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
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
«Дайте до детства плацкартный билет»: как нас захватила ностальгия «Дайте до детства плацкартный билет»: как нас захватила ностальгия

Почему и Цой жив, и хиты Лолиты и «Отпетых мошенников» на новый лад, но поют?

РБК
Правила жизни Джереми Айронса Правила жизни Джереми Айронса

Правила жизни ирландского актера Джереми Айронса

Esquire
Кости лисицы помогли пересмотреть представления о миграции охотников ледникового периода Кости лисицы помогли пересмотреть представления о миграции охотников ледникового периода

Древние охотники не мигрировали в более теплые районы с приходом зимы

N+1
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
Как советский футболист забил первый гол в истории кубков и чемпионатов Европы (видео) Как советский футболист забил первый гол в истории кубков и чемпионатов Европы (видео)

28 сентября 1958 года. Помни! Празднуй! Гордись!

Maxim
Игры с компьютером: с чего все начиналось Игры с компьютером: с чего все начиналось

Первая игра для двоих, первая игра для женщин и другие первые компьютерные игры

Weekend
Продавец обуви Продавец обуви

История компании Nike, рассказанная ее основателем

kiozk originals
Внимание на экран Внимание на экран

Какой ценой далось онлайн-обучение на карантине светским родителям и детям

Tatler
Гендерное неравенство в России: кто виноват и что делать? Гендерное неравенство в России: кто виноват и что делать?

Как обстоят дела с дискриминацией женщин на рынке труда (спойлер: плохо)

Cosmopolitan
Как легенда стритстайл-фотографии Томми Тон изменил бренд Deveaux Как легенда стритстайл-фотографии Томми Тон изменил бренд Deveaux

Переход от фотографа к дизайнеру – явление редкое

GQ
Микроулитки на страже экологии Микроулитки на страже экологии

Биологическое разнообразие Арктики изучено крайне неравномерно

Наука и жизнь
«Есенин нового времени»: как 22-летний пианист из Самары покорил зумеров, подружился с Моргенштерном и объявил войну Sony «Есенин нового времени»: как 22-летний пианист из Самары покорил зумеров, подружился с Моргенштерном и объявил войну Sony

Новый кумир зумеров — Эдуард Шарлот

Forbes
Дисциплина без драм Дисциплина без драм

Как помочь ребенку воспитать характер

kiozk originals
9 самых популярных памятников архитектуры, которые поначалу считали уродливыми 9 самых популярных памятников архитектуры, которые поначалу считали уродливыми

Оказывается, когда-то признанные архитектурные памятники подвергались гонениям

Maxim
Кровь — не водица: когда родственные связи в тягость Кровь — не водица: когда родственные связи в тягость

Как решить проблему токсичного отношения со стороны родных людей?

Psychologies
Пять языков любви Пять языков любви

Секрет прочных отношений

kiozk originals
Свердловчане не сдаются Свердловчане не сдаются

Сергей Светлаков давно пустился в самостоятельное плавание

OK!
Почему мы читаем негативные комментарии Почему мы читаем негативные комментарии

Что стоит за странным желанием увидеть негативные комментарии?

Psychologies
Талант или упорный труд? Разбираемся, что важнее для твоей карьеры Талант или упорный труд? Разбираемся, что важнее для твоей карьеры

Стоит ли завидовать одаренным людям?

Cosmopolitan
Зачем нам замуж? Алина Фаркаш считает, что брак женщине не так уж и нужен Зачем нам замуж? Алина Фаркаш считает, что брак женщине не так уж и нужен

Зачем выходить замуж в России – мне сложно понять

Cosmopolitan
Холланд против Паттинсона: чей южный акцент в фильме «Дьявол всегда здесь» лучше? Холланд против Паттинсона: чей южный акцент в фильме «Дьявол всегда здесь» лучше?

Кто лучше справился со своей ролью в триллере «Дьявол всегда здесь»?

GQ
Мурашки-антистресс Мурашки-антистресс

Почему нам нравится слушать АСМР

Glamour
5 легендарных мечей, которые до сих пор целы 5 легендарных мечей, которые до сих пор целы

Эти легендарные мечи можно увидеть собственными глазами!

Maxim
Марафон «Цифровой детокс»: возможно, вам не захочется его бросить Марафон «Цифровой детокс»: возможно, вам не захочется его бросить

Как же побороть цифровой гипноз и начать наслаждаться моментом «здесь и сейчас»?

РБК
10 фильмов, которые все путают с другими фильмами 10 фильмов, которые все путают с другими фильмами

Тот, где они еще парня искали…Там еще этот играл… Фильмы, которые все путают

Maxim
Пять трюков, которым можно научить кошку Пять трюков, которым можно научить кошку

Кошек можно дрессировать, если найти к ним правильный подход

Популярная механика
Если вы заблудились в лесу: инструкция по выживанию от психолога Если вы заблудились в лесу: инструкция по выживанию от психолога

Руководство по выживанию в лесу

Psychologies
Человек и железо Человек и железо

«Жаворонки на нити» — комедия о классовом перевоспитании, снятая в 1969 году

Weekend
Открыть в приложении