Bildkredit: Woods Hole Oceanographic
Många saker var tvungna att gå bra för livet. Om du går långt tillbaka börjar det hela med att ett Big Bang-universum föder utrymme och tid. I det tidiga universum, ekade ljuset om, bromsade i livskraften, de primordiala elementen sammanfogades sedan kondenserade till en första generation av massiva uppfödarstjärnor. Efter att ha värmts upp till föreställningen (genom gravitationskomprimering) började grundämnen smälta i stjärnkärnor och en mindre form av ljus rörde sig utåt för att värma upp och belysa ett ungt och potentiellt ständigt expanderande universum.
Mer tid och mer utrymme så många av dessa tidiga blå stjärnor implodera (efter att ha levt mycket korta liv). Efterföljande explosioner spydde enorma mängder tyngre - icke-primordiala atomer ut i rymden. Ut ur denna rika kosmiska begåvning bildades nya stjärnor - många med planetvärdar. Eftersom sådana andra och tredje generationens solar är mindre massiva än deras förfäder, bränner de långsammare, svalare och mycket, mycket längre - något viktigt för den typ av godartade konsistenta energinivåer som krävs för att möjliggöra organiskt liv.
Även om uppfödarstjärnor bildades inom några hundra miljoner år efter Big Bang, tog livet här på jorden sin tid. Vår sol - en tredje generationens stjärna med blygsam massa - bildades cirka nio miljarder år senare. Livsformer utvecklades lite mer än en miljard år efter det. När detta inträffade kombinerades molekyler för att bilda organiska föreningar som - under lämpliga förhållanden - förenades som aminosyror, proteiner och celler. Under allt detta läggs ett lager av komplexitet till ett annat och varelser blev allt mer uppfattande av världen omkring dem. Så småningom - efter fler miljarder år - utvecklades visionen. Och vision - ökad med en subjektiv känsla av medvetenhet - gjorde det möjligt för universum att se tillbaka på sig själv.
Empirisk forskning om livets grunder visar att en sammanslagning av väl valda element (väte, kol, syre och kväve) utsatt för icke-joniserande ultraviolett strålning bildar aminosyror. Aminosyror själva har en anmärkningsvärd förmåga att kedja samman till proteiner. Och proteiner har en ganska "protean" förmåga att ge form och beteende till celler. Det anses nu helt möjligt att de allra första aminosyrorna tog form i rymden1 - Skyddad från hårdare strålningsformer i stora moln som består av primordialt och stjärnmaterial. Av denna anledning kan livet vara ett allestädes närvarande fenomen som helt enkelt väntar bara på vissa gynnsamma förhållanden för att slå rot och växa till en mängd olika former.
För närvarande tror exobiologer att flytande vatten är avgörande för bildandet och förökningen av det organiska livet. Vatten är ett extraordinärt ämne. Som ett milt lösningsmedel gör vatten det möjligt för andra molekyler att dissociera och blanda. Samtidigt är den mycket stabil och är transparent för synligt ljus - något som är användbart om biotik ska hämta energi direkt från solljus. Slutligen håller vattnet temperaturen väl, transporterar överskottsvärme genom förångning och flyter när det kyls för att stelna som is.
Enligt NASA-exobiologen Andrew Pohorille "samlar vatten organiska molekyler och tillåter organisation i strukturer som i slutändan blev celler." På så sätt verkar vatten i en enastående matris som gör det möjligt för organiska molekyler att bilda självorganiserande strukturer. Andrew citerar en egenskap som är unik förknippad med vatten som möjliggör självorganisation och tillväxt: ”Den hydrofoba effekten är ansvarig för det faktum att vatten och olja inte blandas, tvålar och tvättmedel fångar upp oljigt smuts under tvätt i vatten och för en ett stort antal andra fenomen. Mer generellt ansvarar hydrofob effekt för att åtskilja icke-polära (oljiga) molekyler eller delar av molekyler från vatten, så att de kan hålla sig ihop även om de inte är bundna. I biologin är det just dessa interaktioner som ansvarar för bildandet av membrancellväggar och för att fälla proteiner till funktionella strukturer. ”
För att vatten ska ta vätsketillståndet måste det förbli i ett relativt smalt intervall av temperaturer och tryck. På grund av detta är endast ett fåtal välplacerade planeter - och möjligen en handfull stora månar gynnade med de villkor som krävs för att låta livet leva. I många fall handlar det om en form av himmelsk fastighet - plats, plats, plats ...
Det tidiga livet på jorden var mycket enkelt i form och beteende. Även om de var cellulära saknade de en central kärna (prokaryot) och andra understrukturer (organeller). Avsaknad av en kärna som sådana celler reproducerades asexuellt. Dessa anaerober fanns främst genom att skapa (anabolisera) metangas från väte och koldioxid. De gillade värme - och det fanns gott om att gå runt!
Det faktum att livet utvecklats på jorden borde inte vara så förvånande som man skulle kunna tro. Livet betraktas nu som mycket mer robust än en gång trott. Till och med nu sprider hydrotermiska ventiler djupt i havet nära kokande vatten. Intill sådana ventiler blomstrar livet - i form av gigantiska rörmaskar och musslor. Djupt under jordytan finns mineralmetaboliserande anaeroba bakterier. Sådana förhållanden ansågs omöjliga under större delen av 1900-talet. Livet verkar dyka upp även under de hårdaste förhållandena.
När livsformer avancerade i vår värld utvecklade celler organeller - vissa genom att integrera mindre, mer specialiserade celler i deras strukturer. Planeten kyldes, atmosfären klargjordes och solljus spelade på oceanerna. Primitiva bakterier uppstod som fixerade energi från solljus som mat. Vissa förblev prokaryota medan andra utvecklade en kärna (eukaryot). Dessa primitiva bakterier ökade syreinnehållet i jordens atmosfär. Allt detta inträffade för cirka två miljarder år sedan och var avgörande för att stödja livskvaliteten och kvantiteten som för närvarande befolkar ”den blå planeten”.
Ursprungligen bestod atmosfären av mindre än 1% syre - men när nivåerna ökade, livsformer som äter bakterier anpassade för att syntetisera vatten från syre och väte. Detta frigör mycket mer energi än metanmetabolismen kan. Den kontrollerade syntesen av vatten var en enorm prestation för livet. Tänk på gymnasiets laboratorieexperiment där väte och syrgas kombineras, värms sedan exploderar. Primitiva livsformer måste lära sig att hantera dessa mycket flyktiga saker på ett mycket säkrare sätt - sätta fosfor till uppgift i omvandlingen av ADP till ATP och tillbaka igen.
Senare - för ungefär 1 miljard år sedan - tog de enklaste multicellulära varelserna form. Detta inträffade när celler samlades för allmänt bästa. Men sådana varelser var enkla kolonier. Varje cell var helt fristående och tog hand om sina egna behov. Allt de krävde var konstant exponering för den varma buljongen i de tidiga haven för att skaffa näringsämnen och eliminera avfall.
Nästa stora steg i livets utveckling2
kom när specialiserade cellvävnadstyper utvecklades. Muskel, nerv, överhud och brosk utvecklade utvecklingen av de många komplexa livsformer som nu befolkar vår planet - från blommande växt till den spirande unga astronomen! Men den allra första organiserade varelsen kan mycket väl ha varit en mask (annelid) som grävde genom den marina slemmen för cirka 700 miljoner år sedan. Bristande ögon och ett centralt nervsystem hade den bara förmågan att röra och smaka. Men nu hade livet kapacitet att differentiera och specialisera sig. Varelsen själv blev havet ...
Med tillkomsten av välorganiserade varelser snabbades livets takt:
Efter 500 MYA utvecklades de första ryggradsdjuren. Det var förmodligen ålliknande varelser som saknade syn, men känsliga för kemiska - och eventuellt elektriska - förändringar i deras miljöer.
År 450 MYA anslöt sig de första djuren (insekterna) till att röda växter på land.
Cirka 400 MYA de första ryggradsdjuret klättrade upp ur havet. Detta kan ha varit en amfibisk fisk som bestod av insekter och växtliv längs stranden.
Vid 350 MYA - de första "leguanliknande" reptilerna dök upp. Dessa hade starka, hårda käkar i en skalad i ett stycke. När de blev större, lättade sådana reptiler sina skalar genom att lägga till öppningar (bortom enkla ögonuttag). Innan dinosaurier dominerade jorden föregick krokodiller, sköldpaddor och pterasaurier (flygande reptiler) dem.
Primitiva däggdjur går tillbaka nästan 220 miljoner år. De flesta av dessa varelser var små och gnagare-liknande. Senare versioner utvecklade morkakan - men tidigare arter kläckte helt enkelt ägg internt. Naturligtvis är alla däggdjur varmblodiga och på grund av detta måste äta glupskt för att bibehålla kroppstemperaturen - särskilt på kalla blåsiga nätter som spårar svaga galaxer längs Eridanusfloden ...
Liksom däggdjur kräver varmblodiga fåglar mer mat än reptiler - men som reptiler - lagt ägg. Inte en dålig idé för en varelse av flyg! Idag flyger himmelfåglar (till exempel sensommaren Cygnus the Swan och Aquila the Eagle) eftersom riktiga fåglar tog vingan omkring 150 MYA.
De tidigaste primaterna fanns även under dinosauriernas utrotning. Starka bevis stöder idén att dinosaurierna själva passerade som en grupp efter att en asteroid - eller komet - påverkade Yucatan-halvön i Mexikos förenta stater. Efter denna katastrofala händelse sjönk temperaturen när en "icke-kärnkrafts" vinter föll ner. Under sådana förhållanden var mat reserv, men varmblodighet kom till sin rätt. Det var dock inte länge innan en typ av "gigantism" snart ersatte en annan - däggdjur växte till extraordinära storlekar och den största utvecklades i havets livmoder och tar nu formen av de stora valarna.
Slutet på "fruktansvärda ödlorna" var inte den första massutsläckningen i livet - fyra tidigare dödsfall hade föregått det. I dag, medveten om potentialen för andra sådana kataklysmiska effekter, håller några av världens astronomer ett öga på jordnära kretsande bitar av skräp som finns kvar från bildandet av solsystemet. De minsta typerna - till exempel meteorer - tar på sig ofarliga himmelljusshower. Större meteorer (bolider) sprider ibland "flamma" och spårar "rök" när de kraschar till jorden. Större organ har lämnat vaken av naturlig förödelse över mil av skogar - utan att ens lämna ett spår av sitt eget "parti kraschar" material bakom. Men större inkräktare har liten sådan blygsamhet. En asteroid eller komet med en kilometer i diameter skulle stava absolut katastrof för ett befolkningscenter. Organ tio gånger den storleken kan stå för massiva dödsfall av den typ som stavade dinosauriens slut.
Människor gick först upprätt 6MYA. Detta inträffade troligen när vägen divergerade mellan proto-schimpanser och tidiga hominider. Den divergensen följde en tio miljoner års period av snabb primatutveckling och blandades in i en sex miljoner år lång cykel av mänsklig evolution. De första stenverktygen tillverkades av mänsklig hand för cirka 2 miljoner år sedan. Elden utnyttjades av någon initiativrik medlem av den mänskliga arten en miljon år senare. Tekniken fick mycket långsamt fart - hundratusentals år har gått utan någon betydande förbättring av de verktyg som används av stamföreningarna från länge.
Moderna människor har sitt ursprung för mer än 200 000 år sedan. Cirka 125 tusen år senare inträffade en händelse som kan ha minskat hela människans befolkning på jorden till mindre än 10 000 individer. Den händelsen var inte utomjordisk i naturen - jorden själv strömde troligen fram "eld och svavel" under utbrottet av en gasladdad magakammare (liknande den under Yellowstone National Park i västra USA). Ytterligare 65 000 år gick och stenåldern gav plats för jordbrukets ålder. För 5000 år sedan samlades de första staterna i bördiga dalar omgiven av mycket mindre gästvänliga klimat. Hela civilisationer har kommit och gått. Var och en passerar en fackla av kultur och utvecklar långsamt teknik till nästa. Idag har det bara varit några korta århundraden sedan de första mänskliga handlinserna i glas och vänt det mänskliga ögat på natthimlen.
I dag tillåter enorma speglar och rymdsonder att överväga universums stora räckvidd. Vi ser en kosmos dynamisk och ganska trolig spännande med liv som är rikare än någon skulle kunna föreställa sig. Liksom ljus och materia kan livet mycket väl vara en grundläggande kvalitet på rymdkontinuumet. Livet kan vara lika universellt som gravitation - och lika personligt som en kväll ensam med ett teleskop under natthimlen ...
1 I själva verket har radiofrekvensspektrografiskt fingeravtryck av minst en aminosyra (glycin) hittats i stora moln av damm och gas i det interstellära mediet (ISM). (Se aminosyra som finns i djupa rymden).
2 Att livet utvecklas från mindre sofistikerade till mer sofistikerade former är en fråga bortom vetenskaplig tvist. Exakt hur denna process sker är en fråga om djup uppdelning i det mänskliga samhället. Astronomer - till skillnad från biologer - är inte skyldiga att hålla någon speciell teori i denna fråga. Huruvida chansmutationer och naturligt urval driver processen eller någon osynlig ”hand” som finns för att få till sådant är utanför astronomisk undersökning. Astronomer är intresserade av strukturer, förhållanden och processer i universum som helhet. När livet blir mer framträdande för den diskussionen kommer astronomi - i synnerhet exobiologi - att ha mer att säga om saken. Men det faktum att astronomer kan låta naturen tala om sådana frågor som en plötslig och omedelbar "skapelse ex nihilo" i form av en Big Bang visar hur flexibel astronomiskt tänkande är när det gäller det ultimata ursprunget.
Bekräftelse: Jag tackar exobiologen
Andrew Pohorille från NASA som upplyste mig om den stora betydelsen av den hydrofoba effekten på bildandet av självorganiserande strukturer. För mer information om exobiologi, se NASA: s officiella webbplats för Exobiology Life Through Space and Time genom vilken jag hade lyckan att kontakta Andrew.
Om författaren:
Inspirerat av det tidiga 1900-talets mästerverk: "The Sky Through Three, Four, and Five Inch Telescope" fick Jeff Barbour en start inom astronomi och rymdvetenskap vid sjunde års ålder. För närvarande ägnar Jeff mycket av sin tid åt att observera himlen och underhålla webbplatsen
Astro.Geekjoy.
