Панспермия (от древнегреческого πᾶν (пан) «все» и σπέρμα (сперма) «семя») — гипотеза о том, что жизнь существует во Вселенной , распространяясь космической пылью , [1] метеороидами , [2] астероидами , кометами , [ 3] и планетоидов , [4] , а также с космических кораблей, несущих непреднамеренное заражение микроорганизмами , [ 5 ] [ 6 ] [7], известное как ( направленная панспермия ). Теория утверждает, что жизнь зародилась не на Земле, а развилась где-то в другом месте и зародила жизнь, какой мы ее знаем.
Панспермия встречается во многих формах, таких как радиопанспермия, литопанспермия и направленная панспермия. Независимо от своей формы, теории обычно предполагают, что микробы, способные выжить в космосе (например, определенные типы бактерий или споры растений [8] ), могут оказаться в ловушке в обломках, выброшенных в космос после столкновений между планетами и небольшими телами Солнечной системы , в которых есть жизнь. . [9] Этот мусор, содержащий формы жизни, затем переносится метеорами между телами Солнечной системы или даже между солнечными системами внутри галактики. Таким образом, исследования панспермии концентрируются не на том, как зародилась жизнь, а на методах, которые могут распространить ее во Вселенной. [10] [11] [12] Этот пункт часто используется в качестве критики теории.
Панспермия — это маргинальная теория , пользующаяся небольшой поддержкой среди ведущих ученых. [13] Критики утверждают, что это не отвечает на вопрос о происхождении жизни , а просто помещает ее на другое небесное тело. Его также критикуют за то, что его невозможно проверить экспериментально. Исторически споры о достоинствах этой теории были сосредоточены на том, является ли жизнь повсеместной или возникающей во Вселенной. [14] Благодаря своей долгой истории, теория сохраняет поддержку и сегодня, при этом проводится некоторая работа по разработке математических трактовок того, как жизнь может естественным образом мигрировать по Вселенной. [15] [16] Его долгая история также поддается обширным спекуляциям и мистификациям, возникшим в результате метеоритных событий.
Панспермия имеет долгую историю, восходящую к V веку до нашей эры и к натурфилософу Анаксагору . [17] Классики пришли к выводу, что Анаксагор утверждал, что Вселенная (или Космос) полна жизни, и что жизнь на Земле началась с падения этих внеземных семян. [18] Панспермия, как она известна сегодня, однако, не идентична этой первоначальной теории. Название, применительно к этой теории, было впервые предложено в 1908 году шведским учёным Сванте Аррениусом . [14] [19] До этого, примерно с 1860-х годов, многие выдающиеся учёные того времени стали интересоваться теорией, например, сэр Фред Хойл и Чандра Викрамасингхе . [20] [21]
Начиная с 1860-х годов учёные начали задаваться вопросом о происхождении жизни, вместо того, чтобы оставлять это на усмотрение философов. Было три научных разработки, которые начали привлекать внимание научного сообщества к проблеме происхождения жизни. [14] Во-первых, небулярная теория Канта-Лапласа о солнечной системе и формировании планет набирала популярность и подразумевала, что, когда Земля впервые образовалась, условия на поверхности были негостеприимны для жизни в том виде, в котором мы ее знаем. Это означало, что жизнь не могла развиваться параллельно с Землей и должна была возникнуть позже, без биологических предшественников. Во-вторых, знаменитая теория эволюции Чарльза Дарвина предполагала некое неуловимое происхождение, поскольку для того, чтобы что-то развивалось, оно должно где-то начинаться. В своем «Происхождении видов» Дарвин не смог или не захотел коснуться этого вопроса. [22] В-третьих, и наконец, Луи Пастер и Джон Тиндаль экспериментально опровергли (ныне замененную) теорию самозарождения , которая предполагала, что жизнь постоянно развивалась из неживой материи и не имела общего предка, как предполагает теория Дарвина о эволюция.
В целом эти три научных открытия представили широкому научному сообществу, казалось бы, парадоксальную ситуацию относительно происхождения жизни: жизнь должна была возникнуть из небиологических предшественников после того, как была сформирована Земля, и тем не менее теория спонтанного зарождения была экспериментально опровергнута. Отсюда и развернулось изучение происхождения жизни. Те, кто принял теорию Пастера, отвергавшую самозарождение, начали развивать теорию, согласно которой в (неизвестных) условиях на примитивной Земле жизнь должна была постепенно развиться из органического материала. Эта теория стала известна как абиогенез и является общепринятой в настоящее время. По другую сторону этого находятся те учёные того времени, которые отвергли результаты Пастера и вместо этого поддержали идею о том, что жизнь на Земле произошла из существующей жизни. Для этого необходимо, чтобы жизнь всегда существовала где-то на какой-то планете и чтобы у нее был механизм перемещения между планетами. Таким образом, современное лечение панспермии началось всерьез.
Лорд Кельвин в презентации Британской ассоциации содействия развитию науки в 1871 году выдвинул идею о том, что подобно тому, как семена могут переноситься по воздуху ветром, так и жизнь может быть принесена на Землю падением живоносного существа. метеорит. [14] Далее он выдвинул идею о том, что жизнь может возникнуть только из жизни, и что этот принцип инвариантен в рамках философского униформизма , подобно тому, как материя не может быть ни создана, ни уничтожена . [23] Этот аргумент подвергся резкой критике из-за его смелости, а также из-за технических возражений со стороны более широкого сообщества. В частности, Иоганн Цёлльнер из Германии выступил против Кельвина, заявив, что организмы, доставленные на Землю в метеоритах, не выживут при спуске через атмосферу из-за нагревания от трения. [14] [24]
Споры шли взад и вперед, пока Сванте Аррениус не дал теории ее современное толкование и обозначение. Аррениус выступал против абиогенеза на том основании, что в то время он не имел экспериментального обоснования, и считал, что где-то во Вселенной всегда существовала жизнь. [19] Он сосредоточил свои усилия на разработке механизма(ов), с помощью которых эта всеобъемлющая жизнь может передаваться через Вселенную. Недавно было обнаружено, что солнечное излучение может оказывать давление и, следовательно, силу на материю. Таким образом, Аррениус пришел к выводу, что вполне возможно, что очень маленькие организмы, такие как бактериальные споры, могут перемещаться из-за этого радиационного давления . [19]
К этому моменту панспермия как теория теперь имела потенциально жизнеспособный транспортный механизм, а также средство переноса жизни с планеты на планету. Теория по-прежнему подвергалась критике, главным образом из-за сомнений в том, как долго споры действительно смогут выжить в условиях их транспортировки с одной планеты через космос на другую. [25] Несмотря на все усилия по установлению научной легитимности этой теории, ей все еще не хватало проверяемости; это было и остается серьезной проблемой, которую теория еще не решила.
Однако поддержка теории сохранялась: Фред Хойл и Чандра Викрамасингхе использовали две причины, по которым можно было бы отдать предпочтение внеземному происхождению жизни. Во-первых, необходимые условия для возникновения жизни могли быть более благоприятными где-то за пределами Земли, а во-вторых, жизнь на Земле проявляет свойства, которые не учитываются при предположении об эндогенном происхождении. [14] [20] Хойл изучал спектры межзвездной пыли и пришел к выводу, что космос содержит большое количество органических веществ, которые, по его мнению, являются строительными блоками более сложных химических структур. [26] Крайне важно то, что Хойл утверждал, что подобная химическая эволюция вряд ли могла происходить на добиотической Земле, и вместо этого наиболее вероятным кандидатом является комета. [14] Более того, Хойл и Викрамасингхе пришли к выводу, что эволюция жизни требует значительного увеличения генетической информации и разнообразия, что могло произойти в результате притока вирусного материала из космоса через кометы. [20] Интересно, что крупные эпидемии и близкие встречи с кометами произошли по совпадению, что привело Хойла к предположению, что эпидемии были прямым результатом дождя из этих комет. [14] Это утверждение, в частности, вызвало критику со стороны биологов.
С 1970-х годов наступила новая эра планетарных исследований, означавшая, что данные можно было использовать для проверки панспермии и потенциально превратить ее из гипотезы в проверяемую теорию. Хотя панспермию еще предстоит проверить, она все еще исследуется сегодня в некоторых математических методах лечения, [27] [16] [15] и, как показывает ее долгая история, привлекательность теории выдержала испытание временем.
Панспермия требует:
Создание и распространение органических молекул из космоса теперь не вызывает сомнений; это известно как псевдопанспермия . Однако переход от органических материалов к жизни, возникшей из космоса, является гипотетическим и в настоящее время не поддается проверке.
Бактериальные споры и семена растений являются двумя основными предполагаемыми сосудами панспермии. Согласно панспермии, они были бы заключены в метеорит и перенесены на Землю, а затем спустились бы через атмосферу и заселили поверхность жизнью (см. литопанспермию ниже). Для этого, естественно, необходимо, чтобы эти споры и семена образовались где-то еще, может быть, даже в космосе, в случае, как панспермия поступает с бактериями. Понимание теории формирования планет и метеоритов привело к идее, что некоторые каменистые тела, возникшие из недифференцированных родительских тел, могут создавать местные условия, благоприятствующие жизни. [15] Гипотетически, внутренний нагрев от радиогенных изотопов может растопить лед, чтобы обеспечить воду и энергию. Фактически, было обнаружено, что некоторые метеориты демонстрируют признаки водных изменений, которые могут указывать на то, что этот процесс имел место. [15] Учитывая, что в Солнечной системе обнаружено такое большое количество этих тел, можно утверждать, что каждое из них представляет собой потенциальное место для развития жизни. Столкновение, произошедшее в поясе астероидов , может изменить орбиту одного из таких объектов и в конечном итоге доставить его на Землю.
Семена растений представлены как альтернатива бактериальным спорам, поскольку некоторые растения производят семена, устойчивые к условиям космоса. [8] Однако предполагается, что они возникли не в космосе, а на другой планете. Теоретически, даже если растение частично повреждено во время путешествия в космосе, его кусочки все равно могут стать источником жизни в стерильной среде; [8] ключевое слово « стерильность» , поскольку неясно, смогут ли споры растений вытеснить существующие формы жизни в других средах. Эта идея основана на предыдущих данных, показывающих, что клеточная реконструкция может происходить из цитоплазмы, выделяемой поврежденными водорослями. [8] Кроме того, растительные клетки содержат облигатных эндосимбионтов , которые могут быть выпущены в новую среду. Еще одним аргументом в пользу семян растений является то, что они находятся в состоянии покоя при сильном холоде, вакууме и устойчивы к коротковолновому УФ-излучению. [8]
Хотя и семена планет, и бактериальные споры были предложены в качестве потенциально жизнеспособных носителей, их способность не только выживать в космосе в течение необходимого времени, но и выдерживать вход в атмосферу дискутируется.
Панспермию вообще подразделяют на два класса: либо перенос происходит между планетами одной системы (межпланетная), либо между звездными системами (межзвездная). Дальнейшие классификации основаны на различных предлагаемых механизмах транспорта, как показано ниже.
Космические зонды могут стать жизнеспособным транспортным механизмом для межпланетного перекрестного опыления внутри Солнечной системы. Космические агентства внедрили процедуры планетарной защиты , чтобы снизить риск планетарного загрязнения, [28] [29], но такие микроорганизмы, как Tersicoccus phoenicis , могут быть устойчивы к очистке сборки космического корабля . [5] [6]
В 1903 году Сванте Аррениус предложил радиопанспермию — теорию, согласно которой отдельные микроскопические формы жизни могут распространяться в космосе под воздействием радиационного давления звезд. [30] Это механизм, с помощью которого свет может оказывать воздействие на материю. Аррениус утверждал, что частицы критического размера менее 1,5 мкм будут двигаться с высокой скоростью за счет радиационного давления звезды. [19] Однако, поскольку его эффективность снижается с увеличением размера частицы, этот механизм справедлив только для очень мелких частиц, таких как отдельные бактериальные споры .
Основная критика радиопанспермии исходила от Иосифа Шкловского и Карла Сагана , которые приводили доказательства губительного действия космической радиации ( УФ и рентгеновских лучей ) в космосе. [31] Если достаточное количество этих микроорганизмов будет выброшено в космос, некоторые из них могут выпасть на планету в новой звездной системе после 10 6 лет блуждания по межзвездному пространству. [32] Уровень смертности организмов будет огромным из-за радиации и в целом враждебных условий космоса, но, тем не менее, некоторые считают эту теорию потенциально жизнеспособной.
Данные, собранные в ходе орбитальных экспериментов ERA , BIOPAN , EXOSTACK и EXPOSE , показали, что изолированные споры, в том числе споры B. subtilis , быстро погибали, если подвергались воздействию полной космической среды всего на несколько секунд, но если их защитить от солнечного ультрафиолета , споры были способны выжить в космосе до шести лет, будучи заключенными в глину или метеоритный порошок (искусственные метеориты). [33] Таким образом, споры должны быть надежно защищены от УФ-излучения: воздействие солнечного УФ-излучения и космического ионизирующего излучения на незащищенную ДНК разложит ее на составные основания. [34] Камни диаметром не менее 1 метра необходимы для эффективной защиты устойчивых микроорганизмов, таких как бактериальные споры, от галактического космического излучения . [35] Кроме того, воздействие на ДНК только сверхвысокого космического вакуума достаточно, чтобы вызвать повреждение ДНК , поэтому транспортировка незащищенной ДНК или РНК во время межпланетных полетов , приводимых в движение исключительно световым давлением , крайне маловероятна. [36]
Возможность использования других способов транспортировки более массивных экранированных спор во внешнюю Солнечную систему — например, посредством гравитационного захвата кометами — неизвестна. Существует мало доказательств в поддержку гипотезы радиопанспермии.
Этот транспортный механизм обычно возник после открытия экзопланет и внезапного появления данных после развития планетарной науки. [18] Литопанспермия — это предполагаемый перенос организмов в горных породах с одной планеты на другую через планетарные объекты, такие как кометы или астероиды , и остается спекулятивным. Вариантом может быть путешествие организмов между звездными системами на кочевых экзопланетах или экзолунах. [37]
Хотя нет никаких конкретных доказательств того, что литопанспермия произошла в Солнечной системе, различные стадии стали поддаются экспериментальной проверке. [38]
Литопанспермия, описанная вышеописанным механизмом, может существовать как межпланетная, так и межзвездная, как было предложено в недавнем применении литопанспермии к планетарной системе Траппист-1 . [16] Идя еще дальше, предполагается, что литопанспермия действует внутригалактически, то есть между двумя разными галактиками. [27] Эти два исследования демонстрируют недавние попытки количественно оценить модели панспермии и рассматривать их как жизнеспособные математические теории. Первый, между планетами системы Траппист-1, представляет модель для оценки вероятности межпланетной панспермии, аналогичную исследованиям, проведенным в прошлом по панспермии Земля-Марс. Это исследование показало, что литопанспермия «на несколько порядков более вероятна» [16] в системе Траппист-1, в отличие от сценария Земля-Марс. Согласно их анализу, это увеличение вероятности литопанспермии связано с повышенной вероятностью абиогенеза среди планет Траппист-1. В каком-то смысле эти современные методы лечения также являются попыткой учитывать панспермию как нечто, способствующее абиогенезу, в отличие от теории, которая прямо ей противостоит. В соответствии с этим предполагается, что если бы жизнь могла быть обнаружена на двух (или более) планетах, это послужило бы доказательством того, что панспермия является потенциально необходимым механизмом абиогенеза. Пока такого открытия не произошло.
Внутригалактическая литопанспермия — еще менее известный механизм, но один математический анализ показал, что литопанспермия не обязательно связана со звездными системами. [27] Их анализ оценивает общее количество каменистых или ледяных объектов, которые потенциально могут быть захвачены планетными системами Млечного Пути . Для этого в первую очередь требуется, чтобы эти объекты не только имели жизнь, но и чтобы они выжили в путешествии. Таким образом, внутригалактическая литопанспермия во многом зависит от продолжительности жизни организмов, а также от скорости переносчика. Опять же, нет никаких доказательств того, что такой процесс произошел, и нет убедительных доказательств того, что такой процесс может происходить с самого начала.
Сложный характер требований к литопанспермии, а также доказательства против долголетия бактерий, способных выжить в этих условиях, [25] делают литопанспермию теорией, которую трудно опровергнуть. При этом ударные события действительно происходили часто на ранних стадиях формирования Солнечной системы и до сих пор в определенной степени происходят в поясе астероидов. [46]
Направленная панспермия , впервые предложенная в 1972 году лауреатом Нобелевской премии Фрэнсисом Криком вместе с Лесли Оргелом , представляет собой теорию о том, что жизнь была намеренно принесена на Землю высшим разумным существом с другой планеты. [47] В свете имеющихся в то время данных о том, что доставка организма на Землю посредством радиопанспермии или литопанспермии кажется маловероятной, Крик и Оргел предложили эту теорию в качестве альтернативной теории, хотя стоит отметить, что Оргел относился к этому менее серьёзно. претензии. [48] Они признают отсутствие научных доказательств, но обсуждают, какие доказательства потребуются для поддержки этой теории. В том же духе Томас Голд предположил, что жизнь на Земле могла возникнуть случайно из кучи «космического мусора», сброшенной на Землю много лет назад инопланетными существами. [49] Эти теории часто считают научной фантастикой, однако Крик и Оргел используют принцип космической обратимости, чтобы аргументировать это.
Этот принцип основан на том, что если наш вид способен заразить стерильную планету, то что мешает другому технологическому обществу сделать то же самое с Землей в прошлом? [47] Они пришли к выводу, что в обозримом будущем можно будет намеренно заразить другую планету. Что касается доказательств, Крик и Оргел утверждали, что, учитывая универсальность генетического кода, из этого следует, что инфекционная теория жизни жизнеспособна. [47]
Направленную панспермию теоретически можно продемонстрировать, обнаружив характерное «сигнатурное» сообщение, которое было намеренно имплантировано либо в геном, либо в генетический код первых микроорганизмов нашим гипотетическим прародителем около 4 миллиардов лет назад. [50] Было высказано предположение, что бактериофаг φX174 может представлять такое сообщение. [51] Однако не существует известного механизма, который мог бы помешать мутациям и естественному отбору удалить такое сообщение в течение длительных периодов времени. [51]
В 1972 году и абиогенез, и панспермия считались жизнеспособными теориями, в зависимости от того, с кем вы разговаривали. [18] Учитывая это, Крик и Оргел утверждали, что экспериментальные доказательства, необходимые для подтверждения одной теории над другой, отсутствуют. [47] При этом сегодня существуют убедительные доказательства в пользу абиогенеза по сравнению с панспермией, тогда как доказательства панспермии, особенно направленной панспермии, решительно отсутствуют.
Псевдопанспермия — это хорошо обоснованная гипотеза о том, что многие из небольших органических молекул , используемых для жизни , возникли в космосе и были распространены на поверхности планет . Затем жизнь возникла на Земле , а возможно и на других планетах, в результате процессов абиогенеза . [52] [53] Доказательства псевдопанспермии включают открытие органических соединений, таких как сахара, аминокислоты и нуклеиновые основания , в метеоритах и других внеземных телах, [54] [55] [56] [57] [58] и образование подобных соединений в лаборатории в условиях космического пространства. [59] [60] [61] [62] В качестве примера была исследована пребиотическая полиэфирная система. [63] [64]
14 мая 1864 года двадцать осколков метеорита врезались во французский город Оргей. В 1965 году был обнаружен отдельный фрагмент метеорита Оргейль (с момента его открытия хранившийся в запечатанной стеклянной банке) с заключенной в нем семенной капсулой, в то время как первоначальный стекловидный слой снаружи остался нетронутым. Несмотря на большое первоначальное волнение, выяснилось, что это семя европейского растения Juncaceae или тростника, которое было приклеено к фрагменту и замаскировано с помощью угольной пыли . [8] Внешний «плавильный слой» на самом деле был клеем. Хотя виновник этого обмана неизвестен, считается, что они стремились повлиять на дебаты 19-го века о спонтанном зарождении , а не о панспермии, демонстрируя трансформацию неорганической материи в биологическую. [65]
В 2017 году телескоп Pan-STARRS на Гавайях обнаружил красноватый объект длиной до 400 метров. Анализ его орбиты предоставил доказательства того, что это был межзвездный объект, пришедший из-за пределов нашей Солнечной системы. [66] На основании этого Ави Леб предположил, что объект был артефактом инопланетной цивилизации и потенциально мог быть свидетельством направленной панспермии. [67] Другие авторы считают это утверждение маловероятным. [68]
Хотя они были частью научного истеблишмента — Хойл в Кембридже и Викрамасингхе из Уэльского университета — их взгляды на эту тему были далеки от общепринятых, и панспермия остается маргинальной теорией.
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}
: |journal=
игнорируется ( помощь )