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

Болезнь Паркинсона предложили разделить на два типа Болезнь Паркинсона предложили разделить на два типа

В одном случае болезнь Паркинсона начинается с головы, а в другом — из кишечника

N+1
Питьевая вода Питьевая вода

История питьевой воды и способы сохранить ее запасы для будущих поколений

kiozk originals
Наблюдаемое количество гравитационных линз на порядок превысило прогноз симуляций Наблюдаемое количество гравитационных линз на порядок превысило прогноз симуляций

Общепринятые представления о свойствах темной материи отныне под сомнением

N+1
Почему у дятла не болит голова? Почему у дятла не болит голова?

Как дятлы долбят по дереву со скоростью 7 метров в секунду без травм

Наука и жизнь
Биологи разобрались в механизме возбуждения нейронов предрасположенных к шизофрении пациентов Биологи разобрались в механизме возбуждения нейронов предрасположенных к шизофрении пациентов

Нейроны пациентов с делецией 22 хромосомы возбуждаются чаще обычных клеток

N+1
От шелка до кремния От шелка до кремния

10 лидеров, которые объединили мир

kiozk originals
8 правил зачатия: как зачать ребенка 8 правил зачатия: как зачать ребенка

Момент зарождения жизни во многом до сих пор остается загадкой

9 месяцев
9 фактов о Византийской империи, которые вы наверняка не знали 9 фактов о Византийской империи, которые вы наверняка не знали

О наследии великой Византии

Популярная механика
Оксана Карас: «Мне только ленивый не позвонил перед съемками и не сказал:«Оксана, беги!» Оксана Карас: «Мне только ленивый не позвонил перед съемками и не сказал:«Оксана, беги!»

Оксана Карас, режиссер: мы все чокнутые, постоянно говорим про кино

Grazia
Готова ли ты стать мамой: что нужно знать о себе, прежде чем решиться рожать Готова ли ты стать мамой: что нужно знать о себе, прежде чем решиться рожать

Какие вопросы стоит задавать самой себе, прежде чем планировать детей

Cosmopolitan
Мельницы богов Мельницы богов

Как технологии обработки персональных данных перевернули мир

Вокруг света
Сестра Джона Кеннеди, которой стеснялась семья президента Сестра Джона Кеннеди, которой стеснялась семья президента

В 23 года Розмари Кеннеди сделали лоботомию

Maxim
Алекс и я Алекс и я

Как ученый и попугай открыли ранее неизвестные способности животных

kiozk originals
Мы нашли очень добрый сериал на Apple TV+ Мы нашли очень добрый сериал на Apple TV+

«Тед Лассо» – комедия про футбол, которая научит вас верить в себя

GQ
Рациональный оптимист Рациональный оптимист

Как достичь процветания

kiozk originals
Наши в Голливуде: Козловский, Хабенский и другие звезды, покорившие Запад Наши в Голливуде: Козловский, Хабенский и другие звезды, покорившие Запад

Смотри наш список знаменитых русских актеров и режиссеров в Голливуде

Cosmopolitan
5 важных вопросов, которые надо задать партнеру до начала отношений 5 важных вопросов, которые надо задать партнеру до начала отношений

Что выяснить у партнера в начале отношений, чтобы у них не было трагичного конца

Psychologies
«Воспитанные волками» — сериал Ридли Скотта о противостоянии андроидов и человечества, атеистов и верующих. Рассказываем, каким он получился «Воспитанные волками» — сериал Ридли Скотта о противостоянии андроидов и человечества, атеистов и верующих. Рассказываем, каким он получился

Что не так с sci-fi-сериалом про андроидов от режиссера «Чужого»

Esquire
«Фактически сжигание денег»: почему богатейший человек Европы заморозил сделку по покупке Tiffany на самом деле «Фактически сжигание денег»: почему богатейший человек Европы заморозил сделку по покупке Tiffany на самом деле

Как Tiffany стараются избежать сорвать сделку с Бернаром Арно

Forbes
Два капитала Два капитала

Секреты общего бюджета

Cosmopolitan
Чистая работа Чистая работа

Чем опасны новообразования на коже и как от них избавиться?

Лиза
Названы компании с самым высоким показателем эмиссии СО2 Названы компании с самым высоким показателем эмиссии СО2

Крупные компании несут ответственность за пятую часть мировых выбросов СО2

Популярная механика
Реквизит-эффект Реквизит-эффект

Проверенный временем винтаж даёт фору творениям современных дизайнеров

Robb Report
Спорт для тех, кто не хочет худеть Спорт для тех, кто не хочет худеть

Топ спортивных активностей для полных людей

Psychologies
8 самых удивительных (и красивых) авторазвязок мира 8 самых удивительных (и красивых) авторазвязок мира

Красота в глазах проезжающего

Maxim
Планета нервных Планета нервных

Как жить в мире процветающей паники

kiozk originals
Суперпозиция порядка помогла получить информацию из шума Суперпозиция порядка помогла получить информацию из шума

Классические каналы с этой задачей справиться не могут

N+1
Свердловчане не сдаются Свердловчане не сдаются

Сергей Светлаков давно пустился в самостоятельное плавание

OK!
Ты моя рыба Ты моя рыба

Как добавки с коллагеном помогают сохранить здоровье и красоту

Vogue
Богатый папа, бедный папа Богатый папа, бедный папа

Чему учат детей богатые родители – и не учат бедные

kiozk originals
Открыть в приложении