Неминуема ли во Вселенной жизнь?

Понятие «зоны обитаемости», или «полосы жизни» возникло уже в первые годы поисков космических цивилизаций и с тех пор неустанно подвергалось уточнению, расширению, осмыслению. Ведь ее определение существенно зависит от того, как мы представляем себе возникновение жизни, а эти наши представления меняются из года в год.

Понятно, что одним из важнейших условий, необходимых для зарождения жизни (по крайней мере, в том виде, в котором мы ее знаем), является вода. Между тем наличие воды на планете зависит прежде всего от поверхностной температуры, а она — от энергии, получаемой планетой от центральной звездной системы, то есть в конечном счете от удаленности планеты от этой звезды.

Еще в 1978 году астроном Харт прямым расчетом показал, что если бы орбита Земли проходила всего на 5 процентов ближе к Солнцу; первичная вода, некогда выделившаяся в виде горячего пара из земных вулканов, не смогла бы сконденсироваться в океаны и моря. В результате не произошло бы связывание углекислоты, и земная атмосфера была бы так насыщена этим «парниковым газом», что поверхность Земли своей раскаленностью напоминала бы поверхность нынешней Венеры.

Напротив, проходи орбита Земли на 1 процент дальше от Солнца, она получала бы от него так мало энергии (в «молодости» Солнце их!учало процентов на десять меньше, чем сейчас), что вода, хоть и сконденсировавшаяся, превратилась бы в мощные, многокилометровой толщины ледники, а вся поверхность Земли — в подобие нынешней Антарктиды. Поистине «зона обитаемости» в нашей системе — узкий пролив меж Сциллой и Харибдой.

Современная наука расширила список условий, то ли способствующих, то ли и впрямь необходимых, пока еще трудно судить, для возникновения жизни. Сегодня нам, например, известно, что существование такого большого спутника, как Луна, вызывающая на Земле огромные приливы и отливы, было важным фактором, способствовавшим выходу жизни на сушу и, как следствие, ее усложнению. Но Луна скорее всего появилась в результате соударения юной Земли с другим космическим телом планетарных размеров, а такие столкновения должны быть обычным явлением в ходе образования малых планет в любых звездных системах, это, собственно, и есть путь их образования. Так что можно надеяться, что появление крупных Лун — тоже явление рядовое для любой системы, не уникальное.

Сегодня известно также, что углекислота имеет тенденцию химически связываться с минералами, образуя карбонаты, и если бы не непрерывная подвижка материков (точнее, так называемый дрейф тектонических плит, несущих на себе земные материки), углерод так и оставался бы связанным в глубинах, и возникновение жизни было бы крайне затруднено, а то и вообще невозможно. Например, на Венере такой тектонической подвижности, судя по всему, нет. А у Марса для этого слишком мала масса.

Рисунок Н. Ершова

Нет — ни на Венере, ни на Марсе — и такого мощного магнитного поля, как на Земле. Между тем это магнитное поле защищает поверхность Земли и возникающую на ней жизнь от УФ-излучения Солнца и потоков высокоэнергетических частиц из космоса, которые в противном случае эту жизнь давно бы убили. Не случайно ученые с такой тревогой говорят сейчас об ускорившемся в последнее время уменьшении земного магнитного поля, что предвещает очередной, давно назревший переворот магнитных полюсов Земли и в ходе этого переворота — длительный спад магнитного поля почти до нуля.

Если верить расчетам того же Харта (а некоторые ученые их оспаривают), то Земле повезло также и с массой. Будь она хотя бы на 10 процентов тяжелее, утверждает Харт, и парниковый эффект на ней был бы так велик, что она не сохранила бы жидких океанов. А будь она хотя на 6 процентов менее массивна, не сохранила бы озона, жизненно необходимого для защиты от УФ-излучения и космических лучей.

На небесах — брег Титана

Титан — второй по величине спутник во всей Солнечной системе, состоящий из обширной ледяной оболочки и небольшого каменного ядра. Лишь в середине девяностых годов астрономы сумели обнаружить инфракрасные «окошки» в окружающих Титон облаках. Вот тогда с помощью Космического телескопа имени Хсббла и были сделаны фотоснимки, по которым составили первую карту поверхности спутника.

Оказалось, что здесь, среди морей из метана и этана, — их наличие подтвердили наблюдения, проведенные недавно с помощью радиотелескопа в Аресибо, — вздымаются несколько континентов, покрытых льдом. Первые данные, полученные зондом «Кассини», убеждают в том, что на Титане продолжается тектоническая деятельность. Природные условия Титана напоминают те, что царили на Земле в канун зарождения жизни. Вот только температура совсем не такая, как на Земле: минус 179 градусов по Цельсию. Как пишет российский астроном Леонид Ксанфомалити, «Титан — это мир глубокого холода; по сравнению с ним климат морозных пустынь Морса представляется испепеляющим зноем».

Многие тайны Титана раскроются в ближайшие месяцы, когда на его поверхность опустится автоматический зонд «Гюйгенс». В общей сложности «Гюйгенс» и доставивший его на орбиту Сатурна «Кассини» должны передать на Землю около полумиллиона изображений Сатурна и Титана. «Гюйгенс» даже оснащен микрофоном, который позволит услышать, что творится на поверхности Титана.

Как подчеркнул в интервью «Известиям» ученый секретарь Института космических исследований РАИ Александр Захаров,"изучение Титана очень важно. Возможно, полученные данные приблизят нас к ответу на вопрос о происхождении жизни на Земле". По некоторым предположениям, на Титане можно даже найти простейшие органические молекулы.

Другие барьеры для возникающей жизни нашел московский ученый Леонид Ксанфомалити. Он указал на критическую роль наклона плоскости орбиты — например, на нашем Уране этот наклон так велик, что каждое его полушарие целых полгода охвачено полярной ночью. А ведь растениям для фотосинтеза нужна энергия также и ночью. Слишком эксцентрическая орбита тоже влечет за собой затяжные сезоны. Как полагают некоторые ученые, жизнь возникает вблизи горячих источников на дне океанов, и это значит, что ее необходимой предпосылкой является активный подводный вулканизм.

Заметим, впрочем, что в этом вопросе, как и во многих других, относящихся к внесолнечным планетам, представления очень быстро меняются. Скажем, большая масса не всегда противопоказана жизни, даже планеты с массой в шесть — восемь раз больше Земли могут оказаться ее колыбелью, потому что именно такие планеты имеют большой шанс стать сплошными "водными мирами", то есть быть целиком покрытыми стокилометровой глубины океанами. Этот пример учит, что в таких плохо изученных пока вопросах нужно прежде всего избегать слишком категорических суждений, они могут оказаться слишком поспешными.

Самую главную опасность для существования жизни составляет выход из узкой, как шель, "зоны обитаемости". И опасность эта — двояка. Во- первых, малая планета может возникнуть слишком далеко или слишком близко от звезды. А во-вторых, малая планета, даже родившись, по везению, в "подходящем" месте, может быть впоследствии выброшена оттуда блуждающим по системе гигантом — вспомним судьбу Плутона и всех миллионов несостоявшихся планеток "Пояса Койпера". Вот почему среди множества компьютерных расчетов, производимых в последние годы теоретиками, "обсчитывающими" новооткрытые планетные системы около других звезд, значительная доля работ посвящена вычислению того, существуют ли в той или иной системе устойчивые орбиты малых планет, находящиеся в "зоне обитаемости" и не поддающиеся динамическому воздействию гигантов.

По мере роста наших знаний о внесолнечных планетах число таких расчетов и их точность растет, и нет сомнения, что в ближайшем будущем мы будем гораздо лучше понимать, при каких обстоятельствах, в каких именно звездных системах могут существовать землеподобные планеты, находящиеся на устойчивых орбитах внутри зоны обитаемости, то есть внутри "полосы жизни". Но означает ли это, что в таких системах может существовать жизнь, подобная нашей?

Попробуем дерзнуть. Встанем на место Творца и попытаемся создать жизнь. Что нам для этого нужно?

Строительные кирпичи нам известны. Биохимики давно установили, что все белки, необходимые для жизнедеятельности, состоят из простейших кирпичиков, так называемых аминокислот. А все длинные, как цепи, молекулы ДНК и РНК, необходимые для передачи генетической информации по наследству от поколения к поколению, тоже состоят из простейших кирпичиков — нуклеотидов. Известно также химическое строение самих аминокислот и нуклеотидов. Так что, вперед? За дело?

Приготовим для начала аминокислоты. Для этого соберем в сосуде нужные составные части. Воду? Разумеется. Добавим еще смесь тех газов, которые скорее всего составляли первичную атмосферу Земли, — метан, аммиак, водород. Кислород? Ни в коем случае! Он — энергичный окислитель, который жадно разрушает большинство органических (то есть построенных на углероде) молекул. Нет, нам нужна не окислительная, а восстановительная атмосфера, не кислород, а водород, углерод, азот. Вся органика состоит из этих элементов.

Собрали? Теперь пропустим через всю эту смесь электрический разряд (в атмосфере молодой Земли мощные грозы — это будничное явление). Смотрите: в сосуде действительно появились аминокислоты! Ай да мы!

Так, наверно, потирал руки Творец, предвкушая долгий, интересный и радостный путь от аминокислот к человеку; так, наверно, потирали руки великий биохимик Гарольд Ури и его аспирант Стенли Миллер, первыми "сотворившие" искусственные аминокислоты во время своего знаменитого эксперимента 1953 года.

Только потирать нам рановато: аминокислоты — это еще не белки. Молекулы белков состоят из длинных цепочек аминокислот, расположенных друг за другом в определенной (для каждого белка своей) последовательности. Указания, какой аминокислоте на какое место стать, будущий белок получает от носителя генетической информации, молекулы ДНК, и переносчика этой информации, молекулы РНК. Значит, мы поспешили. Сначала нужно сотворить молекулы ДНК и РНК, а уже потом заниматься белками.

Берем другой сосуд, помещаем туда воду (без нее никуда) и нуклеотиды (помните: те химические кирпичики, из которых состоят ДНК и РНК). Теперь разряд и...

Не получается. Меняем, добавляем, перемешиваем, даже чуть солим — никак! В чем дело? Стыдливо, украдкой заглядываем в справочник. Ах, вот оно что! Оказывается, чтобы собрать нуклеотиды в молекулярную цепь, нужны ускорители реакции, иначе говоря — ферменты, то бишь специальные белки.

Выходит, чтобы создать белки, нужно сначала иметь ДНК и РНК, а чтобы создать ДНК и РНК, нужно сначала иметь белки. Но это же неразрешимая задача. А что написано в "Книге Бытия"? Едва успел Творец отделить свет от тьмы и создать землю и воду, буквально на следующий день появилась жизнь. Как это? Не могло этого быть!

Правильно там написано. Именно так оно и было. Если верить Шопфу, выдающемуся исследователю бактериальных остатков в древнейших земных скалах, жизнь на Земле появилась более чем 3,5 миллиарда лет назад. Земля в ее окончательном виде насчитывает всего 4,5 миллиарда лет. Это означает, что первая жизнь зародилась на Земле всего через 500 миллионов лет после ее, Земли, образования, буквально "сразу же", если считать в геологических масштабах времени.

Нужно еще учесть, что в эти первые полмиллиарда лет молодая Земля пережила многосотмиллионную бомбардировку кометами и метеоритами (остатками неизрасходованного газопылевого облака), множество соударений с планетозималями и даже отдельными планетами (одно из них такое могучее, что вырвало из Земли будущую Луну), что все это время молодое Солнце светило на 10 процентов тусклее, чем сейчас. И вот, несмотря на все эти препятствия, жизнь не только зародилась (мы так и не знаем пока, кто был первым — РНК, ДНК или белки), но и успела усложниться от уровня молекул до уровня бактерий со всеми их генами, белками, мембранами и всей внутренней машинерией жизнедеятельности. Можно было бы сказать, что жизнь — это рекордсмен выживания, когда б это не казалось тавтологией.

Значит ли это, что в любой звездной системе, где есть землеподобные планеты, расположенные в зоне обитаемости и устойчиво, без возмущений со стороны блуждающих планет- гигантов обращающиеся там в течение многих сотен и даже миллиардов лет, жизнь тоже обязательно появится и так же обязательно разовьется — сначала до уровня бактерий, а потом и людей?

Увы, не значит. Если настроиться на серьезный лад, придется признать, что наука до сих пор не знает, как удалось природе преодолеть первый же барьер на пути возникновения жизни — переход от отдельных аминокислот и нуклеотидов к длинным цепям белков и нуклеиновых кислот (ДНК и РНК). Ученые пока не могут воспроизвести этот процесс в лаборатории и не могут однозначно ответить, был этот процесс в высшей степени вероятным или в такой же высшей степени — редкой случайностью.

Но трудности на этом не кончаются. Выдающийся биолог современности Джон Мэйнард Смит в статье "Главные эволюционные переходы", написанной (как и выросшая из нее книга "Происхождение жизни") в соавторстве с Ёрсом Шатмари, насчитывает по меньшей мере восемь барьеров, которые должна была преодолеть эволюция на пути от простейших "живых молекул" до разумного существа. Здесь и переход от молекул, свободно плавающих в воде, к молекулам внутри мембраны (клетки), от простейших, безъядерных бактериальных клеток (прокариотов) к клеткам с отделенным ядром (эукариотам), внутри которого спрятаны ДН К с их генами, а от первых эукариотов — к сложным организмам.

Сегодня считается, что этот скачок сложности жизни был результатом эволюционного "взрыва", произошедшего 550 миллионов лет назад, в кембрийскую эпоху, но что было причиной самого этого "взрыва" — счастливая случайность или железная закономерность раз начавшейся эволюции, — не знает пока никто. И так далее, и так далее вплоть до того, что никто не знает, каким образом произошел самый последний переход — к Человеку разумному, к Гомо сапиенс, и есть очень видные ученые, убежденные, что это было результатом случайной мутации, которая наделила одного из предков человека "геном речи".

Фото В. Бреля

Если каждый из этих переходов не обязателен, а характеризуется всего лишь какой-то вероятностью, то эта вероятность должна уменьшаться со временем: одолеть один барьер вероятнее, чем два, одолеть два — вероятней, чем одолеть три, и так далее. Английский астроном Иан Кроуфорд, давно занимающийся проблемой космических цивилизаций и скептически относящийся к возможности их существования, считает, например, что главным и практически неодолимым препятствием для появления других разумов во Вселенной является переход от бактерий к сложным организмам. И в самом деле, бактерии единолично владели земными океанами 3 миллиарда лет подряд, от своего зарождения до Кембрийского взрыва. Могли бы владеть и дальше, говорит Кроуфорд, если бы не этот случайный взрыв. Поэтому не исключено, что во Вселенной и даже в нашей галактике сушествует множество землеподобных планет, на которых жизнь зародилась и развилась, но — только до уровня простейших бактерий, не дальше!

Впрочем, на стакан можно посмотреть и с другой стороны, тогда он окажется наполовину полон. В конце концов, всего десять лет назад о существовании других планет в нашей галактике тоже говорили, как о чем-то в высшей степени гадательном, а сегодня это область серьезных компьютерных расчетов и научных теорий, основанных на изрядной статистике. Может быть, еще через десять лет в распоряжении науки окажется такое же статистически значимое число "жизней", как сегодня внесолнечных планет? Может быть, жизнь действительно объявится и на Марсе, и на Европе, и даже на Венере?

Мы не знаем, к чему мы приближаемся в неустанном марше познания — к открытию еще одной жизни или к окончательному разочарованию, но к какому-то ответу мы явно приближаемся. Мы уже знаем, что другие планеты есть. Мы имеем основания думать, что другие "Земли" найдутся. Мы полагаем, что какая-то "жизнь" на них может быть обнаружена. И мы — кто робко, кто пылко — надеемся, что где-то эта "жизнь" могла даже развиться до уровня разумной.

Но еще не все препятствия на пути этой надежды преодолены.

Близнец Солнца из созвездия Близнецов

Проанализировав список пят тысяч звезд в радиусе 100 световых лет от Солнца, американский астроном Мегги Тернбалл пришла к выводу, что наиболее подходящим кандидатом для существования жизни является тридцать седьмая по яркости звезда из созвездия Близнецов. Она находится в сорока двух световых годах от Солнца и очень похожа на него, такая же стабильная звезда среднего возраста. "Если где-то в близком космосе есть жизнь, то именно там", —уверенно говорит Тернбалл. Напомним, что в ближайшие годы НАСА собирается запустить в космос специальный "Искатель землеподобных планет", а Европейское космическое агентство — группу телескопов "Дарвин" на расстояние полутора миллионов километров от Земли для той же цели. 

Обманчивое сходство

Недавно открытая планета, обращающаяся вокруг звезды HD 28185, движется почти по круговой орбите, чей радиус — 205,6 миллиона километров. Год нс этой планете длится 385 дней. Таким образом, она пребывает в условиях, как будто похожих нс земные. Напомним, что наше расстояние да Солнца составляет 149,6 миллиона километров, а год на Земле длится 365,25 дней. Однако новая планета весит в тысячу раз больше, чем Земля. 0 жизни здесь не идет и речи. Впрочем, возле нее могут обращаться спутники, напоминающие Землю. На них и может зародиться жизнь.

Михаил Вартбург