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

Почему люди верят в плоскую Землю Почему люди верят в плоскую Землю

Реальная причина, по которой люди думают, что Земля плоская, может вас удивить

Популярная механика
Моторы Москвы. Пять главных автомобилей довоенной столицы Моторы Москвы. Пять главных автомобилей довоенной столицы

Секреты автомобильной жизни довоенной столицы

РБК
По какому пути пойдет экспансия российского бизнеса в Белоруссии По какому пути пойдет экспансия российского бизнеса в Белоруссии

Экономические отношения между Белоруссией и Россией очень неформальны

СНОБ
9 явлений, которые никогда не увидит глаз, но которые можно сфотографировать 9 явлений, которые никогда не увидит глаз, но которые можно сфотографировать

Собрали в одном месте все то, что не видят наши глупые глаза

Maxim
Лучшие приключенческие книги: 8 романов, от которых захватывает дух Лучшие приключенческие книги: 8 романов, от которых захватывает дух

Подборка современных и классических книг о приключениях в горах, лесах и на море

Playboy
Не сдохни! Не сдохни!

Еда в борьбе за жизнь

kiozk originals
Питьевая вода Питьевая вода

История питьевой воды и способы сохранить ее запасы для будущих поколений

kiozk originals
10 терминов, неуместное использование которых расстраивает ученых 10 терминов, неуместное использование которых расстраивает ученых

Научные термины, которые мы не всегда уместно используем

Популярная механика
Иван Сорокин: Смена правил игры, или Почему высшее образование не гарантирует успех Иван Сорокин: Смена правил игры, или Почему высшее образование не гарантирует успех

Как изменились представления об успехе и почему стремиться нужно к счастью

СНОБ
Учитель словесности Людмила Великова Учитель словесности Людмила Великова

Разговор с учителем русского языка и литературы Людмилой Великовой

Seasons of life
Сверхинтенсивные короткие тренировки: эффективны или не очень? Сверхинтенсивные короткие тренировки: эффективны или не очень?

Правда ли, что интенсивные тренировки — панацея от всех проблем?

РБК
Самое большое в мире хранилище семян на случай апокалипсиса Самое большое в мире хранилище семян на случай апокалипсиса

В семенохранилище на Шпицбергене хранятся более 900 000 семян

Maxim
Женский живот: полезно или опасно качать пресс? Женский живот: полезно или опасно качать пресс?

Как состояние пресса сказывается на женском здоровье?

Psychologies
Британская сеть кофеен обучает заключенных навыкам бариста. Это помогает им найти работу и вернуться к нормальной жизни Британская сеть кофеен обучает заключенных навыкам бариста. Это помогает им найти работу и вернуться к нормальной жизни

В Великобритании заключенных обучают, как обжаривать зерна и варить кофе

Inc.
9 золотых правил длинных автопутешествий 9 золотых правил длинных автопутешествий

Благодаря этим советам даже 10 тысяч километров за рулем пролетят незаметно

Maxim
Надписи на черепках рассказали о грамотности воинов Иудейского царства Надписи на черепках рассказали о грамотности воинов Иудейского царства

В Иудее на рубеже VII–VI веков до нашей эры была развитая система образования

N+1
Как представляли Москву будущего в 1914 году Как представляли Москву будущего в 1914 году

Москва будущего: скоростные сани, монорельс и почему-то старомодная одежда

Maxim
Зубная фея Зубная фея

Эксперты о современных методах лечения неправильного прикуса

Vogue
Сбил зеркало плечом и не заметил. Нелепая причина для лишения прав Сбил зеркало плечом и не заметил. Нелепая причина для лишения прав

Мотоциклист сбил плечом зеркало у «Газели» и на год лишился прав

РБК
Духовный мир животных Духовный мир животных

Как научиться лучше понимать природу и жить в гармонии с ней

kiozk originals
«Звери дикого Юга», «Паразиты» и «Питер Пэн»: любимые книги и фильмы миллиардеров «Звери дикого Юга», «Паразиты» и «Питер Пэн»: любимые книги и фильмы миллиардеров

Что миллиардеры готовы рекомендовать к прочтению и просмотру?

Forbes
Тонкое искусство пофигизма Тонкое искусство пофигизма

Парадоксальный способ жить счастливо

kiozk originals
Ученые впервые клонировали лошадь Пржевальского Ученые впервые клонировали лошадь Пржевальского

В качестве генетического материала использовались замороженные клетки

N+1
Великий и оболганный: необычные факты о гениальном “Трабанте” Великий и оболганный: необычные факты о гениальном “Трабанте”

Рассказываем все самое интересное о прекрасном “Траби”

Популярная механика
Роман с тираном и откровенные фото: победы и поражения Марины Александровой Роман с тираном и откровенные фото: победы и поражения Марины Александровой

Самые интересные моменты из жизни талантливой актрисы Марины Александровой

Cosmopolitan
Монарх под видом демократа Монарх под видом демократа

Октавиан Август не стал повторять ошибок Цезаря

Дилетант
Бальзам на сердце Бальзам на сердце

Когда еда становится лекарством, а лекарство — едой

Вокруг света
Смертельная волна. История женщины, переживашей цунами и потерявшей все Смертельная волна. История женщины, переживашей цунами и потерявшей все

Отрывок из книги «Волна. О немыслимой потере и исцеляющей силе памяти»

Forbes
Что считается согласием на секс. Новая книга Екатерины Кронгауз и Андрея Бабицкого Что считается согласием на секс. Новая книга Екатерины Кронгауз и Андрея Бабицкого

Глава из книги «Так вышло: 29 вопросов новой этики и морали»

СНОБ
Тяжелое испытание: как дружить с красавицами Тяжелое испытание: как дружить с красавицами

Каково это — дружить с девушкой, которая выглядит как голливудская дива?

Cosmopolitan
Открыть в приложении