Пять главных вопросов о жизни на Земле: Как они могут предопределить направление поисков в других мирах?

Ученые нашли жизнь в самых холодных, самых жарких, самых, казалось бы, не подходящих для этого уголках нашей Земли. Область дальнейшего поиска – Марс, Титан и все, что за ними.

Путешествуя по Солнечной системе, вы нигде не увидите столь удивительных картин, как на Титане, самом большом спутнике Сатурна. На просторах в сотни километров поверхность планеты устилают пустыни с наметенными ветром дюнами стометровой высоты. На фотографиях, сделанных за последние два года с космического корабля Cassini, видны также речные русла, когда-то прорезанные потоками жидкого метана. Когда в 2005 году зонд Huygens весом 315 кг отделился от корабля Cassini и сел на поверхность планеты, под ним оказалось вещество, напоминающее по своей консистенции влажный песок. Атмосфера Титана оказалась в 10 раз плотнее земной и состояла из сложных органических молекул.

«В астробиологическом плане Титан — самое любопытное место во всей Солнечной системе, — говорит Питер Уард, руководитель исследований, ведущихся в вашингтонском университете на гранты NASA. — Мы пока еще нигде не видели таких странных химических раскладов. Если на Титане обнаружится жизнь, это будут, судя по всему, по-настоящему инопланетные существа».

В течение последних нескольких лет такие космические аппараты, как Cassini, предоставили нам широкие возможности внимательно разглядеть инопланетные пейзажи. Поиски жизни по всей Солнечной системе набрали обороты и вышли на новый уровень. С другой стороны, если верить некоторым ученым, самые глубокие и принципиальные выводы можно сделать на основании исследований, которые выполняются на Земле. Жизнь обнаружена здесь во множестве совершенно не приспособленных для нее закоулков — от Южного полюса до горячих источников.

Если мы сможем понять факторы, благодаря которым жизнь процветает на нашей планете, легче будет разобраться с условиями, при которых она может развиваться и в других уголках космоса. Какие формы способна принимать жизнь? Ответ на этот вопрос — это ответ, есть ли у нас живые соседи за пределами нашей планеты, и если есть, то где их искать — в Солнечной системе или еще дальше.

Как жизнь зародилась на Земле?

3 июля 2005 года космический корабль Deep Impact выпустил 400-килограммовый зонд, оставив его прямо на пути следования кометы Tempel 1, которая в это время неслась по своей орбите со скоростью 37 000 км/ч. Произошло столкновение, и зонд выбил в поверхности кометы воронку, а фонтан обломков рассеялся по окружающему космическому пространству. Это аккуратно спланированное событие фотографировалось камерами с корабля Deep Impact, а полученные фотографии исследователи изучают до сих пор. В результатах этой искусственной катастрофы они надеются найти намек на разгадку тайны, как же впервые образовалась жизнь на нашей Земле. Если мы поймем, как микробы зацепились за поверхность нашей планеты, легче будет искать планеты с правильной совокупностью необходимых условий. Вся жизнь на Земле построена из одних и тех же кирпичиков. Белки состоят из веществ, известных нам как аминокислоты. Все гены формируются из молекул (нуклеотидов), крепящихся к хребту из фосфатов и сахара (рибоза).

Главные загадки начинаются с вопроса, когда и как эти вещества попали на Землю. По всем прикидкам, жизнь могла зародиться от 4,55 (время зарождения планеты) до 3,45 (самая древняя не подлежащая сомнению датировка ископаемых земных микробов) миллиардов лет тому назад. Где-то в этом интервале какие-то компоненты жизни могли быть занесены на Землю кометой наподобие Tempel 1. Ученые, анализирующие результаты экспедиции Deep Impact, уже выяснили, что фонтан вещества, выброшенный из кратера, в изобилии содержит органические молекулы, из чего можно сделать вывод, что в составе самой кометы представлены существенные количества этих жизненно важных веществ.

Необходимое для жизни сырье могло самопроизвольно образоваться и на Земле. Два года назад ученые смогли искусственно получить рибозу, помогающую сформировать хребет ДНК. При синтезе были воспроизведены химические условия, которые могли бы сложиться в пустынях нашей планеты, когда она была еще молода.

Последняя часть головоломки — вопрос, как из уже упомянутых кирпичиков вдруг сложилась непростая конструкция пусть даже самых примитивных живых объектов. Некоторые исследователи предполагают, что океанские волны забрасывали обогащенную органикой воду на болотистые равнины приливной зоны, где жгучее солнце и ритмичный прибой действовали наподобие катализаторов в этом биохимическом реакторе. Другие думают, что жизнь зародилась в гуще илистых отложений вдоль хребтов, пролегавших по дну океана. В этих зонах из трещин в земной коре выделялись богатые энергией минеральные вещества.

«Эти загадки напоминают огромный пазл. Мы вытряхнули из коробки все фишки, и некоторые из них нам уже удалось соединить, — говорит Брюс Раннегар, научный директор Института астробиологии NASA. — Уже сложились отдельные кусочки неба и кое-что по краям, но пока еще неведомо, что же все-таки нарисовано на картинке».

По мере того, как в этой загадочной картинке начинают вырисовываться новые и новые фрагменты, она все точнее указывает направление поиска жизни за пределами нашей планеты. Четыре миллиарда лет назад на Марсе, судя по всему, была теплая, влажная атмосфера, а это значит, что там вполне могла зародиться жизнь. Но если всё, что необходимо для зарождения жизни, это смесь определенных ингредиентов и какой-либо источник энергии, тогда жизнь могла бы возникнуть и в менее гостеприимных мирах, например на Титане. Если глубже понять роль комет, удастся, может быть, оценить, на каких планетах из других солнечных систем наиболее вероятно существование жизни. Если окажется, что кометы служат транспортом, доставляющим на планеты ключевые химические компоненты, тогда астрономам нужно искать такие планетные системы, которые окружены густыми облаками комет.

Нужна ли для жизни вода?

Как мы знаем, для жизни необходима какая-либо жидкость. В газообразной среде молекулы носятся так быстро, что уже не способны участвовать в достаточно сложных химических реакциях, необходимых для существования жизни. В твердых телах, напротив, они вообще не способны двигаться. Жидкость — это растворитель, абсолютно необходимый для протекания жизненных процессов; именно благодаря этому растворителю молекулы способны совершать разнообразные движения, входя в контакт друг с другом.

Земля — довольно сырое место. Почти вся она покрыта океанами, озерами и реками. Ее атмосфера забита облаками, насыщена паром. Водой на километры вглубь пропитана земная кора, и континентальные платформы плавают на водяной смазке. У нас во всех жизненных процессах в качестве жидкого растворителя выступает вода — будь то в пустыне или в толще скальных пород. Значит ли это, что лишь вода способна поддерживать жизнь, или же просто жизнь на нашей планете воспользовалась для своих нужд самым доступным из подходящих для этой цели веществ?

Этот вопрос — один из самых обсуждаемых в науке астробиологии. Теоретически возможно, чтобы для какой-либо экзотической формы жизни на основе атомов углерода таким универсальным носителем послужил бы жидкий природный газ или еще какой-либо углеводород. А если жизнь будет строиться не на углероде, а на каком-либо другом элементе, скажем, на кремнии, она сможет развиваться и в среде с жидкостями другого типа.

Сегодня поиск жизни сосредотачивается в тех местах, где существует или когда-либо существовала вода в жидком состоянии. Однако некоторые астробиологи полагают, что не следует безосновательно сужать свое поле зрения. «Откуда вы знаете, что стратегия с лозунгом ‘ищи воду!' не закрывает нам глаза на возможные более экзотические проявления жизни, которые вообще не нуждаются в воде?» — спрашивает Стивен Беннер из Фонда прикладных исследований в сфере молекулярной эволюции. Марс — это единственная планета с бесспорными свидетельствами существования воды. Еще вода имеется на спутнике Юпитера Европе и, вполне возможно, запасами воды располагает еще одна луна Юпитера — Энцелад. Однако на других небесных телах могут быть и другие жидкости, способные поддерживать жизнь. Над Юпитером висят облака из жидкого аммиака. Венера скрыта под одеялом из серной кислоты. На фотографиях Титана можно увидеть что-то очень похожее на озера жидкого метана.

Может ли жизнь существовать без Солнца?

Шахты Южной Африки обычно интересуют охотников за золотом и алмазами. Туллис Онстотт, геомикробиолог из Принстонского университета, отправился туда за другим сокровищем — он ищет жизнь, которая питалась бы ядерной энергией. Онстотт и его коллеги собирали образцы воды, которые просачивались в старые шурфы. Эти образцы отправлялись в лабораторию, где их анализировали на предмет наличия микроорганизмов. Обнаруженные в этой воде микробы обитали на глубине более 5 км под землей в среде, которая никоим образом не была связана с поверхностными водами. «Зона, в которой мы проводили исследования, — говорит Онстотт, — "