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
Бесконечная игра Бесконечная игра

В бизнесе побеждает тот, кто не участвует в гонке

kiozk originals
«Люди не знают, что такое инвалидность»: Сэмми Джабраиль о жизни с протезом и детстве в Дагестане «Люди не знают, что такое инвалидность»: Сэмми Джабраиль о жизни с протезом и детстве в Дагестане

Как в России относятся к людям с инвалидностью?

Forbes
Эшер, слэшер и Хичкок Эшер, слэшер и Хичкок

Ужасный иконостас Дарио Ардженто

Weekend
Империя иллюзий Империя иллюзий

Конец образованности и триумф шоу

kiozk originals
Парни, мы все повзрослели: каким получилось продолжение комедии «Билл и Тед» с Киану Ривзом 30 лет спустя Парни, мы все повзрослели: каким получилось продолжение комедии «Билл и Тед» с Киану Ривзом 30 лет спустя

Киану Ривз и Алекс Уинтер в образе двух посредственных и добродушных мужчин

Esquire
Что выдает мужчину-невротика? Рассуждает Михаил Лабковский Что выдает мужчину-невротика? Рассуждает Михаил Лабковский

Как распознать мужчину с неврозом и избежать токсичных отношений с ним

Cosmopolitan
10 самых редких и необычных видов диких кошек 10 самых редких и необычных видов диких кошек

Восхищаемся дикими кошачьими и удивляемся самым редким и необычным видам

Популярная механика
Как приготовить идеальное мясо на открытом огне. Инструкция Как приготовить идеальное мясо на открытом огне. Инструкция

Что делать, чтобы приготовленные на огне блюда получились выше всех похвал

РБК
Место на карте: Даурия Место на карте: Даурия

Здесь зарождалась величайшая империя в истории человечества

Культура.РФ
Искусство радоваться мелочам Искусство радоваться мелочам

Иногда полезно посмотреть на собак и детей и поучиться у них счастью

Psychologies
Стоит ли соглашаться на повышение? Как принять сложное карьерное решение Стоит ли соглашаться на повышение? Как принять сложное карьерное решение

Как принять решение о повышении, если вы не уверены, что справитесь со стрессом

Forbes
Как разлюбить плюшки Как разлюбить плюшки

Как сделать, чтобы плюшек не хотелось вовсе?

Худеем правильно
Гений места Гений места

Элегантный пентхаус в Южном Китае

SALON-Interior
Таймхакинг Таймхакинг

Как наука помогает нам делать все вовремя

kiozk originals
Никита Джигурда признался, что военные хирурги лишили его ежедневного секса Никита Джигурда признался, что военные хирурги лишили его ежедневного секса

Никита Джигурда откровенно рассказал о своем расставании с Мариной Анисиной

Cosmopolitan
Время футбола: каким получился фильм «Стрельцов» Время футбола: каким получился фильм «Стрельцов»

Осталось ли в фильме «Стрельцов» что-то от настоящего Эдуарда Стрельцова

РБК
Тина Канделаки: «Чтобы хорошо выглядеть, много денег не надо» Тина Канделаки: «Чтобы хорошо выглядеть, много денег не надо»

Тина Канделаки о своём отношении к возрасту и об умении быть молодой и красивой

Здоровье
Как избавиться от надоедливых групповых чатов и создать информативное сообщество в Viber Как избавиться от надоедливых групповых чатов и создать информативное сообщество в Viber

Вас тоже раздражают бестолковые открытки и старые мемы в групповых чатах?

CHIP
Какие фигуры нам нравятся на самом деле? Какие фигуры нам нравятся на самом деле?

Что, если на самом деле нам нравятся параметры, далекие от модельных?

Psychologies
Чем заняться в выходные? 15 примеров того, как провести уикенд весело и с пользой Чем заняться в выходные? 15 примеров того, как провести уикенд весело и с пользой

Коллекция идей, как провести субботу и воскресенье интересно и незабываемо

Playboy
Тесла Тесла

Человек из будущего

kiozk originals
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
Как понять, были ли ваши родители хорошими Как понять, были ли ваши родители хорошими

8 признаков правильного родительства

Psychologies
Сказок для девочек не существует: как любимые героини нас обманули Сказок для девочек не существует: как любимые героини нас обманули

Чему на самом деле сказки тебя научили?

Cosmopolitan
Как правильно организовать рабочее место Как правильно организовать рабочее место

Правильная организация рабочего места повышает продуктивность

Cosmopolitan
Якутское Якутское

В кино произошел разворот в сторону то ли большой России, то ли подлинного наива

Esquire
Мнимая угроза санкций: чего «Газпрому» нужно бояться на самом деле Мнимая угроза санкций: чего «Газпрому» нужно бояться на самом деле

Что угрожает Nord Stream 2 и «Газпрому»

Forbes
Как микробы управляют нами Как микробы управляют нами

Тайные властители жизни на Земле

kiozk originals
Диета Дюкана: научные факты о рисках и пользе Диета Дюкана: научные факты о рисках и пользе

Что такое «правильный» вес и почему питание по Дюкану может быть опасно

РБК
Открыть в приложении