Является ли разработка инопланетной жизни всего лишь научной фантастикой?

Во- первых, вы можете проверить эту статью в Википедии: Гипотетические типы биохимии . Я предупреждаю вас, что научная полезность многих из этих гипотез невелика, поскольку они, по крайней мере в настоящее время, не поддаются проверке.

Во-вторых, ваш вопрос напомнил о некоторых текущих исследованиях двух групп ученых в области синтетической биологии, которые могут каким-то образом ответить на ваш вопрос. Я кратко упомяну о них ниже.

Ученые пытаются создать синтетические организмы с минимальным геномом (в котором каждый ген необходим). В одном из недавних исследований ( Hutchison CA, et al. 2016. Дизайн и синтез минимального бактериального генома. Наука. ) они случайным образом выбивали гены организма, а затем, основываясь на выживании и росте, классифицировали их как жизненно важные . , несущественные и квазисущественные (удаление приводит к нарушению роста). Затем они смогли сократить геном до 473 генов, которые, как они утверждают, «имеют геном меньше, чем у любой автономно реплицирующейся клетки, встречающейся в природе».

Важные моменты из этого исследования в отношении вашего вопроса:

• Из 473 генов в организме, описанных выше, 149 имеют неизвестную функцию. Другими словами, у нас все еще есть ограниченное понимание того, что именно требуется для базовой биохимии жизни на Земле. Цитировать статью:

  ... биологические функции не могли быть назначены для ~ 31% генов ... Тем не менее, потенциальные гомологи для ряда из них были обнаружены в различных организмах. Многие из этих генов, вероятно, кодируют универсальные белки, функции которых еще предстоит охарактеризовать.

• Кроме того, до описанного выше метода нокаута исследователи пытались создать минимальные геномы с помощью рационального дизайна. Обратите внимание, что это не создание новых организмов, а удаление генов из существующего генома в зависимости от того, считаются ли они необходимыми. Они потерпели неудачу. Цитирую пресс-релиз (выделено мной):

  [Исследователи] изначально сформировали две команды, каждая из которых ставила перед собой одну и ту же задачу: использовать все доступные знания о геноме для разработки бактериальной хромосомы с гипотетическим минимальным геномом. Затем оба предложения были синтезированы и трансплантированы в M. capricolum , чтобы посмотреть, произведет ли любой из них жизнеспособный организм. «Главная новость в том, что мы потерпели неудачу, — говорит Вентер. "Я был удивлен." Ни одна из хромосом не дала живого микроба. Очевидно, говорит Вентер, что « наших нынешних знаний в области биологии недостаточно, чтобы сесть и спроектировать живой организм и построить его ».

В другом направлении исследования ученые пытаются создать синтетические клетки на основе самовоспроизводящейся РНК и компартментализации путем спонтанного образования пузырьков жирных кислот, что, возможно, несколько правдоподобно имитирует то, как могла возникнуть жизнь на Земле. Вас может заинтересовать этот обзор ( Blain and Szostak. 2014. Progress Toward Synthetic Cells. ‎Annu Rev Biochem. ), который, по их словам:

[сосредотачивается] на восходящих подходах к конструированию искусственных клеток из молекулярных компонентов или подсистем. Мы не обсуждаем нисходящий подход систематического удаления генов из существующих организмов для достижения минимального генома, а также не рассматриваем создание новых типов клеток путем синтеза генома или обширного редактирования генома.

В статье сказано (выделено мной):

Системы трансляции in vitro успешно внедряются в везикулы, что приводит к эффективному синтезу белков... Однако репликация всей системы, включая ДНК- и РНК-полимеразы, факторы транскрипции и трансляции, транспортные РНК, рибосомы и другие компоненты, является сложной задачей. все еще отдаленная цель , и предложения сделать это включают более 100 генов. Надлежащая координация репликации такой большой синтетической системы может потребовать дополнительных регуляторных компонентов.

Вывод: мы еще не в состоянии спроектировать или создать de novo живые организмы, основанные на известной биологии, не говоря уже об организмах, основанных на какой-то гипотетической биологии другой планеты.

Ответ на этот вопрос может простираться далеко за пределы воображения. Поэтому я просто скажу, почему ответ именно такой, и постараюсь включить научные факты (возможно, со ссылками) везде, где это возможно.

Простой ответ: проектирование инопланетных форм жизни на основе современных теоретических и практических знаний науки (если это то, что вы имеете в виду) до сих пор и, кажется, остается областью только научной фантастики.

Почему? Потому что , просто, предлагаемые организмы могут быть неограниченными. Даже если эта область созреет как наука, она останется такой же большой, как сама Вселенная, потому что для спекуляций и воображения буквально нет границ и ограничений. Только недавно исследователи пришли к выводу, что обнаружение организмов, похожих на человека, гораздо менее вероятно, чем думает любой неспециалист. На самом деле, для него даже существует формула, известная как уравнение Дрейка в честь предложившего ее Фрэнка Дрейка. Уравнение:

$N = R^* \times f_p \times n_e \times f_l \times f_i \times f_c \times L$

куда:

• $R^* =$средняя скорость звездообразования в нашей галактике
• $f_p =$доля сформировавшихся звезд, у которых есть планеты
• $n_e =$среднее количество планет на звезду, которые потенциально могут поддерживать жизнь
• $f_l =$доля тех планет, fl, на которых действительно развита жизнь
• $f_i =$доля планет с жизнью, на которых развилась разумная цивилизованная жизнь
• $f_c =$доля этих цивилизаций, разработавших средства связи, т.е. технологии, выпускающие в космос поддающиеся обнаружению знаки
• $L =$продолжительность времени, в течение которого такие цивилизации испускают обнаруживаемые сигналы

Очевидно, что этот ответ оказывается очень маленьким, а это означает, что найти разумную жизнь очень сложно. Но это не значит, что найти жизнь сложно. И это утверждение получает еще большую поддержку, когда ученые находят на Марсе воду и даже ртуть ! Теперь, чтобы дать немного знаний, это поле не безгранично ; есть (по крайней мере) два ограничения (т.е. я не включаю больше). Первый предел - источник жидкой воды$^*$. Теперь, зная, что воду легко найти практически в любом месте, это не кажется чем-то сложным. Другой источник энергии . Теперь это сложно. Проблема с обнаружением жизни (по крайней мере, в ближайшем будущем) заключается в той области, в которой мы ищем. Большая часть поисков (разумеется, с помощью телескопов) ведется вблизи красных карликов. На это есть довольно много причин:

• красные карлики довольно стабильны
• у них очень долгая жизнь
• они менее блестят (облегчают наблюдения)
• они могут быть домом для многих суперземель

Но быть менее блестящим также создает проблему: слишком мало энергии для жизни. Красные карлики излучают большую часть своего излучения в инфракрасной части спектра, что совершенно бесполезно для растений (по крайней мере, на Земле). Теперь, чтобы выжить в системе красных карликов, растениям необходимо улавливать инфракрасный свет. Таким образом, предполагаемые растения в системах красных карликов будут черными как смоль только для того, чтобы поглощать больше энергии. Кроме того, красные карлики довольно легкие, менее 7,5% Солнца. Это означает, что у них меньше гравитационное притяжение, т.е. у них будут гораздо более легкие планеты в их зоне Златовласки. Итак, более легкие планеты означают гораздо меньшую гравитацию на поверхности планеты. Таким образом, предполагаемые растения в системах красных карликов будут намного выше, чем растения на Земле.. Но меньшая гравитация также означает гораздо меньшую плотность воздуха даже на поверхности. Теперь вы можете интерпретировать это самостоятельно. И не только для того, чтобы вас удивить, абсолютно не будет сюрпризом, если в будущем спутник обнаружит жизнь на основе кремния, потому что вполне возможно , что жизнь может возникнуть из кремния, а не из углерода!

$^*$почему я постоянно говорю, что у жидкой воды есть причина. Вода на самом деле является одним из очень немногих кандидатов, которые могут служить цели поддержания форм жизни. Это одна из немногих жидкостей, которые являются жидкостями при желаемой температуре. Можно подумать, что жизнь не может существовать ниже определенной температуры, просто потому, что ниже этой температуры жидкость сама поглотит все метаболическое тепло организма и испарится. Таким образом, здесь вполне уместно говорить о жидкой воде.

Я хотел сказать, что технически нет ограничений для создания инопланетных форм жизни, пока вы говорите обо всей вселенной. Таким образом, это не считается наукой. Ведь если поискать science definitionв гугле, то получится вот что:

интеллектуальная и практическая деятельность, охватывающая систематическое изучение структуры и поведения физического и природного мира посредством наблюдения и эксперимента.

Это никоим образом не включает в себя воображение инопланетных форм жизни. Поэтому я не думаю, что этот предмет когда-либо будет рассматриваться научным сообществом как научный. В основном ученые не занимаются такой работой, потому что им нравится наблюдать и интерпретировать природные явления, а не воображать их. Ученые создают законы из природы, а не применяют законы к природе. Тем не менее, есть некоторые ученые, которые серьезно относятся к этому вопросу и публикуют научные статьи об этом. Я смог найти только один (PDF), относящийся к этому вопросу. Вы могли бы получить больше в Интернете.

В конце концов, если вы подумаете о том, как растения будут выглядеть на планете в системе красных карликов, вы можете получить следующее :

Бонус: космический зонд Dawn от НАСА обнаружил органические материалы на Церере (!) Итак, какие организмы вы ожидаете там увидеть, исходя из наших текущих знаний о Церере?

Существует ли биологическое поле для создания жизни?

Эта область называется синтетической биологией. Это очень новая область. С не большим количеством игроков. В настоящее время конструируются синтетические дрожжи Sc2.0. Есть попытки получить интерес и финансирование для синтетического генома млекопитающих. Синтетический геном человека HGP-Write.

Более серьезная работа — это приспособить жизнь к чему-то. Вещи, с которыми мы более знакомы, такие как ГМ-культуры. Де рогатый скот. Лучше скаковых лошадей. так далее