Bilgi

8.2B: Mars Biyoimzaları - Biyoloji

8.2B: Mars Biyoimzaları - Biyoloji


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Öğrenme hedefleri

  • Biyoimzaları tanımlayın

Biyo-imza, geçmiş veya şimdiki yaşamın bilimsel kanıtını sağlayan herhangi bir maddedir - bir element, izotop, molekül veya fenomen gibi -. Bu maddelerin veya olayların mevcudiyetinin geçmiş veya şimdiki yaşamın bir sonucu olabilse de, bunların kesin kanıt olmadığını ve bu şekilde ele alınmaması gerektiğini anlamak önemlidir. Bilim adamları, bir biyo-imzanın önemini yalnızca yaşamın onu yaratma olasılığını inceleyerek değil, çoğunlukla onu üreten abiyotik süreçlerin olanaksızlığıyla da belirlerler.

Mars Biyoimzaları

Dünya'da normal memeli işleyişi, herhangi bir kimyasal işlem tarafından kopyalanmayan bir kimyasal sisi üretti. Bu sis, büyük miktarda oksijen ve az miktarda metandan oluşur. Bu gaz karışımı Mars gezegeninin atmosferinde de gözlemlenmiştir. Bu sisin kimyasal bir süreçle oluşamayacağına dair bilimsel düşünce nedeniyle mantık, gezegende bir yaşam kaynağı olması gerektiği sonucuna varır.

Bilim adamları, hipotezlerini keşfetmenin gerekli olduğunu düşünüyorlar, bu nedenle 1970'lerde, yaşam için araştırma yapmak üzere Mars'a gönderilen Viking I ve II adlı iki Amerikan sondası vardı. Sondalar, yörüngedeyken ve aslında Mars yüzeyindeyken gezegenin görüntülerini aldı. Viking iniş araçları, metabolizma belirtileri arayan üç yaşam algılama deneyi gerçekleştirdi. Ne yazık ki, görüntüleme ve yaşam tespiti sonuçları yetersizdi. Mars'a, Mars Bilim Laboratuvarı'na ve ExoMars'a, yalnızca biyolojik imzaları aramakla kalmayacak, aynı zamanda yaşanabilir ortamları da tespit etmeye çalışacak olan gelecekteki görevler için planlar var.

Anahtar noktaları

  • Biyo-imza, geçmiş veya şimdiki yaşamın bilimsel kanıtını sağlayan herhangi bir maddedir - bir element, izotop, molekül veya fenomen gibi -.
  • Dünya'da normal memeli işleyişi, herhangi bir kimyasal işlem tarafından kopyalanmayan bir kimyasal sisi üretti. Bu gaz karışımı Mars gezegeninin atmosferinde de gözlemlenmiştir.
  • 1970'lerde, gezegeni yaşam için keşfetmek üzere Mars'a gönderilen Viking I ve II adlı iki Amerikan sondası vardı. Viking iniş araçları, metabolizma belirtileri arayan üç yaşam algılama deneyi gerçekleştirdi, ancak görüntüleme ve yaşam algılama sonuçları yetersizdi.
  • Gelecekteki Mars misyonları için daha fazla biyo-imza kanıtı ve yaşam için yaşanabilir ortamlar aramak için planlar var.

Anahtar terimler

  • biyolojik imza: Yaşamın varlığını gösteren herhangi bir ölçülebilir olgu.
  • metabolizma: Canlı hücrelerde meydana gelen kimyasal reaksiyonların tamamı.
  • cansız: Cansız, cansız, yaşamın yokluğu ile karakterize edilen; inorganik maddeden.

Macar Araştırmacılar Mars Göktaşında Biyoimzalar Gördüklerini İddia Ediyor

Macaristan'dan bir bilim insanı ekibine göre, Antarktika'da bulunan bir Mars kayası olan ALH-77005, kokoidal, ipliksi yapılar ve organik materyal dahil olmak üzere çok sayıda mineralize "biyo-imza" içeriyor.

Bir sanatçının yaşanabilir Mars izlenimi. Resim kredisi: Daein Ballard / CC BY-SA 3.0.

HAS Research araştırmacılarından ekip lideri Dr. Ildiko Gyollai, “Çalışmamız gezegen, dünya, biyolojik, kimyasal ve çevre bilimlerini bütünleştirdiği ve bu alanlardaki birçok araştırmacının ilgisini çektiği için geniş bir kitle için önemlidir” dedi. Budapeşte Astronomi ve Yer Bilimleri Merkezi.

"Araştırma, taş meteoritlerde mikrobiyal arabuluculuğun yeni bir yönünün bir örneğini sunduğundan, gezegenbilimcilerin, göktaşı ve astrobiyoloji uzmanlarının yanı sıra yaşamın kökeni araştırmacılarının ve genel halkın da ilgisini çekecektir."

ALH-77005'in ince kesiti: piroksen kümülat taneleri ile olivin poikilitik dokusu, çalışılan eriyik cebi (dikdörtgen) çoğunlukla olivinden oluşur. Resim kredisi: Gyollai ve diğerleri, doi: 10.1515/astro-2019-0002.

Akondrit göktaşı ALH-77005, 1977-1978 yıllarında Japon Ulusal Kutup Araştırmaları Enstitüsü görevi sırasında Güney Victoria Toprakları'ndaki Allan Hills sahasındaki buza kısmen gömülü olarak bulundu.

Yuvarlatılmış bir şekle sahipti ve yüzeyi kısmen kesilmiş ve rüzgarla savrulan buzla kabaca parlatılmıştı.

Yaşının yaklaşık 175 milyon yıl olduğu ve yaklaşık 3 milyon yıllık kozmik ışınlara maruz kaldığı tahmin edilmektedir.

Düzlem polarize ışıkta ALH-77005'in ince kesiti: FTIR spektroskopisi ile incelenen alan, güçlü varsayılan mikrobiyal aracılı değişimin gözlemlendiği dikdörtgen ile işaretlenmiştir. Resim kredisi: Gyollai ve diğerleri, doi: 10.1515/astro-2019-0002.

Dr. Gyollai ve ortak yazarlar, optik ve FTIR-ATR mikroskopisi ile ALH-77005'in ince bir bölümünü analiz ettiler.

Ferrihidrit, götit ve hematit gibi kokoidal ve filamentli yapıların (muhtemelen demir oksitleyen mikroplar tarafından oluşturulmuş) organik materyal biyojenik minerallerinin varlığını tespit edebildiler.

Araştırmacılar, "ALH-77005'in biyojenitesi için diğer imzalar, güçlü negatif δ13C, şok eriyik destek senaryosunda demir, manganez, fosfor, çinko zenginleştirmesidir" dedi.

"Çalışmamız, Mars'ta mikrobiyal arabuluculuğun varlığını önermektedir."

Takımın makalesi dergide çevrimiçi yayınlandı Açık Astronomi.

Ildiko Gyollai ve diğerleri. 2019. ALH-77005 Shergottite'deki Mineralize Biyo-imzalar – Mars Yaşamına İlişkin İpuçları? Açık Astronomi 28 (1): 32-39 doi: 10.1515/astro-2019-0002


İçindekiler

Terim ilk olarak 1953'te Rus (Sovyet) astronom Gavriil Tikhov tarafından önerildi.[28] Astrobiyoloji etimolojik olarak Yunanca ἄστρον'dan türetilmiştir, astron, "takımyıldız, yıldız" βίος , bios, "hayat" ve -λογία , - mantık, ders çalışma. Astrobiyolojinin eşanlamlıları çeşitlidir, ancak eşanlamlılar, gelişiminde ima edilen en önemli bilimlerle ilişkili olarak yapılandırılmıştır: astronomi ve biyoloji. Yakın eş anlamlısı ekzobiyoloji Yunanca Έξω , "dış" Βίος'dan, bios, "yaşam" ve λογία, -logia, ders çalışma. Ekzobiyoloji terimi, moleküler biyolog ve Nobel Ödülü sahibi Joshua Lederberg tarafından icat edildi. [29] Ekzobiyolojinin dar bir kapsamı Dünya dışındaki yaşam arayışı ile sınırlı olduğu düşünülürken, astrobiyolojinin konu alanı daha geniştir ve dünya dışı yaşam arayışını içeren yaşam ve evren arasındaki bağlantıyı araştırır, aynı zamanda çalışmayı da içerir. Dünyadaki yaşamın kökeni, evrimi ve sınırları.

Geçmişte kullanılan bir başka terim de, 1954 yılında bilim kurgu yazarı Robert Heinlein'ın eserinde kullandığı ksenobiyoloji ("yabancıların biyolojisi") kelimesidir. Yıldız Canavarı. [31] Ksenobiyoloji terimi artık daha özel bir anlamda, dünya dışı veya karasal (muhtemelen sentetik) kaynaklı olsun, "yabancı kimyaya dayalı biyoloji" anlamında kullanılmaktadır. Laboratuarda bazı yaşam süreçlerine alternatif kimya analogları yaratıldığından, ksenobiyoloji artık mevcut bir konu olarak kabul edilmektedir. [32]

Ortaya çıkan ve gelişen bir alan olsa da, evrenin başka bir yerinde yaşamın var olup olmadığı sorusu doğrulanabilir bir hipotez ve dolayısıyla geçerli bir bilimsel araştırma hattıdır. [33] [34] Bir zamanlar bilimsel araştırmanın ana akımının dışında düşünülse de, astrobiyoloji resmileştirilmiş bir çalışma alanı haline geldi. Gezegen bilimcisi David Grinspoon, astrobiyolojiyi, bilinen bilimsel teoride bilinmeyene spekülasyonları temel alan bir doğal felsefe alanı olarak adlandırıyor. [35] NASA'nın ekzobiyolojiye ilgisi ilk olarak ABD Uzay Programının geliştirilmesiyle başladı. 1959'da NASA, ilk ekzobiyoloji projesini finanse etti ve 1960'da NASA, şu anda NASA'nın mevcut Astrobiyoloji Programının dört ana unsurundan biri olan bir Ekzobiyoloji Programı kurdu. [2] [36] 1971'de NASA, Güneş Sistemi dışındaki dünya dışı yaşam tarafından iletilen yıldızlararası iletişim için elektromanyetik spektrumun radyo frekanslarını aramak için dünya dışı zeka (SETI) araştırmasını finanse etti. NASA'nın 1976'da başlatılan Mars'a Viking misyonları, Mars'taki mevcut yaşamın metabolizmasını aramak için tasarlanmış üç biyoloji deneyi içeriyordu.

Astrobiyoloji, gözlemsel astronomi alanlarındaki gelişmeler ve dünyadaki en zorlu ortamlarda olağanüstü gelişme kabiliyetine sahip çok çeşitli ekstremofillerin keşfi, yaşamın muhtemelen evrendeki dünya dışı cisimlerin çoğunda gelişiyor olabileceği yönündeki spekülasyonlara yol açtı. [12] Güncel astrobiyoloji araştırmalarının özel bir odak noktası, bu gezegenin Dünya'ya yakınlığı ve jeolojik tarihi nedeniyle Mars'ta yaşam arayışıdır. Mars'ın daha önce yüzeyinde hatırı sayılır miktarda su bulunduğunu öne süren artan sayıda kanıt var, [37] [38] su, karbon temelli yaşamın gelişiminin temel bir öncüsü olarak kabul ediliyor. [39]

Mars'taki mevcut yaşamı aramak için özel olarak tasarlanan görevler, Viking programı ve Beagle 2 sondalarıydı. Viking sonuçları yetersizdi, [40] ve Beagle 2, inişten dakikalar sonra başarısız oldu. [41] Güçlü bir astrobiyoloji rolü olan gelecekteki bir görev, iptal edilmemiş olsaydı, Jüpiter'in donmuş uydularını (bazıları sıvı su içerebilecek) incelemek için tasarlanmış Jüpiter Buzlu Uyduları Orbiter olacaktı. 2008'in sonlarında, Phoenix iniş aracı, Mars'taki mikrobiyal yaşamın geçmiş ve şimdiki gezegensel yaşanabilirliği için çevreyi araştırdı ve oradaki suyun tarihini araştırdı.

Avrupa Uzay Ajansı'nın 2016'daki astrobiyoloji yol haritası, beş ana araştırma konusu belirledi ve her konu için birkaç temel bilimsel hedef belirledi. Beş araştırma konusu şunlardır: [42] 1) Gezegen sistemlerinin kökeni ve evrimi 2) Uzayda organik bileşiklerin kökenleri 3) Kaya-su-karbon etkileşimleri, Dünya'da organik sentez ve hayata giden adımlar 4) Yaşam ve yaşanabilirlik 5) Yaşam tespitini kolaylaştıran biyolojik imzalar.

Kasım 2011'de NASA, Mars Bilim Laboratuvarı görevini başlattı. Merak Ağustos 2012'de Gale Krateri'nde Mars'a inen gezici. [43] [44] [45] Merak rover şu anda Mars'taki mikrobiyal yaşamın geçmiş ve şimdiki gezegensel yaşanabilirliği için çevreyi araştırıyor. 9 Aralık 2013'te NASA, kanıta dayanarak şunları bildirdi: Merak Aeolis Palus'u inceleyen Gale Krateri, mikrobiyal yaşam için misafirperver bir ortam olabilecek eski bir tatlı su gölü içeriyordu. [46] [25]

Avrupa Uzay Ajansı şu anda Rusya Federal Uzay Ajansı (Roscosmos) ile işbirliği yapıyor ve Temmuz 2020'de piyasaya sürülmesi planlanan ancak 2022'ye ertelenen ExoMars astrobiyoloji gezicisini geliştiriyor.[47] Bu arada NASA, Mars 2020 astrobiyolojisini başlattı. Gezici ve daha sonra Dünya'ya dönüş için örnek önbellek.

Gezegensel yaşanabilirlik Düzenle

Dünya gibi diğer gezegenlerde yaşam ararken, bazı basitleştirici varsayımlar, astrobiyologun görevinin boyutunu küçültmek için yararlıdır. Birincisi, galaksimizdeki yaşam formlarının büyük çoğunluğunun, Dünya'daki tüm yaşam formları gibi karbon kimyalarına dayandığına dair bilinçli varsayımdır. [48] ​​Karbon, çevresinde oluşturulabilen alışılmadık derecede geniş çeşitlilikteki moleküllerle iyi bilinir. Karbon, evrende en bol bulunan dördüncü elementtir ve bir bağ oluşturmak veya koparmak için gereken enerji, yalnızca kararlı değil, aynı zamanda reaktif olan moleküller oluşturmak için uygun seviyededir. Karbon atomlarının diğer karbon atomlarına kolayca bağlanması gerçeği, son derece uzun ve karmaşık moleküllerin oluşturulmasına izin verir.

Sıvı suyun varlığı, yaygın bir molekül olduğu ve sonunda yaşamın ortaya çıkmasına yol açabilecek karmaşık karbon bazlı moleküllerin oluşumu için mükemmel bir ortam sağladığı için varsayılan bir gereksinimdir. [49] [50] Bazı araştırmacılar, hipotetik biyokimya türleri için olası çözücüler olarak su-amonyak karışımlarının bulunduğu ortamları varsaymaktadır. [51]

Üçüncü bir varsayım, artan gezegen yaşanabilirliği olasılıkları için Güneş benzeri yıldızların etrafında dönen gezegenlere odaklanmaktır. [52] Çok büyük yıldızların yaşam süreleri nispeten kısadır, bu da onların yörüngesinde dönen gezegenlerde yaşamın ortaya çıkmak için zamanı olmayabileceği anlamına gelir. Çok küçük yıldızlar o kadar az ısı ve sıcaklık sağlarlar ki, yalnızca etraflarında çok yakın yörüngelerde bulunan gezegenler katı halde donmaz ve bu kadar yakın yörüngelerde bu gezegenler gelgit olarak yıldıza "kilitlenir". [53] Kırmızı cücelerin uzun ömürleri, kalın atmosferli gezegenlerde yaşanabilir ortamların gelişmesine izin verebilir. Kırmızı cüceler son derece yaygın olduğu için bu önemlidir. (Bkz. Kırmızı cüce sistemlerinin yaşanabilirliği).

Dünya, yaşamı barındırdığı bilinen tek gezegen olduğundan, bu basitleştirici varsayımlardan herhangi birinin doğru olup olmadığını bilmenin açık bir yolu yoktur.

İletişim girişimleri Düzenle

Dünya dışı zeka (CETI) ile iletişim üzerine araştırmalar, teorik olarak başka bir teknolojik medeniyet tarafından anlaşılabilecek mesajları oluşturmaya ve deşifre etmeye odaklanır. İnsanlar tarafından yapılan iletişim girişimleri, matematiksel dillerin yayınlanmasını, Arecibo mesajı gibi resimsel sistemleri ve 'doğal' dil iletişimini tespit etmeye ve deşifre etmeye yönelik hesaplama yaklaşımlarını içermektedir. Örneğin SETI programı, dünya dışı bir zekadan kasıtlı sinyalleri aramak için hem radyo teleskoplarını hem de optik teleskopları kullanır.

Carl Sagan gibi bazı yüksek profilli bilim adamları mesajların iletilmesini savunurken, [54] [55] bilim adamı Stephen Hawking buna karşı uyardı ve uzaylıların kaynakları için Dünya'ya basitçe baskın yapıp sonra devam edebileceğini öne sürdü. [56]

Astrobiyolojinin Unsurları Düzenle

Astronomi Düzenle

Astronomi ile ilgili çoğu astrobiyoloji araştırması, güneş dışı gezegen (exoplanet) tespiti kategorisine girer, hipotez, eğer Dünya'da hayat ortaya çıkarsa, benzer özelliklere sahip diğer gezegenlerde de ortaya çıkabilir. Bu amaçla, Dünya büyüklüğündeki ötegezegenleri tespit etmek için tasarlanmış bir dizi araç düşünüldü, özellikle NASA'nın Karasal Gezegen Bulucu (TPF) ve ESA'nın Darwin programları, ikisi de iptal edildi. NASA başlattı Kepler görev Mart 2009'da ve Fransız Uzay Ajansı COROT uzay görevini 2006'da başlattı. [57] [58] Ayrıca daha az hırslı yer tabanlı çalışmalar da sürüyor.

Bu görevlerin amacı sadece Dünya büyüklüğündeki gezegenleri tespit etmek değil, aynı zamanda gezegenden gelen ışığı doğrudan tespit ederek spektroskopik olarak çalışılabilmesidir. Gezegensel spektrumları inceleyerek, bir güneş dışı gezegenin atmosferinin ve/veya yüzeyinin temel bileşimini belirlemek mümkün olacaktır. Bu bilgi göz önüne alındığında, o gezegende yaşamın bulunma olasılığını değerlendirmek mümkün olabilir. Bir NASA araştırma grubu olan Virtual Planet Laboratory [59], TPF veya Darwin tarafından bakıldığında nasıl görüneceklerini görmek için çok çeşitli sanal gezegenler oluşturmak için bilgisayar modellemesini kullanıyor. Bu görevler çevrimiçi hale geldiğinde, tayflarının bu sanal gezegen tayflarıyla, yaşamın varlığını gösterebilecek özellikler için çapraz kontrol edilebileceği umulmaktadır.

Akıllı gezegenlerin sayısı için bir tahmin iletişimsel dünya dışı yaşam Drake denkleminden toplanabilir, esasen, yaşanabilir olabilecek gezegenlerin oranı ve üzerinde yaşamın ortaya çıkabileceği gezegenlerin oranı gibi faktörlerin ürünü olarak akıllı yaşam olasılığını ifade eden bir denklem: [60]

N = R ∗ × f p × n e × f l × f ben × f c × L

  • n = İletişimsel uygarlıkların sayısı
  • R* = Uygun yıldızların oluşum hızı (Güneşimiz gibi yıldızlar)
  • FP = Gezegenli yıldızların oranı (mevcut kanıtlar, gezegen sistemlerinin Güneş gibi yıldızlar için ortak olabileceğini gösteriyor)
  • ne = Gezegen sistemi başına Dünya boyutundaki dünyaların sayısı
  • Fben = Hayatın gerçekten geliştiği Dünya büyüklüğündeki gezegenlerin oranı
  • Fben = Zekanın geliştiği yaşam alanlarının oranı
  • FC = İletişimsel gezegenlerin oranı (elektromanyetik iletişim teknolojisinin geliştiği gezegenler)
  • L = İletişim kuran medeniyetlerin "ömrü"

Bununla birlikte, denklemin arkasındaki mantık sağlam olsa da, denklemin yakın zamanda makul hata sınırlarıyla sınırlandırılması pek olası değildir. Formülle ilgili sorun, asla doğrulanamayacak faktörler içerdiğinden, hipotez oluşturmak veya desteklemek için kullanılmamasıdır. İlk dönem, R*, yıldız sayısı, genellikle birkaç büyüklük mertebesi içinde sınırlıdır. İkinci ve üçüncü terimler, FP, gezegenleri olan yıldızlar ve Fe, yaşanabilir koşullara sahip gezegenler, yıldızın mahallesi için değerlendiriliyor. Drake, denklemi başlangıçta yalnızca Green Bank konferansında tartışma için bir gündem olarak formüle etti, [61], ancak formülün bazı uygulamaları tam anlamıyla alındı ​​ve basit veya sözde bilimsel argümanlarla ilgiliydi. [62] Bir diğer bağlantılı konu, eğer evrende akıllı yaşam yaygınsa, bunun bariz işaretleri olması gerektiğini öne süren Fermi paradoksu.

Astrobiyolojide bir diğer aktif araştırma alanı gezegen sistemi oluşumudur. Güneş Sisteminin özelliklerinin (örneğin, Jüpiter'in koruyucu bir kalkan olarak bulunması) [63] gezegenimizde akıllı yaşamın ortaya çıkma olasılığını büyük ölçüde artırmış olabileceği öne sürülmüştür. [64] [65]

Biyoloji Düzenle

Biyoloji, bir süreç ya da olgunun, matematiksel olarak mümkün olmakla birlikte, dünya dışı bir bedende zorla var olması gerektiğini söyleyemez. Biyologlar neyin spekülatif olup neyin olmadığını belirler. [62] Aşırı ortamlarda hayatta kalabilen organizmalar olan ekstremofillerin keşfi, astrobiyologlar için temel bir araştırma unsuru haline geldi, çünkü bunlar gezegen bağlamında yaşamın sınırlarındaki dört alanı anlamak için önemlidir: panspermi potansiyeli, ileri kontaminasyon nedeniyle insan keşif girişimleri, insanlar tarafından gezegen kolonizasyonu ve soyu tükenmiş ve var olan dünya dışı yaşamın keşfi. [66]

1970'lere kadar yaşamın tamamen Güneş'ten gelen enerjiye bağlı olduğu düşünülüyordu. Dünya yüzeyindeki bitkiler, güneş ışığından enerji yakalayarak karbondioksit ve sudan şekerleri fotosentezleyerek, oksijen soluyan organizmalar tarafından tüketilen süreçte oksijeni serbest bırakarak enerjilerini besin zincirine aktarır. Güneş ışığının ulaşamadığı okyanus derinliklerindeki yaşamın bile, besinini ya yüzey sularından yağan organik döküntüleri ya da yağan hayvanları yiyerek elde ettiği düşünülüyordu. [67] Dünyanın yaşamı destekleyebilmesinin güneş ışığına erişmesine bağlı olduğu düşünülüyordu. Bununla birlikte, 1977'de, derin deniz keşif dalgıçlarında Galapagos Yarığı'na yapılan bir keşif dalışı sırasında alvin, bilim adamları, siyah sigara içenler olarak bilinen denizaltı volkanik özellikleri etrafında kümelenmiş dev tüp solucanları, istiridyeler, kabuklular, midyeler ve diğer çeşitli yaratıklardan oluşan koloniler keşfettiler. [67] Bu canlılar, güneş ışığına erişimleri olmamasına rağmen gelişiyor ve kısa süre sonra tamamen bağımsız bir ekosistem oluşturdukları keşfedildi. Bu çok hücreli yaşam formlarının çoğu, aerobik hücresel solunum için çözünmüş oksijene (oksijen fotosentez tarafından üretilen) ihtiyaç duyar ve bu nedenle kendi başlarına güneş ışığından tamamen bağımsız olmasalar da, besin zincirlerinin temeli, enerjisini reaktif maddelerin oksitlenmesinden elde eden bir bakteri türüdür. Hidrojen veya hidrojen sülfür gibi kimyasallar, Dünya'nın iç kısmından fışkırır. Güneş ışığından gelen enerjiden tamamen ayrılmış diğer yaşam formları, oksijensiz fotosentez için jeotermal ışığı yakalayan yeşil kükürt bakterileri veya uranyumun radyoaktif bozunmasına dayalı kemolitoototrofi çalıştıran bakterilerdir. [68] Bu kemosentez, yaşamın güneşe bağımlı olması gerekmediğini, var olmak için sadece suya ve bir enerji gradyanına ihtiyaç duyduğunu ortaya koyarak biyoloji ve astrobiyoloji çalışmalarında devrim yarattı.

Biyologlar, buzda, kaynar suda, asitte, alkalide, nükleer reaktörlerin su çekirdeğinde, tuz kristallerinde, toksik atıklarda ve daha önce yaşam için uygun olmadığı düşünülen bir dizi başka aşırı habitatta gelişen ekstremofiller buldular. [69] [70] Bu, olası dünya dışı yaşam alanlarının sayısını büyük ölçüde genişleterek astrobiyolojide yeni bir yol açtı. Bu organizmaların, çevrelerinin ve evrimsel yollarının karakterizasyonu, yaşamın evrenin başka bir yerinde nasıl gelişebileceğini anlamak için çok önemli bir bileşen olarak kabul edilir. Örneğin, uzay boşluğunun vakum ve radyasyonuna maruz kalmaya dayanabilen bazı organizmalar liken mantarlarını içerir. Rhizocarpon coğrafi ve Xanthoria elegans, [71] bakteri Bacillus safensis, [72] Deinococcus radyodurans, [72] basil subtilis, [72] maya Saccharomyces cerevisiae, [72] tohumlar Arabidopsis thaliana ('fare kulağı teresi'), [72] ve ayrıca omurgasız hayvan Tardigrade. [72] Tardigradlar gerçek ekstremofiller olarak kabul edilmese de, astrobiyoloji alanına katkıda bulunan ekstremotolerant mikroorganizmalar olarak kabul edilirler. Aşırı radyasyon toleransları ve DNA koruma proteinlerinin varlığı, yaşamın Dünya atmosferinin korumasından uzakta yaşayıp yaşayamayacağına dair cevaplar sağlayabilir. [73]

Jüpiter'in ayı, Europa, [70] [74] [75] [76] [77] [78] ve Satürn'ün ayı, Enceladus, [79] [80] artık Güneş Sisteminde mevcut dünya dışı yaşam için en olası yerler olarak kabul ediliyor Radyojenik ve gelgit ısıtmanın sıvı suyun var olmasını sağladığı yeraltı suları okyanusları nedeniyle. [68]

Yaşamın evriminden farklı olarak abiyogenez olarak bilinen yaşamın kökeni, devam eden bir başka araştırma alanıdır. Oparin ve Haldane, erken Dünya'daki koşulların inorganik elementlerden organik bileşiklerin oluşumuna ve dolayısıyla bugün gördüğümüz tüm yaşam formlarında ortak olan birçok kimyasalın oluşumuna elverişli olduğunu öne sürdüler. Prebiyotik kimya olarak bilinen bu sürecin incelenmesi bir miktar ilerleme kaydetti, ancak yaşamın Dünya'da böyle bir şekilde oluşup oluşmadığı hala belirsiz. Pansperminin alternatif hipotezi, yaşamın ilk unsurlarının başka bir gezegende daha da uygun koşullarla (hatta yıldızlararası uzayda, asteroitler, vb.) oluşmuş olabileceği ve daha sonra Dünya'ya taşınmış olabileceğidir - panspermi hipotezi.

Evrene nüfuz eden kozmik toz, yıldızlar tarafından doğal olarak ve hızla oluşturulabilen karmaşık organik bileşikler ("karışık aromatik-alifatik yapıya sahip amorf organik katılar") içerir. [81] [82] [83] Ayrıca, bir bilim adamı bu bileşiklerin Dünya'daki yaşamın gelişimi ile ilgili olabileceğini öne sürdü ve "Eğer durum buysa, Dünya'daki yaşamın başlaması daha kolay olabilirdi. çünkü bu organikler yaşam için temel bileşenler olarak hizmet edebilir." [81]

Evrendeki karbonun %20'sinden fazlası, yaşamın oluşumu için olası başlangıç ​​malzemeleri olan polisiklik aromatik hidrokarbonlar (PAH'lar) ile ilişkilendirilebilir. PAH'lar Büyük Patlama'dan kısa bir süre sonra oluşmuş gibi görünüyor, evrende yaygın ve yeni yıldızlar ve ötegezegenlerle ilişkili. [84] PAH'lar yıldızlararası ortam koşullarına tabi tutulur ve hidrojenasyon, oksijenasyon ve hidroksilasyon yoluyla daha karmaşık organiklere dönüştürülür - "sırasıyla proteinlerin ve DNA'nın ham maddeleri olan amino asitlere ve nükleotidlere giden yolda bir adım". [85] [86]

Ekim 2020'de gökbilimciler, ötegezegenlerin gözlemlenmesi yoluyla tespit edilebilecek kalıpları bulmak için günün belirli saatlerinde ağaçların gölgelerini inceleyerek uzak gezegenlerdeki yaşamı tespit etme fikrini önerdiler. [87] [88]

Astroekoloji Düzenle

Astroekoloji, gezegenlerde, asteroitlerde ve kuyruklu yıldızlarda yaşamın uzay ortamları ve kaynakları ile etkileşimi ile ilgilidir. Daha büyük bir ölçekte, astroekoloji, kozmolojik gelecek boyunca galaksideki yıldızlar hakkında yaşam kaynakları ile ilgilidir. Astroekoloji, astrobiyolojinin bu alanını ele alarak uzayda gelecekteki yaşamı ölçmeye çalışır.

Deneysel astroekoloji, göktaşlarındaki gerçek uzay malzemelerini kullanarak gezegen topraklarındaki kaynakları araştırır. [89] Sonuçlar, Mars ve karbonlu kondrit malzemelerinin, yüksek toprak verimliliği ile bakteri, alg ve bitki (kuşkonmaz, patates) kültürlerini destekleyebileceğini göstermektedir. Sonuçlar, yaşamın erken dönem sulu asteroitlerde ve toz, kuyruklu yıldızlar ve göktaşları tarafından Dünya'ya ithal edilen benzer malzemelerde hayatta kalabileceğini ve bu tür asteroit malzemelerinin gelecekteki uzay kolonileri için toprak olarak kullanılabileceğini desteklemektedir. [89] [90]

En büyük ölçekte, kozmoekoloji, kozmolojik zamanlar boyunca evrendeki yaşamla ilgilidir. Ana enerji kaynakları, yaşamı 10 20 yıl sürdüren kırmızı dev yıldızlar ve beyaz ve kırmızı cüce yıldızlar olabilir. [89] [91] Astroekologlar, matematiksel modellerinin, potansiyel olarak çeşitli akıllı yaşam formlarına yol açan, biyolojik çeşitlilikte karşılaştırılabilir bir genişlemeye izin vererek, uzayda gelecekteki potansiyel yaşam miktarlarını ölçebileceğini öne sürüyorlar. [92]

Astrojeoloji Düzenle

Astrojeoloji, gezegenler ve uyduları, asteroitler, kuyruklu yıldızlar ve meteorlar gibi gök cisimlerinin jeolojisi ile ilgilenen bir gezegen bilimi disiplinidir. Bu disiplin tarafından toplanan bilgiler, bir gezegenin veya doğal bir uydunun yaşamı geliştirme ve sürdürme potansiyelinin veya gezegenlerin yaşanabilirliğinin ölçülmesine izin verir.

Astrojeolojinin ek bir disiplini, Dünya'nın ve diğer gezegenlerin kimyasal bileşimini, kayaların ve toprakların bileşimini yöneten kimyasal süreçleri ve reaksiyonları, madde ve enerji döngülerini ve bunların hidrosfer ve atmosfer ile etkileşimlerini içeren jeokimyadır. gezegenin. Uzmanlık alanları kozmokimya, biyokimya ve organik jeokimyayı içerir.

Fosil kayıtları, Dünya'daki yaşam için bilinen en eski kanıtı sağlar. [93] Paleontologlar fosil kanıtlarını inceleyerek, erken Dünya'da ortaya çıkan organizma türlerini daha iyi anlayabilirler. Batı Avustralya'daki Pilbara ve Antarktika'daki McMurdo Kuru Vadileri gibi Dünya'daki bazı bölgeler de Mars bölgelerinin jeolojik analogları olarak kabul edilir ve bu nedenle, geçmiş yaşamın nasıl aranacağına dair ipuçları sağlayabilir. Mars.

Hidrojen, oksijen, azot, fosfor, kükürt ve demir, magnezyum ve çinko gibi bir dizi metalden oluşan çeşitli organik fonksiyonel gruplar, canlı bir organizma tarafından zorunlu olarak katalize edilen muazzam çeşitlilikteki kimyasal reaksiyonları sağlar. Silikon, aksine, sadece birkaç başka atomla etkileşime girer ve büyük silikon molekülleri, organik makromoleküllerin kombinatoryal evreni ile karşılaştırıldığında monotondur. [62] [94] Gerçekten de, herhangi bir yerde yaşamın temel yapı taşlarının, ayrıntıda olmasa da genel olarak, Dünya'dakilere benzer olması muhtemel görünüyor. [94] Karasal yaşam ve Dünya'dan bağımsız olarak ortaya çıkabilecek yaşamın, özdeş olmasa da birçok benzer yapı taşı kullanması beklense de, bunların da benzersiz bazı biyokimyasal niteliklere sahip olmaları beklenmektedir. Eğer yaşam Güneş Sistemi'nin başka bir yerinde benzer bir etkiye sahipse, hayatta kalması için anahtar olan kimyasalların göreli bolluğu - ne olursa olsun - varlığına ihanet edebilir. Dünya dışı yaşam ne olursa olsun, çevresini kimyasal olarak değiştirme eğilimi onu ele verebilir. [95]

İnsanlar uzun zamandır Dünya dışındaki ortamlarda yaşam olasılığı hakkında spekülasyonlar yapıyorlar, ancak başka yerlerdeki yaşamın doğasına ilişkin spekülasyonlar genellikle biyokimyanın doğasının dayattığı kısıtlamalara çok az önem veriyor. [94] Evrendeki yaşamın muhtemelen karbon temelli olma olasılığı, karbonun yüksek elementlerin en bol olanlarından biri olması gerçeğiyle ima edilmektedir. Doğal atomlardan sadece ikisinin, karbon ve silisyumun, biyolojik bilgiyi taşımak için yeterince büyük moleküllerin omurgası olarak hizmet ettiği bilinmektedir. Yaşamın yapısal temeli olarak, karbonun önemli özelliklerinden biri, silisyumdan farklı olarak, diğer birçok atomla kimyasal bağların oluşumuna kolayca katılabilmesi ve böylece biyolojik metabolizma ve yayılma reaksiyonlarını yürütmek için gereken kimyasal çok yönlülüğe izin vermesidir.

Yaşamın Güneş Sistemi'nde nerede meydana gelebileceğine ilişkin tartışma, tarihsel olarak, yaşamın nihayetinde Güneş'ten gelen ışığa ve sıcaklığa bağlı olduğu ve dolayısıyla gezegenlerin yüzeyleriyle sınırlı olduğu anlayışıyla sınırlıydı. [94] Güneş Sistemi'nde yaşam için en olası dört aday Mars gezegeni, Jovian uydusu Europa ve Satürn'ün uyduları Titan [96] [97] [98] [99] [100] ve Enceladus'tur. [80] [101]

Mars, Enceladus ve Europa, yaşam arayışında muhtemel adaylar olarak kabul ediliyorlar çünkü öncelikle, hücrelerde bir çözücü olarak kullanıldığını bildiğimiz yaşam için gerekli bir molekül olan yeraltı sıvı suyuna sahip olabilirler. [39] Mars'taki su, kutup buzullarında donmuş olarak bulunur ve Mars'ta yakın zamanda gözlemlenen yeni oyulmuş oyuklar, gezegenin yüzeyinde sıvı suyun en azından geçici olarak var olabileceğini düşündürür. [102] [103] Mars'ın düşük sıcaklıklarında ve düşük basıncında, sıvı suyun yüksek oranda tuzlu olması muhtemeldir. [104] Europa ve Enceladus'a gelince, bu uyduların buzlu dış kabuklarının altında büyük küresel sıvı su okyanusları var. [75] [96] [97] Bu su, okyanus tabanındaki volkanik menfezler tarafından sıvı bir duruma ısıtılabilir, ancak birincil ısı kaynağı muhtemelen gelgit ısıtmasıdır. [105] 11 Aralık 2013'te NASA, Europa'nın buzlu kabuğunda, genellikle organik maddelerle ilişkilendirilen "kil benzeri minerallerin" (özellikle fillosilikatlar) tespit edildiğini bildirdi. [106] Minerallerin varlığı, bilim adamlarına göre bir asteroit veya kuyruklu yıldızla çarpışmanın sonucu olabilir. [106] Ek olarak, 27 Haziran 2018'de, gökbilimciler Enceladus'ta [107] karmaşık makromoleküler organiklerin tespit edildiğini bildirdiler ve Mayıs 2011'de NASA bilim adamlarına göre, "yaşam için Güneş Sisteminde Dünya'nın ötesindeki en yaşanabilir nokta olarak ortaya çıkıyor. biliyoruz". [80] [101]

Dünya dışı yaşamı potansiyel olarak sürdürebilecek başka bir gezegen cismi, Satürn'ün en büyük ayı Titan'dır. [100] Titan, erken Dünya'nınkine benzer koşullara sahip olarak tanımlanmıştır. [108] Yüzeyinde, bilim adamları Dünya dışındaki ilk sıvı gölleri keşfettiler, ancak bu göller sudan değil etan ve/veya metandan oluşuyor gibi görünüyor. [109] Bazı bilim adamları, bu sıvı hidrokarbonların, Dünya'dakilerden farklı canlı hücrelerde suyun yerini alabileceğini düşünüyor. [110] [111] Cassini verileri incelendikten sonra, Mart 2008'de Titan'ın sıvı su ve amonyaktan oluşan bir yeraltı okyanusuna da sahip olabileceği bildirildi. [112]

Venüs gezegeninin atmosferinde fosfin tespit edildi. Gezegende varlığına neden olabilecek bilinen hiçbir abiyotik süreç yoktur. [113] Venüs'ün güneş sistemindeki herhangi bir gezegenin en yüksek yüzey sıcaklığına sahip olduğu göz önüne alındığında, Venüs yaşamı, eğer varsa, büyük olasılıkla, koşulların neredeyse Dünya benzeri olduğu gezegenin üst atmosferinde yüzen ekstremofil mikroorganizmalarla sınırlıdır. [114]

Mars'taki hidrojen ve metan seviyelerinin oranını ölçmek, Mars'ta yaşam olasılığını belirlemeye yardımcı olabilir. [115] [116] Bilim adamlarına göre, ".düşük H2/CH4 oranlar (yaklaşık 40'tan az) yaşamın muhtemelen mevcut ve aktif olduğunu gösteriyor." [115] Diğer bilim adamları yakın zamanda dünya dışı atmosferlerde hidrojen ve metanı tespit etme yöntemlerini bildirdiler.[117] [118]

Urasil, sitozin ve timin dahil olmak üzere yaşamın karmaşık organik bileşikleri, meteoritlerde bulunan pirimidin gibi başlangıç ​​kimyasalları kullanılarak, uzay koşullarında bir laboratuvarda oluşturulmuştur. Pirimidin, polisiklik aromatik hidrokarbonlar (PAH'lar) gibi evrende bulunan en karbonca zengin kimyasaldır. [119]

Nadir Toprak hipotezi, Dünya'da bulunan çok hücreli yaşam formlarının aslında bilim adamlarının varsaydığından daha nadir olabileceğini varsayar. "Eğer dünya dışı uzaylılar yaygınsa, neden bariz değiller?" diyen Fermi paradoksuna olası bir cevap sağlar. Görünüşe göre, ünlü gökbilimciler Frank Drake, Carl Sagan ve diğerleri tarafından kabul edilen sıradanlık ilkesine aykırıdır. Sıradanlık İlkesi, Dünya'daki yaşamın istisnai olmadığını ve sayısız başka dünyalarda bulunma olasılığının çok daha yüksek olduğunu öne sürüyor.

Dünya dışında olası yaşam için sistematik araştırma, geçerli bir çok disiplinli bilimsel çabadır. [120] Bununla birlikte, varlığına ve kökenine ilişkin hipotezler ve tahminler çok çeşitlidir ve şu anda, sıkıca bilime dayanan hipotezlerin geliştirilmesi, astrobiyolojinin en somut pratik uygulaması olarak kabul edilebilir. Virüslerin diğer yaşam taşıyan gezegenlerde [121] [122] karşılaşılmasının muhtemel olduğu ve biyolojik hücreler olmasa bile mevcut olabileceği öne sürülmüştür. [123]

Araştırma sonuçları Düzenle

2019 [güncelleme] itibariyle, dünya dışı yaşam olduğuna dair hiçbir kanıt tanımlanmamıştır. [126] 1984 yılında Antarktika'da bulunan ve Mars'tan gelen Allan Hills 84001 göktaşının incelenmesi, David McKay ve diğer birkaç bilim insanı tarafından dünya dışı kökenli mikrofosiller içerdiği düşünülen bu yorum tartışmalıdır. [127] [128] [129]

Mars'tan gelen en büyük ikinci göktaşı olan Yamato 000593, 2000 yılında Dünya'da bulundu. Mikroskobik düzeyde, göktaşında, bu tür kürelerden yoksun çevredeki alanlara kıyasla karbon bakımından zengin küreler bulunur. Bazı NASA bilim adamlarına göre karbon bakımından zengin küreler biyotik aktivite ile oluşturulmuş olabilir. [130] [131] [132]

5 Mart 2011'de, Marshall Uzay Uçuş Merkezi'nden bir bilim adamı olan Richard B. Hoover, saçaklardaki CI1 karbonlu göktaşlarında siyanobakterilere benzer olduğu iddia edilen mikrofosillerin bulunması üzerine spekülasyonlar yaptı. Kozmoloji Dergisi, ana akım medya tarafından geniş çapta bildirilen bir hikaye. [133] [134] Bununla birlikte, NASA resmen Hoover'ın iddiasından uzaklaştı. [135] Amerikalı astrofizikçi Neil deGrasse Tyson'a göre: "Şu anda, Dünya'daki yaşam evrende bilinen tek yaşamdır, ancak yalnız olmadığımızı öne süren zorlayıcı argümanlar var." [136]

Dünyadaki aşırı ortamlar

17 Mart 2013'te araştırmacılar, mikrobiyal yaşam formlarının Dünya'nın en derin noktası olan Mariana Çukuru'nda geliştiğini bildirdi. [137] [138] Diğer araştırmacılar, mikropların, kuzeybatı Amerika Birleşik Devletleri kıyılarında, deniz tabanının 2,600 m. altında, deniz tabanının 1,900 fit (580 m) altındaki kayaların içinde geliştiğini bildirdi. [137] [139] Araştırmacılardan birine göre, "Mikropları her yerde bulabilirsiniz - koşullara son derece uyarlanabilirler ve nerede olurlarsa olsunlar hayatta kalırlar." [137] Güneş sistemi boyunca ve özellikle Mars'ta perkloratların kanıtı bulundu. Dr. Kennda Lynch, Utah, Pilot Valley'deki bir paleolake'de perkloratları ve perkloratları azaltan mikropların bilinen ilk örneğini keşfetti. [140] [141] Bu buluntular, diğer gezegenlerin belirli nişlerinin potansiyel yaşanabilirliğini genişletiyor.

2004 yılında metanın spektral imzası ( CH
4 ) Mars atmosferinde hem Dünya tabanlı teleskoplar hem de Mars Ekspresi yörünge aracı. Güneş radyasyonu ve kozmik radyasyon nedeniyle, metan gazının birkaç yıl içinde Mars atmosferinden kaybolması bekleniyor, bu nedenle mevcut konsantrasyonu korumak için gazın aktif olarak yenilenmesi gerekiyor. [142] [143] 7 Haziran 2018'de NASA, atmosferik metanda jeolojik veya biyolojik kaynaklar tarafından üretilebilecek döngüsel bir mevsimsel değişimi duyurdu. [144] [145] [146] Avrupa ExoMars Trace Gas Orbiter şu anda atmosferik metanı ölçüyor ve haritasını çıkarıyor.

Bazı ötegezegenlerin katı yüzeyli uyduları veya misafirperver sıvı okyanusları olması mümkündür. Güneş Sistemi'nin dışında şimdiye kadar keşfedilen gezegenlerin çoğu, yaşam için elverişsiz olduğu düşünülen sıcak gaz devleridir, bu nedenle, Dünya gibi sıcak, kayalık, metal açısından zengin bir iç gezegene sahip Güneş Sistemi'nin, Dünya gibi olup olmadığı henüz bilinmiyor. anormal bir kompozisyon İyileştirilmiş algılama yöntemleri ve artan gözlem süresi, şüphesiz daha fazla gezegen sistemi ve muhtemelen bizimkine benzeyen daha fazlasını keşfedecektir. Örneğin, NASA'nın Kepler Misyonu, gezegen yıldız ve uzay aracı arasından geçerken yıldızın ışık eğrisindeki dakika değişikliklerini ölçerek diğer yıldızların etrafındaki Dünya büyüklüğünde gezegenleri keşfetmeyi amaçlamaktadır. Kızılötesi astronomi ve milimetre-altı astronomi alanındaki ilerlemeler, diğer yıldız sistemlerinin bileşenlerini ortaya çıkardı.

Yaşanabilir bölgelerde potansiyel olarak yaşanabilir gezegenlerin bolluğu ve kimyasal öncüller gibi soruları yanıtlama çabaları çok başarılı oldu. Yalpalama yöntemi ve geçiş yöntemi kullanılarak çok sayıda güneş dışı gezegen tespit edildi, bu da diğer yıldızların etrafındaki gezegenlerin daha önce varsayıldığından daha fazla olduğunu gösteriyor. Yıldızının yaşanabilir bölgesinde keşfedilen ilk Dünya boyutunda güneş dışı gezegen Gliese 581 c'dir. [147]

Ekstremofiller Düzenle

Ekstremofilleri incelemek, dünyadaki yaşamın olası kökenini anlamak ve diğer gezegenlerin gelecekteki kolonizasyonu için en olası adayları bulmak için yararlıdır. Amaç, uzay yolculuğu koşullarında hayatta kalabilen organizmaları tespit etmek ve çoğalma kapasitesini sürdürmektir. En iyi adaylar ekstremofillerdir, çünkü onlar dünyadaki farklı türden aşırı koşullarda hayatta kalmaya adapte olmuşlardır. Evrim sürecinde ekstremofiller, farklı ekstrem ortamların farklı stres koşullarında hayatta kalmak için çeşitli stratejiler geliştirmiştir.Bu stres tepkileri aynı zamanda zorlu uzay koşullarında hayatta kalmalarına da izin verebilir, ancak evrim ayrıca dünya dışı yaşama analog olarak kullanımlarına bazı kısıtlamalar getirir. [148]

Termofilik tür G. thermantarcticus, uzay yolculuğunda hayatta kalabilen bir mikroorganizmanın güzel bir örneğidir. Spor oluşturan Bacillus cinsinin bir bakterisidir. Sporların oluşumu, hücresel büyümeyi yeniden başlatırken, aşırı ortamlarda hayatta kalmasına izin verir. Farklı ekstrem koşullarda (kuruma, -196 °C'ye kadar sıcaklıklar, UVC ve C-ray radyasyonu) DNA, membran ve protein bütünlüğünü etkin bir şekilde koruma yeteneğine sahiptir. Ayrıca uzay ortamının ürettiği hasarı onarabilir.

Ekstremofil organizmaların Dünya'nın ekstrem ortamlarında nasıl hayatta kalabildiğini anlayarak, mikroorganizmaların uzay yolculuğunda nasıl hayatta kalabildiğini ve panspermi hipotezinin nasıl mümkün olabileceğini de anlayabiliriz. [149]

Yaşamın çevresel sınırlarına ve aşırı ekosistemlerin işleyişine ilişkin araştırmalar devam etmekte olup, araştırmacıların hangi gezegen ortamlarının yaşamı barındırma olasılığının daha iyi olabileceğini daha iyi tahmin etmelerini sağlar. gibi görevler Anka kuşu Lander, Mars Bilim Laboratuvarı, ExoMars, Mars 2020 gezicisi Mars ve Cassini Satürn'ün uydularına yönelik sonda, Güneş Sistemi'ndeki diğer gezegenlerde yaşam olanaklarını daha fazla keşfetmeyi amaçlıyor.

İki Viking iniş aracının her biri, 1970'lerin sonlarında Mars'ın yüzeyine dört tür biyolojik deney taşıdı. Bunlar, Mars'taki mevcut mikrobiyal yaşam tarafından özel olarak metabolizmayı arayan deneyler yapan tek Mars inişçileriydi. İniş yapanlar, toprak örneklerini gemideki kapalı test kaplarına toplamak için robotik bir kol kullandılar. İki iniş aracı aynıydı, bu nedenle aynı testler, ekvator yakınındaki Viking 1 ve daha kuzeydeki Viking 2'de Mars'ın yüzeyinde iki yerde gerçekleştirildi. [150] Sonuç yetersizdi, [151] ve hala bazı bilim adamları tarafından tartışılıyor. [152] [153] [154] [155]

Norman Horowitz, 1965'ten 1976'ya kadar Mariner ve Viking misyonları için Jet Propulsion Laboratuvarı biyobilim bölümünün şefiydi. Horowitz, karbon atomunun çok yönlülüğünün, onu sorunlara çözümler, hatta egzotik çözümler sağlama olasılığı en yüksek element yaptığını düşünüyordu. diğer gezegenlerde yaşamın devamını sağlamak. [156] Bununla birlikte, Mars'ta bulunan koşulların karbon temelli yaşamla bağdaşmadığını da düşündü.

av köpeği 2 Avrupa Uzay Ajansı'nın 2003 Mars Ekspres misyonunun bir parçasını oluşturan başarısız bir İngiliz Mars inişiydi. Birincil amacı, Mars'ta geçmiş veya şimdiki yaşam belirtilerini aramaktı. Güvenli bir şekilde inmesine rağmen, güneş panellerini ve telekom antenini doğru şekilde yerleştiremedi. [157]

EXPOSE, 2008 yılında astrobiyolojiye adanmış Uluslararası Uzay İstasyonunun dışına monte edilmiş çok kullanıcılı bir tesistir. [158] [159] EXPOSE, Avrupa Uzay Ajansı (ESA) tarafından organik kimyasalların ve biyolojik örneklerin düşük Dünya yörüngesinde dış uzaya maruz kalmasına izin veren uzun süreli uzay uçuşları için geliştirilmiştir. [160]

Mars Bilim Laboratuvarı (MSL) misyonu, Merak Şu anda Mars'ta faaliyette olan gezici. [161] 26 Kasım 2011'de fırlatıldı ve 6 Ağustos 2012'de Gale Krateri'ne indi. [45] Görev hedefleri, Mars'ın yaşanabilirliğini değerlendirmeye yardımcı olmak ve bunu yaparken, Mars'ın yaşamı destekleyip desteklemediğini veya şimdiye kadar destekleyip destekleyemeyeceğini belirlemek, [162] gelecekteki bir insan görevi için veri toplayın, Mars jeolojisini ve iklimini inceleyin ve bildiğimiz şekliyle yaşam için temel bir bileşen olan suyun Mars'ta minerallerin oluşumunda oynadığı rolü daha fazla değerlendirin.

NS tanpopo Misyon, düşük Dünya yörüngesindeki yaşamın, organik bileşiklerin ve olası karasal parçacıkların gezegenler arası potansiyel transferini araştıran bir yörünge astrobiyoloji deneyidir. Amaç, panspermi hipotezini ve mikrobiyal yaşamın yanı sıra prebiyotik organik bileşiklerin gezegenler arası doğal taşınma olasılığını değerlendirmektir. Erken görev sonuçları, bazı mikroorganizma kümelerinin uzayda en az bir yıl hayatta kalabileceğine dair kanıtlar gösteriyor. [163] Bu, 0,5 milimetreden daha büyük mikroorganizma kümelerinin, yaşamın gezegenden gezegene yayılmasının bir yolu olabileceği fikrini destekleyebilir. [163]

ExoMars Mars'a, geçmiş veya şimdiki Mars yaşamının olası biyolojik imzalarını aramak için robotik bir görevdir. Bu astrobiyolojik görev şu anda Avrupa Uzay Ajansı (ESA) tarafından Rusya Federal Uzay Ajansı (Roscosmos) ile ortaklaşa geliştirilmekte olup, 2022'de fırlatılması planlanmaktadır. [164] [165] [166]

Mars 2020 Gezici Perseverance'ı 18 Şubat 2021'de Jezero Crater'e başarıyla indirdi. Mars'ta astrobiyolojiyle ilgili ortamları araştıracak, yüzey jeolojik süreçlerini ve geçmişini, geçmiş yaşanabilirliğinin değerlendirilmesi ve erişilebilir jeolojik materyaller içindeki biyo-imzaların ve biyomoleküllerin korunma potansiyelinin değerlendirilmesi de dahil olmak üzere araştıracak. . [167] Science Definition Team, keşif aracının daha sonraki bir görev için Dünya'daki laboratuvarlarda daha kesin analizler için geri getirmek üzere en az 31 kaya çekirdeği ve toprak örneği toplamasını ve paketlemesini öneriyor. Gezici, bir insan keşif gezisinin tasarımcılarının Mars tozunun neden olduğu tehlikeleri anlamasına ve karbondioksitin (CO2) nasıl toplanacağını göstermesine yardımcı olmak için ölçümler ve teknoloji gösterileri yapabilir.2), moleküler oksijen (O2) ve roket yakıtı. [168] [169]

Avrupa Kırpıcı Jüpiter'in uydusu Europa'nın ayrıntılı keşfini yapacak ve iç okyanusunun yaşam için uygun koşulları barındırıp barındıramayacağını araştıracak olan, NASA'nın 2025 fırlatması için planladığı bir görevdir. [170] [171] Gelecekteki iniş alanlarının seçiminde de yardımcı olacaktır. [172] [173]

Önerilen kavramlar Düzenle

Buzkıran Ömrü 2021 fırlatma fırsatı için NASA'nın Keşif Programı için önerilen bir kara görevidir, [174] ancak geliştirme için seçilmemiştir. Başarılı 2008'in neredeyse bir kopyası olacak sabit bir arazi aracına sahip olacaktı. Anka kuşu ve organik moleküller ve Mars'ta mevcut veya geçmiş yaşamın kanıtlarını araştırmak için kuzey ovalarında buzla çimentolanmış zemini örneklemek için 1 metre uzunluğunda bir çekirdek matkap da dahil olmak üzere yükseltilmiş bir astrobiyoloji bilimsel yükü taşıyacaktı. [175] [176] Temel hedeflerden biri Buzkıran Ömrü misyonu, kutup bölgelerindeki buz bakımından zengin zeminin, buzun oksidanlardan ve radyasyondan korunması nedeniyle önemli organik konsantrasyonlara sahip olduğu hipotezini test etmektir.

Enceladus ve Titan'a Yolculuk

Enceladus ve Titan'a Yolculuk (JET), bir yörünge aracı aracılığıyla Satürn'ün uyduları Enceladus ve Titan'ın yaşanabilirlik potansiyelini değerlendirmek için bir astrobiyoloji misyon konseptidir. [177] [178] [179]

Enceladus Yaşam Bulucu

Enceladus Yaşam Bulucu (ELF), Satürn'ün altıncı en büyük ayı olan Enceladus'un iç su okyanusunun yaşanabilirliğini değerlendirmeyi amaçlayan bir uzay sondası için önerilen bir astrobiyoloji misyon konseptidir. [180] [181]

Enceladus İçin Yaşam Soruşturması

Enceladus İçin Yaşam Soruşturması (HAYAT) önerilen bir astrobiyoloji örnek-dönüş misyonu kavramıdır. Uzay aracı Satürn yörüngesine girecek ve Enceladus'un buzlu tüyleri aracılığıyla buzlu bulut parçacıklarını ve uçucularını toplayıp bir kapsül üzerinde Dünya'ya geri döndürmek için birden fazla uçuşa olanak sağlayacaktı. Uzay aracı, Enceladus'un tüylerini, Satürn'ün E halkasını ve Titan'ın üst atmosferini örnekleyebilir. [182] [183] ​​[184]

okyanus 2017 yılında New Frontiers görevi No. 4 için önerilen bir yörünge aracıdır. Yaşanabilirliğini değerlendirmek için Satürn'ün uydusu Titan'a gidecektir. [185] okyanus ' hedefleri Titan'ın organik kimyasını, jeolojisini, yerçekimini, topografyasını ortaya çıkarmak, 3D keşif verilerini toplamak, organikleri kataloglamak ve sıvı su ile nerede etkileşime girebileceklerini belirlemektir. [186]

Enceladus ve Titan'ın Gezgini

Enceladus ve Titan'ın Gezgini (E 2 T), Satürn uyduları Enceladus ve Titan'ın evrimini ve yaşanabilirliğini araştıracak bir yörünge görevi konseptidir. Görev konsepti, 2017 yılında Avrupa Uzay Ajansı tarafından önerildi. [187]


Yakında Mars Yaşamına İlişkin Kanıtımız Olacak mı?

Mars'ta hiç hayat var mıydı? Uzay hayranları arasında, bu soru muhtemelen "akşam yemeğinde ne var?" popülerlik içinde. Ancak sizin yeme seçeneklerinizin aksine, Mars yaşamı sorununu ele almak zor. Açıkçası, çok çok uzakta olan ve uzun zaman önce ölmüş olabilecek organizmaları aramak, korna çalan bir meydan okumadır.

Ama işte iyi haber: Bilim adamları yakında Mars avında yüksek teknolojili bir müttefike sahip olacaklar. 30 Temmuz'da Mars 2020 Misyonu, Perseverance gezicisini taşıyan Cape Canaveral'dan uzaya fırlatılacak. Bu bir tonluk robot, biyolojinin var olabileceği yerleri aramak için Kızıl Gezegenin etrafında dolaşacak. Ek olarak, daha derin analiz için sonunda Dünya'ya iade edilebilecek ilginç örnekler toplayacaktır.

Şimdiye kadar, Marslılar için en iddialı arama, 1970'lerin ortalarında Viking seferiydi. Aletlerle dolu iki inişçi, mikrobiyal yaşam da dahil olmak üzere yaşam aramak için çeşitli deneyler yaptı. Viking biyoloji ekibi, iniş yapanların yaşam için hiçbir zorlayıcı kanıt bulamadığı sonucuna vardığında halk arasında birçok kişi hayal kırıklığına uğradı. Ancak aletlerin sınırlı hassasiyeti ve indikleri yerde küçük bir emlak parçasına sıkışıp kaldıkları gerçeği göz önüne alındığında, tüm gezegenin her zaman kısır olduğu veya her zaman kısır olduğu sonucuna varmak küstahça olurdu.

Yeni arama birkaç açıdan daha iyi olacak. Azim, onlarca yıllık yörünge gözlemlerinden elde edilen bilgilerle donanmış daha hassas araçlarla donatılmıştır ve muazzam hareketlilik avantajına sahiptir. Ayrıca farklı bir stratejisi var: Mars'ta mevcut yaşamı aramak yerine, milyarlarca yıl önce gezegenin daha ıslak ve daha iyi bir yer olduğu salata günlerinde yaşayan organizmalar için kanıt bulmaya çalışacak. Sonuçta, Mars'taki yaşamın tarihi ne olursa olsun, yaşayanlardan daha fazla ölü organizma olacaktır.

Tabii ki, hiçbir gezici 36 milyar dönümlük Mars çiminin tamamını inceleyemez. Bu nedenle, eski bir SETI Enstitüsü baş araştırmacısı ve şimdi Maryland'deki Plancius Research'te bir bilim adamı olan Adrian Brown, Kızıl Gezegen'in eski sakinlerinin kanıtını bulmanın anahtarının bölgeyi bilmek olduğunu söylüyor.

“Bir zamanlar sıvı su olduğunu düşündüğümüz yerlere bakmak istiyoruz ve sadece birkaç ay ya da yıl boyunca etrafta dolanan havuzları değil, aynı zamanda gerçekten uzun süredir var olan daha büyük bedenleri de görmek istiyoruz” diyor.

Sonuç olarak, Perseverance dikkatini Jezero krateri olarak bilinen 30 mil çapındaki bir özelliğe yönlendirecek. Bu krater milyarlarca yıl önce bir meteor tarafından oyulmuş ve sonunda iki nehir için bir toplama havzası olarak hizmet etmiştir. Milyonlarca yıl boyunca bu nehirlerin suladığı Jezero krateri Jezero gölü olarak varlığını sürdürdü. Herkesin bildiği gibi, Dünya'daki göller sayısız küçük organizmaya ev sahipliği yapıyor, bu yüzden belki de aynısı Mars'ta da geçerliydi. Bu eski sakinlerin kalıntıları, krater tabanının kurumuş çamurunda hala mevcut olabilir.

Aslında, varlıklarına dair ipuçları zaten yukarıdan tespit edilmiş olabilir. Brown, Mars Reconnaissance Orbiter'daki bir spektrometrenin Jezero kraterinde karbonat bileşikleri için kanıt bulduğunu belirtiyor. Yeryüzünde karbonatlar, mercanlar veya foraminiferler gibi suda yaşayan küçük hayvanlar tarafından üretilir. Evinizdeki duvar panosu bu tür ölü yaratıklardan oluşuyor.

Brown ve meslektaşları tarafından spektroskopik olarak bulunan karbonatların yaşamdan kaynaklandığı kesin olarak bilinmese de, bu bir silahtan daha fazla duman kokusu olan bir silah. Gerçekten de, NASA'nın Azim'i yoluna göndermek için 2 milyar dolar kumar oynaması, Mars'ta yaşam olasılığına dair çok ikna edici bir ipucu. Şubat ayında geldikten sonra aramaya başlayacak.

Perseverance'ın misyonunda sadece karbonatları denetlemekten daha fazlası var. Her astrobiyoloğun işini kolaylaştıracak bir başka olası keşif, stromatolitler olarak bilinen katmanlı kaya özelliklerini - birbiri üzerinde yaşayıp ölen bakteri nesillerinin yapısal kalıntıları bulmak olacaktır.

Bunlar sadece kimyanın değil, biyolojinin kanıtı olacaktır. Tek hücreli organizmalar, kemikler ve dişler konusunda yetersiz oldukları fosillerin yolunda fazla bir şey bırakmazlar. Ancak stromatolitler makroskopik ve serttir. Kuzeybatı Avustralya'da, kurak Pilbara kratonunda, karasal biyoloji için en eski kanıtlar arasında, 3-1 / 2 milyar yıl öncesine dayanan Dünya stromatolitlerinin kaya çıkıntıları bulunabilir. Belki benzer bir şey Jezero kraterinde bulunabilir.

Mars biyo-imzalarını tespit etme yarışı, Mars 2020 göreviyle bitmeyecek. NASA, Perseverance tarafından toplanan kayaları robotik sistemler ve bir roket kullanarak iade etmek için bir plan geliştirdi. Umut, Jezero'dan alınan örneklerin 2031 yılına kadar karasal laboratuvarlarda olması. Ardından, dünyanın en iyi cihazlarının onları atom atom ayırmasıyla, başka bir gezegenden yaşam belirtileri bulmak için henüz en iyi şansımızı elde edeceğiz.

Brown, "Yüzyıllardır bilim adamları, Mars'ın biyolojiyle çiçek açıp açmadığını öğrenmeye çalışırken kafa patlatıyorlar" diyor. "Bu deney, onu bulmak için şimdiye kadarki en iyi şansımız olabilir. Ve elbette, Dünya'nın güneş sistemimizde yaşamı pişiren tek gezegen olmadığını öğrenmek hem önemli hem de heyecan verici olurdu."


Mars'ın Keşfi için Bir Astrobiyoloji Stratejisi (2007)

Bildiğimiz yaşam (yani, Bölüm 1'de tartışıldığı gibi toprak yaşamı) organik kimyaya dayanır ve karbonlu bileşiklerden oluşur. Bu organik maddeler, Dünya'nın kabuğunda yaygındır ve geçmiş yaşamın kapsamlı bir kimyasal ve izotopik kaydını oluşturur ve görünür fosiller tarafından kaydedilenlerin çok ötesindedir. 1 Kömürün, organik açıdan zengin siyah şeyllerin ve petrol hidrokarbonlarının her yerde bulunması, örneğin, jeolojik kayıtların derinliklerine uzanan ve geçmiş biyolojik aktivite ve olayları gözlemlemek için kullanılabilen, yaşam aktivitelerinin bir tezahürüdür. 2 Aslında, biyojenik organik madde o kadar her yerde ve bol miktarda bulunur ki, organik bileşikleri ve kesinlikle biyolojik olmayan kökenli organik maddeleri tanımlamak son derece zordur. Dikkate değer istisnalar, meteorlardaki ve sentetiklerdeki organik bileşiklerdir. 3

Karasal materyallerle ilgili çalışmalarla ilgili deneyimler, mevcut tüm çeşitli yaşam tespit teknikleri arasında, karbon kimyasının analizinin eşitler arasında ilk olduğunu göstermektedir. Görüntüleme ve diğer yaşam tespit teknikleri önemlidir ve her zaman gezegen araştırmasının bir parçası ve parseli olacaktır, ancak çok az kişi herhangi bir tek metodolojinin dünya dışı yaşamı bulmak için organik analizden daha sağlam bir yol sağladığını iddia edebilir. Buna göre, buradaki ana vurgu, yaşam tespiti için kimyasal yöntemlerdir. Ancak tek başına organik analiz, yaşamı saptamak için yetersizdir. Jeolojik ve çevresel akla yatkınlık değerlendirmeleri ile birlikte ilgili tüm metodolojilerin bir bütününden elde edilen sonuçlar, muhtemelen bir numunede yaşamın varlığı veya yokluğu için en iyi kanıtı sağlayacaktır.

Bölüm 1'de tartışılan varsayımsal Mars yaşam biçimlerinin varsayılan özelliklerinin tümü, genel biyo-imza araştırmalarını bilgilendirip yönlendirebilse de, organik kimyanın oynaması muhtemel anahtar role ilişkin varsayımın özellikle önemli olduğu ortaya çıkacaktır. Bu varsayım, Marslı organizmaların, bozulmamış veya parçalanmış hallerinde kimyasal biyo-imzalar olarak hizmet edebilecek çok çeşitli küçük moleküller ve organik polimerler üreteceklerini ve kullanacaklarını ima eder. Ancak bu bilgiyi Mars'ta veya diğer gezegen cisimlerinde yapılan uzaktan algılama deneylerine uygulamak için, astrobologların biyolojik moleküller ile biyolojik kökenli olmayanlar arasında güvenilir bir şekilde ayrım yapmaları gerekir. Aşağıdaki tartışma, abiyotik bileşikleri Dünya'daki günümüzdeki yaşam tarafından üretilen bileşiklerden veya kalıplardan ayıran belirli özellikleri tanımlar. Geçmişteki jeosentrik odağı ele almak için, tartışma

biyolojik olarak üretilemeyen ve dünya dışı yaşamın tanınmasına yönelik sağlam bir yaklaşımın temeli olabilecek bazı genel özellikleri dikkate alır.

ABİYOTİK KİMYA

Hem organik hem de inorganik olan abiyotik kimya, yaşamın kökenine doğru giden yollar hakkında önemli bilgiler sağlar. Ne yazık ki, yaşamın kökeni senaryolarında, erken Dünya'da veya başka bir yerde organiklerin sentezi hakkında bir fikir birliği yoktur ve bu nedenle astrobiyologlar belirli bir kimya arayamazlar. Yaşamın kökeni ile ilgili olduğu düşünülen modeller arasında, Miller ve Urey tarafından önerildiği gibi, 4 metan, amonyak ve su karışımlarından amino asitler de dahil olmak üzere bir dizi organik bileşiği sentezlediği gösterilmiş olan atmosferik elektrik boşalmalarıdır. . Boşaltma deneyleri, erken Mars'ta baskın olduğu düşünülen karbon dioksitin oksitlenmiş gaz karışımları türlerinde gerçekleştirildiğinde çok az organik bileşik verir. Erken Mars'taki organik bileşiklerin envanterine katkıda bulunmuş olabilecek ek süreçler arasında, bolid etkilerinin geçici etkileri ile ilişkili olanlar ve daha da önemlisi, su-kaya reaksiyonları (örneğin, serpantinleşme) ve mineral katalizli çeşitli kimyasal reaksiyonlar yer alır. Strecker, Fischer-Tropsch ve FeS güdümlü organik sentez. 6 Su-kaya reaksiyonları, karbon dioksitten hidrokarbonların yüzey altı oluşumuna yol açabilecek bol miktarda hidrojen üretir ve ayrıca her ikisi de gezegen yüzeylerine gidebilen 7 nitrojeni amonyağa indirgediği gösterilmiştir. Strecker sentezi, amino asitleri ve ilgili ürünleri vermek üzere amonyak, hidrojen siyanür ve aldehitlerin reaksiyonudur. Fischer-Tropsch kimyası, hidrokarbonlar vermek üzere karbon monoksit ve hidrojenin mineral katalizli yüksek sıcaklıkta reaksiyonudur. İlk olarak Wächtersh'aumluser, 8, 9 tarafından önerilen FeS güdümlü organik sentez, yalnızca nispeten sınırlı bir sentez kümesi için deneysel olarak gösterilmiştir.

Gezegenin prebiyotik potansiyeline katkıda bulunmuş olabilecek organik bileşiklerin güneş sisteminde veya yıldızlararası uzayda başka bir yerde sentezlenmiş olabileceğini ve daha sonra karbonlu kondritler ve gezegenler arası toz parçacıkları yoluyla Mars yüzeyine taşınmış olabileceğini varsaymak güvenlidir. Mars'taki prebiyotik süreçlerin geçmiş tarihi hakkında bir fikir birliği olmadığı için, öncelikle organik maddeyi oluşturan elementlerin mevcudiyetini düşünmek daha yapıcı olacaktır.

Karbon. C, Mars atmosferinde gaz halindeki karbondioksit, karbondioksit buzu ve karbonat mineralleri olarak bulunur. Karbonatlar, Mars meteoritlerinde küçük miktarlarda bulundu, ancak yörüngesel uzaktan algılama teknikleri veya karacılar tarafından Mars regolitinin kimyasal analizlerinde önemli miktarlarda tespit edilmedi.

Hidrojen. H, su buzu ve buharı ve hidratlı minerallerde bulunur ve kabuk içinde sıvı su olarak bulunabilir.Mars suyunun yüksek D/H oranları, Mars'ın suyunun bir kısmını üst atmosferden uzaya kaybettiğini gösteriyor. Düşük atmosferik basınç nedeniyle, modern Mars'ın yüzeyinde sıvı su sabit değildir. Kutup buzullarının önemli miktarda su buzu içerdiği düşünülüyor ve Mars Odyssey uzay aracındaki Gama Işını Spektrometresi, muhtemelen su buzu şeklinde önemli miktarda yeraltı hidrojeni tespit etti. 10 Böylece, hidrojenin bolluğu, tarihinin hiçbir döneminde Mars'ta yaşamı engellemezdi.

Azot. N, uçuculuğu ve kararlılığı nedeniyle iç gezegenler tarafından zayıf bir şekilde tutulur.2 ve ayrıca uçucu formlarının göreli kararsızlığı ve çözünürlüğüne. Şu anda, Mars atmosferinin yüzde 2,7'si azottur. Azot yaşam için çok önemli olmasına rağmen, Mars'ta nadir olabilir. 11 Gözlemlenen 15 N/ 14 N oranı, gezegenin nitrojen envanterinin büyük bir bölümünün uzayda kaybolduğunu gösteriyor. Henüz hiçbir ölçüm, yüzey veya yeraltı minerallerinde depolanan nitrojeni tanımlamamıştır.

Oksijen. O, H'de bulunur2O ve CO2, yüksek oranda oksitlenmiş yüzeydeki oksitler ve sülfat minerallerinde ve kabuk içindeki silikatlarda ve diğer minerallerde.

Fosfor. Fosfat mineralleri aslında göktaşlarında Dünya'daki çoğu magmatik kayadan daha bol miktarda bulunur. Uçucu fosfor bileşikleri (fosfor pentoksit ve fosfin) nadirdir, bu da fosfat minerallerini organizmalar için fosfor kaynakları olarak yaygın uçucu formlara sahip diğer biyotik elementlerden daha değerli kılar.

Kükürt. S, Mars yüzeyinde sülfatlar kadar bol miktarda bulunur ve sülfitler, Mars meteoritlerinde ve muhtemelen mars kabuğunda yaygın olarak bulunan yardımcı minerallerdir. İzotopik ölçümler, Mars atmosferinde kükürt türlerinin de bulunduğunu göstermektedir. 12

Diğer metaller. Biyolojik sistemler için gerekli olan metal iyonları ve mdashMg, Ca, Na, K ve geçiş elementleri&mdamars yüzey kayalarında ve muhtemelen yeraltı kayalarında da bol miktarda bulunur.

TERRAN BİYOİMİZLERİ VE POTANSİYEL MARTYAN BİYOİMİZLERİ

Moleküler Biyoimzalar

Terran organizmalarının karbon kimyası iyi anlaşılmıştır. Araştırmacılar, birçok canlı organizmanın metabolik ve üreme mekanizmaları hakkında ayrıntılı bilgiye sahiptir ve yaşam sona erdikten çok sonra kalan kimyasalları tanıyabilir. Kimya, Dünya'da ve potansiyel olarak evrendeki mevcut ve fosil karbon temelli yaşamı tanımlamak için birçok araç sağlar.

En temel düzeyde, araştırmacılar, biyojenitenin bir göstergesi olarak Mars'ta veya geri gönderilen Mars örneklerinde korunan toplu organik maddenin elementel bileşimini inceleyebilirler. Yeryüzünde, tüm organizmalar büyük ölçüde, bollukları yukarıda ve Bölüm 2'de tartışılan altı elementten ve mdashC, H, N, O, P ve S&mdash'tan oluşur. Oranları organizmalar ve ekosistemler arasında değişir. 13 Korumaya dahil olan mekanizmalar ve yollar bu oranları değiştirebilir; örneğin, fosilleşme sırasında N ve P önemli ölçüde azalır. Bununla birlikte, önemli miktarda N, O, P ve S içeren bir organik madde tortusu örneğindeki keşif, Dünya'daki biyolojik malzemeye benzerlik gösterecektir. Biyolojik süreçlerde oynadığı kilit rol ile birlikte N'nin nispi kıtlığı (önceki bölüme bakınız), organik azot bileşiklerinin önemli bir potansiyel biyolojik imza olacağını düşündürmektedir. 14

Organik jeokimyacılar, moleküler biyo-imzalar olarak hizmet eden tek tek organik bileşikleri tanımlamak için "biyolojik işaretleyici bileşik" veya "biyolojik işaretleyici" terimini kullandılar. 15 &ndash 17 Biyobelirteçler, canlı sistemlerde bulunanları (mevcut yaşam için biyobelirteçler), tortularda korunmuş yapısal olarak ilişkili fosil türevlerini (geçmiş yaşam için biyobelirteçler) veya genel özelliklere sahip karmaşık kimyasalları kapsayan bir biyomolekül spektrumu içerir. biyolojinin bir parçasıdır, ancak hiçbir öncü organizmanın bilinmediği (bazen yetim biyobelirteçler olarak adlandırılır). Son küme, tanınmayan dünya yaşamından (şimdiki veya geçmiş) veya dünya dışı yaşamdan türetilen molekülleri içerebilir.

Biyomoleküller genellikle çok çeşitli kimyasal yapılar gösterir. Bununla birlikte, DNA, bir protein, bir fosfolipid, bir steroid veya hatta seçilmiş bir dizi küçük molekül gibi kimyasal olarak karmaşık ve biyolojiye özgü bir şeyin açık bir şekilde tanımlanmasını, başarılı bir yaşam saptama deneyi olarak çürütmek zor olacaktır. Böyle bir seçilmiş küçük moleküller dizisi, protein olmayan benzerlerine göre çok fazla miktarda 20 protein amino asidinden bazılarını, bazı şekerleri veya çağdaş organizmaların polar lipidlerinde bulunabilecek gibi seçilmiş bir yağ asitleri grubunu içerebilir. Nükleik asitler, proteinler, karbonhidratlar ve ara metabolitler yaşamın temel bileşenleri ve açıkça potansiyel moleküler biyolojik imzalar olsa da, bu sınıflardaki bileşikler diğer canlı sistemler tarafından hızla geri dönüştürülür ve kimyasal olarak kırılgandır. Dünya'da, jeolojik zaman çizelgeleri boyunca bozulmadan hayatta kalma yetenekleriyle bilinmemektedir.

Lipitler ve yapısal biyopolimerler, zorlu çevresel koşullar altında kararlılıkları ile tanınan biyolojik olarak temel bileşik sınıflarıdır. 18 Hidrokarbonlar, örneğin, Dünya'da milyar yıllık zaman dilimlerinde kararlı olduğu bilinen bir lipid sınıfıdır. 19 , 20 Ayrıca, kimyasal yapıları biyoloji için amino asitlerin veya diğer biyomoleküllerinki kadar tanısal olabilir. Termodinamik argümanlar, Mars'taki daha düşük sıcaklıkların hidrokarbonların korunmasına yardımcı olacağını öne sürüyor. Bunun spesifik ampirik kanıtı, Dünya'daki petrol birikintilerinin gözlemlerinden gelir: yüksek sıcaklık rezervuarları, eşdeğer düşük sıcaklık rezervuarlarına kıyasla gelişmiş hidrokarbon çatlaması (yani daha fazla gaz ve benzin dereceli hidrokarbonlar) gösterir.

Birkaç önemli moleküler biyolojik imza, sadece birkaç karbon atomu içeren moleküllerin izomerler olarak bilinen farklı kimyasal ve yapısal konfigürasyonlarda bulunma eğiliminden kaynaklanır. Başka bir deyişle, izomerler, her bir elementin aynı sayıda atomuna sahip olan (yani kimyasal formülleri aynıdır), ancak kurucu atomları arasında ve/veya uzamsal düzenlemeleri farklı olan moleküllerdir. En basit durumda, aynı bileşiğin izomerleri kimyasal olarak aynı olabilir, ancak polarize ışığı döndürme yeteneklerinde farklılık gösterebilir (örneğin, Kutu 3.1'de açıklandığı gibi amino asitlerin kiralitesi). Daha karmaşık örneklerde, bağlantı ve

organik moleküllerdeki atomların uzaysal düzenlemeleri, çok farklı kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip bileşiklere yol açabilir (örneğin, sırasıyla Kutu 3.2 ve 3.3'te açıklanan diastereoizomerler ve yapısal izomerler). Bu özelliklerin tümü, biyolojik kökenleri açık bir şekilde gösterebilir, çünkü canlı sistemler sıklıkla herhangi bir molekül için var olabilecek çoklu izomerlerden yalnızca birini kullanır. 21 , 22

Bilinen tüm organizmaların, biyokütle ve daha karmaşık biyomoleküller oluşturmak için jenerik yapı taşları olarak evrensel bir küçük metabolit alt kümesini kullandığı gözlemine dayanarak, bir başka önemli moleküler biyo-imza grubu tanımlanabilir. 23 Proteinlerin 20 amino asidi, DNA'nın dört nükleotidi ve çoğu lipidin asetat öncüsü, jenerik yapı taşlarının başlıca örnekleridir. Dünyadaki yaşam için çok temel olan bu basit gerçek, yaşamın moleküllerinde ve geçmiş yaşamın moleküler kalıntılarında kalıplara yol açar. Bu, termodinamik kontrolleri yansıtması daha muhtemel olan belirgin şekilde farklı desenlere sahip yapılara ve dağılımlara sahip olan abiyotik süreçlerde üretilen organik bileşiklerin tam tersidir. Herhangi bir organik bileşik sınıfı için, biyosentez, organik kimyagerler tarafından kolayca tanınabilen, tekrar eden modellerle sonuçlanır. Belirli kalıpların (örn. Kutu 3.4'te açıklandığı gibi çift veya tek sayıda karbon atomunu tercih eden biyomoleküller) ve tekrar eden temaların (örn. Kutu 3.5'te açıklanan) küçük ila orta boyutlu organik moleküllerde, hem toprak hem de muhtemelen toprak dışı yaşam için biyo-imzaların doğrulanmasına yol açabilir.

Birlikte ele alındığında, bu çeşitli kimyasal özellikler, araştırmacıları karbon bazlı yaşam için aşağıdaki genel moleküler biyo-imzaları tanımlamaya yöneltmiştir:

Diastereoizomerik tercih (bkz. Kutu 3.2),

Yapısal izomer tercihi (bkz. Kutu 3.3),

Tekrar eden yapısal alt birimler veya atomik oranlar (bkz. Kutu 3.4) ve

Düzensiz dağılım modelleri veya yapısal olarak ilişkili bileşiklerin kümeleri (bkz. Kutu 3.5).

Özetle, Dünya yaşamında ortak olan herhangi bir organik molekül ailesi (örneğin lipitler), Mars'ta keşfedilirse önemli biyolojik belirteçler olacaktır. Bununla birlikte, daha temel bir düzeyde, karbon sayısı kalıpları veya sınırlı izomer dağılımları veya izotopik bileşim (bir sonraki bölüme bakınız), küçük, tekrarlayan öncü moleküllerden sentezle tutarlı, dünya dışı yaşamın tespitine giden yolu gösterebilir. veya biyolojik mimarisinde toprak dışı.

İzotopik Biyoimzalar

Organik kimyada en önemli olan elementlerin hepsinin birden fazla izotopu vardır. Bu elementlerin ve giderek artan bir şekilde geçiş metallerinin izotop modelleri, terran numunelerinde biyolojik imzalar oluşturabilir. Durum böyledir, çünkü kinetik olarak kontrol edilen izotopik fraksiyonlar biyolojide yaygındır ve önemli ve denge fraksiyonasyonu üzerinde baskın olabilir. Jeolojik süreçler bu izotopları parçalara ayırmasına rağmen, biyolojik süreçler farklı ve bazen tanısal etkiler üretme eğilimindedir. Örneğin, karbon fiksasyonu, metanojenez, metan oksidasyonu, sülfat indirgemesi ve denitrifikasyon ile ilgili enzimler, karbon, hidrojen, kükürt ve nitrojen için öncü ve ürün arasında önemli fraksiyonasyonlar uygular. Beklenen değerlerden belirli izotopların tükenmeleri veya zenginleşmeleri biyolojik imza olarak kullanılabilir. Bununla birlikte, bu tür fraksiyonasyonlar, ancak bir sistemin tüm çeşitli bileşenlerinin ölçüm için uygun olması ve açık sistem davranışı işlemesi durumunda biyolojik aktiviteyi ortaya çıkarabilir.

Denge veya kinetik fraksiyonasyonların çalışıp çalışmadığına bakılmaksızın, bir öncünün tamamı bir ürüne dönüştürülürse hiçbir fraksiyonasyon gözlemlenmeyecektir. Ayrıca, bir izotopik biyo-imzanın sağlam olması için, sistemin bileşenleri, fiziksel veya kimyasal işlemlerle müteakip fraksiyonlara ayrılmadan bozulmadan korunmalıdır. Yaygın olarak devam ettirilen bir efsane, &eksi20&permil ila &eksi80&permil arasındaki organik karbon bileşiklerindeki bir C-izotopik imzasının, başka herhangi bir faktörden bağımsız olarak biyolojinin teşhisi olduğudur. Organik bileşiklerdeki 13 C-bileşimi, ancak öncü karbon kaynağının izotopik bileşimi de biliniyorsa ve daha da önemlisi, malzemelerin soyağacı da biyolojik işlemlerle uyumluysa bir biyo-imza olabilir. Bu konular biyolojik yorumlar yaptı

Karbon bileşiklerinin önemli bir özelliği, aynı atomların uzayda farklı konfigürasyonlar varsayarak birbirine aynı şekilde bağlanabilmesidir. Aynı kimyasal ve yapısal formüllere sahip organik moleküllerin farklı üç boyutlu düzenlemeleri, biyobelirteçlerin incelenmesiyle ilgili bir takım önemli özelliklere yol açabilir. Bu özelliklerden biri kiralitedir. Yani, bazı moleküllerin bileşen atomları birbirinin ayna görüntüsü olan iki farklı uzaysal konfigürasyonda düzenlenmiştir. Ayna görüntüleri birbiri üzerine bindirilemezse, o zaman molekülün kiral olduğu söylenir ve iki yapısal formuna enantiyomerler denir (Şekil 3.1.1).

Biyolojik olarak oluşturulmuş kiral bileşiklerin büyük çoğunluğu, yalnızca bir veya diğer enantiyomer olarak sentezlenir, örneğin, sağ-elli şekerler ve sol-elli amino asitler biyolojik sistemlerde normdur. Bu fenomen homokiralite olarak bilinir. Bazı organizmalar, örneğin bakteriler, aynı kiral bileşiği farklı enantiyomerik formlarda sentezleyebilir. Organizma öldükten ve biyokimyasalları çevreye salındıktan sonra, enantiyomerlerdeki kimyasal bağların nispi stabilitesine bağlı olarak kiral saflıkları devam edebilir veya olmayabilir. Çeşitli doğal kimyasal işlemler, iki enantiyomerin karışımlarının oluşumu olan rasemizasyona yol açabilir. Rasemizasyon biyolojik imzanın kaybolması veya bozulması ile sonuçlanabilse de, meydana gelme hızı, örneğin amino asit rasemizasyon derecesi kullanılarak fosil organik maddelerin tarihlendirilmesinde olduğu gibi pratik bir uygulamaya sahip olabilir. Meteoritlerde, muhtemelen abiyotik kökenli, hafif kiral fazlalığa sahip amino asitler oluşur. 1 , 2 Bununla birlikte, biyoloji, saf veya ağırlıklı olarak bir enantiyomer olarak oluşan bileşiklerin en olası kaynağıdır.

Enantiyomerik fazlalık birkaç yolla tespit edilebilir. Kiral bileşikler optik olarak aktiftir. Yani, çözelti halindeyken içlerinden geçen polarize ışık düzlemini döndürürler. Optik aktivitenin doğrudan gözlemlenmesi zahmetlidir. Enantiyomerik fazlalığın biyokimyasal tespiti mümkündür, ancak metodolojiler genellikle tek tek bileşiklere veya bileşik tiplerine özeldir. En yaygın olarak uygulanabilir ve hassas teknikler, gaz kromatografisi veya gaz kromatografisi-kütle spektrometrisi yoluyla dolaylı ölçümü içerir.

1 J.R. Cronin ve S. Pizzarello, &ldquoEnantiyomerik Aşırılıklar Meteoritik Amino Asitlerde&rdquo Bilim 275:951-955, 1997.

2 MH Engel ve S.A. Macko, ed., Organik Jeokimya İlkeleri ve Uygulamaları, Plenum Press, New York, 1993.

ŞEKİL 3.1.1 &alfa-amino asit alaninindeki atomlar, üç boyutlu uzayda iki farklı konfigürasyon alabilir. İki form, L-alanin ve D-alanin, enantiyomerler olarak adlandırılır, çünkü bunlar birbirlerinin üst üste bindirilemez ayna görüntüleridir. Abiyotik süreçler, hem L hem de D enantiyomerlerinin eşit karışımlarını üretir, ancak toprak yaşamı tercihen L veya D formunu kullanır. Örneğin, Dünya'daki çoğu organizma, &alfa-amino asitlerin L formunu özel olarak kullanır. Sayfa düzleminin dışına ve içine doğru yönlendirilen kimyasal bağlar, sırasıyla katı veya kesikli takozlar olarak gösterilir. Roger E. Summons, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nün izniyle.

Diastereomerik Tercih

Diastereomerik tercih, belirli moleküllerdeki atomların uzayda farklı yönler alma yeteneğinin bir başka tezahürüdür. Atomların iki uzaysal düzeni birbirinin ayna görüntüsü değilse, farklı moleküler formlar diastereomerler veya diastereoizomerler olarak bilinir (Şekil 3.2.1). Enantiyomerlerin aksine, diastereoizomerler farklı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahiptir ve kromatografi veya polaritedeki ince farklılıklardan yararlanan diğer işlemlerle ayrılabilir. Basit şekerler diastereoizomerlerin iyi örnekleridir ve molekül ne kadar karmaşıksa diastereomer oluşturma olasılığı o kadar fazladır. Böylece, örneğin, steroid kolesterol (bakınız Şekil 3.2.2) 256 farklı yapısal konfigürasyonda bulunabilir, ancak canlı sistemler bunlardan sadece birini kullanır. 1

1 K.E. Peters, J.M. Moldowan ve C.C. Walter'lar, Biyobelirteç Kılavuzu, Cambridge University Press, 2004.

ŞEKİL 3.2.1 Organik moleküllerdeki atomların üç boyutlu uzayda çoklu konfigürasyonlar alma yeteneği, bu üç tartarik asit formu tarafından gösterilmektedir. A ve B ve A ve C yapıları birbirlerinin üst üste bindirilebilir ayna görüntüleridir ve bu nedenle diastereomerler olarak adlandırılır. B ve C yapıları birbirlerinin üst üste bindirilemez ayna görüntüleridir ve bu nedenle enantiyomerlerdir (bkz. Kutu 3.1). Roger E. Summons, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nün izniyle.

ŞEKİL 3.2.2 Kolesterolün, pozisyon numaralarıyla tanımlanan sekiz asimetrik karbon atomu ile yapısı. Teorik olarak, bu bileşik 256 (28) kadar olası stereoizomerde var olabilir ve yine de biyosentez sadece gösterileni üretir.

Örneğin, Arkean çökellerindeki karbon, azot veya kükürt izotop verileri tartışmaya açıktır. 24 & ndash 27 Yakın gelecekte kesin biyolojik imzalar vermesi muhtemel olmasa da, Mars tortullarının ve atmosferik gazların izotopik analizleri, Dünya'da olduğu gibi evrimlerini ayırt etmek ve karşılaştırmalı veriler oluşturmak için önemli olacaktır. Bir reaksiyon yolundaki bir dizi destekleyici izotopik verinin ve bunun çevresel bağlamının tanımlanması, bir izotopik biyo-imzayı tanımlamada en etkili yaklaşımdır. izotop sistematiğinin açıklanması

Yapısal İzomerler

Karbon bileşiklerinin çoklu halka sistemleri ve doymamışlıklarla var olma eğilimi, jenerik organik bileşik C'nin olduğu anlamına gelir.PHQnrÖsPTSsen, yapısal izomerler olarak bilinen çok çeşitli olası yapılar üstlenebilir. 1 Çeşitlilik potansiyeline rağmen, araştırmacılar doğal olarak sentezlenmiş biyokimyasalların kalıplara girdiğini ve bilinen bileşiklerin sayısının kimyasal olarak mümkün olanın küçük bir alt kümesi olduğunu gözlemliyorlar. Ayrıca, biyomolekül, eğer bu yön fonksiyonel kapasitesini arttırırsa, bir dizi olası izomer içinde termodinamik olarak en az tercih edilen yapı olabilir.

Yapısal izomerler, kromatografi kullanılarak kolaylıkla ayrılır. Çoğu durumda, ancak hepsinde değil, kütle spektrumları da ayırt edicidir. Diğer izomerizm formlarında olduğu gibi, gaz kromatografları-kütle spektrometreleri ve sıvı kromatografları-kütle spektrometreleri gibi kombinatoryal araçlar, eser analizi için en hassas ve tanısal araçları sağlar.

1 EL Eliel, S.H. Wilen ve L.N. mandıra, Organik Bileşiklerin Stereokimyası, Wiley, New York, 1994.

Dünyadaki C-döngüsü 50 yılı aşkın bir süredir devam ediyor ve anlaşılması gereken çok şey var. 28 , 29 Mars çalışmaları için ek bir komplikasyon, biyolojik olmayan atmosferik süreçlerin izotopları parçalama derecesinin bilinmemesidir.

Mars'ta yaşam arayışında kullanılabilecek bir izotopik biyobelirteç örneği, fosfatlardaki 18 O/ 16 O oranıdır. 30 Fosfor formundaki fosfor (PO4 3&ndash ) genetik materyal ve hücre zarlarında ve terran biyolojisinde kofaktör ve enerji taşıyan molekül olarak kullanılır. Dünyada, nihai PO kaynağı4 3&ndash, çözünmüş, biyolojik olarak işlenmiş ve çeşitli tortul PO olarak yeniden biriktirilmiş apatittir.4 3&ndash fazlar ve biyojenik kalsiyum fosfat birikintileri (fosforitler) olarak. Biyolojik olarak işlenmiş PO4 3&ndash on Earth, abiyotik apatit temel değerlerinden oldukça gelişmiş güçlü bir biyotik O-izotopik imzaya sahiptir. Mars'ta, bu abiyotik taban çizgisinden fosfatlardaki 18 O/ 16 O oranlarının evrimi bir biyobelirteç olarak kullanılabilir. Ayrıca PO'nun 18 O/ 16 O oranı4 3&ndash, su ile sıcaklık ve yüksek sıcaklık değişim reaksiyonlarını kaydeder, ayrıca PO yapar4 3&Mars'taki geçmiş hidrotermal aktivitenin potansiyel bir göstergesini yayınlayın. 31

Bir izotopik etkiye ek bir örnek, biyolojik süreçlerde büyük moleküllerin iki veya beş karbon atomlu alt birimlerin tekrar tekrar eklenmesiyle sentezlenme eğilimi ile ilgilidir (bkz. Kutu 3.4). Lipid yapı taşları asetat (C2) ve izopentenil pirolfosfat (C5) örneğin, izotopik olarak homojen değildir. Asetat, metil ve karboksil karbonlarının 13C içeriğinde çok önemli farklılıklar gösterdiği için en iyi örneklerden birini sağlar. 32 En açık sonuçlar, yağ asitlerinde izotopik sıralama ve asetojenik ve poliizoprenoit lipidler arasındaki büyük izotopik farktır. Tek bir organizmada, asetojenik ve poliizoprenoit lipidler arasındaki izotopik farklılıklar, poliizoprenoit karbon atomlarının kaçının asetata karşı karbonhidrat metabolizmasından kaynaklandığına bağlıdır. 33

Morfolojik Biyoimzalar

Morfolojik biyo-imzalar, boyutlarına, şekil dağılımlarına ve kökenlerine göre yaşamın göstergesi olarak yorumlanabilecek nesne sınıfını temsil eder. İlgi çekici özellikler hem makroskopik (örneğin stromatolitler ve mikrobiyal olarak indüklenen tortul yapılar) hem de mikroskobik (örneğin mikrofosiller) ölçekte ortaya çıkar. Mars'ta keşfedilmiş olsaydı, stromatolitler gibi makro ölçekli morfolojik özellikler, biyojenisitenin kesin bir göstergesi olarak bazı çekişmelerin konusu olmasına rağmen, 34, daha fazla çalışma ve/veya numune dönüşü için oldukça arzu edilen hedefler olduğunu kanıtlayacaktır. 35 & ndash 37

Karmaşık Organik Moleküllerin Alt Birimleri ve Yapı Taşları

Hemen hemen tüm biyomoleküller, sınırlı sayıda jenerik alt birimden veya yapı taşlarından inşa edilir, en iyi bilinen örnekler proteinler ve nükleik asitlerdir. Yalnızca iki temel yapı taşından oluşan lipidler, ya asetat ya da izopentenildifosfat öncüllerinin polimerleridir. Nihai ürünler, alt birimlerin birleştiği noktada hidrolize edilebilir bir işlevsellikten (örneğin, peptit bağları) yoksundur ve diğer proteinler ve nükleik asitlerin aksine, lipitler depolimerize edilemez.

Lipidlerin klasik bir örneği, bakteri ve ökaryanın zar lipid çift katmanlarında bulunan ve gliserole esterlenmiş yağ asitlerinden oluşanlardır. En yaygın yağ asitleri tamamen asetat ürünlerdir ve bu nedenle çift karbon numaralarına sahiptirler (örn.14, C16, C18, ve C20). Genellikle asetil olmayan bir başlatıcıdan sentezlenen tek karbon numaralı üyeler mevcuttur, ancak daha az bulunurlar. Yağ asidi zincir uzunluğunun uzatılması, başka asetat birimlerinin eklenmesiyle ilerler. Desatürasyon, indirgeme veya dekarboksilasyon gibi sonlandırma ve değiştirme reaksiyonları, bitki ve çift sayılı alkollerden (örn.26, C28, C30, C32) ve tek sayılı hidrokarbonlar (örneğin, C25, C27, C29, C31).

Yapı taşı ilkesinin ek bir gösterimi, terpenoidler tarafından görüntülenir. Bu &Delta3-izopentenildifosfat polimerleri biraz daha karmaşık kökenlere ve çok daha karmaşık yapılara sahiptir (Şekil 3.4.1). İzoprenoid biyosentezinin ve onun jeolojik zaman içindeki evriminin bir sonucu olarak, dünya yaşamı, C ile ilişkili çok sayıda karmaşık molekül içerir.5 mimari. İzoprenoit biyosentetik yolların çokluğu, farklı filogenetik gruplar arasındaki dağılımları, moleküler oksijen için gereksinimleri veya başka türlü ve sentez sonrası modifikasyon türleri, genellikle, evrimsel kökenlerin güçlü bir biyo-imzasını sağlamak için tutulur. Örneğin, Şekil 3.4.1'de gösterilen yoldan elde edilen moleküller, biyosentez için oldukça tanısaldır, çünkü bireysel olarak, biyosentezin birçok özelliğini (örneğin, karbon sayısı, kiralite ve izomer alt kümeleri) sergilerler.

Krosetan, 2,6,10-trimetil-7-(3-metilbütil)-dodekan, skualen ve bifitan düzensiz dallı bileşikler iken fitan, labdan ve kaurane düzenlidir ve dört baş-kuyruk bağlantılı izopren biriminden yapılmıştır. Bu bileşikler ayrıca farklı yapıların spesifik fizyolojiler (fotosentez için fitol ve farnesol, çeşitli arkeler için fitan, metanotrofi için krosetan) veya spesifik organizmalar (2,6,10-trimetil-7-(3-metilbutil)-dodekan) için nasıl tanısal olabileceğini gösterir. diatomlar için, crenarchaeota labdane için bifitan ve kozalaklı ağaçlar için kaurane).

1 G. Ourisson ve P. Albrecht, &ldquoHopanoids. 1. Geohopanoidler: Dünyadaki En Bol Doğal Ürünler?&rdquo Hesaplar Kimyasal Araştırma 25:398-402, 1992.

Mars'a yapılan önceki, devam eden ve planlanan yaşam algılama görevlerindeki kameralar ve spektral görüntüleyiciler, Dünya'da geçmiş veya mevcut biyolojik aktivite için görünür imzalar olarak kabul edilen makroskopikten ufacık olana kadar değişen yapıları ve nesneleri tanımlama yeteneğine sahiptir. Bu tür nesneler ve yapılar, bozulmamış mikropları, metazoaları ve metafitleri, stromatolitleri, mikrobiyal matları ve hücre kümelerinden oluşan diğer büyük ölçekli yapıları ve ayrıca kistler, polen, embriyolar, organlar vb. gibi çok hücreli organizmaların bileşen parçalarını içerir. . Yeryüzünde, bu nesneler yüzey ortamlarında ve derin yeraltında yaygındır ve yaşamın ne kadar bol ve inatçı olduğuna dair hiçbir şüphe bırakmaz. Araştırmacılar ayrıca, bir dereceye kadar, Dünya'nın tortullarında, yaşı 2 milyar yıldan fazla olan zengin bir fosil yaşamını görsel olarak tanımlayabilirler. Şimdiye kadar, Mars'ta veya Mars meteorlarında böyle görünür "biyolojik" nesneler ikna edici bir şekilde tanımlanmadı. Mars'ta veya başka bir yerde yaşam varsa veya geçmişte var olduysa

ŞEKİL 3.4.1 Bazı düzenli, düzensiz ve döngüsel C'nin yapıları2O (diterpenoid) ve C3O (triterpenopid) ve C4O (tetraterpenoid) hidrokarbonlar, tortularda tanımlanmış ve tekrarlanan beş karbonlu altbirimlere dayalı çeşitli biyosentetik modelleri gösteren (J.M. Hayes'ten sonra, &ldquoFractionation of Carbon and Hydrogen Isotopes in Biosynthetic Processes,&rdquo Mineraloji ve Jeokimya İncelemeleri 43: 225-277, 2001).

gezegen cisimleri, kanıtlar ortaya çıkmadı. Birçok açıdan, Marslı yaşamı arayışı, Dünya'daki en eski yaşam arayışını yansıtır ve benzer engellerle karşı karşıyadır. Dünya yaşamının geçmişini derin zamanlara geri döndürmeye çalışan araştırmacılar, sürekli olarak Dünya'yı yeniden yüzeye çıkaran ve kaya kayıtlarını değiştiren jeokimyasal ve jeolojik süreçler tarafından giderek daha şifreli hale getirilen bir kayıt sorunuyla karşı karşıya kalıyorlar.

Bir biyo-imzayı neyin oluşturduğuna dair yetersiz koruma ve belirsizlik, Dünya 38 & ndash 45'te ve özellikle Mars göktaşı ALH 84001'de erken mikrobiyal yaşamın görünür kanıtlarını araştırmayı karıştırdı. 46 İlgili raporlar ve bunlardan kaynaklanan bazı tartışmalar, araştırmacılara morfolojiye dayalı bir biyojenisite çıkarımı yapmanın zorluklarla dolu olduğunu öğretiyor. Gözlenen özellik, ana kaya ile bariz bir şekilde singenetik ise ve sınırlı bir boyut (uzunluk ve genişlik) dağılımı gösteriyorsa, hücresel

Yapısal Olarak İlişkili Bileşiklerin Kümeleri ve Düzensiz Dağılım Modelleri

Kutu 3.4'te tartışıldığı gibi, daha küçük moleküllerden büyük organik moleküllerin biyosentezi, kanıtları prensipte biyolojik belirteçler olarak kullanılabilecek daha geniş sonuçlara yol açar. Organizmalar tarafından lipidlerin sentezi, örneğin, C'den2 veya C5 yapı taşları, farklılık gösteren bileşik kümeleri oluşturur. n C2 (asetojenik lipidler) veya n C5 (poliizoprenoidler) birimleri, burada n pozitif bir tamsayıdır. Tipik bir karasal lipit örneğinde, araştırmacılar, örneğin, yaprak mumu C'de çift karbon numaralı yağ asitleri tek karbon numaralı hidrokarbonların baskınlığını bulurlar.15, C20, ve C25 asiklik izoprenoidler C20 ve C30 steroidler ve C dahil olmak üzere siklik terpenoidler40 karotenoidler. Bu özelliklerin alt kümeleri, petrol gibi yüksek oranda değiştirilmiş veya işlenmiş malzemelerde bile tanımlanabilir. n-alkanlar, tek-çift-çift veya çift-üzer-tek karbon sayıları için tercihler sergileyebilir. Karbon sayısı kümeleri, evrensel yapı taşlarından biyosentezi gösterdikleri için biyo-imza olma potansiyeline sahiptir.

İki veya beş karbon atomu ile farklılık gösteren ilgili bileşiklerin bariz modellerine ek olarak, C'nin tekrarlanan ilavesinin etkisi2 veya C5 alt birimler ek bir önemli biyolojik imzaya yol açar. Lipidler gibi fonksiyonel biyokimyasallar, belirli moleküler ağırlık aralıklarında ilgili bileşiklerin kümelenmelerini gösterme eğilimindedir. Görülen küme örnekleri aşağıdakileri içerir:

C15-C17 ve C25-C33sırasıyla, örneğin bakteri ve bitkilerle ilişkili hidrokarbonlar için

C26-C30 çoğu ökaryotla ilişkili steroller için

C30 bitkiler ve bakterilerle ilişkili triterpenoidler için ve

C20, C25, C30, ve C40 arke ile ilişkili lipidler için.

Kümeleme ve izotopik parçalama ile ilgili ek bir biyobelirteç, &ldquoİzotopik Biyosignatures&rdquo alt bölümünde açıklanmıştır.

Bu biyolojik imzaların kullanımını zorlaştıran bir faktör, biyolojik olarak üretilen organik madde örneklerinin çoğunun karmaşık ekosistemlerde bulunan organizmalardan gelmesidir. Örneğin bir mikrobiyal matın uçucu bileşenleri, yukarıda ve Kutu 3.4'te açıklandığı gibi kabaca dağıtılan karbon sayılarına sahip bileşik sınıflarını gösterecektir. Benzer şekilde, hidrotermal menfezlerden gelen biyofilmlerdeki lipidler, eşit olmayan bir karbon sayısı dağılımı sergiler. 1 Jeolojik kayıtlar ek örneklerle doludur. 2 Ayrıca, C25-C30 kesir C'den daha fazla malzeme içerebilir15-C20 kesir. Bu &ldquolumpness&rdquo, abiyotik olarak yapılan molekül topluluklarında görülenin tam tersidir. 3 , 4 Hidrokarbonları sentezlemek için kullanılan Fischer-Tropsch işlemi, örneğin, C ile üstel bir boyut dağılımına sahip moleküller oluşturur.1 >C2 >C3 >C4, ve benzeri, C ile neredeyse sıfıra düşüyor30. Benzer şekilde, göktaşlarında görülen amino asitler daha fazla C sergilerler.1 C'den daha2 C'den daha3 C'den daha4 ve bunun gibi. 5 - 8

1 L.L. Jahnke, W. Eder, R. Huber, J.M. Hope, K.U. Hinrichs, J.M. Hayes, D.J. Des Marais, S.L. Cady ve R.E. Davetler, &ldquoİmza Lipidleri ve Ahtapot Bahar Hipertermofilik Topluluklarının Kararlı Karbon İzotop Analizleri, Uzman Temsilcilerininkiyle Karşılaştırıldığında,&rdquo Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji 67:5179-5189, 2001.

2 K.E. Peters, J.M. Moldowan ve C.C. Walter'lar, Biyobelirteç Kılavuzu, Cambridge University Press, Cambridge, Birleşik Krallık, 2004.

3 Bakınız, örneğin, B. Sherwood Lollar, T.D. Westgate, J.A. Ward, G.F. Slater ve G. Lacrampe-Couloume, &ldquoAlkanların Yerkabuğunda Abiojenik Oluşumu&rsquos a Minor Source for a Minor Source for Global Hidrokarbon Rezervuarları&rdquo Doğa 416:522-524, 2002.

4 Bakınız, örneğin, M. Allen, B. Sherwood-Lollar, B. Runnegar, D.Z. Oehler, J.R. Lyons, C.E. Manning ve M.E. Summers, &ldquoIs Mars Alive?,&rdquo Eos 87:433 ve 439, 2006.

5 M.A. Sephton, &ldquoKarbonlu Göktaşlarında Organik Bileşikler&rdquo Doğal Ürünler Raporları 19:292-311, 2002.

6 M.A. Sephton, C.T. Pillinger ve I. Gilmour, "Meteoritik Makromoleküler Malzemelerde Aromatik Parçalar: Sulu Piroliz ve 13C Bireysel Bileşiklerle Analizler,&rdquo Geochimica ve Cosmochimica Açta 64:321-328, 2000.

7 M.A. Sephton, C.T. Pillinger ve I. Gilmour &ldquoPiroliz-Gaz Kromatografisi&ndash Meteoritlerdeki Makromoleküler Malzemenin İzotop Oranı Kütle Spektrometrisi,&rdquo Gezegensel Uzay Bilimi 47:181-187, 2001.

8 M.A. Sephton, G.D. Love, J.S. Watson, AB Verchovsky, I.P. Wright, C.E. Snape ve I. Gilmour, &ldquoMurchison Göktaşında Çözünmeyen Karbonlu Maddenin Hidropirolizi: Makromoleküler Yapısına Yeni Bakışlar.&rdquo Geochimica ve Cosmochimica Açta 68:1385-1393, 2004.

Bozulma veya Dünya'daki numuneler içinde numunenin bağlamıyla ilgili ayrı aşamalarda meydana gelen fark edilebilir bir popülasyonun parçasıysa, daha fazla araştırma yapılması garanti edilir. 47 Erken yaşam ve ALH 84001 (bkz. Bölüm 2) hakkındaki tartışmalar, yaşamın kesin olarak saptanmasını sağlamak için morfolojinin hem kimya hem de bağlam ile birleştirilmesi gerektiğini göstermiştir. Bununla birlikte, morfoloji, özellikle stromatolitler, mikrobiyal matlar ve mikroorganizma toplulukları tarafından oluşturulan diğer büyük ölçekli agregalar gibi makroskopik yapılar olmak üzere, daha fazla araştırma için ilgilenilen hedefleri tespit etmek için son derece değerlidir.

Mineralojik ve İnorganik Kimyasal Biyoimzalar

Toprak malzemelerinin mineralojisi ve kimyası, organizmaların termodinamik olarak mümkün olan reaksiyonları hızlandırdığı veya engellediği bazı sistemlerde bir biyo-imza oluşturabilir. Ek olarak organizmalar, salgılama, asimilasyon ve elektron transferi süreçleri yoluyla kayaların, sıvıların ve gazların kimyasını değiştirebilir, bazen abiyotik bir ortamda oluşturulacak olanlardan farklı mineralojik veya kimyasal gradyanlar yaratabilir. Dünyada biyotik bir kökeni (örneğin, kokolitler ve diatomlar) açık bir şekilde tanımlayan birkaç mineralojik biyolojik imza örneği olmasına rağmen, bunların Mars için geçerli olması muhtemel değildir. 48 Diğer inorganik kimyasal biyolojik imza türlerinin çoğu, yaşamın varlığına dair yalnızca dolaylı kanıt sağlayabilir ve bu nedenle büyük olasılıkla diğer daha tanı kriterlerine eşlik eden destekleyici kanıtlar oluşturur. İnorganik biyolojik imza örnekleri aşağıda tartışılmaktadır.

Biyota, kaya kayıtlarında ortaya çıkan evrelerin kimliğini etkileyebilir. Örneğin, bazı bakteriler makinaviti greigite (sülfit) dönüştürür,49 ve bazı mantarlar toprakta weddellite (Ca oksalat) oluşumunu teşvik eder. Bu etkiler, mineralleri organik şablonlar üzerinde çekirdeklendirmeye yönelik biyolojik yetenek veya elementleri çözündüren, büyüme mekanizmalarını etkileyen veya tuzlar olarak çökelten organik ligandların üretimi ile ilgilidir. Mineral çökeltilere organik moleküllerin veya mikro besin safsızlıklarının dahil edilmesi de biyolojik aktivitenin bir göstergesi olabilir.

Minerallerin fiziksel özellikleri, belirsiz de olsa, biyolojik süreçlerin kanıtlarını dolaylı olarak verebilir. Örneğin, metabolizmanın birçok mineralojik yan ürününün yüksek aşırı doygunluk koşulları altında oluştukları için nanokristal olduğu göz önüne alındığında, çökeltilerin boyut dağılımı dolaylı olarak biyotik bir köken önerebilir. 50 Biyolojik sızıntılardan veya biyofilm oluşumundan etkilenebilen yüzey aşındırma veya kristal alışkanlığı da biyotanın dolaylı göstergeleri olabilir. Biyolojik olaylar, bazı durumlarda mineral kümelerinin özelliklerinden de çıkarılabilir. Mars için olası ilgi, bakteriler tarafından çökeltilen Fe minerallerinin agregasyon özelliğidir. Örneğin, manyetit kristallerinin hem boyut dağılımı hem de kümelenmesi, bu özellikler aynı zamanda abiyotik süreçlere atfedilmiş olmasına rağmen, 51, 52, biyo-imzalar olarak belirlenmiştir, 53 böylece biyolojik imzalar olarak mineralojik özelliklerin belirsiz doğasına işaret etmektedir.

Dünya malzemelerinde kaydedilen elementlerin konsantrasyonundaki gradyanlar da biyolojik olayların teşhisi olabilir. Biyolojik süreçler tarafından yönlendirilen temel gradyanların iyi bilinen bir tezahürü, organik kompleks maddelerin eksüdasyonunun elementleri harekete geçirdiği ve biyotanın varlığını gösteren desenler ürettiği belirli toprak ufuklarıdır. 54 Toprak horizonlarında metre ölçeğinde ve mineral yüzeylerde veya endolitik topluluklarda mikron ölçeğinde elementlerin konsantrasyonundaki gradyanların oluşumu bu nedenle önemli olabilir. 55 & ndash 57 Mikroorganizmalar tarafından düşük konsantrasyonda eser elementlerin asimilasyonu veya toksik elementlerin biyolojik olarak aracılık edilen çökeltilere sekestrasyonu da, regolit veya tortul ortamlarda biyotanın önceden varlığını kaydeden eser element dağılımları yaratabilir.

Fosfor konsantrasyonundaki anormallikler de Mars'ta yaşam arayışında kullanılabilecek olası biyobelirteçler olarak öne sürülmüştür. 58 PO olarak Fosfor4 3&ndash, çok çeşitli biyolojik proseslerde ve materyallerde kullanılmaktadır. PO'nun nihai kaynağı4 3&ndash, biyolojik olarak işlenen ve biyojenik kalsiyum fosfatlar (fosforitler) olarak yeniden biriktirilen magmatik apatittir. Dünya'da, PO4 3&ndash, sulu koşullar altında demir ve alüminyum oksitlere ve oksihidroksitlere güçlü bir şekilde adsorbe edilir. Mars topraklarında, tortul ortamlarda ve Mars'ta bol miktarda bulunan demir oksitlerle bağlantılı olarak bulunan fosfor fazlar, bir biyolojik imza olarak fosfor arayışında iyi bir hedef olabilir. Ek olarak, potansiyel PO arayışına rehberlik etmek için fosfor konsantrasyonu kalıpları kullanılabilir.4 3&ndash biyolojik imzalar ve diğer fosil türleri.

Bu tür düşüncelere dayanarak, Mars astrobiyolojik araştırmalarına yönelik geçmiş ve şimdiki yaklaşımlar, yaşamın kimyasal imzalarını, özellikle karbon bileşiklerini, izotopik imzaları ve çeşitli diğer metabolizma ürünlerini tespit edebilen alet paketlerini yoğun bir şekilde vurgulamıştır. NASA Biyobelirteç Görev Gücü tarafından düzenlenen 2001 biyoimza çalıştayı, biyoimzaların daha iyi anlaşılması için kapsamlı hedefler belirledi. Ne yazık ki, görev grubunun müzakerelerinin sonuçları hiçbir zaman tam olarak yayınlanmadı. 59 Gelecekteki tartışmalar için önemli bir başlangıç ​​noktası oluşturdukları için, bu hedefler Ek C'de yeniden verilmiştir.

REFERANSLAR

1. JJ Brocks ve R.E. Çağrılar, &ldquoSedimenter Hidrokarbonlar, Erken Yaşam için Biyobelirteçler,&rdquo s. 65-115 içinde içinde inceleme Jeokimya (H.D. Holland ve K. Turekian, ed.), 2003 K.E. Peters, J.M. Moldowan ve C.C. Walter'lar, Biyobelirteç Kılavuz, Cambridge University Press, Cambridge, 2004.

2. Bakınız, örneğin, A.H. Knoll, R.E. Summons, J.R. Waldbauer ve J.E. Zumberge, &ldquoSuccessions in Biological Primary Productivity in the Oceans&rdquo in Okyanuslardaki Fotosentetik Organizmaların Evrimi (P. Falkwoski ve A.H. Knoll, editörler), basında K.E. Peters, J.M. Moldowan ve C.C Walters, Biyobelirteç Kılavuzu, Cambridge University Press, Cambridge, 2004.

3. Bkz. örneğin, A.I. Rushdi ve B.R.T. Simoneit, &ldquoLipid Formasyonu, Sulu Fischer-Tropsch-Tipi Sentez ile 100 ila 400°C Sıcaklık Aralığında&rdquo Yaşamın Kökenleri ve Biyosferlerin Evrimi 31:103-118, 2004 J.D. Pasteris ve B. Wopenka, &ldquoLaser&ndashRaman Spectroscoy (İletişim Ortaya Çıkıyor): Dünyanın En Eski Fosillerinin Görüntüleri?&rdquo Doğa 420:476-477, 2002 B. Sherwood Lollar, T.D. Westgate, J.A. Ward, G.F. Slater ve G. Lacrampe-Couloume, &ldquoAlkanların Yerkabuğunda Abiojenik Oluşumu&rsquos a Minor Source for a Minor Source for Global Hidrokarbon Rezervuarları&rdquo Doğa 416:522-524, 2002 T.M. McCollom ve J.S.Seewald, &ldquoHidrotermal Koşullar Altında Abiyotik Sentez ile Üretilen Organik Bileşiklerin Karbon İzotop Bileşimi,&rdquo Dünya ve Gezegen Bilim Mektupları 243:74-84, 2006.

4. S.L. Miller, &ldquoOlası İlkel Toprak Koşullarında Bazı Organik Bileşiklerin Üretimi, Dergisi Amerikan Kimya Derneği 7:2351, 1955.

5. J.A. Kasting, &ldquoBolide Etkileri ve Dünyanın Erken Atmosferindeki Karbonun Oksidasyon Durumu&rdquo Hayatın Kökenleri ve Biyosferin Evrimi 20:199-231, 1990.

6. Bkz. örneğin, R.M. Hazen &ldquoLife&rsquos Rocky Start,&rdquo Bilimsel amerikalı 284(4):76-85, 2001.

7. J.A. Brandes, N.Z. Boctor, G.D. Cody, B.A. Cooper, R.M. Hazen ve H.S. Yoder, &ldquoAbiyotik Azot Azaltımı İlk Dünya'da,&rdquo Doğa 395:365-367, 1998.

8. G. Wächtersh'aumluser, &ldquoÖnce Enzimler ve Şablonlar: Yüzey Metabolizması Teorisi,&rdquo Mikrobiyoloji İncelemesi 52:452-484, 1988.

9. G. Wächtersh'aumluser, &ldquoİlk Metabolik Döngülerin Evrimi,&rdquo Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı 87:200-204, 1990.

10. W.V. Boynton, W.C. Feldman, S.W. Squyres, T.H. Prettyman, J. Brückner, L.G. Evans, R.C. Reedy, R. Starr, J.R. Arnold, D.M. Drake, P.A.J. Englert, A.E. Metzger, I. Mitrofanov, J.I. Trombka, C. d&rsquoUston, H. Wänke, O. Gasnault, D.K. Hamara, D.M. Janes, R.L. Marcialis, S. Maurice, I. Mikheeva, G.J. Taylor, R. Tokar ve C. Shinohara, &ldquoMars'ın Yakın Yüzeyinde Hidrojen Dağılımı: Yeraltı Buz Birikmeleri için Kanıt,&rdquo Bilim 297:81-85, 2002.

11. DG Capone, R. Popa, B. Flood, K.H. Nealson, &ldquoGeochemistry. Azotu izleyin,&rdquo. Bilim 312:708-709, 2006.

12. J. Farquhar, J. Savarino, T.L. Jackson, M.H. Thiemens, &ldquoMeteoritlerdeki Kükürt İzotoplarından Mars Regolitindeki Atmosferik Kükürtün Kanıtı,&rdquo Doğa 404:50-52, 2000.

13. P.G. Falkowski ve C.S. Davis, &ldquoNatural Proportions,&rdquo Doğa 431:131, 2004.

14. DG Capone, R. Popa, B. Flood, K.H. Nealson, &ldquoGeochemistry. Azotu izleyin,&rdquo. Bilim 312:708-709, 2006.

15. G. Eglinton ve M. Calvin &ldquoKimyasal Fosiller&rdquo Bilimsel amerikalı 261:32-43, 1967.

16. M.H. Engel ve S.A. Macko, ed., Organik Jeokimya İlkeleri ve Uygulamaları, Plenum Press, New York, 1993.

17. K.E. Peters, J.M. Moldowan ve C.C. Walters,. Biyobelirteç Kılavuzu, Cambridge University Press, Cambridge, 2004.

18. M.H. Engel ve S.A. Macko, ed., Organik Jeokimya İlkeleri ve Uygulamaları, Plenum Press, New York, 1993.

19. JJ Brocks ve R.E. Çağrılar, &ldquoSedimenter Hidrokarbonlar, Erken Yaşam için Biyobelirteçler,&rdquo s. 65-115 içinde içinde inceleme Jeokimya (H.D. Holland ve K. Turekian, ed.), 2003.

20. K.E. Peters, J.M. Moldowan ve C.C. Walters,. Biyobelirteç Kılavuzu, Cambridge University Press, Cambridge, 2004.

21. K.E. Peters, J.M. Moldowan ve C.C. Walter'lar, Biyobelirteç Kılavuzu, Cambridge University Press, Cambridge, 2004.

22. E.L. Eliel, S.H. Wilen ve L.N. mandıra, Organik Bileşiklerin Stereokimyası, Wiley, New York, 1994.

23. Örneğin bkz. N.A. Campbell ve J.B. Reece, Biyoloji (7. baskı), Benjamin Cummings, 2004.

24. Bkz. örneğin, S.J. Mojzsis, G. Arrhenius, K.D. McKeegan, T.M. Harrison, A.P. Nutman ve C.R. Friend, &ldquo3,800 Milyon Yıl Öncesinde Dünyadaki Yaşamın Kanıtı,&rdquo Doğa 384:55-59, 1996.

25. M.A. van Zuilen, K. Mathew, B. Wopenka, A. Lepland, K. Marti ve G. Arrhenius, &ldquoNitrogen and Argon Isotopic Signatures from the 3.8Ga-old Isua Supracrustal Belt, Southern West Greenland,&rdquo Geochimica ve Cosmochimica Acta 69:1241-1252, 2005.

26. Y. Ueno, H. Yurimoto, H. Yoshioka, T. Komiya ve S. Maruyama, &ldquoIon Microprobe Analysis of Graphite ca. 3.8 Ga Metasedimentleri, Isua Supracrustal Belt, Batı Grönland: Metamorfizma ve Karbon İzotop Bileşimi Arasındaki İlişki,&rdquo Geochimica ve Cosmochimica Açta 66:1257-1268, 2002.

27. Y. Shen, R. Buick ve D.E. Canfield &ldquoErken Archaean Çağında Mikrobiyal Sülfat Azaltma için İzotopik Kanıt,&rdquo Doğa 410:77-81, 2001.

28. H. Craig, &ldquoThe Geochemistry of the Stable Carbon İzotop of Carbon,&rdquo Geochimica ve Cosmochimica Açta 3:53-92, 1953.

29. J.M. Hayes ve J.R. Waldbauer, &ldquoThe Carbon Cycle and Associated Redox Processes by Time,&rdquo Felsefi Royal Society B'nin İşlemleri: Biyolojik Bilim 361:931-950, 2006.

30. R.E. Blake, J.C. Alt ve A.M. Martini, &ldquoOksijen İzotop Oranları PO4 &ndash : Enzimatik Aktivite ve P Metabolizmasının İnorganik Bir Göstergesi ve Yaşam Arayışında Yeni Bir Biyobelirteç,&rdquo Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı, Astrobiyoloji Özel Bölümü 98:2148-2153, 2001.

31. R.E. Blake, J.C. Alt ve A.M. Martini, &ldquoOksijen İzotop Oranları PO4 &ndash : Enzimatik Aktivite ve P Metabolizmasının İnorganik Bir Göstergesi ve Yaşam Arayışında Yeni Bir Biyobelirteç,&rdquo Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı, Astrobiyoloji Özel Bölümü 98:2148-2153, 2001.

32. J.M. Hayes, &ldquoBiyosentetik Proseslerde Karbon ve Hidrojen İzotoplarının Fraksiyonasyonu,&rdquo Mineraloji İncelemeleri ve Jeokimya 43:225-277, 2001.

33. J.M. Hayes, &ldquoBiyosentetik Proseslerde Karbon ve Hidrojen İzotoplarının Fraksiyonasyonu,&rdquo Mineraloji İncelemeleri ve Jeokimya 43:225-277, 2001.

34. J.M. Garcia-Ruiz, S.T. Hyde, AM Carnerup, A.G. Christy, M.J. Van Kranendonk ve N.J. Welham, &ldquoSelf-Assembled Silika-Carbonate Structures and Detection of Ancient Microfosils,&rdquo Bilim 302:1194-1197, 2003.

35. H.J. Hofmann, K. Grey, A.H. Hickman ve R. Thorpe, &ldquoOrigin of 3.45 Ga Coniform Stromatolites in Warrawoona Group, Batı Avustralya,&rdquo Amerika Jeoloji Derneği Bülteni 111:1256-1262, 1999.

36. S.L. Cady, J.D. Farmer, J.P. Grotzinger, J.W. Schopf ve A. Steele, &ldquoMorphological Biosignatures and the Search for Life on Mars,&rdquo Astrobiyoloji 3:351-368, 2003.

37. A.C. Allwood, M.R. Walter, B.S. Kamber, C.P. Marshall ve I.W. Burch, &ldquoAvustralya'nın Erken Archaean Döneminden Stromatolite Reef,&rdquo Doğa 441:714-718, 2006.

38. Bkz. örneğin, D.R. Lowe, &ldquo3,2 Ga'dan Eski Tanımlanan Stromatolitlerin Biyolojik Kökeni,&rdquo jeoloji 22:387-390, 1994.

39. J.P. Grotzinger ve A.H. Knoll, &ldquoStromatolites in Prekambriyen Karbonat Evrimsel Mileposts veya Çevresel Dipsticks,&rdquo Dünya ve Gezegen Bilimlerinin Yıllık İncelemeleri 27:313-358, 1999.

40. H.J. Hofmann, K. Grey, A.H. Hickman ve R. Thorpe, &ldquoOrigin of 3.45 Ga Coniform Stromatolites in Warrawoona. Grup, Batı Avustralya.&rdquo Amerika Jeoloji Derneği Bülteni 111:1256-1262, 1999.

41. M.D. Brasier, O.R. Green, A.P. Jephcoat, A.K. Kleppe, M.J. Van Kranendonk, J.F. Lindsay, A. Steele ve N.V. Grassineau, &ldquoQuestion the Evidence for Earth&rsquos En Eski Fosiller,&rdquo Doğa 416:76-81, 2002.

42. J.W. Schopf, &ldquoErken Archaean Apex Chert'in Mikrofosiller: Yaşamın Antik Çağının Yeni Kanıtı,&rdquo Bilim 260:640-646, 1993.

43. J.W. Schopf, &ldquoEn Eski Fosiller Siyanobakteriler mi?,&rdquo s. 23-61 in Genel Mikrobiyal Yaşam Topluluğunun Evrimi Mikrobiyoloji Sempozyumu 54 (D. McL. Roberts, P. Sharp, G. Alderson ve M. Collins, ed.), Cambridge University Press, Cambridge, 1996.

44. J.W. Schopf, A.B. Kudryavtsev, D.G. Agresti, T.J. Wdowiak ve A.D. Czaja, &ldquoDünyanın Lazer Raman Görüntüleri&rsquos En Erken Fosiller&rdquo Doğa 416:73-76, 2002. J.M. Garcia-Ruiz, S.T. Hyde, AM Carnerup, V. Christy, M.J. Van Kranendonk ve N.J. Welham, &ldquoSelf-Assembled Silika-Carbonate Structures and Detection of Ancient Microfosils,&rdquo Bilim 302:1194-1197, 2003.

45. S.M. Awramik ve K. Grey, &ldquoStromatolites: Biogenicity, Biosignatures, and Bioconfusion,&rdquo s. 227-235 içinde Astrobiyoloji ve Gezegensel Görevler (R.B. Hoover, G.V. Levin, A.Y. Rozanov, G.R. Gladstone, ed.), SPIE'nin Bildirileri, Cilt 5906, 2005.

46. ​​D.S. McKay, E.K. Gibson, Jr., K.L. Thomas-Keprt, H. Vali, C.S. Romanek, S.J. Clemett, X.D.F. Chillier, C.R. Maechling ve R.N. Zare, &ldquoMars'ta Geçmiş Yaşamı Ara: Mars Göktaşı ALH 84001'de Olası Kalıntı Biyojenik Aktivite,&rdquo Bilim 273:924-930, 1996.

47. J.W. Schopf, &ldquoEn Eski Fosiller ve Ne Anladıkları,&rdquo s. 29-63, J.W. Schopf (ed.), Tarihteki Önemli Olaylar hayatın, Jones ve Bartlett Publishers, Boston, Mass., 1992.

48. J.F. Banfield, J.W. Moreau, C.S. Chan, S.A. Welch ve B. Little, &ldquoMineralogical Biosignatures and the Search for Life on Mars,&rdquo Astrobiyoloji 1:447-465, 2001.

49. M.B. McNeil ve B. Little, &ldquoMikrobiyal Korozyon Sırasında Mackinawite Oluşumu,&rdquo Korozyon Dergisi 46:599-600, 1990.

50. J.F. Banfield, J.W. Moreau, C.S. Chan, S.A. Welch ve B. Little, &ldquoMineralogical Biosignatures and the Search for Life on Mars,&rdquo Astrobiyoloji 1:447-465, 2001.

51. K.L Thomas-Keprta, D.A. Bazylinski, J.L. Kirschvink, S.J. Clemett, D.S. McKay, S.J. Wentworth, H. Vali, E.K. Gibson ve C.S. Romanek, &ldquoALH 84001 Karbonat Kürelerinde Uzatılmış Prizmatik Manyetit Kristalleri: Potansiyel Mars Manyetofosilleri,&rdquo Geochimica ve Cosmochimica Açta 64:4049-4081, 2000.

52. K.L. Thomas-Keprta, S.J. Clemett, D.A. Bazylinski, J.L. Kirschvink, D.S. McKay, S.J. Wentworth, H. Vali, E.K. Gibson, Jr., M.F. McKay ve C.S. Romanek, &ldquoTruncated Hexa-Octahedral Magnetite Crystals in ALH 84001: Olası Biyoimzalar,&rdquo Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı 98:2164-2169, 2001.

53. Bkz. örneğin, A.H. Treiman, &ldquoSubmicron Magnetite Grains and Carbon Compounds in Martian Meteorite ALH 84001: Inorganik, Abiyotik Formation by Shock and Thermal Metamorphism,&rdquo Astrobiyoloji 3:369-392, 2003.

54. A. Neaman, J. Chorover ve S.L. Brantley, &ldquoElement Hareketlilik Modelleri, Erken Dünya'da Topraklardaki Organik Ligandları Kaydediyor&rdquo jeoloji 33(2):117-120, 2005.

55. B. Kalinowski, L. Liermann, S.L. Brantley, A. Barnes ve C.G. Pantano, &ldquoX Işını Fotoelektron Kanıtı, Hornblend'in Bakteri Tarafından Geliştirilmiş Çözünmesi,&rdquo Geochimica ve Cosmochimica Açta 64:1331-1343, 2000.

56. A. Neaman, J. Chorover ve S.L. Brantley, &ldquoElement Hareketlilik Modelleri, Erken Dünya'da Topraklardaki Organik Ligandları Kaydediyor&rdquo jeoloji 33(2):117-120, 2005.

57. H.J. Sun ve E.I. Friedmann, &ldquoGrowth on Geological Time Scales in the Antarctic Cryptoendolitik Microbial Community,&rdquo Jeomikrobiyoloji Dergisi 16:193-202, 1999.

58. G. Weckwerth ve M. Schidlowski, &ldquoPhosphorus as a Potential Guide for the Search for the Extinct Life for Mars,&rdquo ilerlemeler Uzay Araştırmalarında 15:185-191, 1995.

59. Michael Meyer, NASA Bilim Misyonu Müdürlüğü, kişisel iletişim, 2006.


8.2B: Mars Biyoimzaları - Biyoloji

İlkbahar ve evaporit tortuları, Mars'ta geçmişte yaşanabilirlik ve biyolojik imzaların korunması için en umut verici ortamlardan ikisi olarak kabul edilir. Kanada, Manitoba, East German Creek (EGC) hipersalin kaynak kompleksine ve St. Martin Gölü (LSM) etkisinin çarpma sonrası evaporit alçı yataklarına ev sahipliği yapıyor. EGC kompleksinde mikrobiyal paspaslar, tortular, algler ve biyofabrikler bulunurken, LSM alçı yataklarında endolitik topluluklar her yerde bulunur. Bu topluluklar, büyük ölçüde 670 nm'de bir klorofil absorpsiyon bandının varlığına bağlı olarak spektral olarak saptanabilir, ancak bu özelliğin Mars yüzey koşulları altında sağlamlığı belirsizdi. EGC ve LSM'den biyolojik ve biyoloji taşıyan örnekler, 44 güne kadar günümüz Mars'ının yüzeyine benzer koşullara (yüksek UV akışı, 100 mbar, anoksik, CO2 bakımından zengin) ve 670 nm klorofil özelliğinin korunmasına maruz bırakıldı. ve klorofil kırmızı kenarı gözlendi. arasında değişen 670 nm bandının bant derinliğinde bir azalma

%16 ila %80, koruma derecesinde ve örneklerin kaynak höyüğüne uzamsal yakınlığında ve mineral kalkanlama etkilerinde görülen korelasyonlarla sonuçlandı. Spektrumlar, 670 nm özelliğinin saptanabilirliğini araştırmak ve ortak mineral özellikleriyle karşılaştırmak için Mars Keşif Gezicisi (MER) Pancam ve Mars Bilim Laboratuvarı (MSL) Mastcam bilim filtresi bant geçişlerine ayrıldı. Klorofil ile ilişkili kırmızı kenar ve 670 nm özelliği, aşağıdaki özelliklere sahip mineral spektrumlarından ayırt edilebilir.

1000 nm, hematit ve jarosit gibi. Bununla birlikte, goetitin klorofil özelliği olan numunelerden ayırt edilmesi daha problemlidir ve bant derinliği verileri kullanılarak nicel yorumlama, demir oksihidroksitler ile 670 nm klorofil özelliği arasında çok az ayrım yapar. Klorofil spektral özelliği hem Pancam hem de Mastcam'da gözlemlenebilir ve önerilen EXOMARS Pancam filtrelerinden PHYLL filtresinin tespiti için en uygun olanı öneriyoruz.


8.2B: Mars Biyoimzaları - Biyoloji

Mars'ta, jeolojik süreçlerle derinlemesine ısıtılan yeraltı suyu deşarjı, biyolojik aktivite için mevcut olan olası bir geç aşama sıvı su rezervuarını temsil eder. Mars yüzeyinin foto-jeolojik gözlemleri, jeolojik olarak, nispeten genç yeraltı suyu deşarjını, saptırma ve/veya fay kontrollü kaynaklar yoluyla desteklemektedir. Bu tür rezervuarların olası biyolojik potansiyelinin araştırılmasına yönelik yaklaşımımız, benzer, karasal yay sistemlerini karakterize etmek olmuştur. Çalışma alanımız, California'daki Hayward ve Calaveras fayları arasında fay güdümlü, mezofilik, kükürt yay sistemidir. Hidrojeolojik değişkenleri, mikrobiyal metabolizma için besin mevcudiyetini, mevcut topluluk yapısındaki farklılıkları ve bu değişkenlerle ilişkili mevsimsel değişiklikleri inceledik. İncelenen kaynaklar ayrıca kalsit çökeltiyor ve büyük höyükler oluşturarak biyolojik imzaların korunmasını değerlendirme potansiyeli sunuyor. Kaynak sularının jeokimyası ve izotopik bileşimi (2H/18O), çeşitli kaynak deşarj sularının, sığ meteorik girdilerle daha derin, birleşik sular arasında farklı karışım miktarlarını temsil ettiğini gösterir. 16S rDNA klon kütüphaneleri ve floresan in situ hibridizasyon deneyleri, sülfür bileşiklerinin Epsilon- ve Gammaproteobacteria tarafından oksidasyonunun, yaylarda meydana gelen önemli bir süreç olduğunu ve lipit analizlerinin bu gözlemleri desteklediğini göstermektedir. İncelenen kaynaklar, ilgili jeokimyalarında mevsimsel değişimlere uğrarken, yalnızca kaynaklardan birindeki mikrobiyal topluluk, orantılı bir mevsimsel değişiklik ortaya çıkarır. Kurak mevsim boyunca, bu bahardaki topluluk kırmızı, plak benzeri bir biyofilme dönüşür ve Alphaproteobacteria sınıfından demir döngüsü yapan organizmalar topluluk içindeki göreceli bolluklarında önemli ölçüde artar. Kalsit birikimlerinin ön kimyasal analizi, bol miktarda organik karbon olduğunu gösterir ve bu nedenle, önceki mikrobiyal ekosistemlerin olası bir kaydını önerir. Hem mevcut biyolojide hem de biriken kalsitte bakteriyohopanepolyoller (BHP'ler) gibi inatçı lipit türlerinin devam eden araştırmaları devam etmektedir ve lipit biyo-imzalarının yaşayabilirliğini etkileyen tafonomik süreçlere dair fikir sağlamalıdır. Sonuçlar, yerel jeofizik tarihinin ilkbahar mikrobiyal topluluk yapısı ve verimliliğindeki rolünü vurgulamaktadır.


Astrobiyoloji ve Okyanus Dünyaları

NASA'nın astrobiyoloji programı üç temel soruyu ele alıyor: Hayat nasıl başlar ve gelişir? Dünya'nın ötesinde yaşam var mı ve varsa onu nasıl tespit edebiliriz? Dünyadaki ve evrendeki yaşamın geleceği nedir? Araştırmacılarımız, biyolojik, jeolojik, kimyasal, gezegensel ve kozmik fenomenlerin kapsamlı ve bütünleşik bir anlayışını sağlayarak bu önemli soruları ele almak için çok çeşitli alanlarda uzmanlar içerir. Okyanus dünyalarına - yüzeylerinde veya yüzeylerinde önemli, sabit sıvı bulunan cisimler - odaklanmak, oşinografi ve deniz biyolojisi gibi alanlarda ek uzmanlık gerektirir ve güneş sistemimizde ve yaşamın en olası olduğu yerlerin ötesinde kilit yerleri açar.

Astrobiyoloji ve Okyanus Dünyaları grubundaki araştırmalar, güneş sisteminin gezegenlerinin ve uydularının yaşanabilirliğinin değerlendirilmesi, özellikle Jüpiter'in ayı Europa, Satürn'ün uyduları Enceladus ve Titan ve Neptün'ün uydusu Triton'un, karbon izotopik bileşimleri ile mikro yapılar arasındaki bağıntıları ve/veya alkali hidrotermal menfez modeli de dahil olmak üzere yaşamın kökenleri için teorilerin değerlendirilmesinde ve jeolojik tarihi anlamada taksonomi arasındaki soyu tükenmiş veya mevcut yaşam bulma korelasyonlarını saptamak için araçlar ve metodolojiler geliştirmesi Mars'ın yaşanabilirlik ile ilgili olduğu için.

Ek olarak, uzun vadeli görev konseptlerinin geliştirilmesinden robotik platformların analizini gerçekleştirecek araçlar ve yöntemler üzerinde çalışmaya ve gelecekteki görevler için donanım geliştirmeye kadar, gelecekteki okyanus dünyaları ve astrobiyoloji tabanlı misyonların tüm yönleri üzerinde çalışıyoruz. JPL araştırmacıları şu anda Mars Bilim Laboratuvarı (aka Curiosity), Mars 2020, Europa Clipper ve Dragonfly gibi çeşitli görev ve görev konseptlerinde yer almaktadır. Ayrıca gelecekteki Mars ve Dış Gezegenler Misyonlarının planlanmasında da yoğun bir şekilde yer alıyoruz.


Özet

Bu derlemenin içeriğine ve burada kapsanan araştırmalara dayanarak, prokaryotik ve ökaryotik yapıdaki iz ve vücut fosilleri hakkında yaygın bilgiler de dahil olmak üzere, Dünya'daki volkanik habitatların ekolojisinin bilinen tüm yönlerini kapsayan bir mikrofosil atlası oluşturmayı öneriyoruz. Bunu başarmak için, mikrobiyal morfoloji, organik mikrofosil içeriği (biyobelirteçler) ve magmatik yaşayan fosillerin elemental ve izotopik içeriği ve bunlarla ilişkili biyomineraller hakkında bilgiler dahil olmak üzere yukarıda incelenen tüm çalışma alanlarından elde edilen sonuçları birleştirmeye ihtiyacımız var. İlk kaba sınıflandırma öncelikle morfolojiye dayalı olacaktır, ancak sınıflandırmayı geliştirmek ve taksonomik olarak sağlam hale getirmek için bu senaryoya biyobelirteçler ve ilgili izotopik fraksiyonlar eklenecektir. Biyobelirteçlerin ve izotopların bir kombinasyonu, örneğin metanojenler ve metanotroflar gibi metabolizmalara dayalı olarak mikroorganizma grupları arasında ayrım yapmayı mümkün kılacaktır. Tür ayrımı, fosil mikroorganizmalar ve/veya ilişkili biyomineraller (δ 13 C durumunda) içindeki farklı lipidlerin ve δ 13 C değerlerinin varlığı ve saptanması ile mümkün olmaktadır (Drake ve diğerleri, 2015). Ancak nihayetinde, volkanik mikrofosil atlası taksonomiye göre sınıflandırılacaktır. Prokaryotlar ve ökaryotlar arasında kaba ayrımlar mümkün olacak ve umarız sınıf düzeyine kadar daha kesin sınıflandırmalar da mümkün olacaktır.

NASA'nın Mars 2020 ve ExoMars misyonlarının mevcut yükleri, muhtemelen biraz daha küçük olan yapıları 㱠 μm analiz edebilir. Bu nedenle, her iki görev de mm boyutlu mineralize mantar miselleri veya açık veziküllerdeki daha büyük mikrostromatolitler gibi volkanik kayalardan daha büyük biyojenik yapıları hedefleyebilecek.8 μm/px çözünürlüğe sahip ExoMars kameraları, Şekil 5B'de görüldüğü gibi, küçük özellikleri ve bireysel hifleri belirleme konusunda daha büyük bir şansa sahiptir, ancak sırayla, NASA misyonunun daha sonra numune toplama olasılığı vardır. ex situ Dünya üzerinde araştırma- bu nedenle, biyolojik imza içerme olasılığı yüksek olan örnekleri seçmek için yeterli özelliği çözmek için 15 μm/piksel çözünürlük yeterli olabilir. Volkanik bir mikrofosil atlası oluşturma konusundaki umudumuz, volkanik okyanus kabuğundaki mikrobiyal çeşitliliğin sağlam bir değerlendirmesini sağlayarak daha yerleşik tortul temelli fosil çizelgelerini tamamlayıcı olarak hareket edebilmesidir. Dünya üzerindeki mikrofosil çalışmaları için genel yönergeler sağlamanın yanı sıra, atlasın, NASA Mars görevi 2020 ve ExoMars gibi gezegensel görevler için ilgili hedef bölgelerin aranmasına özellikle yardımcı olmasını öngörüyoruz.


8.2B: Mars Biyoimzaları - Biyoloji

MDPI tarafından yayınlanan tüm makaleler, bir açık erişim lisansı altında dünya çapında anında kullanıma sunulmaktadır. Şekil ve tablolar dahil olmak üzere MDPI tarafından yayınlanan makalenin tamamının veya bir kısmının yeniden kullanılması için özel bir izin gerekmemektedir. Açık erişim Creative Common CC BY lisansı altında yayınlanan makaleler için, orijinal makaleden açıkça alıntı yapılması şartıyla makalenin herhangi bir kısmı izinsiz olarak yeniden kullanılabilir.

Özellik Belgeleri, alanda yüksek etki için önemli potansiyele sahip en gelişmiş araştırmaları temsil eder. Özellik Bildirileri, bilimsel editörlerin bireysel daveti veya tavsiyesi üzerine sunulur ve yayınlanmadan önce hakem incelemesinden geçer.

Özellik Belgesi, orijinal bir araştırma makalesi, genellikle birkaç teknik veya yaklaşımı içeren önemli bir yeni araştırma çalışması veya bilimsel alandaki en heyecan verici gelişmeleri sistematik olarak gözden geçiren, alandaki en son ilerleme hakkında kısa ve kesin güncellemeler içeren kapsamlı bir inceleme makalesi olabilir. Edebiyat. Bu tür kağıt, gelecekteki araştırma yönleri veya olası uygulamalar hakkında bir görünüm sağlar.

Editörün Seçimi makaleleri, dünyanın her yerinden MDPI dergilerinin bilimsel editörlerinin tavsiyelerine dayanmaktadır. Editörler, yazarlar için özellikle ilginç olacağına veya bu alanda önemli olacağına inandıkları dergide yakın zamanda yayınlanan az sayıda makaleyi seçerler. Amaç, derginin çeşitli araştırma alanlarında yayınlanan en heyecan verici çalışmalardan bazılarının anlık görüntüsünü sağlamaktır.