Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Przechodząca obok gwiazda zwiększa szanse na powstanie życia
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Wszystkie organizmy żywe wykorzystują metale w czasie podstawowych funkcji życiowych, od oddychania po transkrypcję DNA. Już najwcześniejsze organizmy jednokomórkowe korzystały z metali, a metale znajdziemy w niemal połowie enzymów. Często są to metale przejściowe. Naukowcy z University of Michigan, California Institute of Technology oraz University of California, Los Angeles, twierdzą, że żelazo było tym metalem przejściowym, który umożliwił powstanie życia.
Wysunęliśmy radykalną hipotezę – żelazo było pierwszym i jedynym metalem przejściowym wykorzystywanym przez organizmy żywe. Naszym zdaniem życie oparło się na tych metalach, z którymi mogło wchodzić w interakcje. Obfitość żelaza w pierwotnych oceanach sprawiła, że inne metale przejściowe były praktycznie niewidoczne dla życia, mówi Jena Johnson z University of Michigan.
Johnson połączyła siły z profesor Joan valentine z UCLA i Tedem Presentem z Caltechu. Profesor Valentine od dawna bada, jakie metale wchodziły w skład enzymów u wczesnych form życia, umożliwiając im przeprowadzanie niezbędnych procesów życiowych. Od innych badaczy wielokrotnie słyszała, że przez połowę historii Ziemi oceany były pełne żelaza. W mojej specjalizacji, biochemii i biochemii nieorganicznej, w medycynie i w procesach życiowych, żelazo jest pierwiastkiem śladowym. Gdy oni mi powiedzieli, że kiedyś nie było pierwiastkiem śladowym, dało mi to do myślenia, mówi uczona.
Naukowcy postanowili więc sprawdzić, jak ta obfitość żelaza w przeszłości mogła wpłynąć na rozwój życia. Ted Present stworzył model, który pozwolił na sprecyzowanie szacunków dotyczących koncentracji różnych metali w ziemskich oceanach w czasach, gdy rozpoczynało się życie. Najbardziej dramatyczną zmianą, jaka zaszła podczas katastrofy tlenowej, nie była zmiana koncentracji innych metali, a gwałtowny spadek koncentracji żelaza rozpuszczonego w wodzie. Nikt dotychczas nie badał dokładnie, jaki miało to wpływ na życie, stwierdza uczona.
Badacze postanowili więc sprawdzić, jak przed katastrofą tlenową biomolekuły mogły korzystać z metali. Okazało się, że żelazo spełniało właściwie każdą niezbędną rolę. Ich zdaniem zdaniem, ewolucja może korzystać na interakcjach pomiędzy jonami metali a związkami organicznymi tylko wówczas, gdy do interakcji takich dochodzi odpowiednio często. Obliczyli maksymalną koncentrację jonów metali w dawnym oceanie i stwierdzili, że ilość jonów innych biologiczne istotnych metali była o całe rzędy wielkości mniejsza nią ilość jonów żelaza. I o ile interakcje z innymi metalami w pewnych okolicznościach mogły zapewniać ewolucyjne korzyści, to - ich zdaniem - prymitywne organizmy mogły korzystać wyłącznie z Fe(II) w celu zapewnienia sobie niezbędnych funkcji spełnianych przez metale przejściowe.
Valentine i Johnson chciały sprawdzić, czy żelazo może spełniać w organizmach żywych te funkcje, które obecnie spełniają inne metale. W tym celu przejrzały literaturę specjalistyczną i stwierdziły, że o ile obecnie życie korzysta z innych metali przejściowych, jak cynk, to nie jest to jedyny metal, który może zostać do tych funkcji wykorzystany. Przykład cynku i żelaza jest naprawdę znaczący, gdyż obecnie cynk jest niezbędny do istnienia życia. Pomysł życia bez cynku był dla mnie trudny do przyjęcia do czasu, aż przekopałyśmy się przez literaturę i zdałyśmy sobie sprawę, że gdy nie ma tlenu, który utleniłby Fe(II) do Fe(III) żelazo często lepiej spełnia swoją rolę w enzymach niż cynk, mówi Valentine. Dopiero po katastrofie tlenowej, gdy żelazo zostało utlenione i nie było tak łatwo biologicznie dostępne, życie musiało znaleźć inne metale, które wykorzystało w enzymach.
Zdaniem badaczy, życie w sytuacji powszechnej dostępności żelaza korzystało wyłącznie z niego, nie pojawiła się potrzeba ewolucji w kierunku korzystania w innych metali. Dopiero katastrofa tlenowa, która dramatycznie ograniczyła ilość dostępnego żelaza, wymusiła ewolucję. Organizmy żywe, by przetrwać, musiały zacząć korzystać z innych metali. Dzięki temu pojawiły się nowe funkcje, które doprowadziły do znanej nam dzisiaj różnorodności organizmów żywych.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Zachodzące w przestrzeni kosmicznej procesy, w czasie których powstają gwiazdy, mogą prowadzić też do pojawienia się obiektów o masie nieco większej od Jowisza. Badacze korzystający z Teleskopu Webba odkryli w mgławicy NGC 1333 aż sześć takich niezwykłych obiektów o masie planety, ale niepowiązanych grawitacyjne z żadną gwiazdą. Powstały w procesie takim, jak powstają gwiazdy, czyli zapadnięcia się gazu i pyłu, ale ich masa odpowiada masie planet. Badamy granice procesów formowania się gwiazd. Jeśli masz obiekt, który wygląda jak młody Jowisz, to czy jest możliwe, by w odpowiednich warunkach przekształcił się w gwiazdę? To ważne pytanie w kontekście zrozumienia powstawania gwiazd i planet, mówi główny autor badań, astrofizyk Adam Langeveld z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa.
Dane z Webba sugerują, że odkryte obiekty mają masę od 5 do 10 razy większą niż masa Jowisza. To oznacza, że są jednymi z najlżejszych znanych nam obiektów, które powstały w procesach, w jakich powstają gwiazdy oraz brązowe karły, obiekty o masie 13–80 mas Jowisza, zbyt małej, by zaszła przemiana wodoru w hel.
Wykorzystaliśmy niezwykła czułość Webba w zakresie podczerwieni, by odnaleźć najsłabiej świecące obiekty w młodej gromadzie gwiazd. Poszukujemy odpowiedzi na podstawowe dla astronomii pytanie o najmniej masywny obiekt podobny do gwiazdy. Okazuje się, że najmniejsze swobodne obiekty powstające w procesach takich, jak gwiazdy, mogą mieć masę taką, jak gazowe olbrzymy krążące wokół pobliskich gwiazd, wyjaśnia profesor Ray Jayawardhana, który nadzorował badania. Nasze obserwacje potwierdzają, że obiekty o masie planetarnej mogą powstawać w wyniku dwóch procesów. Jeden to kurczenie się chmur pyłu i gazu – czyli tak jak tworzą się gwiazdy – drugi zaś to powstawanie planet w znajdującym się wokół gwiazdy dysku akrecyjnym z pyłu i gazu. Tak właśnie powstał Jowisz i inne planety Układu Słonecznego, dodaje Jayawardhana.
Najbardziej intrygującym z obiektów znalezionych przez Webba jest ten najlżejszy, o masie 5-krotnie większej od Jowisza. Obecność wokół niego dysku akrecyjnego wskazuje, że obiekt najprawdopodobniej uformował się takim procesie, w jakim powstają gwiazdy. Sam dysk również interesuje badaczy. Nie można wykluczyć, że mogą z nim pojawić się planety. To może być żłobek miniaturowego układu planetarnego, znacznie mniejszego niż nasz układ, dodaje Alexander Scholz, astrofizyk z University of St. Andrews.
Co interesujące, Webb nie zarejestrował – a ma takie możliwości – żadnego obiektu o masie mniejszej niż 5 mas Jowisza. Może to oznaczać dolną granicę masy obiektów formujących się z zapadnięcia chmur pyłu i gazu.
Autorzy badań przeanalizowali też profil światła wszystkich nowo znalezionych obiektów oraz dokonali ponownej analizy profilu światła 19 znanych brązowych karłów. Odkryli przy tym brązowego karła, który ma towarzysza o masie planety. To rzadkie znalezisko rzuca wyzwanie naszym modelom tworzenia się układów podwójnych.
W najbliższych miesiącach naukowcy chcą zająć się analizą atmosfer nowo odkrytych obiektów i porównać je do brązowych karłów oraz gazowych olbrzymów.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Jedno z ważnych pytań o początki życia brzmi: w jaki sposób cząstki RNA swobodnie przemieszczające się w pierwotnej zupie zostały opakowane w chronione błoną komórki. Odpowiedź na to pytanie zaproponowali właśnie na łamach Science Advances inżynierowie i chemicy z Uniwersytetów w Chicago i w Houston oraz Jack Szostak, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny. W swoim artykule pokazują, jak przed 3,8 miliardami lat krople deszczu mogły ochronić pierwsze protokomórki i umożliwić powstanie złożonych organizmów żywych.
Uczeni przyjrzeli się koacerwatom, dużym grupom cząstek, samoistnie tworzącym się w układach koloidalnych (niejednorodnych mieszaninach). Zachowanie koacerwatów można porównać do zachowania kropli oleju w wodzie.
Już dawno pojawiła się hipoteza, że nie posiadające błon mikrokrople koacerwatów mogły być modelowymi protokomórkami, gdyż mogą rosnąć, dzielić się i gromadzić wewnątrz RNA. Jednak błyskawiczna wymiana RNA pomiędzy koacerwatami, ich szybkie łączenie się, zachodzące w ciągu minut oznaczają, że poszczególne krople nie są w stanie utrzymać swojej odrębności genetycznej. To zaś oznacza, że ewolucja darwinowska nie jest możliwa, a populacja takich protokomórek byłaby narażona na błyskawiczne załamanie w wyniku rozprzestrzeniania się pasożytniczego RNA, czytamy w artykule. Innymi słowy każda kropla, która zawierałaby mutację potencjalnie użyteczną na drodze do powstania życia, błyskawicznie wymieniałaby swoje RNA z innymi RNA, nie posiadającymi takich pożytecznych mutacji. W bardzo szybkim tempie wszystkie krople stałyby się takie same. Nie byłoby różnicowania, konkurencji, a zatem nie byłoby ewolucji i nie mogłoby powstać życie.
Jeśli dochodzi do ciągłej wymiany molekuł czy to między kroplami czy między komórkami i po krótkim czasie wszystkie one wyglądają tak samo, to nie pojawi się ewolucja. Będziemy mieli grupę klonów, wyjaśnia Aman Agrawal z Pritzker School of Molecular Engineering na University of Chicago.
Nauka od dawna zastanawia się, co było pierwszą molekułą biologiczną. To problem kury i jajka. DNA koduje informacje, ale nie przeprowadza żadnych działań. Białka przeprowadzają działania, ale nie przenoszą informacji. Badacze tacy jak Szostak wysunęli hipotezę, że pierwsze było RNA. To molekuła jak DNA, zdolna do kodowania informacji, ale zawija się jak białko.
RNA było więc kandydatem na pierwszy materiał biologiczny, a koacerwaty kandydatami na pierwsze protokomórki. Wszystko wydawało się dobrze układać, aż w 2014 roku Szostak opublikował artykuł, w którym informował, że wymiana materiału pomiędzy kroplami koacerwatów zachodzi zbyt szybko. Możesz stworzyć różnego rodzaju krople koacerwatów, ale nie zachowają one swojej unikatowej odrębności. Zbyt szybko będą wymieniały RNA. To był problem z którym przez długi czas nie potrafiono sobie poradzić, mówi Szostak.
W naszym ostatnim artykule wykazaliśmy, że problem ten można przynajmniej częściowo przezwyciężyć, jeśli koacerwaty zamkniemy w wodzie destylowanej – na przykład wodzie deszczowej czy jakiejś innej słodkiej wodzie. W kroplach takich pojawia się rodzaj wytrzymałej błony, która ogranicza wymianę zawartości, dodaje uczony.
Na trop tego zjawiska naukowcy wpadli, gdy Aman Agrawal był na studiach doktoranckich. Badał zachowanie koacerwatów poddanych działaniu pola elektrycznego w destylowanej wodzie. Jego badania nie miały nic wspólnego z początkami życia. Interesował go fascynujący materiał z inżynieryjnego punktu widzenia. Manipulował napięciem powierzchniowym, wymianą soli, molekuł itp. Chciał w swojej pracy doktorskiej badać podstawowe właściwości koacerwatów.
Pewnego dnia Agrawal jadł obiad z promotorem swojej pracy magisterskiej, profesorem Alamgirem Karimem oraz jego starym znajomym, jednym ze światowych ekspertów inżynierii molekularnej, Matthew Tirrellem. Tirrell zaczął się zastanawiać, jak badania Agrawala nad wpływem wody destylowanej na koacerwaty mogą się mieć do początków życia na Ziemi. Zadał swoim rozmówcom pytanie, czy 3,8 miliarda lat temu na naszej planecie mogła istnieć woda destylowana. Spontanicznie odpowiedziałem „deszczówka”! Oczy mu się zaświeciły i od razu było widać, że jest podekscytowany tym pomysłem. Tak połączyły się nasze pomysły, wspomina profesor Karim.
Tirrell skontaktował Agrawla z Szostakiem, który niedawno rozpoczął na Uniwersytecie Chicagowskim nowy projekt badawczy, nazwany z czasem Origins of Life Initiative. Profesor Tirrel zadał Szostakowi pytanie: Jak sądzisz, skąd na Ziemi przed powstaniem życia mogła wziąć się woda destylowana. I Jack odpowiedział dokładnie to, co już usłyszałem. Że z deszczu.
Szostak dostarczył Agrawalowi próbki DNA do badań, a ten odkrył, że dzięki wodzie destylowanej transfer RNA pomiędzy kroplami koacerwatów znacząco się wydłużył, z minut do dni. To wystarczająco długo, że mogło dochodzić do mutacji, konkurencji i ewolucji. Gdy mamy populację niestabilnych protokomórek, będą wymieniały materiał genetyczny i staną się klonami. Nie ma tutaj miejsca na ewolucję w rozumieniu Darwina. Jeśli jednak ustabilizujemy te protokomórki tak, by przechowywały swoją unikatową informację wystarczająco długo, co najmniej przez kilka dni, może dojść do mutacji i cała populacja będzie ewoluowała, stwierdza Agrawal.
Początkowo Agrawal prowadził swoje badania z komercyjnie dostępną laboratoryjną wodą destylowaną. Jest ona wolna od zanieczyszczeń, ma neutralne pH. Jest bardzo odległa od tego, co występuje w naturze. Dlatego recenzenci pisma naukowego, do którego miał trafić artykuł, zapytali Agrawala, co się stanie, jeśli woda będzie miała odczyn kwasowy, będzie bardziej podobna do tego, co w naturze.
Naukowcy zebrali więc w Houston deszczówkę i zaczęli z nią eksperymentować. Gdy porównali wyniki badań z wykorzystaniem naturalnej deszczówki oraz wody destylowanej laboratoryjnie, okazało się, że są one identyczne. W obu rodzajach wody panowały warunki, które pozwalałyby na ewolucję RNA wewnątrz koacerwatów.
Oczywiście skład chemiczny deszczu, który pada obecnie w Houston, jest inny, niż deszczu, który padał na Ziemi przed 3,8 miliardami lat. To samo zresztą można powiedzieć o modelowych protokomórkach. Autorzy badań dowiedli jedynie, że taki scenariusz rozwoju życia jest możliwy, ale nie, że miał miejsce.
Molekuły, których użyliśmy do stworzenia naszych protokomórek to tylko modele do czasu, aż znajdziemy bardziej odpowiednie molekuły. Środowisko chemiczne mogło się nieco różnić, ale zjawiska fizyczne były takie same, mówi Agrawal.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Nowo odkryta planeta wielkości Neptuna ma gęstość większą od stali. Masa TOI-1853b jest niemal dwukrotnie większa niż planet jej rozmiarów. To zaś oznacza, że musi składać się ze znacznie większego odsetka skał, niż można by się spodziewać. Dlatego naukowcy z Włoch i Wielkiej Brytanii uważają, że planeta powstała w wyniku zderzenia innych planet.
Jak czytamy na łamach Nature, zderzenie odrzuciło lżejszy materiał, jak woda i atmosfera, pozostawiając planetę złożoną w olbrzymiej mierze ze skał. W naszym Układzie Słonecznym mamy dowody na potężne kolizje między planetami. Dowodem takim jest istnienie Księżyca. Dysponujemy też dowodami na zderzenia pomiędzy mniejszymi egzoplanetami. Wiemy, że egzoplanety są niezwykle zróżnicowane. Wiele z nich nie ma odpowiedników w Układzie Słonecznym, ale często te skaliste ciała niebieskie mają podobną masę i skład do naszych lodowych olbrzymów, Neptuna i Urana, mówi doktor Phil Carter z University of Bristol.
Naukowcy przeprowadzili symulacje komputerowe, które miały pokazać, w jaki sposób mogła powstać planeta taka jak TOI-1853b. Stwierdzili, że planety, które dały jej początek, prawdopodobnie były bogate w wodę. Musiały zderzyć się z prędkością większą niż 75 km/s, by powstała planeta o takich parametrach jak TOI-1853b, dodaje Carter.
Odkrycie potwierdza rolę zderzeń w powstawaniu planet. Zdobyta dzięki niemu wiedza pozwala łączyć to, co wiemy o ewolucji Układu Słonecznego z ewolucją innych systemów planetarnych. To niezwykle zaskakująca planeta. Zwykle planety zawierające tak dużo skał powinny tworzyć gazowe olbrzymy, jak Jowisz, którego gęstość jest podobna do gęstości wody. Tymczasem TOI-1853b ma rozmiary Neptuna, ale jest gęstsza niż stal. Wykazaliśmy, że taka planeta może powstać, jeśli doszło do wysokoenergetycznych zderzeń innych planet, podsumowuje Jingyao Dou z Bristolu.
Teraz badacze chcą jeszcze dokładniej przyjrzeć się TOI-1853b, spróbować dokładnie określić jej skład i poszukać ewentualnych resztek atmosfery.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Dwóch naukowców z Japonii, Patryk Sofia Lykawka i Takashi Ito, zaprezentowali wyliczenia, które mogą wskazywać, że w Pasie Kuipera znajduje się planeta wielkości Ziemi. Dziewiąta Planeta, zwana też Planetą X, jest od wielu lat przedmiotem poszukiwań. Przynajmniej od czasu, gdy w 2016 roku dwóch profesorów z Caltechu (California Institute of Technology), zaprezentowali pracę, z której wynikało, że orbity 13 odległych obiektów z Pasa Kupiera ma nietypowe podobne orbity, a można je wyjaśnić obecnością planety.
Od czasu opublikowania pracy uczonych z Caltechu odkryto kolejne obiekty, których orbity pasowałyby do hipotezy o obecności nieznanej planety, rozpoczęto jej poszukiwania w średniowiecznych tekstach, pojawiła się też hipoteza, że w Układzie Słonecznym krąży pierwotna czarna dziura, a nie nieznana planeta.
Patryk Sofia Lykawka z Uniwersytetu Kindai oraz Takashi Ito z Narodowego Obserwatorium Astronomicznego Japonii i Uniwersytetu Technologii w Chiba opublikowali w The Astronomical Journal pracę, w której opisują właściwości obiektów z Pasa Kuipera, które wskazują na obecność planety.
Wykorzystaliśmy symulację komputerową problemu wielu ciał, by zbadać wpływ hipotetycznej planety w Pasie Kuipera na strukturę orbit obiektów transneptunowych znajdujących się w odległości większej niż 50 jednostek astronomicznych. Do stworzenia naszego modelu wykorzystaliśmy dane obserwacyjne, w tym dobrej jakości dane z Outer Solar System Origins Survey. Stwierdziliśmy, że obecność podobnej do Ziemi planety (o masie od 1,5 do 3 mas Ziemi), znajdującej się na odległej (półoś wielka ok. 250–500 j.a., peryhelium ok. 200 j.a.) orbicie o nachyleniu orbity wynoszącym ok. 30 stopni może wyjaśnić trzy podstawowe właściwości odległych obiektów z Pasa Kuipera: znaczącej populacji obiektów transneptunowych o orbitach poza wpływem grawitacyjnym Neptuna, znaczącą populację obiektów o wysokim nachyleniu orbity (> 45 stopni) oraz istnienie obiektów o wyjątkowo nietypowych orbitach (np. Sedna). Ponadto obecność proponowanej planety jest zgodna ze zidentyfikowanymi długoterminowo stabilnymi obiektami transneptunowymi, pozostającymi w rezonansie 2:1, 5:2, 3:1, 4:1, 5:1 i 6:1 z Neptunem. Ta populacja stabilnych obiektów jest często pomijana w innych badaniach, czytamy w artykule.
Pas Kuipera znajduje się za orbitą Neptuna, w odległości 30–50 jednostek astronomicznych od Ziemi. Zawiera on wiele małych obiektów. To właśnie w nim znajduje się Pluton. Mianem obiektów transneptunowych określa się okrążające Słońce planetoidy znajdujące się poza orbitą Neptuna.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.