Разбираемся, что такое биомаркеры, как их ищут, и что они могут значить

N+1Наука

Кто наследил?

Разбираемся, что такое биомаркеры, как их ищут, и что они могут значить

Алексей Тимошенко

В атмосфере Венеры найден фосфин — газ, молекулы которого состоят из атомов фосфора и водорода. Его очень мало — несколько десятков молекул на миллиард, но это находка заставляет ученых пересматривать программы исследования Солнечной системы, поскольку это вещество входит в список потенциальных биомаркеров, соединений, указывающих на возможность присутствия жизни. Выясняем, откуда берутся биомаркеры, как их ищут и анализируют.

Что считать следами?

Иногда для того, чтобы найти жизнь, достаточно открыть глаза: и вот они, перед вами, растения и животные планеты Земля, питаются, дышат и размножаются. Но даже на нашей планете это задача не всегда решается так легко. Можно ли с первого взгляда определить, есть ли что-то живое на антарктическом леднике? Или в каменистой пустыне? Или у края жерла вулкана? Убедиться, что в таких местах есть бактерии или микроорганизмы, нельзя без специального оборудования. Кроме того, микробы совсем не обязаны ждать исследователя на видимой поверхности — они могут прятаться глубоко в толще грунта или льда, перемещаться в верхних слоях атмосферы. Почти невозможно в поисках живого планомерно обшаривать все пространство вокруг себя.

Задача становится практически нерешаемой, если речь идет о поисках микроорганизмов на других планетах. Даже отправка беспилотных зондов тут не очень поможет: представьте себе, что автоматическая станция определила, что в радиусе сотни метров нет ничего живого. Но что если жизнь прячется за сто первым метром? Или под поверхностью? В начале XX века астрономы и планетологи еще рассчитывали найти на других планетах макроскопические живые организмы. В частности, создатель термина «астробиология», советский астроном Гавриил Тихов пытался найти на Марсе и Венере растения, наблюдая за планетами в телескоп. Но после полетов «Венер» и «Викингов» стало понятно, что искать имеет смысл только микроорганизмы.

После первой неудачной попытки найти следы марсианских микробов напрямую в экспериментах на борту посадочных аппаратов «Викинг», NASA отказалось от попыток найти живое на Марсе напрямую и приняло стратегию «следуй за водой», суть которой — сначала найти среду, пригодную для жизни сейчас или в прошлом, а уже потом пытаться обнаружить там жизнь. Но что делать, если у вас нет возможности отправить посадочный зонд? Можно ли, например, определить, есть ли жизнь на экзопланетах? Единственный вариант — искать не микроорганизмы, а молекулы веществ-биомаркеров.

На эту роль подходят далеко не все вещества, требования к ним достаточно жесткие. Во-первых, у ученых должна быть возможность заметить их издалека. Во-вторых, они должны появляться только в результате активности живых существ, но при этом встречаться не только внутри самих организмов.

Один из биомаркеров — кислород. Его «выдыхают» фотосинтезирующие бактерии и растениями, он распространяется до самых верхних слоев атмосферы. При этом без участия живого его концентрация рано или поздно сошла бы на нет в результате окисления горных пород. Если на планете есть много кислорода, то его почти наверняка синтезировал кто-то живой — так как все не-биологические процессы синтеза кислорода не могут компенсировать потери на окисление.

Другой пример — озон. Этот газ образуется из кислорода, но в отличие от него, намного лучше заметен из космоса: он прекрасно поглощает ультрафиолет и хорошо заметен в телескоп, работающий в ультрафиолетовом диапазоне. Для инопланетных астробиологов наличие этого слоя означало бы присутствие жизни.

Однако даже при наличии биомаркера ученым еще нужно доказать, что он ни в каких условиях не мог появиться без участия жизни. Например, уже давно в атмосфере Марса находят метан, главным источником которого на Земле являются именно живые организмы, но пока никто уверенно не может связать его ни с жизнью, ни с химическими процессами. Наоборот, на спутнике Сатурна Титане метана больше, чем в любом из известных месторождений Земли — но это не говорит о его обитаемости, поскольку он находится очень далеко от Солнца, и углеводороды могут сохраняться там, как и на Ультиме Туле, Плутоне и других окраинных мирах Солнечной системы).

Коротко говоря, биомаркер — это не табличка «тут живое», а сигнал, который имеет смысл только в контексте — важно окружение, время и, разумеется, концентрация. Часто биохимиков также интересует изотопное соотношение (живые организмы не все изотопы одинаково хорошо встраивают в свои клетки) и хиральность молекул — мало-мальски сложная органика бывает «левой» и «правой», подобно перчаткам. И, к примеру, сахара у нас как правило «правые», а аминокислоты — «левые». Например, аминокислоту рибозу находили и в метеоритах, но по соотношению изотопов и оптическим изомерам она была признана абиогенной.

Но главное преимущество методов, связанных с биомаркерами, — это возможность искать и исследовать их дистанционно. Для этого достаточно иметь мощный телескоп и спектрометр. Разные вещества по-разному пропускают, отражают и поглощают излучение, что видно по спектру. Зная, как вещество взаимодействует с излучением, можно определить его состав: в случае с атмосферой планеты для этого подойдёт, например, прошедший через газовую оболочку или отразившийся от нее свет.

Именно это и сделали ученые, обнаружившие на Венере потенциальный биомаркер — фосфин.

Что нашли на Венере и нашли ли?

При помощи двух радиотелескопов, способных работать в миллиметровом диапазоне, ALMA и телескопа Джеймса Максвелла, ученые обнаружили в венерианской атмосфере линии поглощения на длине волны 1,123 миллиметра. А фосфин PH3 как раз обладают подобным свойством: энергия радиоволн с такой длиной волны соответствует переходу молекул с одного энергетического уровня на другой.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Почему люди верят в плоскую Землю Почему люди верят в плоскую Землю

Реальная причина, по которой люди думают, что Земля плоская, может вас удивить

Популярная механика
Если не Windows, то кто? Почему операционка Microsoft всех победила Если не Windows, то кто? Почему операционка Microsoft всех победила

История популярности самой ненавистной операционной системы в истории

Maxim
Астрономы объявили о начале нового солнечного цикла Астрономы объявили о начале нового солнечного цикла

Начался 25-ый цикл солнечной активности

N+1
Гордость и гордыня: в чем между ними разница? Гордость и гордыня: в чем между ними разница?

Как определить, что именно мы испытываем — гордость или гордыню?

Psychologies
О суммах квадратов и кубов О суммах квадратов и кубов

История начинается с теоремы Пифагора, а заканчивается математическим открытием

Наука и жизнь
Надоел блонд? Как вернуться к своему натуральному цвету волос — мнение эксперта Надоел блонд? Как вернуться к своему натуральному цвету волос — мнение эксперта

Покрасилась, а через пару месяцев поняла, что цвет надоел — знакомая история?

Cosmopolitan
Движение вверх Движение вверх

Александр Молочников и его география

Vogue
Мифология Мифология

Бессмертные истории о богах и героях

kiozk originals
6 странных вещей, которые люди делали в МРТ-сканере 6 странных вещей, которые люди делали в МРТ-сканере

Чем только учёные не заставляют заниматься своих подопытных

Популярная механика
10 причин, почему инопланетяне не будут похожи на нас 10 причин, почему инопланетяне не будут похожи на нас

Выглядеть наши братья по разуму будут совсем иначе, чем люди

Популярная механика
За руль в 16. Все «за» и «против» раннего допуска к вождению За руль в 16. Все «за» и «против» раннего допуска к вождению

Что будет, если водительские права в России начнут выдавать с 16 лет?

РБК
Следуй за мной Следуй за мной

Следуем за сложной геометрией пространства

AD
Как правильно бегать в холодное время года Как правильно бегать в холодное время года

Как бегать все восемь осенне-зимних месяцев с пользой для здоровья?

Maxim
Вам понравится «Мулан», если вы прекратите сравнивать фильм с мультиком Вам понравится «Мулан», если вы прекратите сравнивать фильм с мультиком

Это совершенно новая сказка, и она не про феминизм, а про поиск себя

GQ
Самая быстрая читка и наибольшее число селфи: звезды в Книге рекордов Гиннесса Самая быстрая читка и наибольшее число селфи: звезды в Книге рекордов Гиннесса

Нашим героям удалось установить мировой рекорд, не ставя перед собой такой цели

Cosmopolitan
Лидеры едят последними Лидеры едят последними

Как создать команду мечты

kiozk originals
Британская сеть кофеен обучает заключенных навыкам бариста. Это помогает им найти работу и вернуться к нормальной жизни Британская сеть кофеен обучает заключенных навыкам бариста. Это помогает им найти работу и вернуться к нормальной жизни

В Великобритании заключенных обучают, как обжаривать зерна и варить кофе

Inc.
Tommy Cash: «Жена Рика Оуэнса купила у меня мою сперму» Tommy Cash: «Жена Рика Оуэнса купила у меня мою сперму»

Томми Кэш о том, почему иногда важно просто послать всех нахер

GQ
Отрывок из книги Эрика-Эмманюэля Шмитта «Дневник утраченной любви» Отрывок из книги Эрика-Эмманюэля Шмитта «Дневник утраченной любви»

Некоторые главы романа «Дневник утраченной любви» Эрика-Эмманюэля Шмитта

СНОБ
Причины и лечение кашля у ребенка Причины и лечение кашля у ребенка

Как облегчить состояние больного ребенка при кашле?

9 месяцев
Что значит быть плейбоем-2020 Что значит быть плейбоем-2020

Каким должен быть настоящий мужчина? Интервью с наследником бьюти-империи

Playboy
«Затерянный мир Дарвина. Тайная история жизни на Земле» «Затерянный мир Дарвина. Тайная история жизни на Земле»

Отрывок из книги Мартина Брезиера о докембрийском периоде

N+1
Vagabonding Vagabonding

Искусство долгих путешествий по миру

kiozk originals
Каменный гвоздь Каменный гвоздь

Стремительное развитие городской среды чрезвычайно обогатило наш язык

Maxim
История героического советского пловца Шаварша Карапетяна, который вытащил 46 человек из утонувшего троллейбуса История героического советского пловца Шаварша Карапетяна, который вытащил 46 человек из утонувшего троллейбуса

Пловец Шаварш Карапетян пожертвовал собственной карьерой ради спасения людей

Maxim
Невероятный ВВА-14: вертикально взлетающая амфибия из СССР Невероятный ВВА-14: вертикально взлетающая амфибия из СССР

Экзотический гидросамолет талантливого конструктора

Популярная механика
Как укротить гнев и не срываться на близких Как укротить гнев и не срываться на близких

Как перестать срываться на самых близких

РБК
«Быть реалистом — трудная задача» «Быть реалистом — трудная задача»

Писатель Алексей Иванов собрал в книгу разговоры с читателями

Огонёк
Кто такие Wokefluencer и почему их все ненавидят? Кто такие Wokefluencer и почему их все ненавидят?

Почему далеко не всем понравились политические призывы блогеров

GQ
CRISPR-редактирование превратило самцов в стерильных реципиентов чужой спермы CRISPR-редактирование превратило самцов в стерильных реципиентов чужой спермы

Ученые опробовали генетический метод стерилизации на свиньях, козлах и быках

N+1
Открыть в приложении