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
Конец грибного мира Конец грибного мира

«Охотник за трюфелями» — хроника заката эпохи, когда человек любил свою работу

Weekend
7 способов отличить реальную новость от фейка 7 способов отличить реальную новость от фейка

Количество фейков в Интернете достигло критической массы

Maxim
Золотое масло Золотое масло

Как выбрать качественный крем с аргановым маслом

Здоровье
Спорт для тех, кто не хочет худеть Спорт для тех, кто не хочет худеть

Топ спортивных активностей для полных людей

Psychologies
Ом, бином и палиндром Ом, бином и палиндром

Об эффекте «Довода», самого долгожданного фильма нынешнего момента

Weekend
Рынок или ателье: как образуются огромные черные дыры Рынок или ателье: как образуются огромные черные дыры

Слияние черных дыр с сильно отличающейся массой идет по особому сценарию

Популярная механика
8 актеров, получивших «Оскар» за свою первую роль 8 актеров, получивших «Оскар» за свою первую роль

Вот кого ненавидит Ди Каприо!

Maxim
10 самых вопиющих киноляпов с оружием в культовых фильмах 10 самых вопиющих киноляпов с оружием в культовых фильмах

Ты больше не сможешь пересматривать любимые фильмы без чувства испанского стыда!

Maxim
Что означают цифры на штрихкодах? Что означают цифры на штрихкодах?

Знай это, когда в следующий раз захочешь отсканировать агента из «Хитмана»

Maxim
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
В одной черной-черной стране В одной черной-черной стране

Каждый год в результате аварий в России разливаются сотни тысяч тонн сырой нефти

GQ
Правила жизни Пола Ньюмана Правила жизни Пола Ньюмана

Правила жизни актера, режиссера и филантропа Пола Ньюмана

Esquire
Таймхакинг Таймхакинг

Как наука помогает нам делать все вовремя

kiozk originals
Семь главных шагов к вершине власти Семь главных шагов к вершине власти

На пути к положению принцепса Октавиан использовал хитрость и коварство

Дилетант
10 фактов о римских гладиаторах, которых вы могли не знать 10 фактов о римских гладиаторах, которых вы могли не знать

Кровавая бойня без правил — так большинство представляет себе гладиаторские бои

Популярная механика
Моя прелесть Моя прелесть

Удовольствие не является достойной целью. К чему же нам стремиться?

Playboy
«Контур жизни: Математик в поиске скрытой геометрии Вселенной» «Контур жизни: Математик в поиске скрытой геометрии Вселенной»

Отрывок из автобиографической книги математика Яу Шинтуна

N+1
Секси или нет? Что мужчины думают о женских коротких стрижках на самом деле Секси или нет? Что мужчины думают о женских коротких стрижках на самом деле

Что думают о женских коротких стрижках мужчины?

Cosmopolitan
Вещи и бессознательное: о чем мы фантазируем в кабинете аналитика? Вещи и бессознательное: о чем мы фантазируем в кабинете аналитика?

Несколько любопытных наблюдений психоаналитика Ирины Сизиковой

Psychologies
Мужчины тоже плачут: 6 самых частых «разновидностей» людских слез Мужчины тоже плачут: 6 самых частых «разновидностей» людских слез

Когда дело доходит до слез, не все из них одинаковы

Playboy
Думай и богатей Думай и богатей

Золотые правила успеха

kiozk originals
От лапши в стакане — к списку Forbes. Как Бинод Чаудхари стал первым и единственным непальским миллиардером От лапши в стакане — к списку Forbes. Как Бинод Чаудхари стал первым и единственным непальским миллиардером

Как заработал свои миллиарды потомственный бизнесмен Бинод Чаудхари

Forbes
Практическая польза Практическая польза

Худрук «Практики» Марина Брусникина превратила интернет-пространство в сцену

Vogue
Зависимость от компьютерных игр: признаки, профилактика и методы лечения Зависимость от компьютерных игр: признаки, профилактика и методы лечения

Список основных признаков игровой зависимости, а также способы решения

Playboy
Сергей Романцов: Главный критерий. Записки зоозащитника Сергей Романцов: Главный критерий. Записки зоозащитника

Тексты Сергея Романцова, посвященные эмпатии к животным и опыту зоозащиты

СНОБ

Рассуждаем о максимализме в моде и вспоминаем самых отчаянных фэшиониста

Cosmopolitan
Таможня отбирает добро: 12 провалов контрабандистов Таможня отбирает добро: 12 провалов контрабандистов

Опытный таможенник даже тюбик зубной пасты открывает с большой осторожностью

Maxim
Яд в истории. Чем политические отравления отличаются от «простых» убийств Яд в истории. Чем политические отравления отличаются от «простых» убийств

Яды как оружие в борьбе с противниками — прием, известный с древних времен

СНОБ
10 оттенков страха Владимира Машкова и его команды 10 оттенков страха Владимира Машкова и его команды

Паника, тревога, неопределенность — фон сегодняшней жизни

Psychologies
Открыть в приложении