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
Антихрупкость Антихрупкость

Как извлечь выгоду из хаоса

kiozk originals
Что значит быть плейбоем-2020 Что значит быть плейбоем-2020

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

Playboy
10 видео о природе, которые помогут лучше понять человека 10 видео о природе, которые помогут лучше понять человека

Разумные грибы, супермозг птиц, дружба с осьминогом и другие видео о природе

Reminder
10 забытых продуктов компании Apple 10 забытых продуктов компании Apple

10 идей Apple, о которых сегодня многие позабыли (или не слышали вовсе)

Популярная механика
Как спастись от жары: 19 способов (с кондиционером или без) Как спастись от жары: 19 способов (с кондиционером или без)

Рассказываем, как выжить в жару без кондиционера или вентилятора

Cosmopolitan
Ом, бином и палиндром Ом, бином и палиндром

Об эффекте «Довода», самого долгожданного фильма нынешнего момента

Weekend
Мясо Мясо

Eating animals

kiozk originals
10 важнейших археологических находок 10 важнейших археологических находок

Археологи за XX век смогли выяснить, что происходило последние пять тысяч лет

Maxim
Как терапия помогает справиться со стыдом и по-настоящему вырасти Как терапия помогает справиться со стыдом и по-настоящему вырасти

Как помочь себе избавиться от детских убеждений и увидеть мир возможностей?

Psychologies
Корыто Корыто

Как в СССР радости жизни прилагались к должностям

Огонёк
Оук — остров, где зарыт один из самых таинственных кладов на планете Оук — остров, где зарыт один из самых таинственных кладов на планете

Поиски клада идут уже 200 лет…

Maxim
Комик и актер Адам Коновер: о том, почему удовольствие — хреновая штука Комик и актер Адам Коновер: о том, почему удовольствие — хреновая штука

Как сделать так, чтобы жизнь стоила того, чтобы жить?

Playboy
Отходы только мечтают стать доходами Отходы только мечтают стать доходами

«Мусорная» реформа пока не привела к сдвигам в сфере переработки отходов

Эксперт
Белые мужчины старше 40 лет: кто правит бал в Долине и к чему это приводит Белые мужчины старше 40 лет: кто правит бал в Долине и к чему это приводит

Управляющие венчурными фондами руководствуются отнюдь не запросами общества

Forbes
«Современный музей — это не хранение, а диалог с посетителем». Разговор сотрудниц Политеха об инклюзивности, образовании и новых форматах взаимодействия «Современный музей — это не хранение, а диалог с посетителем». Разговор сотрудниц Политеха об инклюзивности, образовании и новых форматах взаимодействия

Зачем музею говорить о правах человека

СНОБ
Основательница компании «Cозвездие PI» — о лидерстве на бьюти-рынке Основательница компании «Cозвездие PI» — о лидерстве на бьюти-рынке

Как за пять лет сделать из стартапа успешный бьюти-бизнес

РБК
15 самых знаменитых взломщиков всех времен и народов 15 самых знаменитых взломщиков всех времен и народов

Истории о самых крышесносящих взломах

Maxim
«Яичница смотрит на меня»: почему мы одушевляем неживые предметы «Яичница смотрит на меня»: почему мы одушевляем неживые предметы

Вы тоже замечали, что бутерброд косится подозрительно, а дверная ручка грустит?

Psychologies
Почти пусто: астрономы выяснили, сколько во Вселенной материи Почти пусто: астрономы выяснили, сколько во Вселенной материи

Международная группа исследователей определила, сколько в космосе вещества

Forbes
Фаршированный перец Фаршированный перец

Сильные стороны голубца компенсируются слабостями. Проверим?

Weekend
Не делай так: 9 невероятно пошлых жизненных ситуаций Не делай так: 9 невероятно пошлых жизненных ситуаций

Жизненная пошлость – вовсе не обязательно глобальная пошлость

Cosmopolitan
Алекс и я Алекс и я

Как ученый и попугай открыли ранее неизвестные способности животных

kiozk originals
Лучшие комиксы и графические романы для подростков в 2020 году Лучшие комиксы и графические романы для подростков в 2020 году

Графические романы, манги и комиксы, завоевавшие мир

СНОБ
Зачем была нужна газетная утечка разговора Путина и Макрона Зачем была нужна газетная утечка разговора Путина и Макрона

Какими были переговоры Путина и Макрона об отравлении Навального

СНОБ
Физики нашли следы темного бозона в спектрах изотопов иттербия Физики нашли следы темного бозона в спектрах изотопов иттербия

Ученые нашли отклонение от Стандартной модели в крайне точном измерении

N+1
5 причин сказать Генри Форду спасибо за то, что он сделал твою жизнь лучше 5 причин сказать Генри Форду спасибо за то, что он сделал твою жизнь лучше

Ты ведь, наверное, об этом и не догадывался…

Maxim
В ожидании «косяков» власти: можно ли говорить об успехе «Умного голосования» Навального? В ожидании «косяков» власти: можно ли говорить об успехе «Умного голосования» Навального?

Единый день голосования стал успехом для власти

Forbes
На северной стороне На северной стороне

Суровая кухня Норвегии — холодного края, под стать викингам и троллям

Лиза
Бесконечная ликвидация: как ювелирная сеть Sunlight заработала миллиарды на дешевых бриллиантах и стала интернет-мемом Бесконечная ликвидация: как ювелирная сеть Sunlight заработала миллиарды на дешевых бриллиантах и стала интернет-мемом

Сеть Sunlight в свое время совершила революцию на ювелирном рынке

Forbes
Открыть в приложении