Ar mes Visatoje esame vieni?

Stebėdami žvaigždėtą dangų dažnai sau leidžiame pasvajoti ir užduoti klausimus: kaip atrodo kiti nežemiški pasauliai ir ar ten egzistuoja gyvybė, ar ji panaši į Žemėje esančią, o gal mes esame vieni visoje Visatoje? Astrofizikai ir chemikai nežemiškos gyvybės bando ieškoti įvairiais moksliniais metodais. Jie stebi dangų ir atlieka astronominius tyrimus įvairių bangos ilgių teleskopais. Radioteleskopais, tartum didelėmis ausimis, klausosi dangaus laukdami nežemiško signalo. Stebėdami kitų žvaigždžių egzoplanetas stengiasi aptikti gyvybės požymių, pavyzdžiui, junginių, susijusių su gyvybės buvimu. Tiria meteoritus, kometas ir mūsų Saulės sistemos planetų paviršius ir bando rasti įrodymų apie ten esančių mikroorganizmų liekanas arba biogeninius junginius, kurie pateiktų užuominų apie nežemiškos gyvybės egzistavimą.

Ar Marse kada nors egzistavo gyvybė?

Viena iš perspektyviausių nežemiškos gyvybės buvimo vietų yra Marsas, nes ši planeta priklauso gyvybės zonai Saulės sistemoje. Marse gali būti tinkamos sąlygos skystam vandeniui išsilaikyti planetos paviršiuje arba tokios sąlygos kadaise ten buvo. Amerikos ir Europos kosmoso agentūros yra išsiuntusios į Marsą nepilotuojamas misijas, pavyzdžiui, „Mars Exploration Rover“ su marsaeigiais „Perseverance“, „Opportunity“ ir „Curiosity“. Šie marsaeigiai yra aprūpinti instrumentais, skirtais tyrinėti Marso paviršių ir ieškoti gyvybės požymių. Pasitelkus šiuos nepilotuojamus aparatus, cheminės ir geologinės analizės metodais ieškoma organinių junginių arba kitų potencialių gyvybės žymenų. Dabar tyrinėjamų uolienų ir dirvožemio mėginiai, paimti iš senovinio ežero ir upės deltos Marso Jezero krateryje (1 pav.), galėtų parodyti, ar Raudonojoje planetoje kada nors egzistavo gyvybė. Šiuose mėginiuose netgi gali būti senovėje gyvenusių mikroorganizmų liekanų – mikrofosilijų. Todėl planuojamos misijos, iš kurių bus galima pargabenti Marso grunto mėginių.

1 pav. Pirmoji Jezero kraterio nuotrauka, daryta marsaeigio „Perseverance“. Wikimedia / NASA nuotr.

Be jokios abejonės, nežemiškos gyvybės atradimas padarytų revoliuciją gamtos pažinimo filosofijoje, nes žengtume didelį žingsnį link atsakymo į klausimą „Ar mes Visatoje esame vieni?“. Kokia ta nežemiška gyvybė galėtų būti? Galbūt mes darome klaidą manydami, kad ši mūsų ieškoma nežemiška gyvybė bus panaši į žemiškąją. Iš ko ji gali būti sudaryta? Gal ji turės dar mums nepažintus metabolizmo mechanizmus ir į žemiškąją bus visiškai nepanaši? Todėl mokslininkai turi rasti vieną visoms gyvybės formoms būdingą žymenį. Manoma, kad šis žymuo galėtų būti vienachiraliai junginiai.

Svarbiausias gyvybės žymuo – vienachirališkumas

Chirališkumas yra visur Visatoje paplitęs reiškinys, būdingas įvairiems objektams – nuo molekulių iki galaktikų. Tai cheminės struktūros savybė, kuria pasižymintys junginiai negali būti sutapatinti su savo veidrodiniais atspindžiais ir neturi simetrijos centrų. Pagrindinė chiralinio junginio ypatybė yra ta, kad jis turi du enantiomerus, tai yra struktūriškai ir cheminės sudėties atžvilgiu vienodas, bet tarpusavyje nesutampančias struktūras. Šiuos enantiomerus galima įsivaizduoti kaip dešinės ir kairės rankos delnus, kurie yra vienas kito veidrodiniai atspindžiai. Taigi enantiomerai yra tos pačios cheminio junginio molekulės, bet skirtingai išsidėsčiusios erdvėje. Tai reiškia, kad dešininis (D) enantiomeras – tartum dešinė ranka – negali būti sutapatinamas su kairiniu (L) enantiomeru – kaire ranka (2 pav.). Enantiomerai turi vienodas chemines (reaktingumas) ir fizikines (lydymosi, virimo temperatūra ir pan.) savybes, tačiau skiriasi savo sąveika su poliarizuota šviesa, todėl jie dar vadinami optiškai aktyviais junginiais. Junginius, kurie egzistuoja vieno enantiomero forma, vadiname vienachiraliais.

2 pav. Chiralinės molekulės yra gyvosios gamtos žymuo. Jos yra tartum rankos, nes negali sutapti viena su kita. Iliustraciją sugeneravo dirbtinis intelektas DALL-E

Negyvojoje gamtoje chiralinių molekulių – vienos ir kitos pusės rankų – yra vienodi kiekiai, tačiau biologinės kilmės sudėtingos molekulės (baltymai, DNR, RNR) yra vienachiralės. Ir kas dar įdomiau, biologinės molekulės yra vieno chirališkumo, t. y. beveik 100 proc. dominuoja vieno tipo – D arba L –enantiomerai. Pavyzdžiui, aminorūgštys, iš kurių sudaryti visi baltymai ir fermentai, gamtoje yra L- enantiomerai, o karbohidratai (cukrūs) – D-enantiomerai. Vienachirališkumas yra svarbiausias gyvybės žymuo, nes ši struktūrinė molekulių savybė reguliuoja jų atpažinimo atrankumą. Gyvybiškai svarbios molekulės, tokios kaip fermentai, DNR, RNR ir receptoriai bei kiti baltymai, yra vienachiralės ir gali atpažinti tik tam tikrą enantiomerą – tartum viena ranka gali pasisveikinti su kita tokia pat ranka. Tai leidžia organizmui tikslingai kontroliuoti cheminių junginių sąveikas ir procesus. Jei gyvuose organizmuose nebūtų vienachiralių molekulių, juose negalėtų vykti tiek daug įvairių biocheminių atpažinimo, informacijos perdavimo, oksidacijos bei redukcijos reakcijų. Be to, vienachiralės molekulės gali formuoti unikalias struktūras, kurios yra gyvybiškai svarbios. Pavyzdžiui, DNR ir RNR molekulės – esminės genetinės informacijos dalys – yra vienachiralės ir turi spiralinę struktūrą. Dėl molekulių vienachirališkumo formuojasi save organizuojančios sudėtingos ir stabilios biologinės struktūros, o tik tokios biostruktūros gali atlikti informacijos saugojimo, organizmo struktūros palaikymo ir biokatalizatoriaus funkcijas. Taigi galima sakyti, kad chirališkumas yra susijęs su gyvybės evoliucija. Ankstyvosios gyvybės formos, kurios įgavo galimybę atpažinti ir naudoti tam tikrą chiralinę informaciją, vykstant evoliucijai galėjo įgyti pranašumą. Tai gali paaiškinti vienachiralio pasirinkimo tendenciją biologinių sistemų molekulėse. Visų šių priežasčių sąveika leidžia teigti, kad vienachirališkumas yra svarbiausias gyvybės atsiradimo ir vystymosi veiksnys.

Chiralinės molekulės yra paplitusios ne tik Žemėje

Pastebėta, kad kai kurie meteoritai turi aminorūgščių ir kitų organinių vienachiralių junginių. Pavyzdžiui, anglingųjų chondritų klasės Merčisono meteorite (3a pav.), 1969 m. nukritusiame netoli Merčisono miestelio Australijoje, buvo rasta α-metilaminorūgščių, kuriose iki 18 proc. pertekliaus būta L-enantiomerų. Prisiminkime, kad L-aminorūgštys dominuoja Žemės gyvojoje gamtoje! Vėliau vienachiralės aminorūgštys buvo aptiktos ir kituose į Žemę nukritusiuose meteorituose. Visa tai rodo, kad chiralinės molekulės yra paplitusios ne tik Žemėje, bet ir kosminėje aplinkoje. Tai suteikia mums viltį, kad šio chirališkumo molekulių bus ir kitose mūsų Saulės sistemos planetose, taip pat – kad ten galbūt esančios ar buvusios gyvybės pagrindas bus anglis, t. y. L-aminorūgštys, kurių nežemišką kilmę patvirtino anglies izotopų analizė. Daug vilčių teikė anglinio asteroido Ryugu (162173) (3b pav.) tyrimai, nes visai neseniai buvo gauti jo mėginiai, kuriuos atgabeno automatinis erdvėlaivis „Hayabusa2“ (3c pav.). Šiuose mėginiuose buvo rasta didelė įvairovė organinių junginių, taip pat ir mažas kiekis aminorūgščių. Tačiau šiuose mėginiuose L- ir D-aminorūgštys buvo aptiktos kaip raceminis – abiejų rankų mišinys. Kol kas nėra išsamiai ištirtas vienachiralių molekulių Marso grunte buvimas. Tačiau su naujomis kosminėmis misijomis ir tobulėjant analizės metodams ateityje gali būti gauta daugiau informacijos apie vienachirales molekules Marso grunte ir jų reikšmę šios planetos biochemijoje. Taip pat ir Mėnulio grunte iki šiol nebuvo rasta jokių vienachiralių molekulių, nes jo grunto tyrimai, atlikti naudojant „Apollo“ misijų mėginius, labai ribotai apėmė organinius junginius, įskaitant aminorūgštis ir jų chirališkumą.

3 pav. a) Merčisono meteorito nuolauža; b) asteroido Ryugu (162173) nuotrauka, padaryta erdvėlaivio „Hayabusa2“; c) Wikimedia nuotr.

Tik pati pradžia

Kaip matote, žmonija tik pradeda ieškoti atsakymo į klausimą, ar mes Visatoje esame vieni. Atrasta nežemiška mikroskopinė gyvybė būtų astronominis žingsnis mūsų pačių pažinimo link, be to, šios naujos žinios praplėstų mūsų supratimą ir apie gyvybės Žemėje ištakas. Tai yra fundamentalus mokslo klausimas, tačiau norint į jį atsakyti reikia didelių taikomųjų ir technologijos mokslų tyrėjų pastangų. Tobulėjantys moksliniai tyrimų metodai, kaip spektroskopija, jau leidžia mūsų laboratorijose aptikti mažas vienachiralių molekulių koncentracijas. Šią įrangą būtų galima miniatiūrizuoti, automatizuoti ir įdiegti į būsimus marsaeigius. Kaip jau minėta, jei būtų aptiktos Saulės sistemos kūnuose, šios molekulės būtų rimta užuomina apie ten esančią ar buvusią gyvybę, be to, galėtų atskleisti paslaptį ir apie mūsų gyvybės atsiradimą. Spektroskopiškai aptiktų vienachiralių molekulių struktūra gali suteikti duomenų siekiant išsiaiškinti, ar ši galima gyvybė yra tokio pat vienachirališkumo kaip ir mūsiškė, o galbūt ji yra sudaryta ne anglies pagrindu, galbūt šiai gyvybei nereikia vandens ir ji gali gyvuoti speiguotuose angliavandeniliniuose Titano ežeruose ar kepinančiame Veneros ar Merkurijaus grunte. Kokia gyvybinga yra Žemė, mes jau žinome, nes gyvybę galime aptikti visuose, net neįtikėtinuose Žemės kampeliuose, bet ar gyvybė egzistuoja už Žemės ribų ir kokia – klausimas, vertas išsamiausių tyrimų, nes jis – apie mus pačius.