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

Как детский характер становится взрослым Как детский характер становится взрослым

Из чего складывает темперамент человека по мере взросления?

Популярная механика
Тихий остров Тихий остров

Палитра этого дома навеяна песчаными холмами, сухотравьем и волнами Атлантики

AD
Как понять, были ли ваши родители хорошими Как понять, были ли ваши родители хорошими

8 признаков правильного родительства

Psychologies
Нам всем нужен феминизм Нам всем нужен феминизм

Дискуссия о равенстве полов

kiozk originals
Злые вы все Злые вы все

Переводим внимание с ответственного потребления на осознанное поведение

GQ
8 крутых машин, которые изменили мир 8 крутых машин, которые изменили мир

Восемь лучших машин из лучших, которые помогли изменить мир таким

Популярная механика
8 фильмов ужасов, основанных на реальных событиях 8 фильмов ужасов, основанных на реальных событиях

Тот самый случай, когда режиссеру даже не пришлось ничего приукрашивать

Maxim
Алина Фаркаш о том, почему нам всем срочно нужно расслабиться Алина Фаркаш о том, почему нам всем срочно нужно расслабиться

Многим из нас нужно поставить в приоритет душевное спокойствие и личный комфорт

Cosmopolitan
Иерусалим. Биография Иерусалим. Биография

Как история Иерусалима влияет на каждого из нас

kiozk originals
Цивилизация Цивилизация

Чем Запад отличается от остального мира

kiozk originals
Nudge. Архитектура выбора Nudge. Архитектура выбора

Как улучшить наши решения о здоровье, благосостоянии и счастье

kiozk originals
Как быть, если твой ребенок не такой, как все Как быть, если твой ребенок не такой, как все

Некоторые воплощенные в жизнь фантазии могут выйти боком

СНОБ
10 необычных Lincoln 10 необычных Lincoln

За более чем 100-летнюю историю марки имя Lincoln носили очень интересные машины

Популярная механика
Аллергикам противопоказано: 7 неожиданных фактов о натуральной косметике Аллергикам противопоказано: 7 неожиданных фактов о натуральной косметике

Некоторым девушкам натуральная косметика и вовсе не нужна – мы расскажем почему

Cosmopolitan
Есть правильно, чтобы худеть Есть правильно, чтобы худеть

Нужно ли нам принимать БАДы и витамины?

Худеем правильно
Homo Deus Homo Deus

Краткая история будущего

kiozk originals
Манипуляторы настроением: как разработчики заставляют пользователей ставить приложениям для Apple максимальный рейтинг Манипуляторы настроением: как разработчики заставляют пользователей ставить приложениям для Apple максимальный рейтинг

Разработчики приложений используют хорошее настроение владельцев iPhone

Forbes
Как «Новичок» «утек» из секретных лабораторий и в чьи руки он мог попасть Как «Новичок» «утек» из секретных лабораторий и в чьи руки он мог попасть

Что такое «Новичок» и насколько сложно его получить за пределами спецслужб?

Forbes
10 актеров, по глупости отказавшихся от культовых ролей 10 актеров, по глупости отказавшихся от культовых ролей

О чем жалеют Том Хэнкс, Уилл Смит и Шон Коннери

Maxim
Рыба и ее социальный интеллект Рыба и ее социальный интеллект

Отрывок из книги «О чем молчат рыбы: Путеводитель по жизни морских обитателей»

СНОБ
Короткие пальцы и вены: 10 звезд с неидеальной формой рук Короткие пальцы и вены: 10 звезд с неидеальной формой рук

Звезды-герои нашего материала ничуть не комплексуют по поводу формы рук

Cosmopolitan
Ух, я готов на подлости! Как знаки зодиака могут подставить ближнего Ух, я готов на подлости! Как знаки зодиака могут подставить ближнего

Каких подстав можно ждать от каждого знака зодиака?

Cosmopolitan
«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
Роберта Паттинсона, Тома Холланда и Билла Скарсгарда бесы попутали Роберта Паттинсона, Тома Холланда и Билла Скарсгарда бесы попутали

Бог забыл про Огайо и Западную Виргинию, надвигается кромешная тьма

GQ
Как правильно хвастаться на работе: уроки от писательницы и PR-специалиста Мередит Файнман Как правильно хвастаться на работе: уроки от писательницы и PR-специалиста Мередит Файнман

Простые стратегии и приемы, которые помогут развить ваш личный бренд

Forbes
Louis Vuitton Louis Vuitton

FW 2020/21

Weekend
Алкогений: Михаил Ефремов Алкогений: Михаил Ефремов

«Сам себя он любит называть паяцем и клоуном». История Михаила Ефремова

Maxim
Карьерное самоубийство: три главные ошибки гендиректоров, которые приводят к увольнению Карьерное самоубийство: три главные ошибки гендиректоров, которые приводят к увольнению

Как вести себя, чтобы продержаться в заветном кресле как можно дольше

Forbes
10 самых глубоких мест на Земле 10 самых глубоких мест на Земле

Насколько близко можно приблизиться к ядру планеты?

Популярная механика
Не мешайте себе жить: 7 типичных моделей саморазрушительного поведения Не мешайте себе жить: 7 типичных моделей саморазрушительного поведения

Как перестать мешать самому обрести любовь или достичь успеха?

Forbes
Открыть в приложении