Woda. Występuje wszędzie na Ziemi, od polarnych czap lodowych po gejzery parowe. A tam, gdzie znajdują wodę, prawie bez wyjątku znajdują życie. „Kiedy znajdujemy wodę tutaj na Ziemi - czy to pokryte lodem jeziora, głębinowe kominy hydrotermalne, suche pustynie - jeśli jest jakaś woda, znajdujemy mikroorganizmy, którym udaje się w niej żyć” - mówi Brian Glaser, oceanograf z University of Hawaii at Manoa, studiuje astrobiologię.
Dlatego niezwykłą dewizą NASA w polowaniu na życie pozaziemskie było „podążaj za wodą”.
Niedawno naukowcy z NASA ogłosili odkrycie na Marsie: ciemne strumienie, które naukowcy widzieli podczas letnich miesięcy na Marsie od ponad dziesięciu lat, okazały się dowodem płynącej wody. Chociaż słone strumienie mogą być zbyt przesycone solami chlorkowymi, aby podtrzymywać życie, zwiększają one obecnie prawdopodobieństwo życia na Marsie.
Ale dlaczego właściwie woda jest tak ważną cząsteczką na całe życie? Czy mogą istnieć inne składniki, które stanowią doskonały przepis na życie na innych planetach?
Okazuje się, że kilka właściwości chemicznych wody sprawia, że jest ona niezbędna dla organizmów żywych. Woda nie tylko rozpuszcza prawie wszystko, ale jest również jednym z niewielu materiałów, które mogą być ciałami stałymi, ciekłymi i gazowymi w stosunkowo wąskim zakresie temperatur.
Obecne życie
Prawie całe życie na Ziemi wykorzystuje membranę, która oddziela ciało od środowiska. Aby pozostać przy życiu, organizm wykorzystuje ważne materiały do produkcji energii, odfiltrowując toksyczne substancje, takie jak odpady. W związku z tym woda jest niezbędna, ponieważ pozostaje ciekła w temperaturach ziemi. W miarę przepływu zapewnia skuteczny sposób przenoszenia substancji z komórki do jej otoczenia. Uwalnianie energii z ciał stałych jest znacznie trudniejsze (chociaż istnieją mikroby zjadające kamień), mówi Glazer.
Film promocyjny:
Druga część równania - poza faktem, że woda może przenosić substancje do iz komórki - jest związana z unikalną konfiguracją chemiczną. Skromna cząsteczka wody składa się z dwóch atomów wodoru związanych z atomem tlenu.
„Sposób ich połączenia sprawia, że woda jest wspaniałym, uniwersalnym rozpuszczalnikiem”, który pozwala jej rozpuścić niemal każdą substancję - mówi Glaser.
Wynika to przede wszystkim z faktu, że cząsteczka ma polarność, atomy wodoru skupiają się po jednej stronie cząsteczki, tworząc obszar dodatni, a tlen na drugim końcu tworzy ładunek ujemny. Dodatni koniec wodoru przyciąga jony ujemne (lub atomy z dodatkowym elektronem w powłoce zewnętrznej), podczas gdy koniec ujemny przyciąga jony dodatnie (którym brakuje jednego ze swoich elektronów).
Niezwykłe właściwości rozpuszczania wody sprawiają, że jest ona idealna do przenoszenia substancji, takich jak fosforany lub jony wapnia, do iz komórki.
Fazy wodne
Inną niezwykłą cechą wody jest to, że może być stała, ciekła i gazowa w zakresie temperatur występującym na Ziemi. Inne cząsteczki, które zostały zidentyfikowane jako dobre kandydatki do podtrzymywania życia, zwykle pozostają płynne w temperaturach lub ciśnieniach, które byłyby niegościnne dla najbardziej znanych form życia.
„Woda to właściwie słodki punkt” - mówi Glazer.
Dodaje, że fakt, że woda może znajdować się we wszystkich trzech fazach w stosunkowo wąskim zakresie ciśnień, stwarza wiele możliwości rozwoju życia.
„Wszystkie trzy warunki wodne dostępne na naszej planecie tworzą przyjemną różnorodność siedlisk i mikroklimatu” - mówi Glazer. Na przykład zamarznięty lód można znaleźć w lodowcach górskich, a para wodna pomaga ogrzać atmosferę.
Wodna kolebka życia
Woda może być czymś więcej niż cieczą, która ułatwia życie - może być ochronną kołyską, która przyniosła budulec życia na Ziemię - mówi Ralph Kaiser, fizyk i chemik z University of Hawaii, który studiuje astrochemię.
Według jednej z teorii pochodzenia życia na Ziemi, teorii panspermii, komety lodowe uderzyły w Ziemię, niosąc maleńkie cząsteczki organiczne, które stały się podstawą życia. Ale podróżowanie w kosmosie to męka, przede wszystkim ze względu na potężne poziomy promieniowania, które mogą zniszczyć delikatne cząsteczki organiczne.
Jednak woda w postaci stałej może chronić cząsteczki przed promieniowaniem. „Być może dlatego, że cegły budowlane zamarzły w wodzie, stało się ich płaszczem ochronnym”.
Poszukiwanie substytutów
Oczywiście, chociaż woda jest niezbędna do życia na naszej planecie, mogą istnieć formy życia, które nie żyją według zasad ziemskich.
Naukowcy poszukują również innych płynów, które mogłyby odgrywać podobną rolę jako uniwersalny rozpuszczalnik i medium transportowe. Najwięksi rywale to amoniak i metan, mówi Chris McKay, astrobiolog z NASA Ames Research Center w Moffett Field w Kalifornii. Amoniak, podobnie jak woda, jest cząsteczką polarną stosunkowo powszechną we wszechświecie, ale naukowcy nie znaleźli jeszcze dużych ciał z amoniakiem w Układzie Słonecznym.
Metan nie jest polarny, ale może rozpuszczać wiele innych substancji. Jednak w przeciwieństwie do wody metan przechodzi w stan ciekły dopiero w bardzo niskich temperaturach - przy minus 182 stopniach Celsjusza.
„Wiemy, że Tytan ma duże jeziora ciekłego metanu i etanu” - mówi McKay, że jest to jeden z księżyców Saturna. „A więc bardzo interesującym pytaniem jest, czy życie może wykorzystywać ciekły metan lub etan”.
Ilya Khel