уторак, 06. новембар 2012.

Univerzum ~ fenomen života

 

 
 
 
Tekst preuzet iz Astronomskog  časopisa
Gravitacija je "cool"ili zašto je u našem univerzumu moguć život
Freeman J. Dyson,
 
 

 
1. Gravitacija je “cool”
Ja sam fizičar, ali danas neću govoriti o fizici. Govoriću o astronomiji i biologiji, o naukama za koje sam se oduvek interesovao mada u njima nisam stručnjak. Svi znaju čime se bave astronomija i biologija. Astronomija proučava vaseljenu, a biologija život. Mene interesuje to kako se slažu i uklapaju univerzum i život. Pošto nisam ekspert ni za jednu od ovih tema, može se desiti da kažem nešto što će stručnjaci smatrati glupošću. Nemojte se iznenaditi ako neke od izrečenih stvari ne budu tačne. U nauci je bolje biti u “krivu”, nego biti nejasan. Često se dešava da se do pravog rešenje dolazi posle gomile pogrešnih. Baš zato je zabavno biti naučnik. Ne morate se plašiti grešaka.
Odlučio sam da govorim o trima temama koje su nam svima poznate, ali na koje nemamo odgovor. To su: zašto je vaseljena prijateljski nastrojena prema evoluciji života; kako je nastao život; i gde da tražimo dokaze.
Znamo da je vaseljena prijateljski nastrojena prema razvoju života, jer u protivnom ne bismo mogli o tome da diskutujemo. Međutim, mi ne znamo zašto je to tako. Za nastanak i razvitak života, bilo na Zemlji, ili bilo gde drugde u svemiru, neophodne su dve stvari. Potreban je veoma snažan ali kratkotrajan događaj, na primer, eksplozija supernove koja bi budućoj Zemlji (ili negde drugde) omogućila potrebne hemijske elemente za život, a koji se jedino nalaze u unutrašnjostima zvezda. Zatim, sudaranje i spajanje malih planeta i nastanak velikih planeta, i naravno, bio bi potreban jedan miran i dugačak period u kome bi život nastao i razvio se, bez dodatnih uznemiravanja. Vreme u našem univerzumu je dvolično. Jedna njegova strana jeste nasilna i brza, a druga je spora i mirna. Lice uništitelja i lice čuvara. Kako to da ove dve suprotnosti mogu opstati zajedno u istom univerzumu?
U prošlosti, ljudi koji su proučavali istoriju Zemlje bili su podeljeni na katastrofiste i uniformiste. Katastrofisti su verovali da su Zemlju oblikovale periodične katastrofe, gde je najpoznatiji primer od svih, Biblijska poplava. Uniformisti su verovali da je Zemlja konstantno pod uticajem vremena koje je polako ali sigurno oblikuje. Mi danas ne znamo koja je od ovih strana u pravu. Ništa nije večno, ali iluzija večnosti može dugo da traje.
Kada se sa Zemlje preselimo na nebo, kontrast između tihog i burnog postaje jos veći. U našem mirnom kutku svemira, Mesec i planete se tromo kreću po svojim orbitama, zvezde uporno trepere milijardama godina, dok, tamo negde daleko od nas i po prostoru i po vremenu, iznenadne kataklizme ispunjavaju nebo nasiljem, pri čemu se nebeska tela rađaju ili umiru. Pre nešto više od četiri milijarde godina, dok je Zemlja bila mlada, nastanak Meseca se može nazvati kataklizmom. Druga planeta, manja od Zemlje, a veća od Meseca je udarila u Zemlju. U roku od par minuta ta planeta se raspala. Pola te mase se sjedinilo sa Zemljom, dok su ostaci formirali prsten oko nje, koji se vremenom sjedinio u Mesec. Šta god da je pre udara postojalo na Zemlji, udarom je uništeno, a sama Zemlja potpuno izmenjena. Udar ju je neverovatno zagrejao, toliko da se formirala atmosfera od isparenog kamenja. Vremenom se Zemlja hladila i ostala takva do dana današnjeg. Nijedno telo tih dimenzija nije više udarilo u Zemlju. Svi kasniji udari bili su manji i nisu naneli štetu ovakvih razmera. Međutim, širom vaseljene, kataklizme su mnogo snažnije od sudara planeta. Eksplozijom supernove se u međuzvezdani prostor izbacuje omotač zvezde i time obogaćuje težim elementima. Takva eksplozija se morala desiti u našoj “blizini” neposredno pre nastanka Sunčevog sistema, da bi pružila sve te teške elemente koji su utkani u Zemlju. Naravno, postoje i mnogo veće i snažnije kataklizme od supernova. To su bleskove gama zračenja, ali jos uvek niko ne zna zašto i kako nastaju. Univerzum je pun kataklizmi. Srećom po nas, vreme još uvek pokazuje svoju tihu stranu i život na Zemlji može nesmetano da se razvija.
Opstanak života neosporno zavisi o činjenici da vreme ima dva lica, mirno i nasilno, pri čemu su ona međusobno nezavisna. Nasilna strana stvara materijal koji nas sačinjava. Mirna strana pruža mogućnost i podršku za razvoj. Postoje dva osnovna razloga zašto vreme ima dva lica. Jedan površan, a drugi fundamentalan. Prvi kaže da je svemir neverovatno velik. Međusobne udaljenosti su ogromne da se slučajni sudari retko desavaju. Zato Suncev sistem i njegove planete ne podležu uticaju nijedne od okolnih zvezda već milijardama godina. Zaklonjeni smo od kataklizmi ogromnim međuzvezdanim prostorom.
Drugi, mnogo značajniji razlog se odnosi na gravitaciju. Ona vlada univerzumom. Gravitaciona energija je kvantitivno najveća rezerva energije u svemiru, a kvalitativno najravnomernije raspoređena. Zbog svojih superiornih kvaliteta, gravitaciona energija se može brzo i nepovratno pretvoriti u druge oblike energije. Drugi oblici energije se odlikuju neravnotežama i toplotom, ali gravitaciona energija je “cool”. Gravitacija je “cool” u oba smisla te reči. Zato gravitaciona energija pokreće turbine hidrocentrala sa skoro stoprocentnom efikasnošću, dok se centrale na ugalj, naftu, prirodni gas ili uranijum muče da dostignu pedeset procenata. Gravitaciona energija leda u ledenim pokrivačima na severu Kanade je tokom poslednjeg ledenog doba čekala u tišini celih sto hiljada godina ne bi li je otopljavanje i pukotine po ivicama oslobodile. Čim se oslobodio, led se pretvorio u ogromnu energiju poplave koja je prevrnula 1000 milijardi tona stena i stvorila kamenu pustoš. Slično tome, gravitaciona energija planete koja se sudarila sa Zemljom je ostala “cool” milionima godina, dok se u jednom trenutku nije pretvorila u toplotu u trenutku sudara iz kojeg se rodio Mesec. Svuda u svemiru, kada su uslovi povoljni za oslobađanje gravitacione energije, ona je u stanju da se u trenutku pretvori u toplotu i zračenje, sa katastrofalnim posledicama. Dva lica vremena su posledica postojanja dva lica gravitacije. Gravitacija je sila koja drži Zemlju po kojoj hodamo, i gravitacija je rezervoar ogromne energije koja može da naš svet raznese u komadiće.
Najbolje popularno izlaganje o nauci koja objašnjava kako svemir može da bude prijateljski nastrojen prema životu je knjiga “Stvaranje Svemira”, koju su napisali kineski astronomi Fang Li Zhi i Li Shu Xian. Knjiga je prevedena na engleski i objavio ju je, 1989. godine, World Scientific Publishing Company iz Singapura. Fang Li Zhi je poznati kineski disident koji danas živi u izbeglištvu u SAD. Posebno preporučujem poglavlje 6. naslovljeno “Kako je Red rođen u Haosu”. To poglavlje govori istu priču koju ja danas govorim, samo mnogo dublje i sa više detalja.

2. Svet iz ”kese za đubre”

Kako je uopšte začet život, glasi drugo pitanje. Da li se to desilo ovde, na Marsu ili negde drugde? Postoje dva potpuno različita pogleda na tu temu. Pre svega, tu je svet RNK i udvajanje molekula. RNK je ribonukleinska kiselina, odnosno jedan veliki molekul koga modifikuje DNK. Spajanjem i udvajanjem ovih molekula vremenom su stvarani drugi molekuli da bi na kraju nastalo živo biće. Teorija da je život nastao “iz kese za đubre” zauzima drugo mesto. Ideja ove teorije jeste ta da je život otpočeo u malim “kesama za đubre”, membranama napravljenim od različitih čestih hemikalija koje su upijale vodu punu ko zna kakvog “đubreta”. Svet RNK je standardna teorija, prihvaćena od strane većine stručnjaka biohemije i genetike. Stručnjaci vole RNK zato što je poprilično pogodna za eksperimentisanje. Otkad je Thomas Cech 1986. godine otkrio da se RNK ne samo udvaja i regeneriše, već i da se ponaša kao enzim za katalitičke reakcije između drugih molekula, stručnjaci smatraju ovu teoriju vodećom. Ribozomi, enzimi RNK čine važnu ulogu u svakoj ćeliji, jer pre svega bez njih ne bi postojao život.
Teorija o životu iz “kese za đubre” nije toliko elegantna niti dovoljno prihvaćena. Dvadesetih godinama prošlog veka postavio ju je ruski biolog Oparin. Međutim, Oparin je bio na lošem glasu i smatran lošim čovekom, te se i njegova teorija smatrala lošom. Na našu sreću, loši ljudi katkad postavljaju dobre teorije. Danas ovu teoriju propagira hemičar sa izraelskog instituta, Doron Lancet. I ja preferiram ovu teoriju, delom zbog toga što volim da budem u manjini, a delom zato što s hemijske strane gledano smatram ovu teoriju boljom i adekvatnijom. Ideja ove teorije jeste da je od nasumično sakupljenih molekula na jednom mestu (u jednoj “kesi za đubre”) moguće da neki sadrže katalizatore za stvaranje novih molekula, koji će biti u stanju da sintetišu nove molekule i tako dalje. Veoma se retko dešava da se sakupi takva kombinacija molekula koja bi vremenom omogućila sintezu čitave polulacije. U jednoj “kesi” skupina molekula se reprodukuje, ali nasumično, ne tačno i precizno. Takva “kesa” sakuplja sveže “đubre” iz spoljašnje sredine i raste. “Kesa” se s vremena na vreme turbulentnim kretanjem može podeliti na dve manje “kese”. Kolika je verovatnoća da će ćerka kesa nastaviti samostalan život reprodukcije? Verovatnoća veća od 50 procenata kaže da roditelj u proseku proizvede više od jedne ćerke-jedinke koja bi nastavila da vodi sasvim funkcionalan život sa mogućnošću reprodukcije, udvajanja i eto, život takve vrste je otpočeo.
Život koji na ovaj način nastaje jeste život iz “kese za đubre”. To je svet malih proto-ćelija koje imaju metabolizam i mogućnost periodične reprodukcije. Molekuli koje “kese” sadrže se ne repliciraju u potpunosti. Reprodukcija nije isto što i replikacija. ]elije se mogu reprodukovati, ali se samo molekuli mogu replicirati. Darvinova evolucija putem prirodne selekcije ne zahteva potpunu replikaciju. Darvin nikad nije čuo za DNK ili RNK ili za potpunu replikaciju kada je razvio svoju teoriju evolucije. Periodična reprodukcija je sasvim dovoljna osnova za prirodnu selekciju. Kada otpočne reprodukcija proto-ćelija u “kesi za đubre” prirodnom selekcijom se vrši odabir zarad poboljšanja kvaliteta katalizatora i preciznosti reprodukcije. Ne bi bilo iznenađujuće da za nekih milion godina selekcije nastane proto-ćelija sa svim visoko razvijenim hemijskim osobinama koje ima i moderna ćelija.
Život sačinjavaju dve stvari, metabolizam i replikacija, pri cemu se ove dve stvari mogu razdvojiti. Metabolizam je normalna hemijska aktivnost žive ćelije. Replikacija je precizno kopiranje gena. Odavdee slede dve logična zaključka od čega je život mogao nastati. Ili je život nastao samo jedanput, gde su metabolizam i replikacija vezane u jednoj funkciji od samog nastanka, ili je život nastajao dva puta, pri čemu je jedna vrsta sposobna da vrši metabolitičke procese bez precizne replikacije, a druga sposobna da vrši replikaciju bez metabolizma. Ako je život nastao jednom, verovatno bi bio u pitanju svet RNK. Ako je život nastajao dva puta, prvi početak bi ličio na život iz “kese za đubre”, sa stvorenjima koji sadrže razne molekule. Ova stvorenja bi nezavisno jedni od drugih mogla da postoje veoma dugo, možda jednu ili dve milijarde godina, pri čemu bi samo jeli, rasli i razvijali metabolizam. Drugi početak bi nastao tako što bi paraziti koristili produkte metabolizma ovih stvorenja za sopstveni opstanak, odnosno da bi otpočeli sopstvenu replikaciju.
Još jedna neophodna stvar za opstanak života u svemiru jeste simbioza. Simbioza je spajanje dve jedinke različitih vrsta, vrsta koje su do pre same simbioze imale različite evolutivne puteve. Tako se simbiozom dobija nova vrsta, do tada nikada viđena u prirodi. Biologija je pokazala da sve više biljke i životinje koriste simbiotičke bakterije za izvođenje mnogih sopstvenih životnih funkcija. Sjajan primer su bakterije u koje su specijalizovane za varenje celuloze koje se mogu naći u stomaku svake prosečne krave. Lynn Margulis je dokazala da je simbioza odigrala jednu od ključnih uloga u razvitku moderne ćelije iz bakterije. Dokazala je da su mitohondrije i hloroplasti, koji su danas važni sastavni delovi moderne ćelije, nekada bili nezavisna živa stvorenja. Oni su nekada davno napali pretka ćelije sa spoljašnje strane, da bi se vremenom adaptirali i postali deo nje. Takva ćelija se navikla da kontroliše aktivnosti novih delova, zarad nastanka kompleksne strukture koju nijedna od te dve sad srasle strane ne bi mogla da dostigne individualno. Na ovaj način simbioza omogućuje velike korake u evoluciji. Neko simbiotičko stvorenje može od proste postati složena jedinka mnogo brže nego neko stvorenje koje se korak po korak samostalno razvija mutacijom. Ja pretpostavljam da je rani skok od stvorenja iz “kese za đubre” do ćelije sa modernim genetickim aparatom nastao simbiozom. Nukleinske kiseline, koje su poreklom paraziti na stvorenjima iz “kese za đubre”, vremenom su navikle na svoje domaćine, a njihovi domaćini su naučili kako da ih tolerišu i eksploatišu zarad precizne replikacije. Zajedno, ove dve komponente su razvile modernu ćeliju koja je bila toliko efikasna, kako u metabolizmu, tako i u replikaciji, da je bukvalno zbrisala sve ostale vrste tadašnjih živih organizama.
Simbioza je takođe dominantni faktor u evoluciji neživog univerzuma. Simbioza je na nebu česta isto onoliko koliko i u biologiji. Astronomima su dobro poznate simbiotičke zvezde. Glavni razlog zašto je simbioza važna u astronomiji jeste dvostruka priroda gravitacije. Kada gravitacija utiče na ravnomerno raspoređenu materiju u velikom prostoru, prvi efekat gravitacije je sakupljanje te materije u grudvice. Te grudvice se dalje sakupljaju i razvijaju nezavisno na razne načine. To za cilj ima formaciju različitih vrsta nebeskih objekata. Nakon toga, dolazi do drugog efekta gravitacije. Ona teži da te formirane grudvice, objekte spoji u parove. To je sporadičan proces i često treba puno vremena da parovi nastanu. Međutim, univerzum ima i više nego dovoljno vremena. Posle nekoliko milijardi godina, u simbiotički sistem se veže veliki broj objekata raznih veličina, bilo da su u parovima ili u jatima. Kad se jednom tela gravitaciono vežu, disipacioni procesi teže da ona tela vezu još bliže. Približavanjem, tela međusobno interaguju pri čemu čari simbioze dolaze do izražaja.
Primeri astronomske evolucije na koju je uticala simbioza mogu se naći bilo gde na nebu. Na najvećoj skali, parovi i grupe galaksija su vrlo česta pojava. Kada galaksije dođu u kontakt jedna sa drugom, njihova unutrašnja evolucija se skoro uvek značajno promeni. Čest znak simbiotičke aktivnosti je aktivno galaktičko jezgro. Aktivno jezgro se na nebu vidi kao izuzetno jak izvor svetlosti u središtu galaksije. Aktivna galaktička jezgara mogu biti vrlo različita. Najverovatniji razlog za veliki intenzitet svetlosti u aktivnim jezgrima jeste gas koji pada u crnu rupu u centru jedne galaksije, što je posledica gravitacionih poremećaja koje je izazvao bliski susret sa drugom galaksijom. Često se događa da veća galaksija prosto proguta manju. Jezgro manje galaksije se tada vidi unutar veće, kao kosti miša u trbuhu zmije. Taj oblik simbioze se naziva galaktički kanibalizam.
Ipak, ovaj govor bi trebao da bude o životu i zato ne smem više da skrećem u astronomiju. Vratimo se na temu. Sa životne tačke gledišta, najvažnija astronomska simbioza je simbioza Sunca i Zemlje. Ceo sistem Sunca, planeta i satelita, sistem koji mi nazivamo Sunčev Sistem, predstavlja tipični primer astronomske simbioze. Na početku, kada se formirao Sunčev sistem, Sunce i Zemlja su rođeni sa potpuno različitim hemiskim i fizičkim osobinama. Sunce je napravljeno pretežno od vodonika i helijuma, dok je Zemlja napravljena od težih elemenata kao što su kiseonik, silicijum i gvožđe. Sunce je fizički jednostavno - sfera od gasa zagrevanog iz sopstvenog centra reakcijama fuzija vodonika u helijum, sfera koja jednostavno sija i sijaće postojano milijardama godina. Zemlja je, sa druge strane, fizički komplikovana - pola čvrsta, pola tečna sa površinom koju konstantno potresaju sve moguće nepogode. Simbioza ova dva toliko različita sveta je omogućila život. Zemlja je obezbedila raznovrsnost hemiskih elemenata i razvijanje života. Sunce je obezbedilo fizičku stabilnost, stalni izvor energije na koji se život može osloniti. Kombinacija zemljine raznovrsnosti i Sunčeve stabilnosti su temelj na kojem život evoluira i cveta.
Pored Sunca, planeta i njihovih satelita, u Suncevom Sistemu postoji i veliki broj asteroida i kometa, malih objekata gravitaciono vezanih za Sunce koji nemaju pravilne i postojane putanje kao planete. Asteroidi i komete su važan deo simbiioze koja drži sistem na okupu. Pošto imaju neuređene putanje, ovi objekti se često sudaraju sa planetama i proizvode katastrofalne efetke u lokalnoj sredini. Tragovi ovih udara se mogu videti na Zemlji, a još su vidljiviji na Mesecu. Pre nekoliko godina mogli smo da posmatramo ogromne ožiljke na Jupiteru koje je ostavio udar komete Schumacher-Levy. Dovoljno veliki udari koji na Zemlji mogu izazivati izumiranje vrsta na globalnoj skali dešavaju se od prilike jednom u 100 miliona godina. Nasumično uništenje kompletnih ekoloških celina od strane kometa je bilo deo istorije života na Zemlji od samog njemog nastanka. Verovatno su te katastrofe pogurale evoluciju napred time što su uništavale vrste koje su bile previše dobro adaptirane na statička okruženja, ostavljajući prostora vrstama koje su se lako prilagođavale težim i promenjivim uslovima. Bez povremenih katastrofičnih udara koji su nagrađivali prilagodljivost, teško da bi evolucija došla do naše rase. Mi smo jedna od najprilagodljivijih vrsta, potpmci simbioze u kojoj su Sunce, planete, asteroidi i komete igrali ključnu ulogu.
Najpoznatije eksperimentalno istraživanje nastanka života izveo je Stenli Miler na Berkliju 1953. godine. Miler je napunio zatvorenu posudu redukujućom atmosferom sačinjenom od metana, amonijaka, vodonika i vode, pustio električnu struju kroz nju. Rezultat je bila supa različitih elemenata koja se sastojala većim delom od interesantnih organskih jedinjenja. Ponovio je ovaj eksperiment koristeći oksidujuću atmosferu, a zatim koristeći neutralnu atmosferu od azota, ugljendioksida i vode. Drugi naučnici su ponovili ovaj eksperiment u još više različitih verzija. Rezultat je uvek isti. Sa redukujućom atmosferom se dobija puno različitih organskih jedinjenja. Sa oksidujućom ili neutralnom atmosferom se ne dobijaju nikakva organska jedinjenja.
Danas znamo da je zemljina redukujuća atmosfera, ako je ikada postojala, nestala u isto vreme kada su prestale meteorske kiše koje su potresale Zemlju, pre 3.8 milijardi godina. Milerova zavodljiva priča o poreklu života, priča o maloj bari obasjnoj Sunčevim zracima pod redukujućom atmosferom u kojoj se nalaze rastvorene hemikalije, danas je opovrgnuta. U skorije vreme, pojavila se nova zavodljiva priča koja je zamenila malopređašnju. Po novoj priči, život je potekao iz vruće, duboke, mračne male rupe sa dna okeana. Četiri eksperimentalne potvrde te teorije su se pojavile u vrlo kratkom roku. Prvo, otkriće bujnog života na obodima izvora vrele podzemne vode na dnu okeana. Voda koja ulazi u okean iz tih izvora je bogata vodoničnim i metalnim sulfidima, tako da je obezeđena redukujuća sredina nezavisno od atmosfere na površini. Drugo, otkriveno je da bakteriski život postoji u slojevima stena pod zemljom, na mestima gde je kontakt sa spoljašnjim oblicima života nemoguć. U nekim slučajevima, te podzemne baterije ne pripadaju nijednoj poznatoj vrsti. Treće, u laboratoriji su primećeni fenomeni neverovatno slični životu, kada se topla voda obogaćena gvožđe-sulfidima ispusti u hladnu vodu. Sulfidi se odvajaju od vode kao membrane i formiraju želatinaste balone. Ti baloni izgledaju kao mogući preci živih ćelija. Površine membrana absorbuju organske elemente iz rastvora i metalni sulfidi katalizuju niz različitih reakcija na površini membrane. Četvrto, otkriveno je da su mnoge drevne porodice bakterija termofilne, što znači da su specijalizovane za život u vrelim sredinama. Mnoge od njih se i danas mogu naći u vrelim izvorima gde je voda često na ivici ključanja.
Ova četiri dokaza, sa okeanskih grebena, iz dupokih naftnih bušotina, iz laboratoriskih eksperimenata i iz genetičkih analiza zajedno daju verodostojnu sliku života koji potiče iz vrelih dubina. Pošto nemamo nikakvo konkretno znanje o poreklu života, ne možemo ni jednu sredinu otpisati kao više ili manje verovatnu za život pre nego što je istražimo. Slika života koji nastaje u nekoj pukotini na dnu okeana je čista spekulacija i ne može se ni u kom slučaju smatrati za dokazanu teoriju. Ona ima vrlo važnu posledicu. Ako je teorija tačna, to znači da je nastanak života poprilično nezavisan od uslova na površini planete. Iz toga se može zaključiti da je život mogao da nastane na Marsu isto koliko i na Zemlji. Moj prijatelj, Tomas Gold, po profesiji astronom je stalno pun ideja. Sve njegove ideje nisu potpuno lude. Skoro je napisao knjigu po imenu “Duboka vrela biosfera”. On tu izlaže da se u Zemljinoj kori još uvek nalazi vrela biosfera. U knjizi iznosi neke dokaze u korist tvrdnje da se u podzemnoj biosferi nalazi biomasa iste veličine kao u površinskoj biosferi koju poznajemo. On primećuje: “Ako je takav život zaista nastao u dubinama zemljine kore, onda se u Sunčevom sistemu nalazi barem još deset nebeskih tela koja su imala slične šanse za nastanak bakteriskog života. Ne znam na kojih deset obekata Gold misli. Na listi su svakako Mars, Evropa, Titan i Triton. Evropa je Jupiterov satelir, Titan Saturnov, a Triton Neptunov. Sva tri satelita imaju hladne površine, ali tople unutrašnjosti u kojima se možda krije život.
Postoji moguća analogija između porekla života i porekla konstrukcija viših organizama. Pre pola milijarde godina, kada je život postojao već oko tri milijarde godina, došlo je do iznenadnog bujanja kompleksnih konstrukcija organizama. To bujanje je poznato kao “Kambrijska eksplozija” i tada su se za geološki kratko vreme razvili najvažniji organizmi iz kojih su nastali svi današnji viši organizami. U Kanadi su pronađeni fantastično očuvani fosili tih organizama, zarobljeni u šalitri. Stefan Gould ih je opisao u svojoj knjizi “Čudesni život”. Mora biti da se neposredno pre Kambriske epohe dogodilo nešto što je omogućilo genetsko programiranje kompleksnih organizama. Ono što se možda dogodilo je pronalaženje koncepta “indirektnog razvoja”, sistem u kojem embrion odlaže sa strane grupu ćelija koje su predodređene da izrastu u odraslu jedinku, odnosno sistem kojim se odvajaju buduće strukture embriona i jedinke. Prednost ovog sistena je taj da je u ranom periodu razvitka buduca jedinka zaštićena u fazi embriona, dok kasnije jedinka može da slobodno se razvija u komplikovane strukture nezavisno od prethodne strukture embriona. Trojica kaliforniskih paleontologa, Davidson, Peterson i Kameron, su sakupili dokaze za tvrdnju da velika većina današnjih vrsta potekla od indirektnog planiranja. Ova činjenica je dosta dugo ignorisana pošto su dve najpoznatije vrste, kičmenjaci i zglavkari, izuzeci od pravila. Ljudi i jastozi rastu direktno iz embriona u odraslu jedinku. Kičmenjaci i zglavkari, dve najuspešnije grupe životinja, verovatno počinju kao ostali sa indirektnim razvojem, ali su negde kasnije otkrili prečicu kojom izrastaju direktno iz embriona. Ako se prvo pojavio sistem indirektnog razvoja to znači da su višećeliski organizmi evoluirali u dva koraka. Prvi korak je bilo razviće embrionskih formi ograničene složenosti, kojima je nedostajala genetska mašinerija za programiranje specijalizovanih struktura. Drugi korak je razvitak odraslih organizama sa razijenim sistemom genetske kontrole i razvitak embrion koji je obezeđivao uslove za razvitak. Ja se zalažem za tezu da je rana evolucija života pratila ista dva koraka kao i evolucija viših organizama. Prvo se pojavljuje embrionski stadijum života, ćelije sa kompletnim metabolizmima ali bez genetskog aparata zbog čega nisu mogle da evoluiraju preko tog primitivnog nivoa. Posle toga dolazi odrasla faza, ćelije koje imaju razvijeme genetske sisteme što im omogućava da razvijaju složeniji i prilagođeniji metabolizam, dok je ponovo tu prva faza koja daje podršku tokom razvoja druge faze.
Za mene, jedna od najprivlačnijih ideja iz teorije “kese za đubre” za poreklo života jeste to da ona pokazuje da život prati istu logiku, veliki evolutivni korak podeljen na dva zasebna skoka, u tri najbitnija perioda u svojoj istoriji. Prvi period je, kada je pre četiri milijarde godina život nastao, imao dva skoka – metabolizam i razmnožavanje. Drugi period je po Margulisu bilo vreme nastajanja modernih ćelija, pre oko dve milijarde godina, kada su dva skoka bila parazitski napadi i simbioza. Poslednji, treći period je bio razvoj viših organizama, od pre oko 500 miliona godina, kada su dva skoka bila embrioni i paketi ćelija koji izrastaju u odrasle jedinke. U sve tri malopre pomenute revolucije prvi korak se oslanjao na grube i jednostavne načine nasleđivanja, a drugi korak je pravio skokove na nove nivoe sofisticiranosti u prevođenju genetskih jezika u anatomsku strukturu.
Oko 150 miliona posle Kambriske eksplozije, život je napravio jedan od najvećih skokova prelaskom iz mora na kopno. Da bi preživeo na kopnu morao je izmisliti pluća, kosti za nošenje sopstvenog tereta i kožu kojom bi sprečio gubitak vode. Prve životinje koje su izašle na kopno nisu još uvek imale nepropusnu kožu. Bile su amfibije, životinje nalik žabama koje su se izlegale iz jaja u vodi i živele samo deo svog života na kopnu. Dehidrirale su i umirale ako su ostajale previše dugo na suncu. Prošlo je još 50 miliona godina do nastanka reptila, potomaka amfibija koji su bili potpuno prilagođeni životu na kopnu. Reptili su se sa svojim nepropusnim kožama raširili po celoj Zemlji i od nje načinili svoj dom. Oslobađanje života od okeana je omogućilo sve ono što danas Zemlju čini tako lepom - krzno i perije, drveće i cveće.

3. Tražeći život

U poslednjem delu ovog govora, preći ću iz prošlosti u budućnost. Kada posmatram stvari iz astronomske perspektive, četiri stotine miliona godina koje su protekle od kada je život izašao iz okeana do danas su vrlo kratak period. To je možda samo prvi skok u novoj revoluciji koja će se završiti tek posle drugog, poslednjeg skoka. Prvi skok je iz okeana na zemlju. Drugi skok će biti sa zemlje u svemir. Ta revolucija će biti gotova kada život pobegne sa ove planete i od svemira napravi svoj novi dom. Mi smo započeli drugi skok istraživanjem planeta sunčevog sistema i našim kratkim putevima na Mesec. Ipak, dok god smo vezani za naše svemirske brodove i svemirska odela, bićemo samo amfibije. Ljudi u svemiru mogu da prežive vrlo kratko vreme posle kojeg se moraju vratiti na našu rodnu planetu i udisati vazduh pod našim plavim nebom. Ova amfibiska faza može trajati nekoliko stotina godina, dok god je život koji nosimo sa sobom sa Zemlje ograničen na veštačke simulacije zemaljske prirodne sredine.
Posle toga, možda mnogo ranije nego što većina ljudi očekuje, uzgajićemo biljke i životinje koje će biti prilago|ene životu u otvorenom svemiru. Skok sa disanja vazduha na život u vakuumu nije ništa veći nego skok sa disanja vode na disanje vazduha. Da bi se napravile takve vrste potrebno je pribeći genetskom inžinjeringu. Biljkama će trebati novi organi za fotosintezu koji će proizvoditi tečne ili čvrste perokside umesto gasovitog kiseonika. Životinjama će trebati novi organi za disanje koji će uzimati kiseonik u obliku peroksida, ne iz vazduha. Umesto pluća, životinje bi imale neki organ nalik na jetru koji razlaže perokside na molekularni kiseonik i sprovodi kiseonik u krvotok. I biljke i životinje će morati da imaju jaču kožu nebili održavali unutrašnji pritisak i sprečili da im krv proključa. Pritisak vodene pare na temperatri krvi je prilično nizak tako da koža neće morati da bude debela da bi zadržala vodu. Na hladnim mestima, dalje od Sunca, životinjama će trebati deblje krzno i biljkama deblji slojevi kore zarad bolje toplotne izolacije. Ovo će zaista biti težak zadatak za uzgajivače biljaka i životinja, ali sa kvalitetnim tehnikama genetskog inžinjeringa nije nemoguć. Kada ga završe, život će se ponovo iz doba amfibija preći u doba reptila. Drugi skok nove revolucije će biti gotov i život će biti na putu ka novoj fazi svoje evolucije. Život adaptiran na vakuum će se razvijati i stvarati nove ekosisteme na svim svetovima na kojima ima dovoljno sunčeve svetlosti i hemijskih elemenata neophodnih za život.
Ja nisam astronom, ali volim da razgovaram sa astronomima. Vidim svemir kroz oči astronoma. Kuda god da pogledam, vidim lepotu. Sve što vidimo, sem naše planete, je mrtvo. Jedna planeta bogata životom je lepša od celog mrtvog svemira. Svemir bi bio mnogo lepši ako bi bio bogat životom, ako bi se život proširio po tim milionima svetova. Kako god zna i ume život se mora proširiti i napraviti dom za sebe u svakom kutku svemira, kao što je napravio sebi dom u svakom kutku Zemlje. Možda je naš posao da budemo babice, da potpomognemo ro|enje živog svemira. Verujem da svemirska putovanja imaju viši cilj od sopstvene svrhe. Svemirska putovanja će biti sredstvo za oživljavanje svemira.
Ljudska bića nisu morala da postoje da bi život pobegao sa Zemlje. Mogle su da se pojave druge babice, druge vrste koje su razvile inteligenciju i oru|a za putovanje po svemiru. Možda se život može i sam proširiti po svemiru, bez uplitanja inteligentnih vrsta. Komadi stena se lansiraju sa Marsa pod uticajem udara kometa ili asteroida i stižu na Zemlju neoštećeni. Pronašli smo više od deset stena sa Marsa na Antarktiku i drugim mestima na Zemlji. Da je Mars posedovao neke žive stanovnike, neki od njih bi možda preživeli takav put i naselili se na Zemlji. Možda smo mi njihovi potomci. Organizmi sa Zemlje mogu na isti taj način da stignu do Marsa. Ni jedno mesto u svemiru nije potpuno izolovano od svojih suseda. Svemir ima puno vremena. On može da čeka da se život sa Zemlje proširi prirodnim procesima kao što su udari komete ili asteroida. Ako bismo se mi prihvatili tog posla, samo bismo ubrzali prirodne procese.
Rakete koje se danas koriste da nas prevezu sa Zemlje u svemir su apsurdno skupe. Javnost veruje da će svemirska putovanja zauvek biti nedostupna običnim ljudima. Ali ne mora zaista da bude tako. Svemirska putovanja ne bi trebala da zauvek budu posmatrački sport kojim se malom grupom izabranih za koje plaćaju milioni drugih koji ostaju kod kuće i posmatraju doga|aj na televiziji. Da bi putovanja u svemir bila jeftnija u budućnosti, moramo napraviti javne autoputeve u svemir. Da bi bila pristupačnija javnosti, svemirska putovanja moraju biti barem sto puta jeftinija nego danas. Cena lansiranja tovara u svemir će morati da padne sa dvadeset hiljada dolara po kilogramu na dve stotine dolara po kilogramu. Ovo zvuči vrlo teško za izvesti, ali je moguće ako otkrijemo radikalno drugačije metode propulzije koje će ostavljati izvor energije na Zemlji tako da svaki svemirski brod ne mora da nosi gorivo sa sobom. Taj izvor energije za lansiranje tovara sa površine u svemir bi trebao da bude kao javni autoput, da uslužuje svakoga ko do|e do njega sa svemirskom letelicom i ko je spreman da plati putarinu.
Postoji nekoliko načina za izgradnju svemirskog autoputa. Toj svrsi može poslužiti običan laserski zrak uperen u nebo. Pre dve godine u Prinstonu smo gledali film kojim je predstavljena tehnologija prve Leik Myrabo’s svetlosne letelice. To je jedna mala igračka-model letelice sa laserskim pogonom. Myrabo je profesor na Rensellaer politehničkom institutu u Troju (Troy), Njujork. Njegov model se uspešno podigao oko metar od zemlje, što je manje od visine koju su dostigla braća Rajt (Wright) 1903. godine. Kasnije, ove letelice su se podizale više, ali prvi korak je bio odlučujuć. Prvim letom je dokazano da je ovakav način leta moguć, kao što je 1903. godine pokazano da se čovek koji je teži od vazduha može osetiti kao ptica, odnosno da može poleteti. Na filmu se čulo da letelica pravi zvuke kao nekakva automatska puška, jer se visokoenergetski laser aktivira 10 puta u sekundi. Vozilo je ribljeg oblika, ima zatupljen nos i reflektujući tanjir oko pojasa. Masa letelice je 60 grama, a njen prečnik iznosi 15cm. Svaki laserski impuls je uperen ka tanjiru s namerom da tu zagreje vazduh do visoke temperature. Zagrevanjem vazduha izazvao bi se udarni talas koji bi gurnuo letelicu na gore. Procečna snaga zraka iznosi oko 10 kW. U me|uvremenu, Myrabo je pozajmio laser od američkog vazduhoplovstva i prošle godine na Prinston doneo novi film u kome je pokazao kako je letelica uspešno dostigla oko 22m visine. Zarad dostizanja većih visina, potreban je bolji laser. Prostom računicom se zaključuje da ako je za podizanje letelice od 60 grama potreban laser jačine 10 kW, onda je za letelicu tešku 5 tona potreban laser jačine 1 GW. Za putovanje kroz svemir, letelica od 5 tona bi mogla koristiti zagrevanje vode kao pogonsko gorivo. Ovih 5 tona bi bila poletna masa, gde bi 2 tone bilo pogonsko gorivo, a jedna tona koristan teret, koji bi sačinjavala dva putnika i njihov prtljag. Laser jačine 1 GW bi bio jako skup, ali ne i nemoguć. Danas već postoje laseri jačina od 100 MW. Medjutim, laser je jednostavniji deo čitavog sistema. Teže je napraviti ceo motor koji funkcionise na laserski pogon.
Sedamdeset godina posle prvog leta braće Rajt razvio se moderan avionski transport. Možda će isto toliko godina proći pre nego što Marybo-va svetlosna letelica postane standardno sredstvo prevoza do odredišta kao što su orbita, Mesec ili čak negde dalje. Na svakom odredištu morala bi postojati ogromna infrastruktura koja bi izgledala kao aerodrom, zajedno sa industrijama i hotelima. U odnosu na životni vek, za sve ovo trebaće mnogo vremena, me|utim, u astronomskim razmerama to će se ispuniti za čas.
Teško je izgraditi autoput, ali ako je on stalno u upotrebi, njegova izgradnja je isplativa. Da bi se svemirski autoput isplatio, potrebno je sto hiljada lansiranja godišnje, što bi značilo na svakih 5 minuta. Ovaj autoput bi prvo koristile velike korporacije i vlada koji ovakve troškove mogu priuštiti. A kada se autoput totalno izgradi, koristili bi ga i obični gra|ani i njihove porodice. Ne samo da bi ljudi išli u svemir, već bi oni sa sobom nosili i biljke i životinje. Do tada, genetika bi prilagoila te vrste novoj sredini. Ljudi bi širili život gde god da po|u kroz svemir.
Pre ili kasnije razvilo bi se jeftino putovanje kroz svemir. Ne postoji nijedan fizički zakon koji kaže da svemirska putovanja moraju biti uvek skupa. [to se fizike tiče, ako je cena srazmerna potrebnoj energiji, onda bi slanje nekoga u svemir sa Zemlje koštalo isto koliko i avionska karta od Njujorka do Tokija, što ne mora da znači i za povratni smer. Visina cene svemirske karte isključivo zavisi od gužve u saobraćaju. Milioni ljudi bi ga koristili kad bi imali svemirske gradove koje bi posećivali. Me|utim, izgradnja svemiskih staništa i smanjenje troškova biće spor proces. Mnogo toga se može uraditi za sto godina, ali ne dovoljno. [irenje života u svemir neće dočekati ni naši praunuci. Me|utim kad se život u svemiru ostvari, to će biti pravi blagoslov za čovečanstvo. Samo je jedna stvar sigurna. Kada jednom život počne da se širi po svemiru, ništa ga neće zaustaviti. Rašće i razvijaće se, sa ili bez naše pomoći.
I na kraju, pitanje: Gde da tražimo dokaze o postojanju života? Snovi o mogućoj budućnosti imaju posledice na sadašnjost. Može biti da je naša moguća budućnost nečija prošlost. Kada počnemo ozbiljnu potragu za drugim životom u svemiru, treba imati na umu mogućnost da je neka civilizacija već adaptirana na život u vakuumu. Za život u vakuumu planete nisu odgovarajuća staništa. Veća je verovatnoća da život postoji na nekom malom nebeskom telu kao što su asteroidi ili komete, tamo gde je gravitacija slabija i gde je kretanje sa jednog mesta na drugo mnogo lakše. Za život u vakuumu, planeta je smrtna zamka. Veća je verovatnoća da se u Kalperovom pojasu, prstenu malih ledenih tela van Neptunove orbite, može naći život, nego na svim planetama zajedno. Oko zvezda kao što je Beta Pictoris orbitiraju oblaci raznih materija, pa i mnogo Kalperovih pojaseva. Potraga za životom u svemiru se ne treba svesti samo na planete. One jesu najpogodnija mesta za začetak života, ali ne i najverovatnija mesta za otkriće života. U astronomiji, ako hoćete da dođete do važnog otkrića treba da tražite gde to niko ne čini. Ne kažem da ne treba tragati za životom na Marsu, nego da postoje i mnoga druga mesta za potragu, kao što su Evropa, Kalperov pojas i veliki molekularni oblaci. Život može cvetati gde god ima vode, ugljenika, azota i svetlosti. Ja mogu da se kladim da prvi vanzemaljski život neće biti otkriven na planeti. U svakom slučaju, biće mi drago bilo da pobedim ili izgubim ovu opkladu.
 




 
Predavanje održano na Kalifornijskom Univerzitetu Berkeley,
Kalifornija, 9. marta 2000.

 
Preveli: Katarina Miljković i Milan Raičević

1 коментар: