимание. А если появится человек, способный к компромиссам по многим вопросам для разных рас, вероисповеданий и национальностей, то такой человек способен называться лидером всего человечества

            • naturalniy

              Людьми правят бароны, нефтяное лобби, всеми людьми правят 13 семей Родшилдов израильского происхождения, почти все деньги и вся денежная система принадлежит им. А власти есть для отводок внимания и получать шишки в лоб (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

              • SIR1US

                Да-да, это все заговор жидомассонов и рептилоидов. А ещё, это секретная информация, но некий пользователь с ником NATURALNIY обо всем знает. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                • naturalniy

                  Задай себе вопрос: почему рубль теряет силу перед западом $€£ ??? (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

                  • SuperStarSieve

                    Потому, что цена рубля зависит от цены на нефть. А цена на нефть синтетическая и ее меняют "-//-" люди... Вот сейчас "этим" людям и выгодно сбрасывать цену на нефть в мире, чтобы Россию гнобить. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

                    • naturalniy

                      Нужно также заниматься производством и только расширением производства а не продавать только нефть. Вот поэтому Россия за счет нефти бессильна перед западом, потому что 50% прибыли России зависит от нефти. Теперь даже в Турцию не смогут россияне летать и загорать в средиземном море из-за слабой политики России. Уже сегодня нужно оперативно решить проблемы страны, иначе будет как в 90е годы. Очень надеюсь, что власти Путина поменяют свою стратегию и дадут в нос западу. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

      • kaeban222

        Религия не мешает развиваться, но тот факт что она существует в 21 веке( люди верят в сказку, а это сказка, не более) как-то пугает.

  2. naturalniy

    Я смотрю тут статья из религии(эволюция) Дарвина, печально (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • SIR1US

      Печально, что ты Рен ТВ смотришь, а статья нормальная. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • kaeban222

      Религия(эволюция) это что такое? Или Вы отвергаете эволюцию?

    • X

      Эволюция Дарвина устарела. Или вы живете в прошлом веке? Ныне популярна СТЭ

      • naturalniy

        В прошлом веке живут те, кто верит в эволюцию Дарвина (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

      • naturalniy

        То Есть в теорию Дарвина (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

      • naturalniy

        До сих пор в России и во многих других странах в учебниках преподают теорию Дарвина прошлых веков, хотя технология уже переплюнула и человечество узнала многое также в сфере генетики и тп. А что Дарвин?! Он даже не знал о генах человека, ему даже во сне не снилось познать комплекс гена и комплекс протеина который без вмешательства сверх разума невозможен появлению из ничего случайным образом и это был большой страх Дарвина что его теория может рухнуть и оно рухнуло давно да только мало кому интересно терять свои позиции в обществе нынешними знаниями (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

        • X

          Повторяю - изучите СТЭ. Иначе дискуссии с вами не получится:(

          • naturalniy

            Материалом для эволюции не являются мутационная и рекомбинационная изменчивость. Мутация генов это разрушение имеющего уникального комплекса, мутация не даст функциональности, это испорченный как бы код, и у такого организма нет шансов выжить без определенных органов, например без легких или сердца и тп. Мутация только разрушает существующий комплекс к примеру "ген код" (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

            • X

              Мутации приводят к изменчивости. Не путайте теплое с мягким. Как вы объясните тот факт, что народы Севера могут употреблять в пищу большой объем жира животного происхождения, а для африканцев такое питание будет смертельным? Это изменчивость

              • naturalniy

                Это не мутация то что вы говорите, мутации разрушительны и не функциональны. Приспособление к среде уже закодировано в генах человека, и организм подстраивается в ту или иную среду за счет генного кода, это авто режим который отвечает за выживания. Это тоже самое что зимой полететь в Африку и ходить не в шубе а в шортах, также прилетев из Африки в российскую зиму и одеть шубу. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

          • naturalniy

            У Синтетической Теории Эволюции (СТЭ) как вы мне объясните нерешенные проблемы (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

        • SIR1US

          Мутации+естественной отбор=эволюция. Это уже установлено как факт. ТЭ в дальнейшем будет лишь дополняться и уточняться в деталях. Под мутацией понимаются небольшие ошибки при репликации ДНК, но не то, что вы думайте. Что касается Дарвина, то он не первый эволюционист. Его труд "Происхождение видов" , в определенной мере, систематизирует работы Ламарка, Окена и т.д. Главное здесь концепция естественного отбора. Абиогинез сюда вообще впихивать не надо. Это отдельный предмет изучения. Про "нерешенные проблемы", давайте подробнее. Какие именно "проблемы" вам покоя не дают? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

          • naturalniy

            Складывается впечатление что один я всё знаю а вы только вопросы задаете:(( (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

            • SIR1US

              Вы,говорите, у СТЭ есть ряд нерешенных проблем. Заявление достаточно серьезное и на веру принято быть не может. От вас требуется перечислить т.н. "нерешенные проблемы". В чем проблема?
              P.S. Кроме лженаучного, извиняюсь, бреда, в ваших постах ничего не наблюдается. Если это знания, то вы достаточно образованный человек. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

          • naturalniy

            Эволюция, это одна из больших проблем науки, это большая проблема ученых под которым они прогибаются. Теория Эволюции, это торможение настоящей науки. Вы думаете все ученые соглашаются с теорией СТЭ? Теории, построены не на фактах, а на мнениях некоторых ученых. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

            • SIR1US

              Теория является системой из закономерностей, гипотез, фактов и проч. В науке правит скепсис, все построено на доказательствах. Если выдвигается гипотеза, ее нужно доказать. Обязательно появляются и те, кто пытается ее опровергнуть. ТЭ уже более ста лет. У неё есть множество доказательств. Это ископаемые останки, общие гены у всего живого, различные рудименты и множество иных обоснований. Теория эволюция в дальнейшем лишь будет уточняться в некоторых деталях.
              Ответа на заданный вопрос я не получил. Если вы, не зная и не понимая ТЭ, решили, что она ошибочна, то это ваши проблемы, но никак не теории эволюции. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

              • naturalniy

                Я ждал от вас ответов на мой вопрос о проблемах СТЭ, но приходится отвечать мне, раз вы так привыкли верить одной версии теории и не видеть проблему ТЭ. Вы как в СССР, значит, нужно было верить в Брежнева и всё, так и вы, верите только в одно и не спускаете с глаз занавесь. Скажу вам так, Нерешенные проблемы СТЭ, в течение последних десятилетий в отечественной и зарубежной литературе растет число возражений в адрес этой теории. Более того, имеется конкурирующая парадигма, эпигенетическая теория, претендующая на роль нового эволюционного синтеза. Вообщем проблем много. Приведу пример вам: Нередуцируемая (неупрощаемая) сложность, "Жгутик" комплексный анализ показывает, что нет никаких препятствий для постепенной эволюции Жгутика. существуют органы и системы, которые не могут развиться путем эволюции по причине бесполезности органа при неполном развитии а так же аргументы к неупрощаемой сложности можно назвать проблемой ТЭ для таких органов и процессов, как, например, глаз. Продолжить или достаточно? (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

                • X

                  Так много писали о проблемах и так много написали, а в конце упомянули только глаз. Глаз развивался не только у прямых предков людей, но и гораздо раньше. Вообще считают ученые, предки людей довольно долго эволюционировали. И глаза в том числе. Если вам так интересно, то покопайтесь в генетических исследованиях

                  • naturalniy

                    Напишите пожалуйста, сколько времени эволюционировал глаз, учитывая возраст вселенной 14 миллиардов лет и прошу мне скажите за какое время остальные органы человека обрели сегодняшний вид т.к. по такому короткому времени не укладывается Естественный отбор+Мутация. Объясните почему у нас два глаза а не один, ведь один глаз тоже видит, зачем нам два? Два уха? Одно сердце? предоставьте факты эволюции а не просто болтовню. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

                • SIR1US

                  О, аргумент нечленимой сложности) Хочу огорчить вас, но информация у вас устаревшая. Под жгутиком вы, наверное, подразумеваете жгутиковый мотор бактерий, который является единственным природным примером свободно вращающейся оси. "Аргумент" о нечленимой сложности данной структуры(и не только) был выдвинут ещё креацианистом Михаэлем Бехе в 1996 году, а в 2005, он был участником судебного процесса, выступал экспертом со стороны креацианистов, где все его примеры были разбиты в пух и прах. Что касается бактериального жгутика, то вам стоит рассмотреть механизм под названием "секреторная система третьего типа", которая используется паразитическими бактериями для вывода из клетки токсичных веществ. Именно это структура является предшественником жгутика. Что же касается глаза, то его происхождение было рассмотрено ещё Дарвином. В "Происхождении видов" целая глава посвящена "трудностям теории происхождения посредством модификации", в качестве примера, как раз, выбран глаз. Также происхождение глаза(а также крыла) очень подробно рассматривается в научно-популярной книге Р. Доккинза "Поднимаясь на пик невероятного". Да куча литературы по вопросу нечленимой сложности. Ну а вкратце, глаз берет свое начало из обычных светочувствительных клеток, которые усложняясь и превратились в глаз. Наглядно это показано в одной из серий фильма "Космос: пространство и время". Почему их два? Потому что они обеспечивают максимальный обзор при минимально возможных затратах энергии, в первую очередь, придают зрению такую функцию, как стереоскопичность. На данный момент нет таких структур в живом организме, которые не могли бы развиться в ходе эволюции. Как только таковые будут найдены, ТЭ будет отвергнута научным сообществом. Но это также невозможно, как нахождение ископаемого скелета млекопитающего в девонском периоде. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                  • naturalniy

                    Прям как тарам парам траля ляяя ))) где факты? (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

                    • SIR1US

                      О_О Что вы понимаете под фактами? Вам надо показать, как светочувствительные клетки в глаз превращаются? Как раз таки вы, совершенно безосновательно, решили объявить некие структуры нечленимо сложными. Я вам объяснил, что это не так. За подробностями обращайтесь в специализированную литературу. Научных трудов по этому поводы тысячи. Можете начать с научно-популярных книг, чтобы было понятнее. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  3. Raim92

    Если говорить про религию, тут будет больше споров и больше вопросов чем ответов.
    Поэтому легче принять то, что каждый верит во что хочет или вовсе не верит.
    Но соглашусь, вера в сверхьестественные существа якобы наблюдающего за тобой смешна. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

  4. Raim92

    А вот война это пустая трата ресурсов, времени и другого добра, как бы это банально не звучало (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

  5. Eugene735

    Бесспорно всем интересно высказать и обсудить свое мнение, но обратимся к логике. Не стоит считать что мы единичный прецедент. Ведь сами подумайте. Мы прекрасно с вами знаем что жизнь может зарождается в самых экстремальных условиях, главное что бы были составляющие для этого. Далее мы знаем что мы далеко не единственная экзопланета, а если вообще начать перебирать все планеты и спутники которые могут дать все возможные условия то число которое мы в итоге получим даст повод вам все таки более не спорить по этому вопросу. Согласитесь вселенная она ведь не маленькая. А что касательно одного идейного лидера: мы все очень разные по своей (форме) и содержанию, но есть одно но, которое называется наше завтра. Мы должны уже сейчас думать о нем. Ведь в одиночку ты максимум сможешь дать какие то возможности только 2 поколениям, это детям и если повезет внукам. Но сами подумайте, вы по сути источник целого рода из многих поколений и я не думаю что вы хотели бы что бы весь ваш род сводится только к одной цели, это выжить. Не факт что война не придет завтра в ваш двор, не факт что вам не придется страдать от голода, не факт что какие либо бедствия вас обойдут. Мы не защищены. И мы это знаем. Будем реалистами. Мы можем долго строить из себя несмеренных, но выход только один: через тернии к звездам (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

    • naturalniy

      Вселенная не вечная, ведь мы все знаем что есть определенное время существования у звезд, есть как начало так и конец. Вселенная когда-то остановится и исчезнет навсегда. Нигде нам нет жизни в этом космосе. Такой идеальной обстановки нет в других галактиках, такой точной выстроенной в ряд планет как в нашей галактики нет нигде, нет той же луны и того же солнца который светил бы из предельно точного расстояния до похожего на нашу землю и чтобы был пригодной существованию человека, нет нигде для нас жизни как на планете Земля. Мы полностью приспособлены к жизни на Земле и больше нигде мы не выживем, как бы мы не хотели удочки смотать в другие звезды (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

      • matb

        А кто сказал что эти условия идеальны? Это все относительно. Это идеальный только для земной жизни. И почему жизнь может быть только углеродной? (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.