113 - जीवन की संभावित उत्पत्ति26 जुलाई, 2017जनरल फ्रांकोइस रोडियर
[नीचे दिया गया पाठ मेरे द्वारा प्रस्तुत एक शोध प्रस्ताव का फ्रेंच अनुवाद है, जिसका उद्देश्य अंतरिक्ष स्टेशन पर DECLIC प्रयोग का उपयोग करके जीवन की उत्पत्ति का अध्ययन करना है]
प्रथम अध्ययन प्रयास
मेनार्ड स्मिथ और इओर्स सज़ाथमरी (1) के अनुसार, जीवन की उत्पत्ति का अध्ययन करने का पहला गंभीर प्रस्ताव एआई ओपरिन (1924) और जेबीएस हाल्डेन (1929) के कारण था। उनका तर्क था कि यदि प्रारंभिक वातावरण में मुक्त ऑक्सीजन की कमी थी, तो पराबैंगनी प्रकाश और बिजली के निर्वहन द्वारा प्रदान की गई ऊर्जा का उपयोग करके विभिन्न प्रकार के कार्बनिक यौगिकों को संश्लेषित किया जा सकता था।
1953 में, हेरोल्ड उरे की सलाह पर, स्टेनली मिलर ने पानी, मीथेन और अमोनिया युक्त एक बाड़े के माध्यम से विद्युत निर्वहन करके इस परिकल्पना का परीक्षण किया। इसने न्यूक्लियोटाइड सहित विभिन्न प्रकार के कार्बनिक यौगिकों का उत्पादन किया, जिनसे आरएनए और डीएनए बने हैं।
हालाँकि, आवश्यक अणु अनुपस्थित थे या केवल बहुत कम सांद्रता में प्राप्त हुए थे। सबसे बढ़कर, उत्पन्न प्रतिक्रियाओं में विशिष्टता का अभाव था, जिससे यह समझना मुश्किल हो गया कि पॉलिमर, जिनके रासायनिक बंधन बहुत विशिष्ट हैं, कैसे बने होंगे।
1988 और 1992 के बीच प्रकाशित लेखों की एक श्रृंखला में, गुंटर वाच्टरशॉसर ने सुझाव दिया कि प्रतिक्रियाएँ आवेशित सतह से जुड़े आयनों के बीच हो सकती हैं। विपरीत संकेतों के आवेशों के बीच आकर्षण के कारण विलयन में आयन आवेशित सतहों से जुड़ जाते हैं। वे समान अभिविन्यास बनाए रखते हुए सतह पर धीरे-धीरे आगे बढ़ सकते हैं, जिससे रासायनिक प्रतिक्रियाओं की गति और विशिष्टता दोनों बढ़ जाती है।
शोधकर्ताओं ने हाल ही में दिखाया है कि अणुओं को तरल की छोटी बूंदों में सीमित करने से प्रतिक्रियाओं की गति में काफी सुधार होता है, जो प्रीबायोटिक रसायन विज्ञान (2) में अनुप्रयोगों का सुझाव देता है। ये परिणाम जीवन की संभावित उत्पत्ति के रूप में हाइड्रोथर्मल वेंट की पुष्टि करते हैं, लेकिन पानी के महत्वपूर्ण बिंदु (3) का कोई उल्लेख नहीं किया गया है।
स्व-संगठन और आलोचनात्मकता
पिछले 50 वर्षों में, इस बात के प्रमाण एकत्रित हुए हैं कि स्व-संगठन प्रक्रियाएँ तब घटित होती हैं जब आकर्षण बल प्रतिकर्षण बल को संतुलित करते हैं। वे तथाकथित क्रांतिक तापमान पर क्रिटिकल ओपेलेसेंस की स्थिति में तरल पदार्थों में देखे गए निरंतर चरण संक्रमण के समान प्रकृति के होते हैं। इस सादृश्य को सबसे पहले पेर बक एट अल द्वारा पहचाना गया था। (4), तथाकथित 1/एफ शोर की सर्वव्यापकता के संबंध में। उन्होंने इस प्रक्रिया को "स्व-संगठित आलोचनात्मकता" कहा।
खगोल भौतिकी में तारा निर्माण एक विशिष्ट उदाहरण है। जींस की अस्थिरता जो तारों को बनने की अनुमति देती है, वास्तव में उसी प्रकृति की है जो गंभीर ओपेलसेंस का कारण बनती है। दोनों मामलों में, घनत्व में उतार-चढ़ाव एक शक्ति कानून (तथाकथित 1/एफ शोर) का पालन करता है, जैसा कि नए सितारों के प्रारंभिक द्रव्यमान के वितरण से पता चलता है।
अपनी पुस्तक "द सेल्फ-ऑर्गनाइजिंग यूनिवर्स" में एरिच जंत्श (5) ने दिखाया कि संपूर्ण ब्रह्मांड घटनाओं के समान अनुक्रमों के बाद स्वयं-व्यवस्थित होता है। एक धीमी "मैक्रोएवोल्यूशन" जिसके दौरान बड़ी संरचनाएं तीव्र "माइक्रोएवोल्यूशन" के साथ वैकल्पिक रूप से संघनित होती हैं, जिसके दौरान नए प्राथमिक घटक बनते हैं। चित्र 1 इस प्रक्रिया का सारांश प्रस्तुत करता है। इस योजना के बाद, तारा निर्माण वृहत विकास का हिस्सा है। यह हीलियम जैसे नए परमाणुओं के निर्माण को गति प्रदान करता है जो हाइड्रोजन से भारी होते हैं। हीलियम का निर्माण सूक्ष्म विकास का हिस्सा है।
अंजीर। 1. एरिक जैंटश (1980) के अनुसार ब्रह्मांड का स्व-संगठन
पेर बाक के बाद, जेंट्स्च के वृहत विकास को एक सतत चरण संक्रमण के रूप में देखा जा सकता है और उसके सूक्ष्म विकास को अचानक चरण संक्रमण के रूप में देखा जा सकता है, दूसरे शब्दों में पूरे ब्रह्मांड के विकास को एक "महत्वपूर्ण बिंदु" के आसपास दोलन करने वाली प्रक्रिया के रूप में देखा जा सकता है (चित्र 2 देखें)। ).
स्व-संगठन और ऊर्जा अपव्ययइल्या प्रिगोगिन ने दिखाया कि स्व-संगठन विघटनकारी संरचनाओं की एक विशेषता है, यानी ऐसी संरचनाएं जो ऊर्जा के स्थायी प्रवाह की उपस्थिति में अनायास प्रकट होती हैं। जीवित प्राणी या बेनार्ड कोशिकाएँ विघटनकारी संरचनाएँ हैं।
विघटनकारी संरचनाएं थर्मल मशीनों की तरह व्यवहार करती हैं: वे यांत्रिक कार्य करने के लिए तापमान अंतर का उपयोग करती हैं। थर्मोडायनामिक्स के दूसरे नियम के अनुसार जिसे कार्नोट के सिद्धांत के रूप में जाना जाता है, यह केवल परिवर्तनों के चक्रों के बाद ही संभव है। पहली थर्मल मशीनों ने मात्रा में बड़े बदलाव प्राप्त करने के लिए पानी के तरल-वाष्प संक्रमण का उपयोग किया।
ऑटोमोबाइल इंजन अधिक कुशल होते हैं क्योंकि वे समान मात्रा में परिवर्तन उत्पन्न करने के लिए बहुत बड़े तापमान अंतर का उपयोग करते हैं। हालाँकि, बेनार्ड कोशिकाओं जैसी प्राकृतिक थर्मल मशीनों का उत्पादन करने के लिए बहुत कम तापमान भिन्नताएं पर्याप्त हैं। यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण बिंदु के पास सच है जहां बहुत छोटे तापमान अंतर बहुत बड़ी मात्रा में भिन्नता उत्पन्न करते हैं।
पानी का महत्वपूर्ण बिंदुपानी का क्रांतिक दबाव 220 बार और क्रांतिक तापमान 374°C है। समुद्र जैसे खारे पानी में, क्रांतिक बिंदु 2.200 मीटर से थोड़ा अधिक गहरा होता है, जबकि हाइड्रोथर्मल वेंट पर तापमान आसानी से 374 डिग्री सेल्सियस से अधिक हो जाता है।
2.200 मीटर से नीचे स्थित एक हाइड्रोथर्मल स्रोत के पानी पर विचार करें और जिसका तापमान 374 डिग्री सेल्सियस से थोड़ा अधिक है। इसका घनत्व आसपास के पानी की तुलना में कम होने के कारण, यह एक संवहनशील प्लम बनाता है। चढ़ाई के दौरान इसका दबाव कम हो जाता है। इसका तापमान एक पल के लिए अपने पर्यावरण की तुलना में अधिक रहता है, जब तक कि ठंडा नहीं हो जाता, यह संवहन लूप को बंद करते हुए स्रोत की ओर उतर जाता है। कुछ बिंदु पर, पानी संघनन क्षेत्र तक पहुँच जाता है। महीन बूंदें बनती हैं। फिर तरल पानी धीरे-धीरे और लगातार बिना बुलबुले बने वाष्प पानी में परिवर्तित हो जाता है।
अंजीर। 2. ऊपर की सतह क्रांतिक बिंदु के आसपास पानी की स्थिति को दर्शाती है।
धूसर क्षेत्र संघनन क्षेत्र है।
चित्र 2 एक संवहन प्लम में पानी की स्थिति को दर्शाता है क्योंकि यह महत्वपूर्ण बिंदु के चारों ओर एक चक्र का वर्णन करता है, जैसा कि तीर द्वारा दर्शाया गया है। जबकि तरल से गैस में संक्रमण निरंतर होता है, गैस से तरल में संक्रमण अचानक होता है। समय-समय पर, पानी संघनित होता है, जिससे तरल पानी की बारीक बूंदें बनती हैं जो तब तक बढ़ती रहती हैं जब तक कि पानी पूरी तरह से तरल न हो जाए। फिर यह हाइड्रोथर्मल स्रोत की ओर डूब जाता है जहां इसे महत्वपूर्ण तापमान से ऊपर गर्म किया जाता है। इसके बाद यह लगातार गैस के बुलबुले बनाए बिना वाष्प में परिवर्तित होता रहता है।
क्रांतिक बिंदु के निकट गैस के द्रव में संघनन को “क्रिटिकल ओपेलेसेंस” कहा जाता है। वहां बहुत बड़े घनत्व में उतार-चढ़ाव देखा जाता है, जो सूक्ष्म बूंदों के निर्माण के लिए अनुकूल स्थिति है। समुद्र में अन्य अणु भी संघनित हो सकते हैं। ध्रुवीय अणु बूंद की सतह के सापेक्ष समान अभिविन्यास बनाए रखेंगे, इस प्रकार ध्रुवीय बंधनों को बढ़ावा मिलेगा। ये परिस्थितियाँ जटिल कार्बनिक अणुओं के निर्माण के लिए विशेष रूप से अनुकूल हैं।
जीवन की उत्पत्ति के परीक्षण की संभावना
यद्यपि ऊपर वर्णित स्थितियाँ जटिल कार्बनिक अणुओं के निर्माण के लिए उपयुक्त हैं, ऐसी प्रतिक्रियाओं के होने की संभावना कम रहती है जब तक कि वही स्थिति बहुत लंबे समय तक दोबारा न हो।
हम मोटे तौर पर अनुमान लगा सकते हैं कि एक संवहनी प्लम में पानी का परिसंचरण समय एक दिन के क्रम का होता है, जबकि एक सक्रिय पनडुब्बी ज्वालामुखी का जीवनकाल दस लाख डी 'वर्ष के क्रम का होता है। इस प्रकार समान स्थितियों को कई लाख बार दोहराया जा सकता है। यह स्पष्ट है कि यदि इस प्रक्रिया को प्रयोगशाला में दोहराया जाना है, तो इसमें काफी तेजी लानी होगी।
DECLIC अनुभव ऐसा अवसर प्रदान करता है। DECLIC अंतरराष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पर एक अनुभव है। एक संस्करण का उद्देश्य पानी के महत्वपूर्ण बिंदु के निकट रासायनिक प्रतिक्रियाओं का अध्ययन करना है। इसका भारहीन वातावरण तीन दशमलव स्थानों की सटीकता के साथ इसके पूरे आयतन में समान रूप से महत्वपूर्ण परिस्थितियों का उत्पादन करना संभव बनाता है। इन स्थितियों को समायोजित करना संभव होना चाहिए ताकि वे दिनों के बजाय सेकंडों में महत्वपूर्ण बिंदु के चारों ओर चक्कर लगा सकें। जीवन की उत्पत्ति की स्थितियों की तुलना में, इससे प्रक्रिया में परिमाण के कम से कम 5 क्रमों की गति आएगी, संभवतः यह देखते हुए कि प्रयोग की स्थितियाँ लगातार महत्वपूर्ण बिंदु के बहुत करीब रखी जाएंगी।
यदि समय के साथ प्रतिक्रिया कक्ष की रासायनिक संरचना का पालन करना संभव है, तो हमें कुछ महीनों में पुन: उत्पन्न करने और उन रासायनिक प्रतिक्रियाओं का निरीक्षण करने में सक्षम होना चाहिए जिनके होने में लाखों वर्ष लगे। हम दृढ़तापूर्वक सुझाव देते हैं कि इस तरह के अनुभव को DECLIC कार्यक्रम में शामिल किया जाना चाहिए।
फ्रेंकोइस रॉडियर
1जॉन मेनार्ड स्मिथ और इओर्स सज़ाथमरी, जीवन की उत्पत्ति, ऑक्सफोर्ड (1999)।
2 अली फल्लाह-अराघी एट अल। सॉफ्ट इंटरफेस पर उन्नत रासायनिक संश्लेषण: माइक्रोकम्पार्टमेंट में एक सार्वभौमिक प्रतिक्रिया-अवशोषण तंत्र।
3K. रुइज़-मिराज़ो, सी. ब्रियोन्स, और ए. डे ला एस्कोसुरा, प्रीबायोटिक सिस्टम्स केमिस्ट्री: जीवन की उत्पत्ति के नए परिप्रेक्ष्य, केम। रेव 114, 285 (2013)।
4 प्रति बक, चाओ तांग, और कर्ट विसेनफेल्ड, स्व-संगठित आलोचनात्मकता: 1/एफ शोर का एक स्पष्टीकरण, भौतिक। रेव पत्र 4, खंड. 59 (1987)
5 एरिच जैंटश, द सेल्फ-ऑर्गनाइजिंग यूनिवर्स, पेर्गमॉन (1980)।
[यह प्रस्ताव ईएसए के पूर्व वैज्ञानिक निदेशक रोजर बोनट द्वारा समर्थित है]।