Подпись: «Назарбаев Интеллектуальная школа» Западно-Казахстанская область г. Уральск $C:\Users\Сатжан\Desktop\Безымянный.png$

«Исследования возможности

существования жизни в космосе»

Выполнили студенты Назарбаев Интеллектуальной школы: Шунгеев Аманжол

Мукиева Милана

Научный руководитель: Акопова Т.Д.

2013 год

Абстракт

Гипотеза За пределами Земли, на отдельных космических объектах Солнечной системы (в частности, на спутнике Юпитера – Европе и спутнике Сатурна – Энцеладе) есть все необходимые факторы и условия для существования жизни.

Цели исследовательской работы: Целью данной работы является исследование возможности существования жизни в космосе, а также существование различных живых организмов, способных выживать в экстремальных условиях среды.

Задачи: Обосновать предлагаемую гипотезу, опираясь на статистические данные искусственных спутников и космических зондов, а также сравнивая их с данными опыта Миллера – Юри. Экспериментальным путем вырастить минерал эпсомит, образование которого подтверждает наличие жидкой воды на Европе (необходимого составляющего для зарождения жизни)

Этапы работы: На начальном этапе работы мы рассмотрели различные микроорганизмы, существующие в экстремальных условиях. По статистическим данным NASA мы сравнили условия возможного возникновения простейших живых организмов на Европе и Энцеладе. И в экспериментальной части получили минерал эпсомит, обнаруженный на поверхности Европы.

Методика исследования: Сравнение и описание.

Методические и теоретические основы:

Спутник Юпитера. Под ред. Д.Моррисона. -М.: Мир.1986. В 3-х томах. 792 с. Ротери Д.Планеты. –М.:Фаир-пресс, 2005, Калифорнийский технологический институт. Техасский Университет в Остине, Википедие

Новизна:

Используя новейшие данные Калифорнийского технологического института в работе, мы исследовали возможность возникновения жизнь в Солнечной системе. Данные исследования позволят изучить процесс возникновения жизни на Земле.

Содержание

Введение……………………………………………………………

Основная часть …………………………………………………….

1. Жизнь в экстремальных условиях

а) Жизнь в бескислородной среде

б) Жизнь при экстремально низких и высоких температурах

в) Жизнь в условиях высокой радиации

2) Спутники солнечной системы

а) Европа (спутник Юпитера)

б) Энцелад (спутник Сатурна)

3) Эпсомит. Получение эпсомита в земных условиях.

4) Опыт Миллера - Юри. Содержание жизненно важных элементов в аминокислотах.

5)Исследование. Практическая часть.

6) Заключение

Введение

Вопрос о возможности существования жизни за пределами Земли волнует людей в течение нескольких тысячелетий. Но за отсутствием сведений учёные были вынуждены основываться только на своих догадках. В настоящее время, используя данные с новейших космических зондов и спектрографов, можно выдвинуть более основательную гипотезу. В данной работе будет идти речь о двух спутниках Солнечной системы, которые имеют наиболее подходящие условия для возможного зарождения жизни. Это спутник Сатурна – Энцелад и спутник Юпитера – Европа.

Химические соединения, обнаруженные на поверхности данных спутников, являются главными составляющими для образования и существования жизни (Согласно опыту Миллера-Юри) Образование минерала эпсомита на поверхности Европы доказывает взаимодействие подповерхностного океана с поверхностью, а также наличие жидкой воды под многокилометровым слоем льда. Также по спутнику Европа текут электрические токи, так как железного ядра у спутника нет, можно сделать вывод, что ток течет по соленой воде подповерхностного океана. Это очень важный фактор влияющий на появление аминокислот. (аминокислоты являются мономерами белка). А как писал Фридрих Энгельс: «Жизнь – есть способ существования белковых тел». В нашей работе мы исследуем возможность существования жизни в космосе и сравниваем данные со спутников Европа и Энцелад с параметрами земных условий.

1)Жизнь в экстремальных условиях.

a) Бескислородная жизнь

Жизнь без кислорода ранее считали возможной лишь у вирусов и одноклеточных микроорганизмов. Группой итальянских и датских исследователей в настоящее время найдено три вида многоклеточных животных, которые проводят всю свою жизнь в бассейне на дне Средиземного моря. Открытие позволяет нам исследовать целый новый мир многоклеточных организмов, обитающих в бескислородной среде, которые, как мы считали, не существует.

b) Жизнь в условиях экстремальных температур

Ледяные цветы

Ледяные цветы - это феномен, периодически наблюдаемый в Северном Ледовитом океане. Красивые кристаллы образуются в воде, когда температура падает до -22 градусов. Как показали недавние исследования, эти образования - не просто кристаллы, а сложные экосистемы. Внутри них наблюдается повышенная концентрация бактерий. Ученые считают, что ледяные цветы могли играть значимую роль в зарождении жизни на планете и могут таить в себе загадку выживания организмов при экстремальных температурах.

Ледяные цветы таят загадку выживания при экстремальных температурах

Во льду найден теплолюбивый микроб

Один микроорганизм, найденный на глубине 3607 метров при температуре ниже 37 градусов, по ДНК ученые определили как термофильную водородоокисляющую бактерию Hydrogenophilus thermoluteolus. Его ДНК на 99% совпала с ДНК микроорганизма, который ранее японцы нашли в горячих источниках, это доказывает что одни и те же микроорганизмы могут выживать в различных условиях (при высокой и низкой температуре) . Если вы дадите ему органику, он будет ее потреблять. Если органики нет, он может использовать только СО₂ и Н₂ и из простейших химических реакций добывать энергию для поддержания жизни.

с) Жизнь в условиях высокой радиации

Устойчивость одного из видов бактерий к радиации. Deinococcus radiodurans, как и некоторые другие бактерии, может выдерживать радиационные дозы в тысячи раз превышающие смертельный уровень для человека. Бактерии, устойчивые к радиации, отличаются тем, что в их клетках содержится больше ионов марганца, чем обычно. Оказалось, что ионы марганца предохраняют белки от окисления, способствуя превращению радикалов супероксида, возникающих при радиационном воздействии, в пероксид водорода, который легко проходит через мембрану и выводится из клетки.

2)Спутники солнечной системы (исследования НАСА)

Европа (спутник Юпитера)

Европа или Юпитер II — шестой спутник Юпитера, наименьший из четырёх галилеевых спутников, один из самых крупных спутников в Солнечной системе. Обнаружен в 1610 году Галилео Галилеем. На протяжении столетий за Европой велись всесторонние наблюдения при помощи телескопов, а также, начиная с 1970-х годов, пролетающих вблизи космических аппаратов.

Энцелад (спутник Сатурна)

Энцелад — шестой по размерам спутник Сатурна. Был открыт в 1789 году в ходе наблюдений Уильяма Гершеля. До того, как два межпланетных зонда «Вояджер» прошли вблизи Энцелада в начале 1980-х, о нём было малоизвестно; в частности, было известно о наличии водяного льда на его поверхности. Благодаря наблюдениям с «Вояджеров» было установлено, что диаметр Энцелада составляет примерно 500 км.

Гейзеры на Энцеладе

14 марта 2006 г. НАСА сообщает, что космический аппарат Cassini обнаружил нечто похожее на водяные гейзеры на спутнике Сатурна Энцеладе. Открытие повышает вероятность обнаружения жизни на других планетах, так как наличие жидкой воды — одно из необходимых условий возникновения жизни. Впервые ученые получили ясные признаки существования воды в жидкой форме так близко к поверхности внеземного космического тела. Космический аппарат Cassini с помощью анализатора космической пыли уловил частицы данных гейзеров и смог определить их состав: водяной пар, соль (NaCl), азот и даже простые органические соединения. Данная среда является пригодной для существования жизни.

$D:\ \проэкт Аманжол\засекреченная информация\энцелад\1.png$

Строение Европы. Поверхность.

По размерам уступая земной Луне, Европа состоит из силикатных пород, а в центре спутника находится металлическое ядро. Поверхность состоит изо льда; она испещрена поперечно-полосатыми трещинами и полосами, в то время как кратеров практически нет. У спутника есть крайне разреженная атмосфера, состоящая в основном из кислорода. Легко заметная молодость и гладкость поверхности привели к гипотезе, что на Европе находится подповерхностный океан, состоящий из воды, который может служить пристанищем для внеземной микробиологической жизни. Поверхность Европы по земным меркам очень холодная 150—190 °C ниже нуля. Толщина ледяного покрова около 100 км. Европа совершает полный оборот вокруг Юпитера за время немногим больше трёх с половиной земных суток. Орбита спутника почти круговая. Но существует эксцентриситет (степень отклонения от окружности). Европе довелось вращаться вокруг самой большой планеты солнечной системы. Юпитер обладает невероятной гравитационной силой и при вращении Европы вокруг Юпитера происходит ее растягивание и сжимание, что приводит к повышению температуры ядра, это и является одним из доказательств того, что на Европе есть вода в жидком виде. А если есть вода, то есть и жизнь.

Сложная система линий на поверхности Европы

3) Эпсомит

Основываясь на показаниях спектрографа OSIRIS, на поверхности Европы найден минерал эпсомит.

Характеристики эпсомита. (MgSO₄•7H₂O)

Белый или бесцветный минерал. Измельчённый порошок эпсомита называют английская или горькая соль. На Земле образуется в результате испарительной концентрации рассолов и преимущественно солёных озёр, реже морских солеродных бассейнов. Наиболее часто эпсомит встречается в виде кристаллических осадков , образуется в современных магнезиально-сульфатных солёных озерах. Химический состав: MgO – 16,3 %. SO3 – 32,5%, H2O – 51,2%. В виде изоморфных примесей могут присутствовать Mn²⁺, Fe³⁺, иногда Zn. Кристаллическая структура такова: изолированный кислотный остаток SO₄ c ионами Mg²⁺, окружёнными семью молекулами воды.

4)Эксперимент Миллера — Юри

В 1953 году Гарольд Юри был уже Нобелевским лауреатом, а Стэнли Миллер — всего лишь его аспирантом. Идея эксперимента Миллера была простой: в лаборатории он воспроизвел атмосферу древнейшей Земли, какой она была по мнению ученых, и со стороны наблюдал за тем, что происходит. При поддержке Юри он собрал простой аппарат из стеклянной сферической колбы и трубок, в котором испарявшиеся вещества циркулировали по замкнутому контуру, охлаждались и вновь поступали в колбу. Миллер заполнил колбу газами, которые, по мнению Юри и русского биохимика Александра Опарина (1894–1980), присутствовали в атмосфере на заре формирования Земли, — водяным паром, водородом, метаном и аммиаком. Чтобы сымитировать солнечное тепло, Миллер нагревал колбу на горелке, а чтобы получить аналог вспышек молний — вставил в стеклянную трубку два электрода. По его замыслу, материал, испаряясь из колбы, должен был поступать в трубку и подвергаться воздействию электрического искрового разряда. После этого материал должен был охлаждаться и возвращаться в колбу, где весь цикл начинался вновь. После двух недель работы системы жидкость в колбе стала приобретать темный красно-коричневый оттенок. Миллер провел анализ этой жидкости и обнаружил в ней аминокислоты — основные структурные единицы белков. Аминокислоты могут рассматриваться как производные карбоновых кислот, в которых один или несколько атомов водорода заменены на аминные группы, то есть аминокислоты состоят из определенного количества атомов: углерода, водорода, кислорода, азота.

$F:\Безымянный.png$

Схема опыта Миллера-Юри

6) Исследования.

Практическая часть проекта

(Наличие различных веществ на спутниках и вещества необходимые для выполнения опыта Миллера-Юри)

Химические соединения, обнаруженные на Энцеладе^*	Химические составляющие опыта Миллера-Юри	Химические соединения, обнаруженные на Европе
Водяной пар Н₂О	Водяной пар H₂O	Вода в твердом агрегатном состоянии (лёд) H₂O
Водород Н₂	Водород H₂	Водород Н₂
Азот N₂	Метан CH₄	Кислород О₂
Простейшие органические соединения	Аммиак NH₃	Перекись водорода Н₂О₂
Хлорид натрия NaCl	Оксид углерода (II)	Хлорид натрия NaCl
		Хлорид калия KCl
		MgCl₂хлорид магния (предположительно)
		Оксид серы SO₃
		Эпсомит MgSO₄*7H₂O

*По данным космического зонда Cassini

*По данным спектрографа OSIRIS

В лабораторных условиях мы получили минерал эпсомит, который образуется, как и на Земле, так и на Спутнике Юпитера Европа. Химический состав эпсомита: сульфат магния и 7 молекул воды. Природу различных химических составляющих самого эпсомита можно объяснить так: Н₂О – вода, предположительно, уже на Европе присутствует, а SO₃– это сера, взаимодействующая с кислородом и являющаяся инородным составляющим. Появление серы на поверхности Европы обуславливается тем, что на другом спутнике Юпитера – Ио, постоянно происходит извержение вулканов и выброс серы в космическое пространство. Следы магния – элемента, который не мог попасть на поверхность иначе как из океана, являются основным доказательством того, что поверхность Европы взаимодействует с океаном. Следовательно, любая энергия может проникать в океан, что важно в смысле возможности существования там жизни. Согласно опыту Миллера-Юри, для образования аминокислот необходимы некоторые химические соединения и, что важно, разряды электрического тока. Разряды – это аналогия молний, которые часто возникали на начальной стадии развития Земли. Молния, в свою очередь – это проявление электрической энергии. По спутнику Европа постоянно текут электрические токи, из-за того, что там нет железного ядра, можно сделать вывод, что ток течет по соленой воде подповерхностного океана. Также для нас открывается новая возможность: чтобы определить химический состав океана, находящегося подо льдом большой толщины, необходимо просто отколоть кусок поверхности. Объединив все полученные сведения и осмыслив все предположения, вероятность того, что на Европе может зародиться жизнь, очень высока.

Мы провели анализ данных связанные с последними обнаруженными учеными микроорганизмов, устойчивых к высоким дозам радиации, и обнаружили, что в их организмах повышенное содержание ионов марганца. При прохождении радиоактивных лучей данные ионы способствуют высвобождению пероксида водорода (Н₂О₂) . Пероксид водорода очень токсичен для ДНК и он также способствует оксидативному повреждению и гибели белков. И что примечательно, на Европе также образуется пероксид водорода, вследствие радиоактивного излучения с Юпитера. Следовательно, бактерии Deinococcus radiodurans (те самые, устойчивые к радиации), вполне могли бы приспособиться к условиям жизни на Европе.

Заключение

В работе «Исследования возможности существования жизни в космосе» рассматривается существование жизни в особых, казалось бы не пригодных для жизни условиях. Так как бактерии и простейшие микроорганизмы могут существовать в различных экстремальных условиях, мы предположили возможность их существования в космическом пространстве. Рассматривая спутник Юпитера - Европа и спутник Сатурна – Энцелад, мы провели анализ различным данным (с космического зонда Сassini и спектрографа OSIRIS), сопоставляя их с исследованиями на Земле.

На Энцеладе бьют водяные гейзеры. Это свидетельствует о том, что на данном спутнике присутствует вода в жидком виде и растворенные в ней различные вещества, которые необходимые для зарождения и существования живых организмов.

Экспериментальным путем мы вырастили кристалл эпсомит (при взаимодействии соли MgSO₄ и воды) это практическая работа доказывает, что для образования данного кристалла требуется наличие жидкой воды, отсюда можно сделать вывод, что на Европе есть вода в жидком виде, т.к. на ее поверхности также образовался данный минерал. Мы изучили опыт Миллера-Юри, результатом которого было появление аминокислот. Так как на Европе присутствуют все необходимые вещества и условия, указанные в вышесказанном опыте, можно сделать вывод, что на спутнике может образоваться, хоть и простейшая, но все же жизнь.