30.2: Астробіологія

Last updated

Oct 27, 2022
Save as PDF
- 30.1: Космічний контекст життя
- 30.3: Пошук життя за межами Землі

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Цілі навчання

До кінця цього розділу ви зможете:

Опишіть хімічні будівельні блоки, необхідні для життя
Опишіть молекулярні системи та процеси, що сприяють виникненню та еволюції життя
Опишіть характеристики житлового середовища
Опишіть деякі екстремальні умови на Землі та поясніть, як певні організми адаптувалися до цих умов

Сьогодні вчені беруть мультидисциплінарний підхід до вивчення походження, еволюції, розподілу та кінцевої долі життя у Всесвіті; ця область дослідження відома як астробіологія. Ви також можете іноді почути це поле, яке називають екзобіологією або біоастрономією. Астробіологія об'єднує астрономів, планетарних вчених, хіміків, геологів та біологів (серед інших) для роботи над одними і тими ж проблемами з різних точок зору.

Серед питань, які досліджують астробіологи, - умови, в яких виникло життя на Землі і причини надзвичайної адаптивності життя на нашій планеті. Вони також беруть участь у визначенні придатних для життя світів за межами Землі і в спробі зрозуміти в практичному плані, як шукати життя в цих світах. Давайте розглянемо деякі з цих питань більш детально.

Будівельні блоки життя

Хоча жодних однозначних доказів життя ще не знайдено ніде за межами Землі, хімічні будівельні блоки життя були виявлені в широкому діапазоні позаземних середовищ. Виявлено, що метеорити (про які ви дізналися в Космічних Зразках та Походження Сонячної системи) містять два види речовин, хімічні структури яких позначають їх як мають позаземне походження - амінокислоти та цукру. Амінокислоти - це органічні сполуки, які є молекулярними будівельними блоками білків. Білки є ключовими біологічними молекулами, які забезпечують структуру і функції тканин і органів організму і по суті здійснюють «роботу» клітини. Коли ми досліджуємо газ і пил навколо комет, ми також знаходимо ряд органічних молекул - сполук, які на Землі пов'язані з хімією життя.

Розширюючись за межі нашої Сонячної системи, одним з найцікавіших результатів сучасної радіоастрономії стало відкриття органічних молекул у гігантських хмарах газу та пилу між зірками. У цих резервуарах космічної сировини було виявлено понад 100 різних молекул, включаючи формальдегід, спирт та інші, які ми знаємо як важливі сходинки у розвитку життя на Землі. Використовуючи радіотелескопи та радіоспектрометри, астрономи можуть вимірювати велику кількість різних хімічних речовин у цих хмарах. Ми найлегше знаходимо органічні молекули в регіонах, де міжзоряний пил найбільш поширений, і виявляється, що це саме ті регіони, де утворення зірок (і, ймовірно, формування планет) відбувається найлегше (Рисунок $\PageIndex{1}$ ).

альт — Малюнок $\PageIndex{1}$ Хмара газу і пилу. Ця хмара газу і пилу в сузір'ї Скорпіона є свого роду регіоном, де знаходяться складні молекули. Це також свого роду хмара, де нові зірки утворюються з резервуара газу та пилу в хмарі. Випромінювання від групи гарячих зірок (від картинки внизу зліва) під назвою Association Scorpius OB «з'їдає» хмару, змітаючи його в витягнуту форму і викликаючи червонувате світіння, помічене на його кінчику.

Очевидно, що сама рання Земля виробляла деякі молекулярні будівельні блоки життя. З початку 1950-х років вчені намагалися дублювати в своїх лабораторіях хімічні шляхи, які привели до життя на нашій планеті. У серії експериментів, відомих як експерименти Міллера-Юрі, піонерами яких стали Стенлі Міллер та Гарольд Юрі в Чиказькому університеті, біохіміки змоделювали умови на ранній Землі і змогли створити деякі основні будівельні блоки життя, включаючи ті, що утворюють білки та інші великі біологічні молекули, відомі як нуклеїнові кислоти (про які ми коротко обговоримо).

Хоча ці експерименти дали обнадійливі результати, з ними є деякі проблеми. Найцікавіша хімія з біологічної точки зору відбувається з багатими вонем або відновлювальними газами, такими як аміак та метан. Однак в ранній атмосфері Землі, ймовірно, переважав вуглекислий газ (оскільки атмосфери Венери та Марса все ще є сьогодні) і, можливо, не містила достатку відновлювальних газів, порівнянних з тими, що використовуються в експериментах типу Міллера-Урі. Гідротермальні вентиляції - системи морського дна, в яких океанічна вода перегрівається і циркулює через земну кору або мантійні породи перед тим, як знову з'являтися в океані, також були запропоновані як потенційні учасники органічних сполук на ранній Землі, і такі джерела не вимагатимуть від Землі якнайшвидшого скорочення атмосфера.

Як земні, так і позаземні джерела, можливо, сприяли ранньому забезпеченню Землі органічними молекулами, хоча ми маємо більш прямі докази для останніх. Можна навіть припустити, що саме життя виникло в іншому місці і було посіяно на нашій планеті, хоча це, звичайно, не вирішує проблеми того, як це життя зародилося з самого початку.

Гідротермальні отвори починають здаватися більш імовірними як ранні учасники органічних сполук, знайдених на Землі. Прочитайте про гідротермальні отвори, перегляньте відео та слайд-шоу про ці та інші глибоководні чудеса та спробуйте інтерактивне моделювання гідротермальної циркуляції на веб-сайті океанографічної установи Woods Hole.

Походження та рання еволюція життя

Вуглецеві сполуки, що утворюють хімічну основу життя, можуть бути загальними у Всесвіті, але це все ще гігантський крок від цих будівельних блоків до живої клітини. Навіть найпростіші молекули генів (основні функціональні одиниці, які несуть генетичний або спадковий матеріал у клітині) містять мільйони молекулярних одиниць, кожна з яких розташована в точній послідовності. Крім того, навіть найпримітивніша життя вимагала двох особливих можливостей: засобу вилучення енергії з навколишнього середовища і засобу кодування і тиражування інформації для того, щоб зробити вірні копії самої себе. Біологи сьогодні можуть побачити способи, які будь-яка з цих можливостей могла сформуватися в природному середовищі, але ми все ще далекі від того, щоб знати, як вони зібралися разом у перших життєвих формах.

У нас немає вагомих доказів того шляху, який призвів до зародження життя на нашій планеті, за винятком будь-якої ранньої історії, яка може бути збережена в біохімії сучасного життя. Дійсно, у нас дуже мало прямих доказів того, якою була сама Земля під час своєї ранньої історії - наша планета настільки ефективна у відновленні себе через тектоніку плит (див. главу про Землю як планету), що дуже мало гірських порід залишається з цього раннього періоду. У попередньому розділі про кратерні світи ви дізналися, що Земля зазнала важкого бомбардування - періоду великих ударних подій - приблизно 3,8 до 4,1 мільярда років тому. Великі впливи були б достатньо енергійними, щоб теплостерилізувати поверхневі шари Землі, так що навіть якби життя почалося до цього часу, воно цілком могло бути знищено.

Коли великі удари припинилися, сцена була створена для більш мирного середовища на нашій планеті. Якщо океани Землі містили накопичений органічний матеріал з будь-якого з уже згаданих джерел, інгредієнти були доступні для виготовлення живих організмів. Ми не розуміємо детально послідовність подій, які призвели від молекул до біології, але є викопні докази життя мікробів у породах 3,5 мільярда років, і можливі (обговорювані) докази для життя ще 3,8 мільярда років.

Життя, як ми знаємо, використовує дві основні молекулярні системи: функціональні молекули, відомі як білки, які здійснюють хімічну роботу клітини, і інформаційно містять молекули ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота), які зберігають інформацію про те, як створити клітину та її хімічну та структурні компоненти. Походження життя іноді вважається «проблемою курки та яєць», оскільки в сучасній біології жодна з цих систем не працює без іншої. Саме наші білки збирають нитки ДНК в точному порядку, необхідному для зберігання інформації, але білки створюються на основі інформації, що зберігається в ДНК. Який прийшов першим? Деякі дослідники походження життя вважають, що пребіотична хімія була заснована на молекулах, які могли як зберігати інформацію, так і виконувати хімічну роботу клітини. Було висловлено припущення, що РНК (рибонуклеїнова кислота), молекула, яка допомагає в потоці генетичної інформації від ДНК до білків, могла служити такій меті. Ідея раннього «РНК світу» стає все більш прийнятою, але багато що ще належить зрозуміти про походження життя.

Мабуть, найважливішим нововведенням в історії біології, крім походження самого життя, стало відкриття процесу фотосинтезу, складної послідовності хімічних реакцій, за допомогою яких деякі живі істоти можуть використовувати сонячне світло для виробництва продуктів, що зберігають енергію (наприклад, вуглеводів), виділяючи кисень як один побічний продукт. Раніше життя доводилося робити з джерелами хімічної енергії, наявними на Землі або доставленими з космосу. Але рясна енергія, наявна в сонячному світлі, могла б підтримувати більшу і продуктивну біосферу, а також деякі біохімічні реакції, раніше неможливі для життя. Одним з них було виробництво кисню (як продукту життєдіяльності) з вуглекислого газу, і підвищення рівня кисню в атмосфері близько 2,4 мільярда років тому означає, що фотосинтез, що виробляє кисень, повинен з'явитися і стати глобально важливим до цього часу. Насправді, цілком ймовірно, що фотосинтез, що виробляє кисень, з'явився значно раніше.

Деякі форми хімічних доказів, що містяться в древніх породах, такі як тверді шаруваті гірські утворення, відомі як строматоліти, вважаються скам'янілостями фотосинтетичних бактерій, що виробляють кисень, в гірських породах, яким майже 3,5 мільярда років (рис. $\PageIndex{2}$ ). Як правило, вважається, що простіша форма фотосинтезу, яка не виробляє кисень (і все ще використовується деякими бактеріями сьогодні), ймовірно, передувала фотосинтезу, що виробляє кисень, і є вагомі викопні докази того, що той чи інший тип фотосинтезу функціонував на Землі принаймні ще 3,4 мільярда років тому.

Вільний кисень, вироблений фотосинтезом, почав накопичуватися в нашій атмосфері близько 2,4 мільярда років тому. Взаємодія сонячного світла з киснем може виробляти озон (який має три атоми кисню на молекулу, порівняно з двома атомами на молекулу кисню, яким ми дихаємо), який накопичився в шарі високо в атмосфері Землі. Як і на Землі сьогодні, цей озон забезпечував захист від шкідливого ультрафіолетового випромінювання Сонця. Це дозволило життю колонізувати сухопутні маси нашої планети замість того, щоб залишатися тільки в океані.

Підвищення рівня кисню було смертельно небезпечним для деяких мікробів, оскільки, будучи високоактивною хімічною речовиною, він може необоротно пошкодити деякі біомолекули, які в ранньому житті розвинулися за відсутності кисню. Для інших мікробів це було благом: поєднання кисню з органічною речовиною або іншими відновленими хімічними речовинами генерує багато енергії - ви можете побачити це, наприклад, коли колода горить - і багато форм життя прийняли цей спосіб життя. Це нове джерело енергії зробило можливим велике поширення організмів, які продовжували розвиватися в середовищі, багатому киснем.

Деталі цієї еволюції належним чином є предметом курсів біології, але процес еволюції шляхом природного відбору (виживання найсильніших) дає чітке пояснення розвитку чудової різноманітності життєвих форм Землі. Однак це не вирішує безпосередньо таємницю ранніх початків життя. Ми припускаємо, що життя виникне всякий раз, коли умови будуть доречними, але ця гіпотеза є лише іншою формою принципу Коперника. Зараз у нас є потенціал для вирішення цієї гіпотези за допомогою спостережень. Якщо другий приклад життя знайдений в нашій Сонячній системі або сусідній зірці, це означало б, що життя виникає досить часто, що Всесвіт, ймовірно, наповнений біологією. Однак, щоб зробити такі спостереження, ми повинні спочатку вирішити, де зосередити наш пошук.

Тільки як виникло життя в першу чергу? І чи могло це статися з іншим типом хімії? Перегляньте 15-хвилинне відео «Making Matter Come Alive», в якому експерт з хімії досліджує деякі відповіді на ці питання, з виступу TED Talk 2011 року.

Житлове середовище

Серед приголомшливої кількості об'єктів у нашій Сонячній системі, Галактиці та Всесвіті деякі можуть мати умови, придатні для життя, а інші - ні. Розуміння того, які умови та особливості роблять придатне для життя середовище - середовище, здатне приймати життя - важливо як для розуміння того, наскільки широко розповсюдженими можуть бути середовища для проживання у Всесвіті, так і для фокусування пошуку життя за межами Землі. Тут ми обговорюємо придатність для проживання з точки зору життя, яке ми знаємо. Ми вивчимо основні вимоги життя і в наступному розділі розглянемо весь спектр умов навколишнього середовища на Землі, де зустрічається життя. Хоча ми не можемо повністю виключити можливість того, що інші форми життя можуть мати біохімію, засновану на альтернативах вуглецю та рідкій воді, таке життя «як ми цього не знаємо» все ще цілком спекулятивне. У нашій дискусії тут ми зосереджуємось на придатності для життя, яка хімічно схожа на Землю.

Життя вимагає розчинника (рідини, в якій хімічні речовини можуть розчинятися), що дозволяє будувати біомолекули та взаємодію між ними. Для життя, як ми його знаємо, цей розчинник - це вода, яка має різноманітні властивості, які мають вирішальне значення для роботи нашої біохімії. Вода в достатку у Всесвіті, але життя вимагає, щоб вода була в рідкому вигляді (а не льоду або газу), щоб правильно заповнити свою роль в біохімії. Це відбувається лише в певному діапазоні температур і тисків - занадто високих або занадто низьких в будь-якому змінному, і вода приймає форму твердого тіла або газу. Таким чином, визначення середовищ, де вода присутня у відповідному діапазоні температури та тиску, є важливим першим кроком у визначенні придатних для життя середовищ. Дійсно, стратегія «слідуй за водою» була і продовжує залишатися ключовим рушієм у дослідженні планет як всередині нашої Сонячної системи, так і за її межами.

Наша біохімія заснована на молекулах, виготовлених з вуглецю, водню, азоту, кисню, фосфору та сірки. Вуглець лежить в основі органічної хімії. Його здатність утворювати чотири зв'язки, як з самим собою, так і з іншими елементами життя, дозволяє формувати величезну кількість потенційних молекул, на яких можна базувати біохімію. Решта елементи сприяють структурі та хімічній реакційній здатності нашим біомолекулам і складають основу багатьох взаємодій між ними. Ці «біогенні елементи», які іноді називають абревіатурою CHNOPS (вуглець, водень, азот, кисень, фосфор і сірка), є сировиною, з якої збирається життя, і доступне їх постачання є другою вимогою придатності для проживання.

Як ми дізналися в попередніх розділах про ядерний синтез та історію життя зірок, вуглець, азот, кисень, фосфор та сірка утворюються шляхом злиття всередині зірок, а потім розподіляються в їх галактиці, коли ці зірки вмирають. Але те, як вони розподілені між планетами, що утворюються всередині нової зоряної системи, в якій формі, і як хімічні, фізичні та геологічні процеси на цих планетах циркулюють елементи в структури, доступні біології, можуть мати значний вплив на розподіл життя. У океанах Землі, наприклад, велика кількість фітопланктону (простих організмів, які є основою океанського харчового ланцюга) у поверхневих водах може змінюватися в тисячу разів, оскільки запас азоту відрізняється від місця до місця (рис. $\PageIndex{3}$ ). Таким чином, розуміння того, які процеси контролюють доступність елементів у всіх масштабах, є критичною частиною визначення придатних для життя середовищ.

З цими першими двома вимогами ми маємо елементарну сировину життя та розчинник, в якому можна зібрати їх у складні молекули, які керують нашою біохімією. Але проведення цієї збірки та підтримки складної біохімічної техніки життя вимагає енергії. Ви виконуєте свою власну вимогу до енергії кожного разу, коли їсте їжу або дихаєте, і ви б не жили довго, якби вам не вдавалося робити ні на регулярній основі. Життя на Землі використовує два основних типи енергії: для вас це кисень у повітрі, яким ви дихаєте, і органічні молекули у вашій їжі. Але життя в цілому може використовувати набагато ширший спектр хімічних речовин, і, хоча всі тварини потребують кисню, багато бактерій цього не роблять. Один з найбільш ранніх відомих життєвих процесів, який до цих пір діє в деяких сучасних мікроорганізмах, поєднує водень і вуглекислий газ для отримання метану, виділяючи енергію в процесі. Є мікроорганізми, які «дихають» металами, які були б токсичними для нас, і навіть деякі, які дихають сіркою і видихають сірчану кислоту. Рослини та фотосинтетичні мікроорганізми також розвинули механізми безпосереднього використання енергії у світлі.

Вода в рідкій фазі, біогенні елементи та енергія є основними вимогами до придатності для проживання. Але чи існують додаткові екологічні обмеження? Розглянемо це в наступному розділі.

Життя в екстремальних умовах

На хімічному рівні життя складається з багатьох типів молекул, які взаємодіють один з одним для здійснення процесів життя. Окрім води, елементарної сировини та енергії, життя також потребує середовища, в якому ці складні молекули стабільні (не руйнуються, перш ніж вони зможуть виконувати свою роботу) та можливі їхні взаємодії. Ваша власна біохімія працює належним чином тільки в дуже вузькому діапазоні близько 10° C в температурі тіла і дві десяті одиниці в рН крові (рН - це числовий показник кислотності, або кількість вільних іонів водню). За межами цих меж, ви перебуваєте в серйозній небезпеці.

Життя в цілому також повинно мати межі умов, в яких воно може належним чином працювати, але, як ми побачимо, вони набагато ширші, ніж людські межі. Ресурси, що палива життя розподіляються в дуже широкому діапазоні умов. Наприклад, існує велика кількість хімічної енергії, яку потрібно мати в гарячих джерелах, які по суті киплячу кислоту (рис. $\PageIndex{4}$ ). Це забезпечує достатній стимул для еволюції, щоб заповнити якомога більшу частину цього діапазону життям, наскільки це можливо біохімічно. Організм (як правило, мікроб), який переносить або навіть процвітає в умовах, які більшість життя навколо нас вважали б ворожим, наприклад, дуже висока або низька температура або кислотність, відомий як екстремофіл (де суфікс -філ означає «любитель»). Давайте подивимося на деякі умови, які можуть кинути виклик життю та організмам, які зуміли вирізати нішу в далеких можливостях.

Як високі, так і низькі температури можуть викликати проблеми на все життя. Як великий організм, ви здатні підтримувати майже постійну температуру тіла, будь то холодніше або тепліше в навколишньому середовищі. Але це неможливо при крихітних розмірах мікроорганізмів; незалежно від температури в зовнішньому світі також є температурою мікроба, і його біохімія повинна мати можливість функціонувати при цій температурі. Високі температури є ворогом складності - зростаюча теплова енергія має тенденцію розщеплювати великі молекули на менші та менші біти, і життя потребує стабілізації молекул з більш міцними зв'язками та спеціальними білками. Але такий підхід має свої межі.

Проте, як зазначалося раніше, високотемпературні середовища, такі як гарячі джерела та гідротермальні вентиляційні отвори, часто пропонують рясні джерела хімічної енергії і тому керують еволюцією організмів, які можуть переносити високі температури (рис. $\PageIndex{5}$ ); такий організм називається термофілом. В даний час рекордсменом високої температури є мікроорганізм, що виробляє метан, який може рости при 122° C, де тиск також настільки високий, що вода все ще не кипить. Це дивно, коли ви думаєте про це. Ми готуємо нашу їжу, тобто змінюємо хімію та структуру її біомолекул, кип'ятячи її при температурі 100° C, насправді їжа починає готувати при значно нижчих температурах, ніж ця. І все ж, є організми, біохімія яких залишається недоторканою і працює просто відмінно при температурі 20 градусів вище.

Холод також може бути проблемою, почасти тому, що він уповільнює метаболізм до дуже низького рівня, а також тому, що може спричинити фізичні зміни в біомолекулах. Клітинні мембрани - молекулярні оболонки, які оточують клітини і дозволяють обмінюватися хімічними речовинами з навколишнім світом - в основному складаються з жироподібних молекул. І так само, як жир застигає, коли він охолоджується, мембрани кристалізуються, змінюючи, як вони функціонують в обміні матеріалами в клітині і поза нею. Деякі адаптовані до холоду клітини (звані психрофілами) змінили хімічний склад своїх мембран, щоб впоратися з цією проблемою; але знову ж таки, існують межі. Поки що найхолодніша температура, при якій було показано розмноження будь-якого мікроба, становить близько -25 ºC.

Умови, які є дуже кислими або лужними, також можуть бути проблематичними для життя, оскільки багато наших важливих молекул, таких як білки та ДНК, розщеплюються в таких умовах. Наприклад, побутовий очищувач стоків, який виконує свою роботу, руйнуючи хімічну структуру таких речей, як засмічення волосся, є дуже лужним розчином. Найбільш кислотолерантні організми (ацидофіли) здатні жити при значеннях рН близько нуля - приблизно в десять мільйонів разів кислотніше, ніж ваша кров (рис. $\PageIndex{6}$ ). З іншого боку, деякі луги можуть рости при рівні рН близько 13, що можна порівняти з рН побутового відбілювача і майже в мільйон разів лужніше, ніж ваша кров.

Високий рівень солей у навколишньому середовищі також може спричинити проблему для життя, оскільки сіль блокує деякі клітинні функції. Люди визнали це століття тому і почали солити їжу, щоб утримати її від псування - тобто, щоб утримати її від колонізації мікроорганізмами. Проте деякі мікроби еволюціонували, щоб рости у воді, насиченій хлоридом натрію (кухонною сіллю) - приблизно в десять разів солонішою, ніж морська вода (рис. $\PageIndex{7}$ ).

Дуже високий тиск може буквально стискати біомолекули життя, змушуючи їх приймати більш компактні форми, які працюють не дуже добре. Але ми все ще знаходимо життя - не лише мікробне, але навіть життя тварин - на дні наших океанічних траншей, де тиск перевищує 1000 разів атмосферний тиск. Відомі і багато інших пристосувань до екологічних «крайнощів». Існує навіть організм, Deinococcus radiodurans, який може переносити іонізуюче випромінювання (наприклад, що виділяється радіоактивними елементами) в тисячу разів інтенсивніше, ніж ви могли б витримати. Він також дуже добре переживає екстремальне висихання (висихання) і різні метали, які були б токсичні для людини.

З багатьох таких прикладів можна зробити висновок, що життя здатне переносити широкий спектр екологічних крайнощів - настільки, що нам доводиться наполегливо працювати, щоб визначити місця, де життя не може існувати. Відомо кілька таких місць - наприклад, води гідротермальних вентиляційних отворів при температурі понад 300° C здаються занадто гарячими, щоб підтримувати будь-яке життя, і пошук цих місць допомагає визначити можливість життя в іншому місці. Вивчення екстремофілів за останні кілька десятиліть розширило наше уявлення про діапазон умов життя може вижити і, роблячи це, зробило багатьох вчених більш оптимістичним щодо можливості того, що життя може існувати за межами Землі.

Ключові поняття та резюме

Вивчення життя у Всесвіті, включаючи його походження на Землі, називається астробіологією. Життя, як ми знаємо, вимагає води, певної елементарної сировини (вуглецю, водень, азоту, кисню, фосфору та сірки), енергії та середовища, в якому складна хімія життя стабільна. Молекули на основі вуглецю (або органічні) рясні в космосі і, можливо, також були вироблені процесами на Землі. Життя, схоже, поширилося навколо нашої планети протягом 400 мільйонів років після закінчення важких бомбардувань, якщо не раніше. Фактичне походження життя - процеси, що ведуть від хімії до біології - до кінця не вивчено. Після того, як життя заволоділося, воно розвинулося, щоб використовувати багато джерел енергії, включаючи спочатку цілий ряд різних хімічних речовин, а пізніше світло, і диверсифікований у різних умовах навколишнього середовища, які люди вважають «екстремальними». Це поширення життя в стільки екологічних ніш, тому відносно скоро після того, як наша планета стала придатною для життя, послужила для того, щоб багато вчених оптимістично ставилися до шансів на те, що життя може існувати в іншому місці.

Глосарій

амінокислоти: органічні сполуки, які є молекулярними будівельними блоками білків

астробіологія: мультидисциплінарне вивчення життя у Всесвіті: його походження, еволюція, розподіл та доля; подібні терміни - екзобіологія та біоастрономія

ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота): молекула, яка зберігає інформацію про те, як реплікувати клітину та її хімічні та структурні компоненти

екстремофіл: організм (як правило, мікроб), який переносить або навіть процвітає в умовах, які більшість життя навколо нас буде вважати ворожим, наприклад, дуже висока або низька температура або кислотність

гена: основна функціональна одиниця, яка несе генетичний (спадковий) матеріал, що міститься в клітині

обжитий навколишнє середовище: середовище, здатне приймати життя

органічна сполука: з'єднання, що містить вуглець, особливо складна вуглецева сполука; не обов'язково виробляється життя

фотосинтез: складна послідовність хімічних реакцій, за допомогою яких деякі живі істоти можуть використовувати сонячне світло для виробництва продуктів, які зберігають енергію (наприклад, вуглеводи), виділяючи кисень як один побічний продукт

білок: ключова біологічна молекула, яка забезпечує структуру і функції тканин і органів організму, і по суті здійснює хімічну роботу клітини

РНК (рибонуклеїнова кислота): молекула, яка допомагає в потоці генетичної інформації від ДНК до білків

строматоліти: тверді шаруваті скельні утворення, які, як вважають, є скам'янілостями фотосинтетичних бактерій, що виробляють кисень, в гірських породах віком 3,5 мільярда років

термофіл: організм, який може переносити високі температури