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

Давать свободу, доверять и наплевать на оценки. Мэй Маск и Эстер Войжитски — о том, как воспитать ребенка, который попадет в список Forbes Давать свободу, доверять и наплевать на оценки. Мэй Маск и Эстер Войжитски — о том, как воспитать ребенка, который попадет в список Forbes

О принципах воспитания нескольких участников списков Forbes из первых уст

Forbes
«Никогда не начинайте своего дела с эгоистичных мыслей». История первой японской женщины-миллиардера «Никогда не начинайте своего дела с эгоистичных мыслей». История первой японской женщины-миллиардера

Как Синохара Йошико стала одной из богатейших женщин в Японии

Forbes
Алесь Адамович Алесь Адамович

Опыт, пережитый Адамовичем во время войны, определил его мировоззрение

Дилетант
Средство от похмелья: научный взгляд на народную проблему Средство от похмелья: научный взгляд на народную проблему

Может ли современная медицина создать средство от похмелья

Популярная механика
Немного другие миры Джолана ван дер Виля Немного другие миры Джолана ван дер Виля

Художник из Амстердама играет с силами природы

Популярная механика
Детство, ты куда? Детство, ты куда?

Красота для поколения Z

Tatler
«Внутренний рассказчик. Как наука о мозге помогает сочинять захватывающие истории» «Внутренний рассказчик. Как наука о мозге помогает сочинять захватывающие истории»

Фрагмент из книги «Внутренний рассказчик»

N+1
Повилика синхронизировала время цветения с хозяином с помощью ворованных белков Повилика синхронизировала время цветения с хозяином с помощью ворованных белков

Ботаники проанализировали геном двух видов повилики. Что стало известно

N+1
7 странных явлений, которые происходят из-за Луны на Земле 7 странных явлений, которые происходят из-за Луны на Земле

Этот спутник не щадит ни львов, ни людей, ни лемуров!

Maxim
«Девушку с жемчужной сережкой» нарисовали наностолбиками с изменяемой яркостью «Девушку с жемчужной сережкой» нарисовали наностолбиками с изменяемой яркостью

Физики научились работать со светотенью при рисовании с помощью наноструктур

N+1
Татьяна Пилецкая Татьяна Пилецкая

Прима театра «Балтийский дом» и народная артистка России вернулась на киноэкраны

Собака.ru
История унисекса: какие предметы одежды женщины «отняли» у мужчин и сделали своими История унисекса: какие предметы одежды женщины «отняли» у мужчин и сделали своими

Женский гардероб регулярно заимствовал предметы и элементы из мужского

Forbes
Правила жизни Джорджа Р.Р. Мартина Правила жизни Джорджа Р.Р. Мартина

Джордж Р.Р. Мартин: «Нельзя написать хорошую книгу, в которой никто не погибает»

Esquire
Солнце — в бутылку! Солнце — в бутылку!

Как люди пытаются освоить термоядерный синтез

N+1

Почему Эдуард VIII не занял трон в 1936 году

Cosmopolitan
Цивилизации Цивилизации

Образы людей и богов в искусстве от Древнего мира до наших дней

kiozk originals
Контрацепция: что, когда и как рассказывать подросткам Контрацепция: что, когда и как рассказывать подросткам

Стоит ли нам говорить с подростками о контрацепции?

Psychologies
Крах деловых поездок, продаж бумаги и кофе: почему полный переход на удалёнку может стать экономической проблемой Крах деловых поездок, продаж бумаги и кофе: почему полный переход на удалёнку может стать экономической проблемой

Множество неочевидных бизнесов зависит от «белых воротничков»

VC.RU
«Геббельс. Портрет на фоне дневника» «Геббельс. Портрет на фоне дневника»

Отрывок из книги Елены Ржевской о личности министра пропаганды Третьего Рейха

N+1
«Вар! Верни легионы!» «Вар! Верни легионы!»

Одно из самых унизительных поражений римской армии

Дилетант
5 важных вопросов, которые надо задать партнеру до начала отношений 5 важных вопросов, которые надо задать партнеру до начала отношений

Что выяснить у партнера в начале отношений, чтобы у них не было трагичного конца

Psychologies
Мама – супергерой Мама – супергерой

Как быть многодетной мамой и быть красивой, стройной и успешной в профессии

Здоровье
Как заработать много денег: основные нюансы и 8 работающих стратегий Как заработать много денег: основные нюансы и 8 работающих стратегий

Коллекция стратегий по заработку денег, способных принести хороший доход

Playboy
10 самых нелепых теорий заговоров: мир под властью рептилоидов 10 самых нелепых теорий заговоров: мир под властью рептилоидов

Подборка самых нелепых и уморительных теорий конспирологов по всему миру

Популярная механика
Автопроизводителя имени Теслы обвинили в наглом мошенничестве Автопроизводителя имени Теслы обвинили в наглом мошенничестве

Серьезные обличения в наглой лжи Теслы

Популярная механика
Как заработать к 30 столько, чтобы жить в свое удовольствие? 5 советов от тех, кто это сделал Как заработать к 30 столько, чтобы жить в свое удовольствие? 5 советов от тех, кто это сделал

Чтобы заработать состояние к 30, грабить банк не придется

Playboy
Торт от стресса: почему ты заедаешь свои проблемы и как от этого избавиться Торт от стресса: почему ты заедаешь свои проблемы и как от этого избавиться

Что делать, если думаешь о еде как о способе снятия стресса

Cosmopolitan
Пограничное состояние: 7 маршрутов, куда Родина-мать зовет Пограничное состояние: 7 маршрутов, куда Родина-мать зовет

Наверстаем пробелы в курсе отечественной географии

Playboy
Долг Долг

Первые 5000 лет истории

kiozk originals
Сара Терриен: «Хорошая работа психолога чувствуется практически сразу» Сара Терриен: «Хорошая работа психолога чувствуется практически сразу»

Когда следует задуматься о консультации психолога?

Здоровье
Открыть в приложении