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

Как детский характер становится взрослым Как детский характер становится взрослым

Из чего складывает темперамент человека по мере взросления?

Популярная механика
Духовный мир животных Духовный мир животных

Как научиться лучше понимать природу и жить в гармонии с ней

kiozk originals
Богиня Голливуда и пакистанский принц: история любви Риты Хейворт и Али Хана Богиня Голливуда и пакистанский принц: история любви Риты Хейворт и Али Хана

Их роман в конце 40-х годов наделал немало шума и на Востоке, и на Западе

Cosmopolitan
Развитие мозга человека отрегулировали два белка с цинковыми пальцами Развитие мозга человека отрегулировали два белка с цинковыми пальцами

Эти белки, вероятно, связаны с рядом нейродегенеративных заболеваний

N+1
Dior Dior

Коллекции Марии Грации Кьюри и Кима Джонса для Dior

Weekend
Арт-терапия Арт-терапия

Дмитрий Озерков — главный человек по современному искусству в Петербурге

Tatler
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
Режиссер Келли Райхардт — о своем новом фильме «Первая корова», внутренней кухне кино и о том, как снимать кино об Америке начала XIX века Режиссер Келли Райхардт — о своем новом фильме «Первая корова», внутренней кухне кино и о том, как снимать кино об Америке начала XIX века

Новая работа режиссера — экранизация романа Джонатана Рэймонда

Esquire
Подчинение авторитету Подчинение авторитету

Научный взгляд на власть и мораль

kiozk originals
Лекарства вместо отравы: найден способ защитить растения от грибка Лекарства вместо отравы: найден способ защитить растения от грибка

Как защитить растения от грибка? Найден ответ

Популярная механика
Религия для диктатора. В чем состоит кредо Лукашенко Религия для диктатора. В чем состоит кредо Лукашенко

Символ веры, общий для несменяемых властителей на постсоветском пространстве

СНОБ
Погода – это мы Погода – это мы

Спасение планеты начинается за завтраком

kiozk originals
Иметь или быть? Иметь или быть?

Как современное общество стало материалистическим

kiozk originals
Взрослые в доме Взрослые в доме

Неравная борьба с европейским «глубинным государством»

kiozk originals
Корыто Корыто

Как в СССР радости жизни прилагались к должностям

Огонёк
Найден источник аномально огромной массы космического потока Найден источник аномально огромной массы космического потока

Каким образом Магелланов поток достиг своих колоссальных размеров и массы

Популярная механика
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
«Война за звёздочки»: Financial Times рассказала, как разработчики манипулируют оценками пользователей iOS-приложений «Война за звёздочки»: Financial Times рассказала, как разработчики манипулируют оценками пользователей iOS-приложений

Как разработчики манипулируют оценками пользователей iOS-приложений

VC.RU
От селфи до пластики — один шаг От селфи до пластики — один шаг

Стремление к физическому совершенству стало навязчивой идеей XXI века

Psychologies
Робот собрал кокосы с пальмы Робот собрал кокосы с пальмы

Инженеры разработали телеуправляемого робота для сбора кокосов с пальм

N+1
«Кислотные» стикеры сделали самолеты невидимыми для нейросетей «Кислотные» стикеры сделали самолеты невидимыми для нейросетей

Причина в фундаментальном недостатке нейросетей

N+1
О какой стране чаще всего писали в «Нью-Йорк таймс» за последние сто лет (любопытная инфографика) О какой стране чаще всего писали в «Нью-Йорк таймс» за последние сто лет (любопытная инфографика)

Чем был занят ум сферического американца в вакууме с начала XX века по наши дни?

Maxim
Юпитер оказался не помехой путешествию космической пыли Юпитер оказался не помехой путешествию космической пыли

Астероиды из внешней Солнечной системы содержат зерна пыли

N+1
Эффект Микадо: почему, становясь предпринимателями, вы лишаетесь свободы самовыражения Эффект Микадо: почему, становясь предпринимателями, вы лишаетесь свободы самовыражения

Почему предприниматели ответственны за судьбы других людей

Forbes
Земля. Тайная история красок Земля. Тайная история красок

Почему мир вокруг нас раскрашен в такие яркие цвета

kiozk originals
Без паники! Почему несовершенства снова в моде Без паники! Почему несовершенства снова в моде

Почему чрезмерный перфекционизм вреден

Cosmopolitan
Ученые открыли новый биомаркер расстройств аутистического спектра у дошкольников Ученые открыли новый биомаркер расстройств аутистического спектра у дошкольников

Выявлена взаимосвязь между РАС и концентрацией одного из белков в плазме крови

N+1
10 самых безумных приспособлений, которые можно купить 10 самых безумных приспособлений, которые можно купить

Эти гаджеты можно назвать полезными, но сложно назвать нормальными

Популярная механика
(Не)Совершенная случайность (Не)Совершенная случайность

Как случай управляет нашей жизнью

kiozk originals
Женщина, которую похитил серийный убийца, выжила и делится советами в TikTok Женщина, которую похитил серийный убийца, выжила и делится советами в TikTok

Пережившая насилие женщина ведет блог, вдохновляющий других людей

Cosmopolitan
Открыть в приложении