Życie może być znacznie starsze niż Ziemia. Mogło zaistnieć niedługo po Wielkim Wybuchu

W tym artykule:

1. Definicja życia
2. Początki życia na Ziemi
3. Życie na innych planetach
4. Życie powstało po uformowaniu się gwiazd
5. Życie z ciemnej materii
6. Życie tuż po Wielkim Wybuchu

Aby zbadać pochodzenie życia, najpierw musimy je zdefiniować. Istnieje ponad 200 opublikowanych definicji tego terminu. To pokazuje, jak trudno jest się z tym pojęciem zmierzyć. Na przykład: czy wirusy żyją? Replikują się, ale potrzebują do tego żywiciela. A co z prionami, patogennymi strukturami białkowymi?

Wciąż toczą się debaty na temat granicy między życiem a „nieżyciem”. Ale dla naszych celów możemy użyć niezwykle szerokiej, ale bardzo użytecznej definicji: życie to wszystko, co podlega darwinowskiej ewolucji.

Definicja życia

Tej ostatniej definicji hołduje m.in. dr January Weiner 3, bioinformatyk i współautor książki „Jak powstało życie na Ziemi?”. W trakcie debaty „Biogeneza. Jak to się stało, że na naszej planecie pojawiło się życie”, jaką miałam okazję prowadzić w trakcie siódmej edycji Śląskiego Festiwalu Nauki, dr Weiner zwracał uwagę, że właśnie ta cecha jest wyznacznikiem życia. Natomiast dr Janusz Pętkowski, astrobiolog z MIT Venus Team twierdzi, że różnica pomiędzy chemią a biologią jest jedynie arbitralna. Nie należy więc się zbytnio przywiązywać do odróżniania tych dziedzin wiedzy.

To miliardy piorunów mogły zapoczątkować życie na Ziemi – twierdzą naukowcy

W jaki sposób wyładowania atmosferyczne mogły przyczynić się do powstania życia na Ziemi? Kluczowy jest fosfor - a raczej materiały organiczne, które atomy fosforu mogą wytwarzać w połą...

A chociaż specjaliści przekonują, że definicja życia dla badania życia nie jest niezbędna, to dla laika, nawykłego do jasnego odróżniania pojęć, jest całkiem przydatna. Choćby arbitralnie, ale jednak musimy poznać granicę między życiem a nieżyciem. W końcu przez długi okres istnienia Ziemi na naszej planecie nie było życia. Ponadto, gdy zagłębiamy się w przeszłość i badamy inne potencjalne opcje życia, chcemy zachować szeroką definicję. Zwłaszcza, gdy badamy bardziej ekstremalne i egzotyczne zakątki Wszechświata.

Początki życia na Ziemi

Z naszej wiedzy wynika, że życie na Ziemi powstało co najmniej 3,7 miliarda lat temu. Przynajmniej w tej chwili tak o tym mówimy. Jak zwrócił uwagę w trakcie debaty dr January Weiner 3, za jego kariery naukowej ziemskie życie postarzało się o co najmniej dwa miliardy lat.

Jednak w tej chwili mówimy o tym, że pierwsze jednokomórkowe i ewoluujące organizmy zaistniały na naszej planecie 3,7–3,8 miliardów lat temu. Oczywiście nie mamy żadnych śladów skamieniałości takich organizmów, a jedynie ślady chemiczne. Organizmy te były bardzo podobne do współczesnych. Używały DNA do przechowywania informacji, RNA do transkrypcji tych informacji na białka, a białka do interakcji ze środowiskiem i tworzenia kopii DNA. Ta trójdrożna kombinacja pozwala tym zbiorom chemikaliów doświadczyć darwinowskiej ewolucji.

Ale te proste mikroby nie spadły tak po prostu z nieba. Wyewoluowały z czegoś. A jeśli życie jest czymś, co ewoluuje, to musiała istnieć prostsza wersja życia, która pojawiła się jeszcze wcześniej w przeszłości Ziemi. Niektóre teorie zakładają, że pierwsze samoreplikujące się cząsteczki – a tym samym najprostsza możliwa forma życia na Ziemi – mogły powstać zaraz po ochłodzeniu oceanów, ponad 4 miliardy lat temu.

Życie na innych planetach

W dodatku wcale nie jest powiedziane, że musiały powstać tylko na Ziemi. Mars i Wenus miały w tym czasie podobne warunki, więc jeśli życie wydarzyło się tutaj, mogło się zdarzyć również tam. Wszystkie te trzy planety znajdują się w tzw. ekosferze. Czyli na szerokim pasie orbitalnym wokół gwiazdy, który jest na tyle od niej oddalony, by Słońce nie rozgrzało planety do czerwoności. Oraz na tyle oddalony, by temperatura na planetach nie była zbyt niska. W sposób poetycki określa się to mianem strefy Złotowłosej.

Ale przecież nasze Słońce nie było pierwszą gwiazdą w rozległym Wszechświecie. Ba, jest produktem długiej linii poprzednich generacji gwiazd. Życie, jakie znamy, wymaga kilku kluczowych pierwiastków: wodoru, tlenu, węgla, azotu i fosforu. Z wyjątkiem wodoru, który pojawił się w pierwszych minutach po Wielkim Wybuchu, wszystkie te pierwiastki powstają w sercach gwiazd podczas ich cyklu życia. Trafiają w przestrzeń wraz z potężnymi eksplozjami supernowych. Tak długo, jak istnieje co najmniej jedno lub dwa pokolenia gwiazd żyjących i umierających, a tym samym rozprzestrzeniających pierwiastki w galaktyce, może pojawić się życie podobne do ziemskiego.

Życie powstało po uformowaniu się gwiazd

Jeśli spojrzeć na to w ten sposób, to chwila możliwego pierwszego pojawienia się życia przesuwa się o 13 miliardów lat wstecz. Ta era w historii Wszechświata znana jest jako kosmiczny świt, kiedy uformowały się pierwsze gwiazdy. Astronomowie nie są do końca pewni, kiedy ta transformacyjna epoka miała miejsce, ale było to kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu. Gdy tylko te gwiazdy się pojawiły, mogły zacząć tworzyć pierwiastki niezbędne do życia.

Tak więc życie, jakie znamy – zbudowane na łańcuchach węgla, wykorzystujące tlen do transportu energii i zanurzone w ciekłej wodzie – może być znacznie, znacznie starsze niż Ziemia. Jak przekonuje prof. Łukasz Kaczmarek z Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu, życie powstało z najszerzej dostępnych składników. Nie potrzebowało niczego wysublimowanego, mało dostępnego.

Jeśli istnieją inne, hipotetyczne formy życia oparte na egzotycznej biochemii, to nadal wymagają podobnej mieszanki pierwiastków. Na przykład niektóre obce formy życia mogą używać krzemu zamiast węgla jako podstawowego budulca. Lub używać metanu zamiast wody jako rozpuszczalnika. Bez względu na wszystko, te pierwiastki muszą skądś pochodzić, a to miejsce znajduje się w jądrach gwiazd. Bez gwiazd nie może istnieć życie oparte na związkach chemicznych.

Życie z ciemnej materii

A czy możliwe jest życie bez chemii? Jeśli przyjmiemy naszą szeroką definicję – że życie jest wszystkim, co podlega ewolucji – to nie potrzebujemy chemikaliów, aby tak się stało. Oczywiście, chemia jest wygodnym sposobem przechowywania informacji, pozyskiwania energii i interakcji ze środowiskiem, ale istnieją inne hipotetyczne ścieżki.

Na przykład duża część Wszechświata to tzw. ciemna materia. Jej natura jest nieznana fizyce, ale na pewno wykracza poza znane nam pierwiastki. Istnieje też ciemna energia, odpowiedzialna za ekspansję kosmosu. Być może istnieją jakieś dodatkowe siły natury, które działają tylko na ciemną materię i ciemną energię. I być może istnieje wiele „gatunków” ciemnej materii, a nawet cały „układ okresowy ciemnej materii”.

Jak wykryć życie na innych planetach? Naukowcom pomogą algorytmy sztucznej inteligencji

Kierowana przez profesora Hendersona Cleavesa grupa badaczy poinformowała, że opracowała metodę klasyfikacji pozaziemskich próbek opartą na możliwościach uczenia maszynowego. Może być wyk...

Kto wie, jakie interakcje i jaka ciemna chemia rozgrywa się w rozległych przestrzeniach między gwiazdami? Hipotetyczne „ciemne życie” mogło pojawić się w bardzo wczesnym Wszechświecie, na długo przed pojawieniem się pierwszych gwiazd. Byłoby zasilane i zapośredniczone przez siły, których jeszcze nie rozumiemy.

Życie tuż po Wielkim Wybuchu

Jak przekonuje Paul M. Sutter, astrofizyk z SUNY Stony Brook i Flatiron Institute w Nowym Jorku – możliwości mogą być jeszcze dziwniejsze. Niektórzy fizycy wysunęli hipotezę, że w najwcześniejszych momentach Wielkiego Wybuchu siły natury były tak ekstremalne i tak egzotyczne, że mogły wspierać wzrost złożonych struktur. Na przykład struktury te mogły być kosmicznymi strunami, które są fałdami w czasoprzestrzeni, zakotwiczonymi przez monopole magnetyczne.

Przy wystarczającej złożoności struktury te mogły przechowywać informacje. Miałyby do dyspozycji mnóstwo energii. Struktury te mogłyby się samoreplikować, umożliwiając ewolucję darwinowską. Wszelkie stworzenia żyjące w tych warunkach żyły i umierały w mgnieniu oka, a cała ich historia trwała krócej niż sekundę – ale dla nich byłoby to całe życie.

Źródła: Śląski Festiwal Nauki, Space.com.

Nasz ekspert

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.