Лучшее казино в мире

Требования и ограничения для жизни в контексте экзопланет

Вклад авторов: CPM разработал исследование, провел исследования, предоставил новые реагенты / аналитические инструменты, проанализировал данные и написал статью.

Значение

Наше понимание жизни на экзопланетах и ​​экзолунах должно основываться на том, что мы знаем о жизни на Земле. Жидкая вода - это обычное экологическое требование для жизни на Земле. Температура на экзопланете - это первый параметр, который следует учитывать как из-за ее влияния на жидкую воду, так и из-за того, что ее можно напрямую оценить с помощью орбитальных и климатических моделей экзопланетных систем. Жизни нужно немного воды, но пустыни показывают, что даже немного может быть достаточно. Для фотосинтеза требуется лишь небольшое количество света от центральной звезды. Некоторое количество азота должно присутствовать для жизни, а присутствие кислорода было бы хорошим индикатором фотосинтеза и, возможно, сложной жизни.

Абстрактный

Требования к жизни на Земле, ее элементный состав и пределы окружающей среды позволяют оценить обитаемость экзопланет. Температура имеет ключевое значение как из-за ее влияния на жидкую воду, так и потому, что ее можно напрямую оценить с помощью орбитальных и климатических моделей экзопланетных систем. Жизнь может расти и воспроизводиться при температурах от –15 ° C до 122 ° C. Исследования жизни в экстремальных пустынях показывают, что в засушливом мире даже небольшое количество дождя, тумана, снега и даже атмосферной влажности может быть достаточным для фотосинтетического производства, производящего небольшое, но обнаруживаемое микробное сообщество. Жизнь способна использовать свет на уровнях менее 10 -5 солнечного потока на Земле. Ультрафиолетовое или ионизирующее излучение может переноситься многими микроорганизмами на очень высоких уровнях и вряд ли будет ограничивать жизнь на экзопланете.Биологически доступный азот может ограничивать обитаемость. Уровни O2 более нескольких процентов на экзопланете будет соответствовать присутствию многоклеточных организмов, а высокие уровни O 2 в земных мирах указывают на кислородный фотосинтез. Другие факторы, такие как pH и соленость, могут меняться и не ограничивать жизнь на всей планете или луне.

Список экзопланет быстро увеличивается с разнообразием масс, орбитальных расстояний и типов звезд. Длинный список побуждает нас задуматься о том, какой из этих миров может поддерживать жизнь и какой тип жизни может там жить. Единственный подход к ответу на эти вопросы основан на наблюдениях за жизнью на Земле. По сравнению с астрономическими целями, жизнь на Земле легко изучать, и наши знания о ней обширны, но они не полны. Самая важная область, в которой нам не хватает знаний о жизни на Земле, - это ее происхождение. У нас нет единой теории происхождения жизни, мы не знаем время или место (1). Что мы действительно знаем о жизни на Земле, так это то, из чего она сделана, и мы знаем ее экологические требования и ограничения. Таким образом,Неудивительно, что большинство дискуссий, связанных с жизнью на экзопланетах, сосредоточено на требованиях к жизни, а не на ее происхождении. В этой статье мы придерживаемся того же подхода, но позже вкратце вернемся к вопросу о происхождении жизни.

Пределы жизни

Есть два несколько разных подхода к вопросу о пределах жизни. Первый подход - определить требования к жизни. Второй подход заключается в определении экстремальных условий, в которых могут выжить адаптированные организмы, часто называемые экстремофилами. Обе точки зрения имеют отношение к вопросу о жизни на экзопланетах.

Полезно разделить требования для жизни на Земле на четыре категории: энергия, углерод, жидкая вода и различные другие элементы. Они перечислены в Таблице 1 вместе с возникновением этих факторов в Солнечной системе (2). В нашей Солнечной системе именно наличие жидкой воды, по-видимому, ограничивает появление обитаемой среды, и это, по-видимому, относится и к экзопланетным системам.

Таблица 1.

Экологические требования для жизни

Требование Возникновение в Солнечной системе
Энергия Общий
Преимущественно легкие Фотосинтез при уровне освещенности 100 а.е.
Химическая энергия например, H2+ CO2→ CH4+ H2O
Углерод Обычно как CO2и CH4
Жидкая вода Редко, только на Земле наверняка
N, P, S, Na и другие элементы Вероятно, будет обычным

Из основных термодинамических соображений ясно, что жизнь требует источника энергии. Для обеспечения метаболизма и роста жизнь на Земле использует только один источник энергии: связанный с переносом электронов посредством химических реакций восстановления и окисления. Например, производящие метан микробы используют реакцию CO 2 с H 2 с образованием CH 4.. Фотосинтезирующие организмы используют светопоглощающий белок, такой как хлорофилл, бактериохлорофиллы и бактериородопсин, для преобразования энергии фотонов в энергию электрона, который затем завершает окислительно-восстановительную реакцию. Электроны окислительно-восстановительной реакции используются для создания электрохимического градиента через клеточные мембраны (3). Это происходит в митохондриях большинства эукариот и в клеточной мембране прокариотических клеток. Недавно было показано, что электроны, поступающие непосредственно в виде электрического тока, также могут управлять микробным метаболизмом (4). Хотя жизнь может обнаруживать и генерировать другие источники энергии, включая магнитные, кинетические, гравитационные, температурные градиенты и электростатические, ни один из них не используется для метаболической энергии.

Углерод играет доминирующую роль в качестве основной молекулы биохимии земной жизни и широко распространен в Солнечной системе. Однако обилие углерода не может быть полезным показателем обитаемости экзопланеты. Это проиллюстрировано на рис. 1, который показывает, что Земля значительно обеднена углеродом по сравнению с внешней Солнечной системой. Подавляющее большинство углерода на Земле хранится в осадочных породах земной коры. Однако, поскольку легкие углеродсодержащие молекулы летучие - CO 2 , CO и CH 4 - достаточный углерод присутствует на поверхности Земли, а также на Марсе и Венере.

Углерод в Солнечной системе как отношение количества к общему количеству тяжелых элементов (>He) для различных объектов Солнечной системы. Углерод истощается во внутренней части Солнечной системы. Х ось не является истинной шкалы расстояний , но объекты упорядочены по мере увеличения расстояния от Солнца Данные взяты из следующих сборников: кометы и углистые хондриты I типа, CI (72); жизнь (73); Земля и Венера (74); Солнце, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун (75). Марс не показан, потому что размер его резервуара углерода неизвестен. Рисунок из исх. 76.

Жизнь на Земле использует огромное количество элементов, доступных на поверхности, помимо углерода. Однако это не доказывает, что эти элементы абсолютно необходимы для жизни на основе углерода в целом. Помимо H 2 O и C, элементы N, S и P, вероятно, являются ведущими кандидатами на статус требуемых элементов. Таблица 2, адаптированная из Дэвиса и Коха (5), перечисляет распределение элементов в космосе и на Земле и сравнивает их с общими элементами в жизни - представленными людьми и бактерией Escherichia coli.. Если присутствуют жидкая вода и биологически доступный азот, то фосфор, калий, натрий, сера и кальций могут быть следующими в списке требований, поскольку это следующие по распространенности элементы в бактериях. Однако окончательного списка нет, и любой список будет зависеть от рассматриваемого организма; например, для обитаемости метаногенов требуется высокий уровень никеля (6). В строгом смысле обитаемость может быть подтверждена только путем указания места обитания; нет окончательного списка. Из этих вторичных элементов, вероятно, на экзопланете больше всего под вопросом будет N, как обсуждается ниже. Сера и фосфор и практически все остальные элементы, перечисленные Дэвисом и Кохом (5), используемые в жизни, имеют основные тугоплавкие фазы при температурах жидкой воды и должны быть доступны, если вода и горные породы взаимодействуют.

Таблица 2.

Содержание элементов по массе

1 Космический,% Земной коры, % Люди,% Бактерии ( Е . Палочка ),%
1 ЧАС 70,7 О 46,6 О 64 О 68
2 Он 27,4 Si 27,7 C 19 C 15
3 О 0,958 Al 8,13 ЧАС 9 ЧАС 10.2
4 C 0,304 Fe 5.00 N 5 N 4.2
5 Ne 0,174 Ca 3,63 Ca 1.5 п 0,83
6 Fe 0,126 Na 2,83 п 0,8 K 0,45
7 N 0,110 K 2,59 S 0,6 Na 0,40
8 Si 0,0706 Mg 2,09 K 0,3 S 0,30
9 Mg 0,0656 Ti 0,44 Na 0,15 Ca 0,25
10 S 0,0414 ЧАС 0,14 Cl 0,15 Cl 0,12

Второй подход к требованиям к жизни основан на способностях экстремофилов к целому ряду факторов окружающей среды. В таблице 3 перечислены пределы жизни в экстремальных условиях. Наше понимание требований к жизни, перечисленных в Таблице 1, не изменилось на протяжении многих лет. Напротив, пределы жизни, перечисленные в Таблице 3, за последние несколько десятилетий изменились несколькими существенными способами. Если сравнить список пределов жизни, составленный несколько десятилетий назад (7), с таблицей 3, наиболее заметным изменением является предел высокой температуры. Он был повышен с 80 ° C до 122 ° C (8). Было много дискуссий о пределах жизни и их применении к поиску жизни в других мирах (9–11), и было осознано, что пределы меняются, когда организмы сталкиваются с несколькими экстремальными условиями одновременно (12).

Таблица 3.

Экологические ограничения жизни

Параметр Предел Примечание
Более низкая температура ∼ −15 ° С Ограничено жидкой водой, связанной с тонкими пленками или солевыми растворами
Верхняя температура 122 ° С Растворимость липидов в воде, стабильность белка
Максимальное давление 1100 атм Ref. 10
Приглушенный свет ∼0.01 мкмоль м −2 ⋅s −1 = 5 × 10 −6 прямой солнечный свет Водоросли подо льдом и в глубоком море
pH 0–12,5
Соленость Насыщенный NaCl Зависит от соли и температуры
Водная активность 0,6 Дрожжи и плесень
0,8 Бактерии
УФ ≥1,000 Дж м −2D. Radiodurans
Радиация 50 Гр / ч D. Radiodurans рост при постоянной дозе
12,000 Гр Острая доза, более высокая для сухого или замороженного состояния

Изменено из исх. 2; Ультрафиолетовые и радиационные записи из исх. 42.

В то время как пределы жизни в некоторой степени изменились за последние несколько десятилетий, произошли более радикальные изменения в нашем понимании того, где можно найти микробные экосистемы. Яркие примеры открытия неожиданных микробных экосистем включают эндолитические микроорганизмы в холодной антарктической пустыне (13), горячие глубоководные жерла (14), холодные глубоководные жерла (15), глубоко в базальте (16), глубоко под землей. (17), а также в покрытом льдом антарктическом озере, которое было закрыто на протяжении тысячелетий (18). Некоторые аспекты этих недавно открытых экосистем заслуживают комментария: во-первых, найденные организмы не являются чужеродными и наносятся на карту в ожидаемых областях древа жизни; во-вторых, за исключением высокотемпературных жерл, организмы не сильно расширяют пределы жизни, происходящие из более приземленных и доступных экосистем; в третьих,сами организмы не считают эти необычные условия экстремальными и обычно хорошо приспособлены к условиям, в которых они живут; и, в-четвертых, организмы в этих средах в целом не контролируют физическую среду (температуру и давление) своей собственной метаболической активностью, а скорее живут в местах, где местные физические условия подходят, даже когда эти среды обитают в более крупных негостеприимных районах. Урок, который следует извлечь из этих открытий, заключается в том, что микробная жизнь чрезвычайно искусна в поиске мест для жизни, и мы не умеем предвидеть, насколько маленькие среды могут быть пригодны для обитания в других бесплодных местах: микробная жизнь более умна, чем мы. Это фактор, который должен информировать нас об обитаемости экзопланет.

Стратегия экзопланет

Учитывая общие требования для жизни (Таблица 1), элементный состав жизни (Таблица 2) и пределы окружающей среды для жизни (Таблица 3), мы можем рассмотреть, как оценить обитаемость окружающей среды на экзопланете. Может показаться логичным сосредоточиться на первичном производстве, потому что без этого не может быть экосистемы. Однако возможно, что фотохимические процессы в атмосфере экзопланеты играют роль первичной продукции, как было предложено для Титана (19). Многие из ограничений жизни в Таблице 3, такие как pH и соленость, вряд ли будут экстремальными для всего мира. Как и на Земле, они будут определять распределение жизни в мире, но не ее возможное возникновение, и поэтому в дальнейшем не рассматриваются.Ключевые параметры, которые могут быть экстремальными для всего мира, и порядок, в котором они могут ограничивать любую жизнь на экзопланете, перечислены в таблице 4.

Таблица 4.

Контрольный список для обитаемости внесолнечной планеты

Требование Примечание
1. Температура и состояние воды T от -15 ° C до 122 ° C, P >∼0,01 атмосферы
2. Наличие воды Несколько дней в год, когда идет дождь, туман, снег или относительная влажность>80%
3. Источники света и окислительно-восстановительной энергии.
4. УФ и ионизирующее излучение Пределы на примере D. radiodurans (Таблица 3)
5. Азот Достаточно N 2 для фиксации или присутствует фиксированный азот
6. O 2 Для поддержания сложной жизни необходимо более 0,01 атмосферы.

Самым важным параметром земной жизни является наличие жидкой воды, которая напрямую зависит от давления и температуры. Температура имеет ключевое значение как из-за ее влияния на жидкую воду, так и из-за того, что ее можно напрямую оценить по орбитальным и климатическим моделям экзопланетных систем. Мы можем рассматривать холодные и горячие пределы.

Температура, предел холода.

Многие организмы могут расти и воспроизводиться при температурах значительно ниже точки замерзания чистой воды, поскольку их внутриклеточный материал содержит соли и другие растворенные вещества, которые понижают точку замерзания раствора. Недавно Mykytczuk et al. (20) сообщили об изоляте из арктической вечной мерзлоты, который растет и делится при -15 ° C, самой низкой температуре, продемонстрированной на сегодняшний день, и метаболически активен при -25 ° C в мерзлых почвах. Тонкие пленки воды на границе между льдом и зернами почвы, дополненные любыми растворенными веществами, обеспечивают достаточное количество воды для жизни при таких низких температурах (20, 21). Снежные водоросли Chlamydomonas nivalisпроцветает в жидкой воде, связанной со снегом, окрашивая ее в красный цвет, но водоросли получают выгоду от внешних процессов, которые тают снег (22, 23). Микробная активность может генерировать достаточное количество тепла в вечномерзлых почвах (а также на свалках и компостах), так что оно является основным фактором таяния (24, 25), но не известно о существовании организмов, использующих метаболическую энергию напрямую, например, через ферменты, преодолеть скрытую теплоту плавления льда, тем самым разжижая его.

Температура, горячий предел.

Многие из обнаруженных к настоящему времени экзопланет имеют высокие температуры поверхности, и поэтому высокотемпературный предел жизни представляет особый интерес. Takai et al. (8) показали рост, выживание и производство метана метаногеном при 122 ° C, где высокое давление (20 МПа, ~ 200 атмосфер) стабилизировало жидкую воду. При более высоком давлении вода может быть жидкой при даже более высоких температурах. Однако по мере того, как вода нагревается и поддерживается как жидкость под давлением, диэлектрическая проницаемость и полярность жидкости резко снижаются, что значительно изменяет ее характеристики как растворителя и ее взаимодействие с растворенными биомолекулами, в частности липидами, а также белками и нуклеиновыми кислотами. кислоты. При 200 ° C диэлектрическая проницаемость составляет примерно половину значения комнатной температуры (26).Вероятно, что дестабилизация липидных бислоев по мере того, как они становятся растворимыми в воде с более низкой диэлектрической проницаемостью, является тем, что устанавливает высокотемпературный предел жизни. Поэтому, возможно, неудивительно, что организмы, способные выдерживать самые высокие температуры, - это археи (8, 27), поскольку их мембранные липиды удерживаются вместе с помощью эфирных связей, которые химически более устойчивы, чем сложноэфирные связи, которые используются в мембранах nonarchaea. Денатурация белков температурой, по-видимому, также играет роль (28). Горячая вода в контакте с горными породами может эффективно генерировать или рециркулировать окислительно-восстановительные пары - это было предложено для внутренней части Энцелада (29).Такие экосистемы представляют собой убедительный пример возможной жизни под океаном экзопланеты или экзопланеты и даже могут быть достаточно продуктивными, чтобы поддерживать многоклеточную жизнь - в присутствии O2 -богатая среда. На рис. 2 изображен краб у гидротермального источника Лост-Сити.

Высокотемпературный предел жизни в подводных жерлах может поддерживать сложную жизнь. Краб на гидротермальном участке затерянного города. Изображение любезно предоставлено Д. Келли, Вашингтонский университет, Исследовательский институт, Партия науки «Затерянный город» Института археологической океанографии Университета Род-Айленда и Национальное управление океанических и атмосферных исследований.

Вода, сухой лимит.

В мирах, где температура находится в пределах указанного выше диапазона, жизнь может быть ограничена наличием воды; Марс является примером этого. Таким образом, представляет интерес сухой предел жизни. В сухой среде фототрофы ищут убежище и воду, удерживаемую в скалах и под ними. На рис. 3 показаны фотосинтезирующие цианобактерии и лишайники из нескольких засушливых пустынь. Рис. 3 А показывает эндолитических цианобактерий , которые живут чуть ниже поверхности галита пород в сухом ядре пустыне Атакама (30). Вода, поддерживающая их рост, поступает из поглощения атмосферной влаги за счет растворения соли (31). Рис.3 Bпоказывает зеленую биопленку цианобактерий, которые живут под полупрозрачными камнями во многих пустынях, выживая всего лишь за несколько дней дождя или тумана каждый год (32–34). Показанный пример взят из необычной карбонатной породы из пустыни Мохаве, которая прозрачна внутри, но покрыта красным налетом (35, 36). На рис. 3C показаны лишайники, образующие зеленый и черный слой внутри песчаника из Сухих долин Антарктиды, которые получают воду от таяния случайного снега (37, 38). Эти примеры показывают, что небольшого количества дождя, тумана или снега и даже атмосферной влажности может быть достаточно для фотосинтетического производства, производящего небольшое, но обнаруживаемое микробное сообщество.

Фотосинтез в сухой среде. В самых засушливых условиях на Земле фотосинтез происходит внутри и под камнями. ( A ) Зеленый слой цианобактерий, живущих чуть ниже поверхности галитовых пород в сухом ядре пустыни Атакама (30). ( B ) Перевернутые образцы карбонатных полупрозрачных пород с красным покрытием из пустыни Мохаве, показывающие зеленую биопленку цианобактерий, обитающих под камнем (32, 35, 36). ( C ) Лишайник, образующий зелено-черный слой внутри песчаника из Сухих долин Антарктиды (37). Масштаб на всех изображениях - 1 см. Изображения A , B и C любезно предоставлены J. Wierzchos, C. McKay и EI Friedmann, соответственно.

Энергия.

Энергия для жизни может поступать от химических окислительно-восстановительных пар, генерируемых геотермальными процессами, или от света центральной звезды. Геотермальный поток может возникать в результате ( i ) охлаждения планеты из-за ее гравитационной теплоты образования, ( ii ) распада долгоживущих радиоактивных элементов или ( iii)) приливное отопление для мира или луны на близкой орбите. Обратите внимание, что на Земле только крошечная часть геотермального тепла преобразуется в химическую энергию, тогда как около половины солнечного потока происходит на длинах волн, пригодных для фотосинтеза. Это ожидается, поскольку свободная энергия, доступная в тепловом потоке, намного меньше, чем у фотонов с низкой энтропией. Пример Земли показывает, что биосфера может оказывать влияние в глобальном масштабе и, следовательно, быть обнаруживаемой на межзвездных расстояниях, только когда она питается светом. Жизнь, основанная на химической энергии, полученной геотермальным путем, из-за энергетических ограничений всегда будет оставаться маленькой и незначительной в глобальном масштабе. Жизнь способна использовать свет на очень низких уровнях. Littler et al. (39) сообщили о росте красных макроводорослей на глубоких подводных горах при уровнях освещенности 0,01 мкмоль м −2 s −1. Raven et al.(40) рассмотрели минимальные уровни света для фотосинтеза и также пришли к выводу, что требуется 0,01 мкмоль м −2 s −1 (40) или ∼5 × 10 −6 прямого солнечного потока на Земле (2000 мкмоль м −2 ⋅). с −1). Даже на орбите Плутона уровни света превышают это значение в ∼100 раз. Было высказано предположение, что экзопланеты вокруг M звезд - общий тип звезд, излучающий больше в инфракрасном диапазоне по сравнению с Солнцем - могут поддерживать фотосинтез с использованием трех- или четырехфотонного фотона вместо двухфотонной системы, используемой в растениях. на Земле (41).Было высказано предположение, что экзопланеты вокруг M звезд - общий тип звезд, излучающий больше в инфракрасном диапазоне по сравнению с Солнцем - могут поддерживать фотосинтез с использованием трех- или четырехфотонного фотона вместо двухфотонной системы, используемой в растениях. на Земле (41).Было высказано предположение, что экзопланеты вокруг M звезд - общий тип звезд, излучающий больше в инфракрасном диапазоне по сравнению с Солнцем - могут поддерживать фотосинтез с использованием трех- или четырехфотонного фотона вместо двухфотонной системы, используемой в растениях. на Земле (41).

УФ и радиация.

Сложные формы жизни (например, люди) чувствительны к радиации, но доза, которую могут переносить многие микроорганизмы, удивительно высока с учетом естественных уровней радиации в окружающей среде. В таблице 3 перечислены переносимость и выживаемость при острой дозе для Deinococcus radiodurans , хорошо изученного почвенного гетеротрофа с высокой радиационной устойчивостью (42). Было высказано предположение , что высокая устойчивость излучения D . radiodurans возникает из-за адаптации к стрессу обезвоживания (43). Пустынные цианобактерии рода Chroococcidiopsis (показаны в их характерной гиполитической форме роста на рис. 3 B) чрезвычайно устойчивы к высыханию, ионизирующему излучению и ультрафиолетовому излучению (44, 45). Для обитания экзопланеты не требуется магнитное поле. Любое правдоподобное поле не могло бы отклонить галактические космические лучи, потому что эти частицы слишком энергичны. Эти частицы в первую очередь задерживаются массой атмосферы или поверхностных материалов. Масса столба атмосферы Земли эквивалентна 1 кг / см 2. Магнитное поле Земли действительно отклоняет солнечные протоны, направляя эти частицы в полярные регионы, создавая полярные сияния. Однако даже без магнитного поля эти частицы не проникли бы в атмосферу Земли и не достигли бы поверхности. Земля иногда теряет свое сильное дипольное поле во время инверсий поля. Эти события не коррелируют с исчезновениями в летописи окаменелостей.

Азот.

Для жизни нужен источник азота. После углерода азот, возможно, является самым важным элементом, необходимым для жизни (46). Эксперименты показали, что для фиксации аэробным микроорганизмам требуется минимум 1–5 × 10–3 атмосфер N 2 (47). Различные энергетические процессы, такие как полярные сияния, молнии и вулканы, могут преобразовывать N 2 в нитрат даже в атмосфере CO 2 (48). В восстановительных условиях внешней Солнечной системы N присутствует в виде аммиака, который также можно использовать с биологической точки зрения. Биологическая доступность азота является важным фактором определения пригодности для жизни на Марсе (49, 50).

Многоклеточная жизнь на Земле обычно зависит от кислородного обмена, и рост многоклеточной жизни в истории Земли отслеживал рост кислорода (51). Есть интересные исключения из связи между кислородом и многоклеточной жизнью (52, 53), и связь с O 2 может потребовать дальнейшего изучения (54). Тем не менее, уровни O 2, превышающие несколько процентов на экзопланете, будут соответствовать и, возможно, указывать на присутствие многоклеточных организмов. Оуэн (55) предположил, что O 2 и O 3 могут быть подходящими мишенями для спектроскопии в поисках доказательств существования жизни на экзопланетах и ​​экзолунах. Принято считать, что высокие уровни O 2 в земных мирах указывают на фотосинтез.

Происхождение жизни

Обсуждение жизни на экзопланете должно логически начинаться с рассмотрения возможного происхождения жизни в этом мире. Однако наше понимание происхождения жизни является спекулятивным, и поэтому мы можем только предполагать, что планеты с разнообразной пригодной для жизни средой также являются порождающими жизнь (1).

Как показано на рис. 4, полезно разделить теории происхождения жизни на Земле на две основные категории, в зависимости от того, возникла ли жизнь независимо в мире или была перенесена в этот мир откуда-то еще (1). Последнюю категорию обычно называют панспермией, и рассматривались варианты, которые включают как естественную, так и направленную панспермию (1).

Теории происхождения жизни на Земле, по классификации Дэвиса и Маккея (1), предназначены для Марса, но применимы к происхождению жизни на экзопланетах.

Существуют возможные схемы панспермии, относящиеся к экзопланетам. Напье (56) предположил, что жизнь может переноситься на пыли между звездами (см. Также ссылку 57), а другие предположили, что камни могут перемещаться между звездными системами (58, 59). Если бы такие частицы пыли или камни были включены в предпланетную туманность, то каждая образовавшаяся планета и луна были бы заражены жизнью.

Теории происхождения жизни, которые предполагают, что жизнь на Земле зародилась на Земле, помечены как «Земные» на рис. 4 и могут также применяться к подходящим экзопланетам. Ключевой вопрос для жизни на экзопланетах - как долго должны сохраняться условия обитания - жидкая вода - для зарождения жизни. Летопись окаменелостей на Земле дает лишь общие ограничения на то, сколько времени потребовалось для зарождения жизни на этой планете. Моделирование формирования Земли предполагает, что условия для жизни существовали не ранее 3,9 миллиарда лет назад. Самое раннее указание на возможную жизнь присутствует в записи изотопов углерода 3,8 миллиарда лет назад (60, 61), а убедительные доказательства существования жизни присутствуют 3,4 миллиарда лет назад (62). Таким образом, зарождение жизни произошло через 100–500 миллионов лет после образования Земли. Однако это только верхний предел.и процесс, возможно, был намного быстрее. В обзоре этого вопроса Ласкано и Миллер (63) предположили, что «несмотря на множество неопределенностей, связанных с оценками времени возникновения жизни и ее эволюции в цианобактерии, мы не видим убедительных причин предполагать, что этот процесс, происходящий от начало примитивного супа с цианобактериями заняло более 10 миллионов лет ». Однако Оргель (64) подверг критике этот вывод и заявил, что мы не понимаем шагов, ведущих к жизни; следовательно, мы не можем оценить необходимое время: «Попытки обойти эту существенную трудность основаны на недопонимании природы проблемы». Таким образом, до получения новых данных проблема происхождения жизни остается неразрешимой.Ласкано и Миллер (63) предположили, что «несмотря на множество неопределенностей, связанных с оценками времени возникновения жизни и ее эволюции до цианобактерий, мы не видим убедительных причин предполагать, что этот процесс, от зарождения примитивного супа до цианобактерий. , потребовалось более 10 миллионов лет ». Однако Оргель (64) подверг критике этот вывод и заявил, что мы не понимаем шагов, ведущих к жизни; следовательно, мы не можем оценить необходимое время: «Попытки обойти эту существенную трудность основаны на недопонимании природы проблемы». Таким образом, до получения новых данных проблема происхождения жизни остается неразрешимой.Ласкано и Миллер (63) предположили, что «несмотря на множество неопределенностей, связанных с оценками времени возникновения жизни и ее эволюции до цианобактерий, мы не видим убедительных причин предполагать, что этот процесс, от зарождения примитивного супа до цианобактерий. , потребовалось более 10 миллионов лет ». Однако Оргель (64) подверг критике этот вывод и заявил, что мы не понимаем шагов, ведущих к жизни; следовательно, мы не можем оценить необходимое время: «Попытки обойти эту существенную трудность основаны на недопонимании природы проблемы». Таким образом, до получения новых данных проблема происхождения жизни остается неразрешимой.потребовалось более 10 миллионов лет ». Однако Оргель (64) подверг критике этот вывод и заявил, что мы не понимаем шагов, ведущих к жизни; следовательно, мы не можем оценить необходимое время: «Попытки обойти эту существенную трудность основаны на недопонимании природы проблемы». Таким образом, до получения новых данных проблема происхождения жизни остается неразрешимой.потребовалось более 10 миллионов лет ». Однако Оргель (64) подверг критике этот вывод и заявил, что мы не понимаем шагов, ведущих к жизни; следовательно, мы не можем оценить необходимое время: «Попытки обойти эту существенную трудность основаны на недопонимании природы проблемы». Таким образом, до получения новых данных проблема происхождения жизни остается неразрешимой.

Жизнь титана

В предыдущих разделах рассмотрение жизни на экзопланетах было сосредоточено на земной жизни, требующей жидкой воды. Это, безусловно, разумная отправная точка в поисках жизни. Однако может оказаться, что жидкости, отличные от воды, также являются подходящей средой для углеродных форм жизни. Benner et al. (65) впервые предположили, что жидкие углеводороды на Титане могут быть основой жизни, играя роль воды для жизни на Земле. Эти исследователи пришли к выводу, что во многих смыслах углеводородные растворители лучше, чем вода, для управления сложной органической химической реакционной способностью. Существует также подходящая для жизни энергия окислительно-восстановительного потенциала. Органические молекулы на поверхности Титана (такие как ацетилен, этан и твердая органика) будут выделять энергию, если они вступят в реакцию с водородом, присутствующим в атмосфере, с образованием метана (19, 66).Ацетилен дает больше энергии. Однако все эти реакции кинетически ингибируются и, таким образом, могут быть использованы биологией, если будут разработаны подходящие катализаторы. Основываясь на этом, Маккей и Смит (19) предсказали, что признаком жизни в мире, подобном Титану, будет недостаток водорода, ацетилена и этана. Лунин (67) предположил, что миры и луны, подобные Титану, могут быть более распространены в галактике, чем миры, подобные Земле. Гиллиам и Маккей (68) показали, как миры, подобные Титану, вращающиеся вокруг звезд M-типа, могут поддерживать резервуары жидкого метана и этана на поверхности.Лунин (67) предположил, что миры и луны, подобные Титану, могут быть более распространены в галактике, чем миры, подобные Земле. Гиллиам и Маккей (68) показали, как миры, подобные Титану, вращающиеся вокруг звезд M-типа, могут поддерживать резервуары жидкого метана и этана на поверхности.Лунин (67) предположил, что миры и луны, подобные Титану, могут быть более распространены в галактике, чем миры, подобные Земле. Гиллиам и Маккей (68) показали, как миры, подобные Титану, вращающиеся вокруг звезд M-типа, могут поддерживать резервуары жидкого метана и этана на поверхности.

Титан - пример луны, представляющий интерес с точки зрения астробиологии. В нашей Солнечной системе Европа и Энцелад представляют аналогичный интерес. Действительно, кажется, что Энцелад отвечает всем требованиям для обитаемости (69). Давно признано, что спутники планет-гигантов могут нагреваться за счет приливного нагрева первичной планеты и получать достаточно света от центральной звезды для обеспечения фотосинтеза (70). Это обеспечивает модель возможных обитаемых спутников, вращающихся вокруг гигантских экзопланет (71).

Заключение

По мере увеличения числа известных экзопланет и экзолуний мы обязательно найдем миры, которые в разной степени напоминают Землю. Основываясь на нашем понимании жизни на Земле, мы можем представить контрольный список для размышлений о возможностях жизни в этих далеких мирах. ( i ) Является ли температура от -15 ° C до 122 ° C и общее давление достаточно высоким, чтобы поддерживать стабильность воды в жидком состоянии ( P >∼0,01 атмосферы)? ( ii ) Если мир засушливый, есть ли хотя бы несколько дней в году с дождем, туманом, снегом или относительной влажностью>80%? ( iii ) Существуют ли подходящие источники света или геотермальной энергии - свет определяется расстоянием от звезды, геотермальная энергия оценивается по объемной плотности? ( iv) Находятся ли УФ и ионизирующее излучение ниже (очень высоких) пределов микробной толерантности? ( v ) Существует ли биологически доступный источник азота? ( vi ) Если O 2 присутствует в атмосфере более 0,01, может существовать сложная жизнь, и присутствие O 2 является убедительным индикатором фотосинтетической жизни в земных мирах.

Без кейворда

$ 1000 и 1 час бесплатной игры в лучшем онлайн-казино. Такие изменения цен могут быть основаны на новостях, техническом анализе или просто слухах, которые будут у крупье.

На что похожи азартные игры в Монте-Карло?

Задолго до того, как Лас-Вегас или Макао приобрели известность, Монте-Карло был главным местом для азартных игр в мире.

Отстранение НФЛ Джоша Шоу показывает, как можно улучшить общение в эпоху легальных ставок на спорт

В связи с недавним объявлениемНФЛо приостановлении полномочий защитника Arizona CardinalsДжошаШоу, все участники легального рынка ставок на спорт в США должны держать глаза широко открытыми.

Что произойдет, если мои почки полностью откажутся?

Полная и необратимая почечная недостаточность иногда называют терминальной стадией почечной недостаточности или ТПН.

Будут ли карты гаплотипов полезны для поиска генов?

С момента появления в литературе идея исследования неравновесия сцепления (LD) на основе карт гаплотипов была предметом споров.

Больше новостей
8-25

Ставки на матч EU4IA - Ben's Anime Team

8-7

Сделать ставку easypogubam - milk

2-21

Ставки Recursive - 5Aces eSport

9-2

Ставка на игру Otter eSports - London Conspiracy Female

6-8

Ставки на матч TOTALLY GUS - EviI Corporation

1-53

Ставки на игру Big Lions - 10 Rounds

Больше ставок