Mokslo ir technologijų pasaulis

Gyvybės kilmė yra viena didžiausių mokslo dar neatskleistų paslapčių. Hipotezė, kad visatoje knibždėte knibžda gyvybė, net technologiškai išsivysčiusios civilizacijos, remiasi nepatvirtinta prielaida.

Kai aš buvau studentas praeito amžiaus viduryje, dauguma mokslininkų manė, kad mes esame vieninteliai Visatoje. Protingosios gyvybės paieškos už Žemės ribų panašėjo į pasaką ir kai kam kėlė juoką. Gyvybės kilmės dėl laimingo cheminio atsitiktinumo skepsis susijęs su labai maža tikimybe.

„Gyvybės kilmė yra tikrasis stebuklas. Yra tiek daug sudėtingiausių sąlygų, kurios turėjo būti patenkintos, kad tai įvyktų,“ – tvirtino anglų biochemikas ir genetikas, Nobelio fiziologijos ir medicinos premijos laureatas Fransis Haris Komptonas Krikas.

O prancūzų biologas, taip pat Nobelio fiziologijos ir medicinos premijos laureatas Žakas Mono knygoje „Chance and Necessity“ (liet. k. Atsitiktinumas ir būtinybė) rašo: „Žmogus pagaliau žino, kad jis yra vienintelis abejingoje neaprėpiamoje visatoje, iš kurios jis atsitiktinai atsirado.“

Tačiau fizinių dėsnių ir atsitiktinių įvykių tikimybė mums atsitiktinai atsirasti Žemėje yra mažesnė nei 1 iš dešimt laipsnyje 49 (1/10⁴⁹). Ji yra panaši į tikimybę laimėti kiekvieną loteriją, kuri kada nors kur nors vyko. Akivaizdu, kad tokia tikimybė mažai reali. Kaip anglies, vandenilio, azoto, deguonies ir kiti gyvybės elementų atomai susijungė į sąmonę turinčius vaikinus, kurie prieš 35 000 metų iš Afrikos atėjo į Europą, pasklido po pasaulį ir taip patobulėjo, kad sukūrė reaktyvinius lėktuvus, raketas, kompiuterius ir mobiliuosius ryšius, nuskrido į Mėnulį ir stato 800 metrų aukščio pastatus?

Tvirtinimas, tai lėmė tik nebylus atsitiktinumas, yra ne geresnis nei sakymas, jog viską sukūrė Dievas. Tačiau Kalifornijos Technologijos instituto fizikas teoretikas Synas Karolas ką tik pasirodžiusioje knygoje „The Big Picture: On the Origin of Life, Meaning, and the Universe Itself“ (liet.k. Bendras vaizdas: Apie gyvybės kilmę, prasmę ir pačią visatą) rašo: „Nėra tokių dalykų kaip Dievas, dvasios ar žmogaus sielos, kurios gyvena už kūno ribų. Viskas, kas egzistuoja, priklauso gamtiniam pasauliui ir yra prieinama mokslui.“

Bet ar tikrai? Juk gyvybės kilmės švytuoklė krypavo tai į vieną, tai į kitą pusę. Nėra abejonės, kad pastarųjų metų daugiau nei tūkstančio į Žemę panašių planetų už Saulės sistemos ribų atradimas skėlė stiprų sprigtą daug dešimtmečių tebesitęsiančios nežemiškosios gyvybės paieškos programai SETI.

Astronomai mano, kad gali būti milijardai į Žemę panašių planetų vien tik mūsų galaktikoje. O tokių galaktikų yra šimtai milijardų. Nekilnojamojo turto už Žemės ribų yra gausu ir reikia džiaugtis, kad konservatoriai dar neleido jo kilnoti į Žemę. Bet nekilnojamas turtas vertingas tik tada, jeigu ten galima gyventi. Klausimas, ar tikėtina, kad už Žemės ribų kur nors galima gyventi yra beprasmis.

Beprasmis todėl, kad dar patikimai nežinome proceso, kuris chemikalų mišinį pavertė tokio stulbinančio sudėtingumo gyvomis ląstelėmis, kad net neįmanoma apskaičiuoti tokio proceso atsitikimo tikimybės. Nežinomo proceso šansų neįmanoma įvertinti.

Astrobiologai optimistiškai mano, kad iš mikrobų ilgainiui turi išsivystyti protas. Nors biologai negali šio proceso apskaičiuoti ar įvertinti, jie mano suprantą procesą – tai Darvino evoliucija. Bet tai vežimo statymas prieš arklį. Didžiausias netikrumas yra dėl pirmojo to proceso žingsnio – dėl mikrobų atsiradimo.

Protingoji gyvybė Žemėje kosminiais mastais atsirado labai greitai. Amerikiečių astrofizikas, kosmologas, rašytojas ir mokslo populiarintojas Karlas Edvardas Saganas pastebėjo, kad gyvybė nebūtų taip greitai atsiradusi Žemėje, jeigu ji nebūtų buvusi tinkama gyvybei.

Chemijos determinizmas moko, kad gyvybė turėjo atsirasti greitai, nes cheminės reakcijos vyksta greitai arba visai nevyksta. Jeigu gyvybė Žemėje nebūtų atsiradusi greitai, žmonės nebūtų spėję evoliucionuoti prieš Saulei tampant pernelyg karšta ir prieš išdeginant mūsų planetą (tai ilgainiui neišvengiamai atsitiks). Bet iš šio vienintelio gyvybės atsiradimo pavyzdžio negalime padaryti jokios statistinės gyvybės atsiradimo visatoje išvados.

Yra paplitęs argumentas, kad visata yra tokia milžiniška, kad kažkur tiesiog turi būti gyvybė. Jeigu apsiribotume matomąja visata, tikėtina, kad joje yra apie 10 laipsnyje 23 (10²³) planetų. Nors kelias nuo chemijos iki biologijos yra ilgas ir sudėtingas, gali būti, kad bent viena iš trilijono trilijonų planetų kada nors pasėjo gyvybės ikrus.

Teiginys, kad gyvybė gali būti paplitusi visatoje yra paremtas nebylia prielaida, kad biologija nėra atsitiktinių cheminių reakcijų išdava, bet pasekmė kryptingo atomų savaiminio susitvarkymo, kuris yra palankus gyvybei atsirasti – gamtoje veikiančio gyvybės dėsnio.

Masačiusetso technologijos instituto fizikas Džeremis Inglendas iš fizikos dėsnių išvedė formulę, kuri rodo, kad jei atomų grupę veikia išorinis energijos šaltinis (Saulės arba cheminio kuro) ir supa šilumos aplinka (vandenynas ar atmosfera), ji palaipsniui persitvarko taip, kad išsklaidytų kuo daugiau energijos. O gyvieji organizmai jos išsklaido daugiau nei grupė neorganinių atomų. Tai reiškia, kad tam tikromis sąlygomis neorganinė medžiaga neišvengiamai įgyja esminę fizinę gyvybės savybę.

Ši idėja atskleidžia esminę gyvybės kilmės priežastį. Ji remiasi antruoju termodinamikos arba didėjančios entropijos dėsniu, teigiančiu, kad visi natūralūs procesai pasaulyje vyksta didėjančios entropijos kryptimi. Entropija yra energijos išsisklaidymo matas. O gyvieji organizmai jos išsklaido daugiausiai.

Idėja gera, bet kol kas neturime jos įrodymų. Tačiau turime įrodymų, kad visata ir Žemė yra tarsi mums sukurtos. Visatos plėtimosi greitis po Didžiojo sprogimo yra tiksliai sutvarkytas. Jei visata būtų plėtusis viena trilijonąja dalimi greičiau, visa visatos materija iki šiol būtų išsisklaidžiusi. O jei tiek pat lėčiau – visata dėl traukos jėgų per pirmuosius milijardą savo egzistavimo metų būtų susitraukusi. Nebūtų nei ilgaamžių žvaigždžių, nei gyvybės.

Visatoje veikia tiksliai apibrėžto dydžio keturios jėgos, kurios lemia visas materijos savybes nuo subatominių dalelių iki galaktikų. Sunkio jėgą jaučiame kiekvienas. Antroji yra elektromagnetinė jėga. Jei ji būtų silpnesnė, elektronai neišsilaikytų aplink atomo branduolį. Jie negalėtų jungtis į molekules, iš kurių mes sudaryti. Jeigu ši jėga būtų stipresnė, atomo elektronus įtrauktų branduolys. Tarp atomų nebevyktų cheminės reakcijos ir vėl išnyktų gyvybė. Menkiausias elektromagnetinių jėgų skirtumas turėtų įtakos Saulei ir Žemės nepasiektų toks šviesos srautas, sutriktų arba būtų neįmanoma augalų fotosintezė ir sinergetinis ryšys tarp floros ir faunos.

Elektromagnetinės jėgos dydis gyvybiškai suderintas su kitomis trimis jėgomis. Ji yra 10 laipsnyje 40 (10⁴⁰) kartų stipresnė už sunkio jėgą. Jeigu prie šio milžiniško skaičiaus pridėtume tik vieną nulį, t.y. , jei elektromagnetinė jėga būtų 10⁴¹ kartų stipresnė, sunkio jėgos slėgis nepakeltų žvaigždžių temperatūros tiek, kad jose vyktų termobranduolinė reakcija. Žvaigždės ir Saulė užgestų. O jeigu sunkio jėga būtų viena eile stipresnė, t.y. tas skaičius būtų 10³⁹, žvaigždės ir Saulė egzistuotų daug trumpiau. O Saulės ilgaamžiškumas ir pastovumas yra esminiai gyvybei.

Ar toks tikslumas atsitiktinis?

Dar dvi jėgos, atsiradusios kartu su visata, yra esminės gyvybei. Jos veikia atomų branduolyje. Trečioji jėga vadinama stipriąja sąveika, jungia protonus ir neutronus atomo branduolyje. Dėl jos susidaro įvairūs elementai – lengvieji, tokie kaip vandenilis, helis, deguonis ir sunkieji, tokie kaip geležis, auksas, švinas. Ši jėga nepaprastai stipri. Jei du protonus patalpintume po vieną Žemės šiaurės ir pietų poliuose, tai jie stumtų vienas kitą jėga, tarsi juos spaustų 26 tonų masė.

Tą milžinišką stūmos jėgą kompensuoja panašios traukos jėgos, kitaip atomai suirtų. Todėl atomų branduoliuose sukaupta milžiniška energija. Bet jeigu ši branduolinė jėga būtų vos 2 procentais silpnesnė, egzistuotų gal tik vandenilis. Aplinka nebūtų tinkama gyvybei. O jei ši jėga būtų šiek tiek stipresnė, nebūtų vandenilio, o tik sunkieji elementai. Be vandenilio Saulė neturėtų kuro, ji užgestų, mes neturėtume vandens ir maisto. Gyvybė be vandens neegzistuotų.

Ketvirtoji jėga vadinama silpnąja sąveika. Ji valdo atomų branduolių radioaktyvųjį skilimą, taip pat ir Saulės termobranduolinę reakciją. Tos reakcijos metu kas sekundę Saulėje apie 564 mln. tonų vandenilio virsta 560 mln. tonų heliu, o maždaug 4 mln. tonų vandenilio virsta Saulės energija, kurios dalis pasiekia Žemę, ją šildo ir palaiko gyvybę. Silpnoji sąveika yra milijonus kartų silpnesnė už stipriąją sąveiką. Bet ji yra kaip tik tokio silpnumo, kad vandenilis Saulėje degtų ilgai ir vienodai, kad Žemė būtų pastoviai šildoma, bet ne deginama ir palaikytų mūsų gyvybę.

Jei silpnoji sąveika būtų tik truputį silpnesnė ar stipresnė, ji neigiamai paveiktų nuo Saulės priklausančią gyvybę. Silpnoji sąveika daro įtaką ir supernovų sprogimams, kurie paskleidžia į visatą daugumą žvaigždėse susidariusių cheminių elementų. Jeigu branduolinės jėgos būtų nors kiek kitokios, žvaigždės negalėtų gaminti elementų, iš kurių mes sudaryti, nes mes taipogi esame žvaigždžių vaikai.

Šios keturios jėgos nepaprastai tiksliai suderintos. Dėl tos darnos gali egzistuoti ir šviesti Saulė, žaliuoti mūsų planeta Žemė su gyvybę palaikančiu vandeniu ir atmosfera ir daugybe cheminių elementų. Bet kas sukūrė tą nuostabią darną?

Pagaliau mūsų Žemės dydis yra kaip tik toks, kokio reikia gyvybei. Jeigu Žemė būtų truputį didesnė, jos sunkio jėga būtų stipresnė ir vandenilis, negalėdamas įveikti Žemės traukos, kauptųsi ir atmosfera taptų kenksminga gyvybei. O jeigu Žemė būtų šiek tiek mažesnė, gyvybę palaikantis deguonis dėl mažos gravitacijos išlėktų į erdvę, išgaruotų vanduo. Abiem atvejais gyventi negalėtume.

Nuotolis nuo Žemės iki Saulės taip pat idealus. Jeigu jis būtų 5 proc. mažesnis, šiltnamio reiškinys būtų įvykęs prieš 4 mlrd. metų, t.y. Žemė būtų perkaitusi. O jeigu tas atstumas būtų vos 1 proc. didesnis, prieš kokius 200 mln. metų Žemė būtų apledėjusi. Be to, Žemė per parą kartą apsisuka apie savo ašį ir trumpai kaitaliodama dieną ir naktį palaiko tinkamą gyvybei vidutinę temperatūrą. Atrodo, kad Žemė specialiai sukurta gyvybei ir žmogui klestėti ir sunku įsivaizduoti, kad dar kur nors Visatoje egzistuotų taip tobulai suderintos fizinės sąlygos.

Ar visa tai atsitiktinumas? To tikrai nežinome. Gal būt mums nereikia toli žvelgti. Jei gyvybė yra pasiruošusi staigiai pasirodyti, kaip mano Seiganas, tai ji turėjo daug kartų prasidėti mūsų planetoje. Jei gyvybė Žemėje buvo atsiradusi daug kartų, aplink mus turėtų būti kitos kilmės mikrobų palikuonių, sudarančių tam tikrą šešėlinę biosferą. Niekas rimtai neieškojo mums nepažįstamos gyvybės rūšių po savo nosimi. Jeigu rastų nors vieną „ateivį“ mikrobą, jis gerokai padėtų suprasti gyvybės kilmės klausimą. O kol kas gyvybės kilmės visatoje klausimas yra atviras.

Tikriausiai ji yra labai reta, jei iš viso dar kur nors egzistuoja. Ir reiktų pamiršti mus lankančius siauraakius ateivius, jeigu nerandame net „ateivių“ mikrobų.

Jonas Grigas
VU profesorius