ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia...

61
2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 1 Wykład 1 ASTROBIOLOGIA

Transcript of ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia...

Page 1: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 1

Wykład 1

ASTROBIOLOGIA

Page 2: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

INFORMACJE

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 2

• Wykłady: piątki, 9:15 (Budynek A, Sala Mergentalera, Budynek D, pracownia

komputerowa)

• Konsultacje: poniedziałki 12:00-13:00 (inne terminy po uzgodnieniu, mail:

[email protected])

• Materiały do wykładu będą dostępne w Internecie:

www.astro.uni.wroc.pl/ludzie/niemczura/astrobiologia

• Warunki zaliczenia: egzamin, aktywne uczestniczenie w zajęciach

Page 3: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

LITERATURA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 3

• An Introduction to Astrobiology, D.A. Rothery, I. Gilmour, M.A.

Sephton

• The Earth as a Distant Planet, M. Vazquez, E. Palle, P. Montanes

Rodriguez

• Astrobiologia, Poprzez Pył Kosmiczny do DNA, F. Ferrari, E.

Szuszkiewicz

• Historia Ziemi, Od Gwiezdnego Pyłu do Żyjącej Planety , R.M.

Hazen

• W Poszukiwaniu Życia, Badania Układu Słonecznego , P. Clancy, A.

Brack, G. Horneck

• …

Page 4: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

CZYM ZAJMUJE SIĘ ASTROBIOLOGIA?

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 4

Page 5: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

ASTROBIOLOGIA / BIOASTRONOMIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 5

W strukturze IAU:

Division F: Planetary Systems and Bioastronomy

Commicion 15: Physical Study of Comets & Minor Planets

Commision 16: Physical Study of Planets & Satellites

Commision 20: Positions & Motions of Minor Planets, Comets & Satellites

Commision 22: Meteors, Meteorites & Interplanetary Dust

Commision 51: Bio-Astronomy

Commision 53: Extrasolar Planets.

Page 6: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

ASTROBIOLOGIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 6

Astrobiologia poszukuje odpowiedzi na pytania:

1. Jak powstało życie na Ziemi i jak ewoluuje?

2. Czy istnieje życie poza Ziemią?

3. Jaka jest przyszłość życia na Ziemi i w Kosmosie?

Page 7: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

ASTROBIOLOGIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 7

Jak powstały podstawowe cegiełki życia?

• Jak powstają pierwiastki chemiczne? Jak powstają molekuły?

• Co to są związki organiczne, jak powstają, gdzie występują?

• Jakie substancje są niezbędne do tego aby powstały organizmy żywe?

Astronomia, astrofizyka,

Biologia, chemia organiczna

Page 8: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Jak powstają układy planetarne i planety?

Czy życie jest naturalną konsekwencją

formowania się planet?

• Czy układy planetarne są częstym

zjawiskiem?

• Czy są do siebie podobne?

• Czy życie występuje w innych miejscach

Układu Słonecznego? A w innych układach

planetarnych?

Geologia, astronomia, chemia, klimatologia

ASTROBIOLOGIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 8

Page 9: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Zderzenia, niszczenie ekosystemu i jego odbudowa.

• Jak zderzenia wpływały na życie na Ziemi?

• Czy zderzenia są konieczne aby życie mogło ewoluować?

• Jakie rodzaju zderzenia są konieczne? Ile ich powinno być?

• Komety i woda na Ziemi i Marsie.

Astronomia, geologia planet, paleontologia

ASTROBIOLOGIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 9

Page 10: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Jak proste związki organiczne mogą

wyewoluować w złożone, ewoluujące

organizmy?

• Jakie warunki umożliwiają ten proces?

• Czy możliwe jest odtworzenie tych

warunków w laboratoriach? Lub na

innych planetach?

• Czy życie na Ziemi mogło wyglądać

inaczej?

Chemia organiczna i nieorganiczna,

genetyka, biologia molekularna

ASTROBIOLOGIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 10

Page 11: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Jak proste związki organiczne mogą

wyewoluować w złożone, ewoluujące

organizmy?

• Ewolucyjne i środowiskowe

ograniczenia życia.

• Mechanizmy molekularne,

genetyczne i biochemiczne, które

kontrolują ewolucję, różnorodność i

adaptację organizmów żywych.

Chemia organiczna i nieorganiczna,

genetyka, biologia molekularna

ASTROBIOLOGIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 11

Page 12: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Jaka jest historia życia na Ziemi?

• Kiedy i jak powstało życie na

Ziemi?

• Czy w podobny sposób może

powstać na innych planetach?

Geologia, astronomia, paleontologia,

biologia ewolucyjna, archeologia?

ASTROBIOLOGIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 12

Page 13: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

ASTROBIOLOGIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 13

Stromatolity

Page 14: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Życie w ekstremalnych warunkach.

• Jak definiujemy warunki ekstremalne?

• Ekstremalne środowiska na Ziemi.

• Ekstremofile – organizmy żyjące w skrajnie ekstremalnych warunkach.

• Czy ekstremofile występują na innych planetach?

Mikrobiologia, ekologia, oceanografia, chemia organiczna i nieorganiczna, geologia

ASTROBIOLOGIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 14

Chryseobacterium greenlandensis

Page 15: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Jak organizmy żywe wpływają na

otoczenie i jak otoczenie wpływa

na organizmy żywe?

• Jaki jest wpływ organizmów

żywych na atmosferę planety?

• Jaki jest wpływ oceanów i

atmosfery na powstanie i

ewolucję organizmów żywych.

Oceanografia, klimatologia

ASTROBIOLOGIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 15

Page 16: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Ochrona środowiska naturalnego

planety.

• Ochrona Ziemi i organizmów żywych na

Ziemi przed wpływem obcych form

życia.

• Bezpieczne przechowywanie próbek z

innych planet/księżyców.

• Czy mikroby z jednej planety mogą

zniszczyć życie na innej planecie?

Epidemiologia, mikrobiologia, etyka,

inżynieria kosmiczna

ASTROBIOLOGIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 16

Page 17: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Ochrona środowiska naturalnego

planety.

• Czy człowiek może odwiedzić

inną planetę i nie wpłynąć na jej

środowisko naturalne?

• Czy powinniśmy terraformować

inne planety?

• Jak przebiegałby proces

terraformowania Marsa?

Epidemiologia, mikrobiologia, etyka,

inżynieria kosmiczna

ASTROBIOLOGIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 17

Page 18: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Najlepsze habitaty według

biologów i według astronomów.

• Jakie są cechy habitatów?

• Gdzie szukać habitatów?

• Jak ewoluują habitaty?

Biologia, astronomia

ASTROBIOLOGIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 18

Page 19: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

ASTROBIOLOGIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 19

Page 20: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Planety pozasłoneczne: jak je

znaleźć i jak ocenić ich potencjał

biologiczny?

• Techniki odkrywania planet

podobnych do Ziemi.

Astronomia

ASTROBIOLOGIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 20

Page 21: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

ASTROBIOLOGIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 21

Page 22: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Biosygnatury

• Biosygnatury ziemskie (w atmosferze, na

powierzchni).

• Biosygnatury wczesnej Ziemi.

• Biosygnatury na planetach

pozaziemskich – metody i możliwości

wykrywania.

• Oznaki cywilizacji technicznych

• Jakie są biosygnatury życia wymarłego?

Czy można takie biosygnatury znaleźć

poza Ziemią?

Astronomia, klimatologia, ekologia

ASTROBIOLOGIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 22

Page 23: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Poszukiwanie i komunikowanie się z

pozaziemską inteligencją.

• Jakich sygnałów oczekujemy?

• Czy jesteśmy w stanie zarejestrować i

poprawnie odczytać sygnały od obcej

cywilizacji?

• Czy powinniśmy odpowiadać na takie

sygnały?

• Jaką informację i w jaki sposób my

powinniśmy wysłać?

Astronomia, telekomunikacja,

kryptografia, lingwistyka, psychologia,

etyka, filozofia, …

ASTROBIOLOGIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 23

Page 24: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Podróże kosmiczne: wpływ

ekstremalnych warunków na zdrowie

fizyczne i psychiczne człowieka.

• Problemy: grawitacja, promieniowanie.

• Problemy: czas podróży, ograniczone

towarzystwo, izolacja, brak możliwości

rezygnacji.

• Problem: ryzyko związane z podróżą,

ewentualny brak możliwości powrotu.

• …

Psychologia, biologia, anatomia,

neuropsychologia, rehabilitacja, …

ASTROBIOLOGIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 24

Page 25: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Czy człowiek może przystosować się

do życia innej planecie?

• Jak żyć na innej planecie bez

terraformowania jej?

• Jak przygotować ludzi do życia na

innej planecie?

• Jak wybrać odpowiednie osoby?

• Jak przebywanie na innej planecie

zmieni ludzi?

Inżynieria kosmiczna, psychologia,

biologia ewolucyjna, ekologia, medycyna

ASTROBIOLOGIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 25

Page 26: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Jaka może być przyszłość życia

na Ziemi i poza nią?

• Czy ziemskie życie w

jakiejkolwiek formie może

przetrwać poza Ziemią?

Astronomia, biologia

ASTROBIOLOGIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 26

Page 27: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

CO TO JEST ŻYCIE?

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 27

Page 28: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

DEFINICJA ŻYCIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 28

• Jest wiele definicji życia, ale żadna nie jest do końca satysfakcjonująca ;

• Niezależnie od kryterium, którego użyjemy do ustalenia definicji zawsze

można znaleźć wyjątki;

• W efekcie – definiujemy życie poprzez podanie własności, które uważamy za

konieczne – życie jest to skomplikowany układ cząstek, daleki od równowagi,

i podlegający prawom termodynamiki.

Page 29: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Co definiuje życie organiczne?

• Metabolizm (ciąg reakcji chemicznych służący do przekształcania atomów i

energii na materiał komórkowy)

• Informacja genetyczna (komórki są nośnikami informacji zawartej w

cząsteczkach DNA, mogą się kopiować i przekazywać te informacje) + mutacje

DEFINICJA ŻYCIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 29

Page 30: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

DEFINICJA ŻYCIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 30

• Definicja NASA (Program Astrobiologii, Gerald Joyce, 1994):

Życie to samopodtrzymujący się system reakcji chemicznych,

podlegający prawom ewolucji Darwina. Darwinizm implikuje modyfikacje –

mutacje materiału genetycznego; ewolucja + naturalna selekcja.

• Poprawiona definicja NASA (Gerald Joyce):

Życie to samopodtrzymujący się system reakcji chemicznych,

podlegający prawom ewolucji Darwina i zdolny do nowatorstwa (które

umożliwia eksplorację nowego środowiska, przetrwanie niekorzystnych zmian,

wygranie wyścigu o zasoby).

Page 31: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Podana definicja jest użyteczna, ale

nie stosuje się do wszystkich

przypadków.

Przykład 1: samoreplikacja i

ewolucja: niektóre kryształy mogą

być uznane za żywe.

DEFINICJA ŻYCIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 31

Page 32: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Przykład 2: Muły – mieszaniec

międzygatunkowy klaczy konia

domowego z ogierem osła.

Najczęściej bezpłodny, tylko ok. 5%

mulic jest płodnych.

DEFINICJA ŻYCIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 32

Page 33: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Przykład 3: Wirusy:

• składają się z dwu głównych składników: kwasów nukleinowych (genom RNA lub DNA) i z białek;

• wykazują dużą różnorodność;

• nie posiada enzymów – brak metabolizmu;

• nie mogą tworzyć swoich własnych protein i nie mogą duplikować swojego materiału genetycznego;

• zwykle przenoszą geny programując do tego polimery, ale polimery muszą być syntetyzowane przez komórki – wirusy nie mogą istnieć bez komórki, nie są autonomiczne i nie mogą się replikować – nie spełniają definicji życia.

DEFINICJA ŻYCIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 33

Page 34: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Przykład 4: Sztuczna inteligencja:

• programy, które naśladują

procesy życiowe – przenoszą i

modyfikują informację

analogicznie jak organizmy

żywe.

• czy sztuczna inteligencja może

być traktowana jak organizm

żywy?

DEFINICJA ŻYCIA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 34

Page 35: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

CZYNNIKI SPRZYJAJĄCE ŻYCIU

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 35

Page 36: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

CZYNNIKI SPRZYJAJĄCE ŻYCIU

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 36

• Podstawowe pierwiastki.

Życie oparte na węglu to jedyna możliwość? (inne: krzem, bor, bor + azot,

siarka, arszenik?)

• Ośrodek/Rozpuszczalnik: woda (inne możliwości: amoniak, metan…)

• Źródło energii: Słońce, energia chemiczna, inne źródła energii ważne dla

życia mld lat temu (stygnąca Ziemia, wulkany).

Page 37: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

OBFITOŚCI PIERWIASTKÓW CHEMICZNYCH ASPLUND ET AL. (2009)

Page 38: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Obfitości pierwiastków chemicznych Asplund et al. (2009)

Light elements BB

Page 39: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Obfitości pierwiastków chemicznych Asplund et al. (2009)

Light elements

Alpha elements

BB

Page 40: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Obfitości pierwiastków chemicznych Asplund et al. (2009)

Light elements

Alpha elements

Iron-peak elements

BB

Page 41: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Obfitości pierwiastków chemicznych Asplund et al. (2009)

Light elements

Alpha elements

Iron-peak elements

Rare-earth elements

Heavy elements

BB

neutron capture

Page 42: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Węgiel – najbardziej wszechstronny

pierwiastek Układu Okresowego

• Ilość – węgiel jest na 4 miejscu pod

względem obfitości we Wszechświecie;

• Najwięcej różnorodnych funkcji na

poziomie molekularnym;

• Zdolność do wiązania się z innymi

atomami C, a także innych pierwiastków

(np. H, O, N, S, również metali);

• Może tworzyć jednocześnie cztery

wiązania i budować długie łańcuchy

atomów.

MATERIA ORGANICZNA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 42

Page 43: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Węgiel :

• Wszechstronność. Bardzo łatwo

łączy się z innymi pierwiastkami i

tworzy rozgałęzienia, niezbędne do

tworzenia sekwencji

nukleotydowych i aminokwasów;

• Podstawa budowy białek i

węglowodanów, DNA, RNA;

• Molekuły oparte na węglu są zdolne

do replikacji i ewoluowania.

MATERIA ORGANICZNA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 43

Page 44: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Węgiel:

• Łatwo rozpuszcza się w wodzie –

woda jest podstawą życia na Ziemi;

• Każda forma obecnie znanego życia

jest oparta na węglu;

• W ośrodku międzygwiazdowym

odkryto ~ 2000 molekuł

zawierających węgiel (molekuł

opartych na krzemie – 8).

MATERIA ORGANICZNA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 44

Page 45: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Krzem przypomina węgiel pod niektórymi

względami:

• również bardzo obfity we

Wszechświecie. Drugi najważniejszy

pierwiastek w skorupie ziemskiej (po

tlenie).

• posiada zdolność do tworzenia

wiązań kowalencyjnych (łańcuchy i

pierścienie).

• może tworzyć molekuły

wystarczająco duże do przenoszenia

informacji genetycznej.

MATERIA ORGANICZNA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 45

Page 46: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Krzem:

• znacznie mniej wszechstronny

niż węgiel (~10:1);

• może się wiązać tylko z kilkoma

pierwiastkami – mała

różnorodność chemiczna

(problem z metabolizmem);

• atomy krzemu są większe, mają

większą masę i promień –

trudności przy wiązaniu się z

innymi atomami.

MATERIA ORGANICZNA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 46

Page 47: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

MATERIA ORGANICZNA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 47

Page 48: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Tlen jest trzecim najbardziej obfitym

pierwiastkiem we Wszechświecie;

Woda występuje na Ziemi i innych

obiektach Układu Słonecznego;

OŚRODEK – WODA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 48

Page 49: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

OŚRODEK – WODA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 49

Page 50: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Zalety wody:

• jest płynna w takim zakresie temperatur, że

możliwe jest zachodzenie większości

organicznych reakcji chemicznych;

• łatwo wiąże się za pomocą wodoru z innymi

molekułami;

• dobry rozpuszczalnik dla wielu molekuł

organicznych;

• jest amfoteryczna, czyli zdolna do reakcji z

kwasami i z zasadami; ma to kluczowe

znaczenie w wielu procesach organicznych i

biochemicznych;

OŚRODEK – WODA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 50

Page 51: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Zalety wody:

• dobry przewodnik;

• ma wysoką pojemność cieplną

(użyteczne przy regulacji

temperatury), duże ciepło

parowania;

• w postaci ciała stałego jest mniej

gęsta niż w stanie płynnym; ma

to wpływ na sposób zamarzania

zbiorników wodnych – a przez to

jest ważne dla organizmów

żywych.

OŚRODEK – WODA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 51

Page 52: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Inne możliwości: amoniak, kwas siarkowy, formamid, metan, etan, ciekły azot…

OŚRODEK

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 52

Page 53: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Amoniak NH3

• obfity we Wszechświecie;

• liczne reakcje chemiczne z

udziałem amoniaku;

• ciekły amoniak ma podobne

własności jak płynna woda;

• może rozpuścić większość

molekuł organicznych a także

metali;

• …

OŚRODEK

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 53

Page 54: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

OŚRODEK

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 54

Amoniak jako podstawa życia:

• Wiązania wodorowe między molekułami są słabe (to określa temperaturę

parowania, napięcie powierzchniowe, ogranicza zdolność do koncentracji

cząstek) – z materii prebiotycznej nie powstałyby organizmy żywe.

• Amoniak jest palny w obecności tlenu i nie może istnieć w sposób trwały w

środowisku odpowiednim dla metabolizmu tlenowego.

Page 55: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Biosfery oparte na amoniaku mogłyby

istnieć w temperaturze i ciśnieniu

powietrza, które są bardzo nietypowe w

porównaniu do Ziemi.

• amoniak jest płynny w temperaturach

od -78° C do -33° C.

• reakcje chemiczne na ogół

przebiegają wolniej przy niższej

temperaturze.

• – życie na bazie amoniaku może

metabolizować wolniej i rozwijać się

wolniej niż życie na Ziemi.

OŚRODEK

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 55

Page 56: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Amoniak: ciekły w wyższych

temperaturach, ale przy znacznie

wyższym ciśnieniu; na przykład, przy

60 atm: -77° C +98° C.

Amoniak może być odpowiedni (?)

dla planet i księżyców orbitujących

poza strefą habitacyjną; np. pod

powierzchnią największego księżyca

Saturna, Tytana.

OŚRODEK

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 56

Page 57: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Metan CH4 i inne węglowodory:

• metan: obfitość podobna do

amoniaku;

• węglowodory: rozpuszczalniki w

dużym zakresie temperatur;

• Woda: lepszy rozpuszczalnik, ale

łatwiej wchodzi w reakcje – może

niszczyć duże molekuły

organiczne; życie oparte na

węglowodorach nie ma tego

problemu.

OŚRODEK

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 57

Page 58: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Metan CH4 i inne węglowodory:

• woda tworzy silne wiązania

wodorowe – problem dla wiązań

wodorowych złożonych cząstek

organicznych; węglowodory – nie

ma tego problemu.

• Węglowodory: Tytan?

OŚRODEK

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 58

Page 59: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

Fotosynteza:

• Podstawowe źródło energii dla

życia na Ziemi

• Fotosynteza: proces wytwarzania

związków organicznych z materii

nieorganicznej;

ŹRÓDŁO ENERGII PROMIENIOWANIE SŁONECZNE: FOTOSYNTEZA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 59

Page 60: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

• Faza jasna: światło jest

absorbowane, jego energia jest

zamieniana na energię wiązań

chemicznych; produkt uboczny –

tlen;

• Faza ciemna: energia wiązań

chemicznych jest używana do

syntezy związków organicznych

ŹRÓDŁO ENERGII PROMIENIOWANIE SŁONECZNE: FOTOSYNTEZA

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 60

Page 61: ASTROBIOLOGIA - swa.edu.plswa.edu.pl/ludzie/eniem/Bioastronomia/Bioastronomia-wyklad1... · chemia organiczna i nieorganiczna, geologia ASTROBIOLOGIA ... fizyczne i psychiczne człowieka.

PODSUMOWANIE

2015-02-23 EN, ASTROBIOLOGIA 61

• Astrobiologia: nauka zajmująca się wszystkimi aspektami życia

we Wszechświecie;

• Definicja życia – problem;

• Organizmy żywe potrzebują materii organicznej, odpowiedniego

ośrodka i energii.