Тому, как могла появиться жизнь на нашей планете и есть ли она за земными пределами, посвящена последняя статья академика РАН Михаила Марова, вышедшая не так давно в научном «Астрономическом журнале» и до последнего времени бывшая неизвестной широкому кругу читателей. Возглавлявший отдел планетных исследований и космохимии ГЕОХИ РАН ученый ушел от нас в прошлом году, а программную статью «Астрономические и космохимические аспекты проблемы происхождения жизни» оставил нам в наследие.
Михаил Яковлевич Маров. Фото: Николай Малахин, «Научная Россия»
Обсуждаемая тема, по словам Марова, междисциплинарна и относится к самым фундаментальным направлениям современного естествознания. Например, к астробиологии, связанной с астрономией и космохимией. Используемые астробиологами новые наземные и космические инструменты открывают возможности наблюдать космические молекулярные облака, околозвездные газопылевые протопланетные диски – «колыбели жизни.
Два источника
Михаил Яковлевич объясняет, что допускает два варианта зарождения жизни на планете: путем абиогенеза (возникновения живых существ из веществ неорганической природы, имевшихся на Земле) и панспермии (зарождении жизни в результате занесения её из космического пространства).
Абиогенез мог возникнуть в ранние геологические эпохи, как говорил основоположник геохимии Владимир Вернадский, – «в процессе геологического круговорота веществ». По словам Марова, в качестве вероятных источников «предбиотических соединений» могли быть теплые мелкие пруды или подводные вулканы. Они могли дать основу процессам метаболизма, копирования и передачи генетической информации.
Однако, рассуждает Маров, вполне возможен другой источник жизни на Земле – это занос ее из космоса. Возможность эффекта панспермии доказывают сегодня метеориты, в которых ученые обнаруживают «кирпичики жизни» – аминокислоты, и даже окаменелости предполагаемых первичных клеточных организмов. Есть еще и третья идея – о возможности сочетания абиогенеза и панспермии в процессах возникновения жизни, которую разделял и Вернадский.
Энергия для жизни
Но что за сложный механизм запустил энергию для того, чтобы все имеющиеся или попавшие на Землю из космоса компоненты эволюционировали и функционировали на нашей планете? «Мы пока далеки от понимания основ зарождения и устойчивого функционирования живой системы, – пишет Маров. – Очевидно, эти процессы происходили на молекулярном уровне в общей эволюционной "стреле времени"».
По его словам, существует разные варианты, которые могут претендовать на роль своеобразных «искорок жизни». К таким одни относят древний мир РНК, другие – молекулу АТФ (аденозинтрифосфата). В частности, в последней коллега Марова, также уже покинувший этот мир академик РАН Эрик Галимов видел основу для создания функционально упорядоченных живых структур. Идея функционального упорядочения, самоорганизации всего в живой природе была близка и самому Михаилу Яковлевичу. Без этого, по его мнению, не могла бы возникнуть жизнь, поскольку все в природе стремится к энтропии, то есть неупорядоченности (или хаосу).
Как-то в разговоре с автором этой статьи Михаил Яковлевич наглядно объяснил, как в природе происходит борьба жизни с хаосом, на примере... чайника. «Когда мы кипятим воду в чайнике, мы создаем более высокую степень ее организации, но стоит его выключить, вода сразу начнет остывать, то есть рассеивать полученную ранее энергию вплоть до выравнивания температуры с окружающей средой. По аналогии с этим можно представить и все живое на Земле: пока в нас есть неравновесное состояние с окружающей природой (к примеру, отличная от нее температура тела), мы живы».
Итак, познакомившись с возможными механизмами зарождения жизни, проследим с Маровым основные пути эволюции. «Вслед за Вернадским современные исследователи считают, что простейшие организмы — эобионты (эобактерии) появились на Земле 4,25 миллиарда лет тому назад, а возникновение механизма фотосинтеза у прокариотных протобионтов относят к периоду 4–3,5 млрд лет назад, – пишет ученый. – При этом огромный вклад в биогеохимические процессы в биосфере внесли цианобактерии: они первыми в мире прокариотов освоили кислородный фотосинтез и обеспечили кислородную функцию биосферы». В течение первых трех миллиардов лет существовал только постепенно усложнявшийся мир бактерий. Первые водоросли и моллюски появились около 1–0,5 млрд лет тому назад, а млекопитающие — лишь в последние 100 миллионов лет. Изменение организмов во времени происходило за счет естественного отбора, известного всем как дарвинизм.
Где еще может быть жизнь в Солнечной системе...
По словам ученого, Земля – единственная планета, которая отвечает совокупности критериев, пригодных для образования жизни.
Ограничением для Венеры, по словам Марова, служит необратимый парниковый эффект, развивающийся с приближением планеты к Солнцу и повышающий температуру у ее поверхности до 475 градусов Цельсия, а давление углекислой атмосферы – до 90 атмосфер. Сообщалось об обнаружении в облаках Венеры фосфина (фосфористого водорода), который, кроме вулканического, может иметь и биологическое происхождение. Однако его наличие не подтвердилось последующими измерениями.
Иная ситуация на Марсе, на котором, судя по остаточным геологическим формам рельефа, ранее существовали благоприятные климатические условия с обилием воды на поверхности. Эти условия, по словам ученого, катастрофически изменились примерно 3,8–3,6 млрд лет тому назад, оставив безводную пустынную поверхность и разреженную атмосферу. Однако Марс все еще продолжает волновать воображение ученых возможностью обнаружить следы жизни или хотя бы палеожизни — ископаемые остатки микроорганизмов.
К традиционно задаваемому вопросу «Есть ли жизнь на Марсе?» сравнительно недавно добавился еще один вопрос: «Есть ли жизнь на спутниках Юпитера и Сатурна?». Для астробиологов, как отметил Михаил Маров, особый интерес представляют их подповерхностные глубинные океаны. Например, океаны глубиной до 100 км предполагаются на юпитерианских лунах – Европе и Ганимеде.
«Особенно большой интерес вызывает Европа, о водном океане которой глубиной 50–100 км под ледяным панцирем толщиной 10–15 км свидетельствует анализ особенностей морфологии удивительно сглаженной поверхности, а также выбивающиеся сквозь трещины водяные гейзеры», – пишет Маров. По его словам, океан может быть теплым, а обнаружение у Европы заметного магнитного поля указывает на то, что он еще и соленый. «В такой вполне благоприятной среде могла зародиться жизнь, обнаружение которой становится одной из наиболее актуальных задач будущих космических миссий», – отметил ученый.
Водяные гейзеры обнаружены и на поверхности совсем небольшого спутника Сатурна Энцелада. А вот другой его спутник — Титан привлекает внимание за счет имеющихся на нем озер метана, этана и других углеводородов, которые могли послужить основой более сложных органических соединений. «Круговорот метана (на Титане) с испарением в атмосферу и последующим обратным выпадением на поверхность практически аналогичен круговороту воды на Земле, с которым непосредственно связано происхождение биосферы», — пишет академик.
...и на экзопланетах
Помимо земной эволюции существует эволюция галактическая. Согласно модельным расчетам, галактическая зона обитаемости, где возможно существование жизни земного типа, ограничена кольцом шириной от 7 до 9 килопарсек (1 кпк = 1000 пк = 3258 световых лет — авт.) от центра Галактики. Именно в этом кольце, по словам Михаила Марова, находятся звезды, сформировавшиеся 8–4 млрд лет назад, включая наше, которое расположено в рукаве Ориона на расстоянии 8 кпк от центра Млечного Пути. В указанной кольцеобразной области сосредоточено большинство (75%) звезд, у которых могут существовать планеты, на которых возможна жизнь, и эти звезды старше Солнца в среднем на 1 млрд лет. «Отсюда следует, что пик возникновения жизни в Галактике пройден», – делает вывод академик.
Однако появились новые перспективы в астробиологии, связанные с открытием на рубеже прошлого и нынешнего столетий экзопланет. Всего за четверть века было открыто около 5000 экзопланет самого различного типа, примерно две трети которых принадлежат планетным системам.
4000 экзопланет были открыты космическим телескопом «Кеплер» (NASA). Наличие планеты у звезды он определял по периодическим изменениям яркости последней, вызываемым прохождениями перед ней планеты. Кроме такого метода, пишет Маров, ученые возлагают надежды на астрометрический метод, основанный на изменении собственного движения звезды под гравитационным воздействием планеты, и космические телескопы-интерферометры.
Пока, по словам ученого, из-за инструментальных ограничений обнаружено немного планет, близких по своим параметрам к Земле. Например, пять планет, вращающиеся вокруг солнцеподобной звезды Kepler-444, удаленной от нас на 117 световых лет, представляют собой скальные горячие планеты, одна из которых похожа по размерам на Меркурий, другая на Венеру, а остальные три на Марс. Обращаются они вокруг своей звезды с периодами в пределах 10 земных суток.
По вариациям блеска звезды, пишет Маров, удалось определить соотношение водорода и гелия — ключевого параметра при суждении о продолжительности звездной эволюции. Таким образом, возраст Kepler-444, а значит, и ее планетной системы составляет 11,2 млрд лет, то есть они образовались вскоре после рождения Вселенной, возраст которой составляет 13,7 млрд лет.
«Если допустить, что на других подобных планетах, но с более благоприятными климатическими условиями могла возникнуть жизнь и ничто не помешало ее эволюции, трудно даже вообразить, как далеко вперед от Земли такая жизнь ушла бы в своем развитии», – отмечает ученый.
Другой самой близкой к Земле по климатическим условиям оказалась планета Kepler-22b с равновесной температурой 262 K (-11,15 градуса Цельсия) и периодом обращения 289,86 дней. Ее размер более чем вдвое превышает земной. Из открытых землеподобных планет, находящихся в зонах обитаемости своих звезд, большой интерес, по словам Марова, также представляют близкие по размерам Венере и Земле планеты Kepler 20e и Kepler 20f. Они даже названы кузинами Земли и имеют максимальный на сегодняшний день индекс подобия Земле (Earth Similarity Index, ESI).
Справка «МК». Kepler-20f — экзопланета (миниземля), обращающаяся вокруг звезды Kepler-20, которая находится в созвездии Лира. По размеру она ненамного, но всё же больше Земли (1,034 R Земли). Масса — 0,66 массы Земли. Её орбита является четвёртой по счёту от родительской звезды, планета относится к классу миниземель. Год на планете длится 19 земных дней.
Экзопланета Kepler-20е в созвездии Лира по размерам меньше Земли. Её орбита располагается второй по счёту от родительской звезды, однако она находится очень близко к светилу, из-за чего её эффективная температура должна достигать 760 градусов Цельсия, что выше температуры Венеры и вполне достаточно, чтобы расплавить стекло. Относится к классу миниземель. Год на планете длится 6 земных дней.
Поиск внеземных цивилизаций
Интересны рассуждения академика Марова о жизни за пределами нашей Галактики. По его мнению, развитие жизни от примитивного состояния до рождения интеллекта – чрезвычайно сложный процесс, который происходит далеко не на всех планетах.
Астрономы, по его мнению, приложили немало усилий по поиску разума в иных мирах. Он вспоминает пионерскую работу Ж. Коккони и Ф. Моррисона, которые предложили в качестве наиболее подходящего диапазона для межзвездных коммуникаций длину волны линии нейтрального водорода. Было также множество оригинальных проектов и наблюдений с использованием все более мощных радиотелескопов и анализаторов сигналов (в частности, большой вклад внесли отечественные астрономы Всеволод Троицкий, Иосиф Шкловский, Николай Кардашев).
«К сожалению, положительных результатов получено не было», – констатирует ученый. Более детальный анализ делает, по его словам, ситуацию еще менее оптимистичной. Если использовать для оценки числа технологически развитых цивилизаций в Галактике известную формулу Дрейка в виде мультипликативного соотношения вероятностных критериев, то единственная цивилизация, существующая в нашей Галактике, — земная.
Справка «МК». Согласно формуле американского радиоастронома Фрэнка Дрейка, число внеземных цивилизаций N составляет:
N = RPNeLCT
R — число ежегодно образующихся звезд во Вселенной;
Р — вероятность наличия у звезды планетной системы;
Ne — вероятность того, что среди планет имеется планета земного типа, на которой возможно зарождение жизни;
L — вероятность реального зарождения жизни на планете;
С — вероятность того, что разумная жизнь пошла по техногенному пути развития, разработала средства связи и желает вступить в контакт;
T — усредненное время, на протяжении которого желающая вступить в контакт цивилизация посылает радиосигналы в космос, чтобы связаться с нами.
Однако тот факт, что общее число звезд во Вселенной достигает порядка 10 в 22 степени, продолжает, по его словам, стимулировать усилия исследователей.
В частности, многие, опираясь на формулу Дрейка, учитывают большую неопределенность, которую вносит в нее величина L – «продолжительность существования цивилизации». Они отмечают, что с учетом размера Галактики (100000 световых лет) и продолжительности существования цивилизации (L Земли = 10000 лет) времени для установления контактов недостаточно. Именно этой диспропорцией можно объяснить отсутствие контактов.
«Аналогией служат появление и схлопывание пузырей на поверхности лужи во время дождя, – говорит Михаил Маров. – Если учесть, что расстояние между “пузырями” достигает сотен и тысяч световых лет и посланный сигнал не успевает достичь адресата, не говоря уже об установлении двусторонней связи. При этом мы оставляем в стороне философский вопрос о желании продвинутой цивилизации в силу эгоцентризма установить контакт с себе подобной или отставшей в развитии, скажем, на тысячи лет».
Эти вопросы, по словам ученого, так же, как понятие разума, сходства и различия социальных сообществ, подробно обсуждаются сегодня в работах ученых всего мира.
Несмотря ни на что, Михаил Яковлевич все-таки дает в конце статьи надежду на возможное установление контакта при помощи ошеломляющих успехов в развитии информационных технологий, биотехнологий, молекулярной биологии, биохимии и других наук. И завершает рассуждение цитатой Артура Кларка: «...Самая любопытная отрасль науки — исследование космоса... Чем лучше мы будем узнавать Вселенную, тем больше сюрпризов получим от нее. Взять хотя бы вопрос о существовании разумных существ. Не думаю, чтобы эти существа были подобны человеку. Может быть, у них три руки или три глаза — не знаю, на этот вопрос ответит будущее, но то, что они есть в других мирах, несомненно».
Автор: Наталья Веденеева
Источник фото: Николай Малахин, «Научная Россия»
