Книга: Двигатели жизни. Как бактерии сделали наш мир обитаемым

Глава 11. Бактерии на Марсе и бабочки на Венере?

Глава 11. Бактерии на Марсе и бабочки на Венере?

В науке немного вопросов настолько же фундаментальных, как вопрос: «Одни ли мы в этом мире?»

Ответ на этот вопрос, возможно, навсегда изменит наши представления о самих себе. Если мы не одни, то какие формы жизни еще существуют? Как они возникли? Каковы условия на их родной планете? Пытаясь понять, как возникла жизнь на нашей планете и как получилось, что различные случайно образовавшиеся наномеханизмы оказались внедрены во все организмы, когда-либо существовавшие и продолжающие жить на Земле, мы также спрашиваем себя: «Возможно ли, что подобные же наномеханизмы возникли и на других планетах нашей Солнечной системы или на планетах, обращающихся вокруг других звезд в далеком космосе? И если да, то как мы можем это выяснить?»

С тех пор как Галилей обнаружил, что луны Юпитера обращаются вокруг этой планеты и что Земля не является центром Вселенной, мы прошли долгий путь к осознанию того, что наша планета – всего лишь островок жизни в океане небесного тумана. Для нас почти невозможно во всей полноте осознать порядки величин, необходимые, чтобы достичь границ света, испускаемого звездами, которые были рождены в одном изначальном взрыве около 14 млрд лет тому назад. Хотя наши телескопы стали невероятно сложными приборами, глядящими в бесконечное пространство, их разрешение все так же не позволяет разглядеть планеты, находящиеся в нескольких световых годах от нас, как и разрешение лучших телескопов в начале XXI столетия. Мы можем видеть, как объекты движутся, и оценить их размеры, но по-прежнему не можем сказать, существует ли жизнь вне Земли. Мы по-прежнему так и не знаем, одни ли мы во Вселенной.

Исходя из научных данных (которые лишь немногие люди до конца понимают, если понимают вообще) теперь принято считать, что Вселенная расширяется и что она содержит в себе миллиарды галактик. Однако на данный момент мы можем утверждать, что наша планета, судя по всему, является уникальной. Это единственная из всех известных нам планет, где существует жизнь. И каждая мельчайшая частица этой жизни обязана своим существованием тем микроорганическим наномеханизмам, что вырабатывают газы, являющиеся прямым признаком существования жизни. Эта планета не только пригодна для обитания – она обитаема.

Вопрос об исключительности Земли преследовал меня почти всю жизнь, как и многих из нас. Это вопрос, который задают многие дети по всему миру, когда глядят на звезды и гадают, как зародилась жизнь на нашей планете. Это вопрос, на который возможно найти ответ, и этот ответ, несомненно, заключен в истории эволюции микроорганизмов и их наномеханизмов, создавших глобальный электронный рынок, который в свою очередь изменил состав планетарной атмосферы, а тем самым и саму планету.

В нашей Солнечной системе есть две соседние с нами планеты, которых мы можем достичь в обозримый период времени при помощи спускаемых аппаратов с ракетным двигателем, – Венера и Марс. Сейчас эти две планеты очень сильно отличаются от Земли, но, возможно, около трех миллиардов лет тому назад это было не так.

Хотя масса Венеры составляет немногим больше 80 % массы Земли, на ее поверхности нет жидкой воды. В настоящий момент Венера покрыта чрезвычайно плотным слоем углекислого газа, выбрасываемого тысячами вулканов. Слой газов настолько толстый, что атмосферное давление на поверхности Венеры приблизительно в 100 раз превышает земное. Если бы мы оказались на поверхности Венеры, то испытали бы на себе давление, сравнимое с тем, что существует в земных океанах на глубине 1000 м. Нас расплющило бы до одной десятой нашего нынешнего размера. Правда, при этом мы бы еще и сварились.

Поскольку углекислый газ принадлежит к числу парниковых, его толстый слой задерживает и поглощает солнечное излучение, делая Венеру самым жарким местом в нашей Солнечной системе. Там настолько жарко, что свинец на ее поверхности сразу бы расплавился. Однако существуют свидетельства того, что в своей ранней истории Венера была гораздо холоднее и, возможно, на ее поверхности имелась жидкая вода. Существовала ли там когда-либо жизнь – вопрос открытый, но в настоящий момент ввиду чрезвычайно высокой температуры на ее поверхности и изменениям, произошедшим в рельефе, весьма маловероятно, что беспилотный посадочный модуль сможет найти какие-либо свидетельства некогда существовавшей там жизни. С Марсом, однако, другая история.

Сегодня Марс – очень холодная и сухая планета с очень тонким слоем атмосферы. Однако она также гораздо меньше Земли, и в ее радиоактивном ядре закончилось топливо, разогревавшее внутренности планеты в достаточной степени, чтобы извергать наружу углекислый и другие газы, столь необходимые для жизни. На Марсе сколь-нибудь значимая вулканическая активность отсутствует уже более 500 млн лет. Его поверхность покрыта лавовыми потоками от прежних вулканических извержений и частицами песка и пыли, а также усеяна валунами и кратерами. На протяжении нескольких десятилетий Марс был первоочередной целью для проектов по изучению внеземной жизни. Судя по всем параметрам, жизнь могла бы развиться и на Марсе, и на Венере, так же как и на Земле, – но, по-видимому, только Земля выиграла в этой лотерее.

Хотя мы, возможно, и одержимы стремлением все контролировать, вместе с тем мы чувствуем себя неуверенно и желаем удостовериться в том, что если мы разрушим эту планету, то сможем найти себе дом на одной из соседних. Марс кажется наиболее подходящим кандидатом для этой цели.

В 1975 году, шесть лет спустя после того, как человек впервые в истории ступил на поверхность Луны, НАСА с трехнедельным промежутком отправило к Марсу два спутника. Эти два космических аппарата, «Викинг-1» и «Викинг-2», были на то время самым амбициозным предприятием в космической программе. Каждый из них состоял из двух составляющих – орбитальной станции и спускаемого модуля. За последующие четыре года орбитальные станции сделали более 50 тысяч фотографий Марса и картировали поверхность планеты. Модули тоже не были просто объектами для демонстрации – они были экипированы инструментами, предназначенными для поиска признаков жизни на красной планете, существующей сейчас или существовавшей в прошлом. Говоря конкретнее, эти инструменты были сконструированы для поиска свидетельств существования микроорганизмов посредством отслеживания в марсианской почве газов, которые те потенциально могли вырабатывать, а также выяснения, какие типы органических соединений они могли потреблять или синтезировать.

Биологические аспекты программы были крайне амбициозными. Проект возглавлял Джеральд (Джерри) Соффен – биолог, прошедший обучение в Принстоне. Во время Второй мировой войны Джерри, безоружный шофер санитарной машины американской армии, говоря на идише с кливлендским акцентом, сумел убедить взвод немецких солдат сдаться, чтобы избежать истребления наступающими советскими войсками. Имея такой опыт, ему было нетрудно убедить руководство НАСА в необходимости попытки доказать существование – нынешнее или в прошлом – жизни за пределами Земли.

На тот момент отправка «Викингов» на Марс стоила более миллиарда долларов. Джерри собрал научный консультативный совет, в который вошли Джошуа Ледерберг и Гарольд Юри. Более того, ему хватило прозорливости распорядиться, чтобы инженеры построили такую аппаратуру, которая сможет работать в экстремальных марсианских условиях, позаботившись о том, чтобы она была достаточно легкой для запуска в космос, но и достаточно прочной, чтобы противостоять многолетнему облучению мощными дозами радиации. Эти жесткие условия было не так просто выполнить.

Несмотря ни на что аппаратура функционировала превосходно; были взяты образцы марсианской почвы на признаки органического вещества, которое было бы первым указанием на существование жизни. Первоначальные результаты были мучительно многообещающими, однако после более глубокого изучения стало очевидно, что на поверхности Марса нет явных признаков жизни, ни нынешней, ни существовавшей в прошлом. Единственное, что удалось найти, – это свидетельства существования жидкой воды и вулканической активности, двух ингредиентов, которые некогда почти наверняка способствовали формированию жизни на Земле. На протяжении последующих десятков лет главным лозунгом НАСА стало: «Следуйте за водой». С тех самых пор мы следуем этому указанию. За прошедшие годы было реализовано еще несколько программ по исследованию Марса, однако к настоящему моменту так и не удалось найти убедительных свидетельств существования там жизни.

Команда «Викинга» поняла, что существует по меньшей мере одна потенциальная – и потенциально решаемая – проблема, связанная с поиском доказательств существования жизни на Марсе. Эта проблема заключается в занесении заражения с нашей собственной планеты. Тот или иной микроорганизм неизбежно должен был проникнуть «зайцем» на запускаемом спутнике. НАСА приняло все меры, чтобы этого не произошло при поиске жизни посредством спускаемой на планету аппаратуры. Посадочные модули «Викингов» были простерилизованы и тщательно исследованы, чтобы – если признаки жизни на Марсе будут все же обнаружены – не оказалось, что мы попросту фиксируем деятельность наших собственных «пассажиров» с Земли. Однако проблема становилась еще более значимой в случае доставки образца с Марса с целью изучения на Землю.

На третьем этаже штаб-квартиры НАСА в Вашингтоне, округ Колумбия, есть кабинет с возбуждающей воображение табличкой: «Офис планетарной защиты» (Planetary Protection Officer, PPO). В обязанности главы этого подразделения входит контроль за тем, чтобы была минимизирована возможность микробиологического заражения наших спускаемых аппаратов на Марсе и других планетах, лунах, бывших планетах и им подобных. Также этот чиновник должен следить за тем, чтобы, в случае если мы доставляем на Землю образцы с этих небесных тел, они не послужили причиной нашей гибели или необратимых изменений на нашей планете. Это увлекательная работа, и я уверен, что она дает возможность говорить грандиозные тосты на вечеринках с коктейлями; однако, кроме того, это работа серьезная, и для того есть свои причины.

Если мы все же найдем доказательства жизни на Марсе, следует ли нам также ожидать, что эволюционные процессы и здесь приведут к появлению в точности такого же строения наномеханизмов? Это весьма и весьма маловероятно, разве что наши предки были родом с Марса и перенеслись на Землю с каким-нибудь метеоритом, или наоборот. Такое предположение может показаться слегка натянутым, но метеориты марсианского происхождения действительно находят на Земле. Один из наиболее знаменитых был обнаружен в 1984 году в Антарктиде группой геологов, путешествовавших на снегоходах через район Алан-Хиллз. Далеко не сразу удалось определить, что этот четырехфунтовый кусок скалы не является обычным метеоритом.

Метеорит Алан-Хиллз, обозначаемый ALH84001, ведет свое происхождение от марсианских горных пород, сформировавшихся около 4,1 млрд лет тому назад. Этот метеорит был вышвырнут из гравитационного поля Марса в результате столкновения с другим метеоритом и приземлился на Землю около 13 тысяч лет тому назад. Понадобилось около десяти лет, чтобы осознать потенциальную значимость этой находки. В 1996 году Дэвид Маккей и его коллеги из Джонсоновского космического центра НАСА, расположенного в Техасе поблизости от Хьюстона, на основе микроскопического анализа метеорита предположили, что он содержит свидетельства существовавшей на Марсе жизни.

Каковы же были эти свидетельства? Их можно распределить по нескольким направлениям. Прежде всего, в метеорите были найдены микроскопические гранулы солей угольной кислоты. Формирование углекислых солей на Земле требует присутствия воды. На тот момент мысль о том, что на Марсе в ранние эпохи могла иметься вода, была довольно шокирующей, но еще более шокирующим был тот факт, что в этих карбонатных гранулах были обнаружены мельчайшие червеобразные структуры, напоминавшие ископаемые микроорганизмы. Это, несомненно, поражало; структуры были настолько малы, что было трудно поверить в то, что они действительно могут представлять собой ископаемые микроорганизмы. Ни один из известных микроорганизмов на Земле не был настолько мал, как эти структуры, найденные в метеорите, и простые вычисления подсказывали, что, если бы такие клетки действительно существовали, их геном был бы невероятно модернизирован. Тем не менее существовала и третья линия доказательств, основанная на присутствии в веществе метеорита очень мелких зерен магнетита – оксида железа, который часто находят в геологических разрезах. Форма этих зерен настолько совершенна, что они напоминают продукт жизнедеятельности магнитотактических бактерий. Более того, эти бактерии при вырабатывании магнетита формируют внутри своих клеток крошечные цепочки кристаллов этого минерала, напоминающие микроскопические нити жемчуга, – такие магнетитовые нити позволяют бактериям чувствовать магнитное поле. Так вот, некоторые из найденных в метеорите магнетитовых кристаллов выстроены в цепочки, очень напоминающие те, что обнаруживаются в магнитотактических бактериях. Они, судя по всему, представляют собой наиболее сильный довод в пользу существования жизни на Марсе.

Статья, описывающая предполагаемые доказательства существования жизни на Марсе, была опубликована 6 августа 1996 года в журнале Science – одном из самых уважаемых научных журналов в мире. Она, несомненно, привлекла внимание читателей и снова пробудила огромный интерес к поискам жизни на красной планете. Тогдашний президент Соединенных Штатов Билл Клинтон через день после выхода в свет статьи созвал пресс-конференцию на Южной лужайке Белого дома, заявив: «Сегодня этот камень под номером 84001 говорит с нами через разделяющие нас миллиарды лет и миллионы миль.

Рис. 38. Вверху: электронная микрофотография цепочки магнитных (магнетитовых) частиц. Они выстроены внутри бактерии и формируют магнетосому – структуру, позволяющую клетке чувствовать направление магнитного поля. Такие структуры чрезвычайно малы, характеризуются совершенной формой и высокой упорядоченностью; они вырабатываются и контролируются бактерией. (Публикуется с разрешения Ацуко Кобаяси.) Внизу: сделанная под сканирующим электронным микроскопом микрофотография полированного образца из метеорита Алан-Хиллз (ALH84001). В верхнем правом углу обнаруживается цепочка продолговатых магнетитовых частиц (показана стрелкой). Такая структура аналогична тем, которые находят в магнитотактических бактериях. (Публикуется с разрешения Я. Вешхоса и К. Аскаско.)

Он говорит о возможности жизни. Если это открытие подтвердится, оно, несомненно, станет одним из самых ошеломляющих научных открытий относительно окружающей нас Вселенной. Трудно себе представить, настолько далеко идущими и впечатляющими будут его последствия. И хотя это открытие обещает нам дать ответы на некоторые из самых давних наших вопросов, оно тут же ставит новые, еще более фундаментальные». Это выступление появилось на передовицах всех ведущих газет мира и обозначило новое направление деятельности НАСА.

Хотя интерпретация микроскопических структур в метеорите Алан-Хиллз остается чрезвычайно неоднозначной, она привлекла большое внимание к двум ключевым вопросам науки: «Где впервые возникла жизнь?» и «Одни ли мы во Вселенной?» Многие ученые добавляют также: «Не марсиане ли мы?» Джо Киршвинк порой принимается доказывать, что вся жизнь на Земле произошла в результате заражения нашей планеты организмами, занесенными с марсианским метеоритом.

Последующие анализы ALH84001 трудно примирить с нашими знаниями о том, что такое жизнь. Большинство геологов сейчас отказались от идеи о том, что этот метеорит содержит убедительные следы ископаемых микроорганизмов, однако процесс, который привел к возникновению идеально оформленных магнетитовых цепочек, остается загадкой. В любом случае открытие этого метеорита, несомненно, послужило стимулом для новых поисков потенциальных следов существовавшей ранее или ныне существующей жизни на Марсе.

Джерри Соффен убедил руководителя НАСА Дэна Голдина послать на Марс новые посадочные модули и развернуть поиски жизни в других местах Вселенной. Однако чтобы удостовериться в том, что для НАСА это не будет просто преходящим интересом, Джерри убедил НАСА разработать программу по астробиологии и в 1998 году курировал создание Астробиологического института НАСА. Одной из наиболее интересных и сложных задач, поставленных перед этим институтом, был поиск свидетельств существования жизни в границах нашей Солнечной системы и за ее пределами.

В новом тысячелетии НАСА успешно доставило на поверхность Марса несколько новых вездеходов, и каждый последующий из них был оборудован все более сложной аппаратурой, предназначенной для поиска следов жизни. Было приложено множество усилий, чтобы найти такие газы, как метан или закись азота, наличие которых указывает, хотя и не бесспорно, на существование микробиотической жизни. До настоящего момента не было получено положительных результатов, не говоря уже об окончательных выводах. Эти исследования будут продолжаться на протяжении последующих десятилетий; также планируется доставить образцы марсианской почвы и горных пород на Землю для более тщательного анализа. Эти исследования требуют большого напряжения инженерной мысли, и нам удалось многое узнать о марсианской истории. Однако вместе с тем мы смотрим дальше вперед, не переставая задаваться вопросом: «Одни ли мы во Вселенной?»

В 1972 году в рамках программы «Аполлон» НАСА запустило первый телескоп космического базирования. Этот инструмент фиксировал ультрафиолетовое излучение, которое не доходит до поверхности Земли вследствие того, что атмосфера поглощает большую часть излучения в этой части спектра. Это положило начало серии самых значительных открытий относительно нашей Вселенной с тех пор, как Галилей впервые описал луны Юпитера.

Телескопы предназначены для того, чтобы распознавать свет; однако, не имея помехи в виде земной атмосферы, космические телескопы могут получать изображения очень отдаленных объектов в хорошем разрешении. Они способны обнаруживать чрезвычайно малые различия в свете звезд нашей Галактики Млечный Путь.

В 1988 году три канадских астронома, Брюс Кэмпбелл, Гордон Уокер и Стивенсон Янг, сообщили о периодических изменениях длин волн излучения двойной звезды Гамма Цефея, расположенной на расстоянии приблизительно 45 световых лет от Земли. Системы двойных звезд содержат две звезды, обращающиеся вокруг общего центра масс; они встречаются довольно часто. Изменение длин волн, зафиксированное астрономами, было результатом того, что регистрируемый свет доходил то быстрее, то медленнее в результате доплеровского смещения. Ученые предположили, что причиной доплеровского смещения является планета, вращающаяся вокруг одной из звезд и тем самым принуждающая звезду изменять собственную орбиту. Они назвали эту планету «Гамма Цефея Ab». Их сообщение было встречено скептически, и лишь в 2002 году оно подтвердилось. Гамма Цефея Ab была первой планетой, обнаруженной за пределами нашей Солнечной системы, однако к 2014 году имелось уже около двух тысяч подтвержденных сообщений о планетах вне Солнечной системы, и каждый год открываются сотни новых. Однако как узнать, есть ли на планете жизнь? Все они находятся настолько далеко, что мы не сможем доставить вездеходы даже на ближайшую из таких планет ни при нашей жизни, ни при жизни наших детей, внуков и правнуков. Давайте рассмотрим, почему.

Два спутника, «Вояджер-1» и «Вояджер-2», запущенные в 1977 году, в настоящий момент покидают пределы нашей Солнечной системы, пролетев около 18 млрд километров со средней скоростью около 500 млн километров в год, или около 35 тысяч миль в час. При такой скорости они смогут достичь ближайшей к Земле звезды Проксима Центавра, находящейся на расстоянии 4,2 световых года от нас, приблизительно через 80 тысяч лет. Не думаю, что мы готовы ждать так долго, чтобы выяснить, одни ли мы во Вселенной, особенно если у этой звезды не окажется обитаемых планет. К счастью, у астрономов имеются и альтернативные методы поиска жизни за пределами нашей Солнечной системы.

Один из них связан с только что упоминавшимся доплеровским смещением света звезды из-за изменений ее орбиты, вызванных соседством обращающегося вокруг звезды небесного тела. Этот метод достаточно однозначен: любая звезда, вокруг которой обращается планета, сама тоже имеет орбиту. Орбита планеты может быть обнаружена по изменениям длины световых волн, возникающим в спектральных линиях звезды. Когда звезда смещается немного в нашу сторону (то есть в сторону нашего космического телескопа), спектральные линии смещаются в сторону голубой части спектра (более короткие волны). Когда она удаляется, спектральные линии смещаются в сторону красной части спектра (более длинные волны). Чем крупнее планета, тем заметнее этот эффект, поэтому большинство планет, обнаруженных на настоящий момент, являются гигантами наподобие Юпитера или Сатурна. Масса этих планет в сотни раз превышает массу Земли, и на большинстве из них нет суши или океанов – они состоят из газа. Трудно себе представить, чтобы на таких планетах могла существовать жизнь.

Однако имеется и другой метод опознавания планет. Он основан на невообразимо крошечном количестве света, который блокируется, когда планета проходит перед звездой. Как ни трудно в это поверить, и космические, и наземные телескопы способны фиксировать этот момент так называемого транзита, даже в случае звезд, находящихся от нас на расстоянии десятков световых лет, что по астрономическим меркам означает практически у нас во дворе. Принцип измерений относительно прост: когда планета проходит перед звездой, свет звезды немного менее ярок, чем тогда, когда планета находится с другой стороны от звезды. Разница в количестве света, зафиксированном при наличии и при отсутствии планеты между звездой и нашим телескопом, предоставляет основу для расчета размеров планеты: чем крупнее планета, тем больше света она блокирует. Если определить размер планеты исходя из ее транзита и массу планеты исходя из доплеровского смещения за счет орбитальной скорости, то по соотношению этих двух величин – массы и размера – можно сделать заключение о плотности планеты.

Планеты с большой плотностью – это скалистые планеты, наподобие нашей, и на скалистых планетах потенциально может существовать жизнь. Но есть и еще несколько характеристик, которые мы можем выяснить, используя результаты наблюдений с помощью телескопа. Одной из важнейших среди них является время, затрачиваемое на транзит планеты вокруг своей звезды. Земля, третья по счету планета от Солнца, имеет период обращения 365,26 земных солнечных суток. Для Венеры эта цифра составляет 224,7 суток, в то время как Марс совершает полный оборот вокруг Солнца за 697 земных солнечных суток. Фактически, если рассмотреть периоды обращения всех планет нашей Солнечной системы, время их обращения имеет прямую связь с расстоянием между планетой и Солнцем независимо от массы планеты. Самый большой период обращения имеет Нептун (поскольку Плутон больше не считается планетой) – 60 200 земных суток, что соответствует приблизительно одному обороту за 164 земных года. Другими словами, один человек за свою жизнь не успеет увидеть полный оборот Нептуна вокруг Солнца. Как бы там ни было, если время транзита планеты связано с ее удаленностью от звезды, то мы можем определить, сколько солнечного излучения планета может потенциально получать, – а это очень важная информация.

Два наших ближайших соседа, Венера и Марс, больше не имеют на своей поверхности жидкой воды. На одной из планет для этого слишком жарко, на другой слишком холодно. В нашем же умеренном мире совершенная планета Земля смогла сохранить относительно постоянную температуру, что позволило воде на ее поверхности оставаться в жидком состоянии на протяжении всего известного нам времени. Одна причина этого заключается в том, что мы находимся не слишком близко к нашей звезде, другая – в том, что парниковые газы в нашей атмосфере со временем внесли свои коррективы. И это само по себе примечательно.

Три миллиарда лет тому назад, когда Солнце светило не так ярко, концентрация парниковых газов, и в первую очередь углекислого газа и метана, была, по-видимому, гораздо выше. На Венере концентрация углекислого газа продолжала возрастать, поскольку вулканы выбрасывали этот газ в атмосферу. Из-за этого вода испарялась, и в верхних слоях атмосферы водяной пар под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца разлагался, образуя водород и кислород. Водород, будучи самым легким из элементов, вероятно, вырывался за пределы гравитационного поля планеты, и его уносило в открытый космос. Кислород в таком случае должен был вступать в реакцию со скальными породами на поверхности планеты. В результате этих процессов океаны Венеры со временем должны были выкипеть. Нечто подобное с большой вероятностью происходило на этой планете на протяжении нескольких миллиардов лет, пока наша звезда медленно нагревалась и увеличивала яркость своего свечения. Однако наша планета обитаема более четырех миллиардов лет, в то время как на Марсе и Венере больше нет жидкой воды.

Одной из причин, по которым жидкая вода так надолго осталась на поверхности Земли, явилось взаимодействие между эволюцией микроорганизмов и развитием земной атмосферы. По мере того как микроорганизмы постепенно развивали глобальный электронный круговорот, газовый состав атмосферы менялся. Углекислый газ из атмосферы был удален, и часть его (около 20 %) превратилась в органические соединения и захоронена в горных породах. В то же время кислород, не являющийся парниковым газом, накапливался. Благодаря этим изменениям на Земле смогла появиться животная жизнь.

Хотя мы можем быть совершенно уверены в том, что на Венере при существующих там сейчас условиях бабочки не водятся, а скорее всего, никогда и не водились, но все же – есть ли за пределами нашей Солнечной системы планеты, на которых существует жизнь? И если да, что может послужить этому свидетельством?

Если бы мы могли определить состав атмосферы планеты наряду с ее массой и расстоянием от ее звезды, то имели бы потенциальную возможность заключить, существует ли жизнь за пределами нашей Солнечной системы. Как ни удивительно, эта задача, по-видимому, вполне выполнима. Самый простой метод определить состав атмосферы планеты – это воспользоваться прохождением планеты перед звездой, которая с точки зрения наблюдателя будет в этот момент в затмении. На протяжении затмения свет от звезды будет просвечивать через тонкую пленку планетарной атмосферы. Атмосферные газы поглощают свет, и разница в спектрах излучения звезды самой по себе и во время затмения ее планетой может быть использована для вычисления газового состава атмосферы планеты. Существуют несколько сложных методов, при помощи которых можно убрать сияние звезды на заднем плане и очень точно определить спектр света, зафиксированного телескопом. Однако для таких измерений требуются не только значительные капиталовложения в аппаратуру, но также большое количество драгоценного времени телескопических наблюдений. Ввиду этого мы обладаем гораздо меньшим количеством информации об атмосферах внесолнечных планет, нежели о самих этих планетах. Мы смогли различить атмосферы планет, содержащие водяной пар, угарный газ (CO) и углекислый газ (CO2), метан и даже ацетилен. Большинство этих планет являются газовыми и расположены очень близко к звезде. Они имеют большие размеры и очень высокую температуру. Ни одна из обнаруженных до сих пор планет не находится в обитаемой зоне своих звезд, и ни одна не годится в кандидаты на возможное существование на ней жизни, но это почти наверняка должно измениться на протяжении следующих десяти с чем-то лет, поскольку мы открываем все новые планеты, а наши наблюдательные приборы становятся все более сложными.

Критерием того, может ли на внесолнечной планете существовать жизнь, служит равновесное состояние газового состава атмосферы. Термин «равновесное состояние» предполагает, что образование этих газов может быть отнесено исключительно за счет геологических условий на планете. Так, например, на Земле вулканы извергают углекислый газ и метан, а под влиянием жара от Солнца жидкая вода испаряется вне зависимости от того, есть ли на планете жизнь; сами по себе эти газы не могут служить индикаторами наличия жизни. Тем не менее изменение состава нашей атмосферы микроорганизмами задолго до появления растений и животных дает нам некоторое представление о том, какие газы следует искать на внесолнечных планетах в обитаемой зоне – том месте, где планета находится в достаточной степени близости к своей звезде, чтобы вода на ее поверхности могла сохраняться в жидком состоянии.

Одним из очевидных индикаторов является присутствие молекулярного кислорода, которое привело на Земле к образованию стратосферного озонового слоя. Обнаружение озона на планете земного типа в пределах обитаемой зоны будет сложно объяснить чем-то, кроме присутствия там жизни. Озон не принадлежит к числу газов, которые могут вырабатываться любым из механизмов, понимаемых нами под условиями поддержания равновесного состояния. Еще одним кандидатом, не входящим в равновесное состояние, является веселящий газ (N2O). Если в атмосфере планеты земного типа будут обнаружены и веселящий газ, и метан, это почти наверняка будет указывать на наличие жизни.

В январе 1613 года, через четыре года после того, как Галилей открыл, что луны Юпитера вращаются вокруг этой планеты, он обнаружил в нашей Солнечной системе другую планету, которую нельзя было увидеть невооруженным глазом. Эта планета, Нептун, находится на расстоянии 4,5 миллиарда километров от Земли и так же, как и Земля, вращается вокруг Солнца. Спустя четыреста лет астрономы установили, что в одной галактике Млечный Путь имеется около 144 миллиардов планет. И хотя эта цифра может быть неточна, в известной Вселенной насчитывается более 100 миллиардов галактик. Таким образом, вероятность того, что мы одни в этом мире, поистине мала. Если жизнь существует только на нашей планете, это означает, что Земля выиграла в лотерее жизни из более чем 1022 возможных исходов. Я бы поставил на то, что и в нашей собственной Галактике имеются другие победители, помимо нас, – но я никогда не бьюсь об заклад.

С учетом имеющихся шансов открытие газов, далеких от равновесного состояния, на планете земного типа в обитаемой зоне почти неизбежно. Такое открытие будет играть преобразующую роль для нас как представителей человеческой расы. Оно заставит нас задуматься над тем, что делает нашу планету такой исключительной и вместе с тем, возможно, не такой уж и исключительной. Однако при этом оно приведет нас к пониманию того, что жизнь может появляться независимо во многих местах множество раз. Мы будем знать, что некоторые из наномеханизмов возникли и в других местах, чтобы начать перемещение электронов по поверхности планеты и тем самым изменить газовый состав атмосферы. И хотя мы никогда не сможем утверждать это с уверенностью, мы можем предполагать, что именно комплекс микроорганизмов сделал эту планету благоприятной для жизни и, возможно, даже для высших форм жизни.

Построенные нами модели филогенетического древа жизни ограничиваются этой планетой. Трудно поверить в то, что мы можем иметь общего предка с формами жизни на планетах, расположенных на расстоянии многих световых лет отсюда. Однако если это так, возможны ли несколько вариантов ответов на вопрос о происхождении жизни?

Жизнь, отпущенная на волю, должна найти способ существовать и на другой планете. Но как?

Пока функционируют основные системы, на этой планете будут оставаться некоторые реакции, сохраняющиеся независимо от всей остальной жизни в небесном тумане. Эти системы включают в себя геологическую рециркуляцию некоторых веществ, необходимых для жизни организмов. На Земле таким процессом является тектоника. Никто не говорит, что это единственный процесс, однако это единственный из известных нам процессов, работающий во временных масштабах миллиардов лет. Также сюда должна входить и атмосфера или какая-либо жидкая среда, выполняющая роль проводника, объединяющего метаболизм всех организмов на всей поверхности планеты.

Жизнь на Земле одновременно и хрупка, и устойчива. Я совершенно уверен, что на этой планете живут бабочки и что эти хрупкие с виду организмы существуют здесь уже более двухсот миллионов лет. Однако, как и мы, они зависят от микроорганических механизмов, обеспечивающих их существование. Поблагодарим же микробов за то, что они превратили этот комочек грязи посреди звездной пыли Вселенной в замечательное место обитания для своих чрезмерно выросших родичей – животных и растений, временно украшающих собой эту мельчайшую пылинку, которую они арендуют у своих микроорганических предков, сохраняющих ее для своих потомков.

Цепь взаимосвязанных случайностей, которые привели к возникновению жизни, несомненно, не откроется нам во время поездки на лифте в нью-йоркской многоэтажке. Однако такие случайности позволяют нам исследовать мир, в котором мы живем, и искать жизнь за пределами нашей планеты – там, откуда идет к нам свет далеких звезд и их планет. Удастся ли нам найти «разумную» жизнь – вопрос другой. Разумная жизнь, возможно, является очень редким товаром в окрестностях нашей Галактики. Она появилась на Земле лишь за последнюю пару миллионов лет, и только на протяжении последнего столетия нам удалось разработать технологии, которые преобразовали планету навсегда.

Если мы одиноки, то нам следует понять и принять свою уникальность. Если мы не одиноки, то нам следует быть скромнее. В любом случае скажу вам как один эукариот другим эукариотам: все мы являемся макроскопическими организмами и наше существование стало возможным только благодаря эволюции микроскопических наномеханизмов, появившихся давным-давно у микроорганических форм жизни. Они – наши истинные предки и настоящие служители жизни на Земле.