В предыдущей статье («Сколько планет земного типа есть в нашей галактике?») мы рассказали о современных научных оценках числа потенциально подходящих для жизни планет в нашей галактике: их может быть около 300 миллионов.[1][2]. При этом обнаружены (разными методами) по состоянию на август 2016 года 216 таких планет.[3] Конечно, в расчётах мы будем ориентироваться на гипотетические 300 миллионов землеподобных планет (потенциально подходящих для жизни).
Вероятность возникновения жизни
В науке процесс возникновения живой природы из неживой называется абиогенез Альтернативой зарождению жизни на Земле является панспермия (перенос живых спор или бактерий через межзвёздное пространство. Напомним, что согласно современным моделям, на Земле жизнь возникла около 4,1—3,8 млрд лет назад, притом что сама планета сформировалась примерно 4,5 миллиарда лет назад. Древнейшие известные ископаемые строматолиты имеют возраст 3,7 миллиарда лет.
Мы не будем останавливаться на различных гипотезах возникновения жизни на Земле, и на различных методологических подхода к вопросу возникновения жизни (генобиоз или голобиоз), — обо всём этом вы можете подробнее прочитать в любой энциклопедии,— но, к сожалению, в популярных энциклопедических статьях почему-то не пишут о вероятности возникновения жизни, или вероятности её переноса в межпланетном (межзвёздном) пространстве.
Из просмотренных мной научных статей последних лет наиболее интересной мне представляется опубликованная в 2019 году на научном портале «Троицкий вариант» (26 марта 2019, №275) статья «Вероятность зарождения жизни» (авторы: д.ф-м.н. Борис Штерн, д.б.н. Александр Марков, д.б.н. Армен Мулкиджанян, в.н.с. Национального центра биотехнологической информации, член Национальной академии наук США Евгений Кунин, н.с. отдела эволюционной биохимии НИИ ФХБ МГУ Михаил Никитин)[4]
В предисловии к этой статье главный редактор «Троицкого варианта» Борис Штерн пишет о вероятности возникновения жизни путём генобиоза следующее:
«Наиболее обстоятельная точка зрения на этот счет, профессиональная и с количественными оценками высказана Евгением Куниным. Жизнь основана на копировании длинных молекул, изначально это были молекулы РНК. Копирование производится неким устройством, называемом «репликазой» (эти строки написаны физиком, потому терминология с точки зрения биолога несколько неуклюжая). Репликаза ниоткуда не возьмется, если она не запрограммирована в той же копируемой РНК. По оценке Кунина, для того, чтобы стартовало самовоспроизведение РНК, а с ним и эволюция, «как минимум, необходимо спонтанное появление следующего:
· Две рРНК с общим размером не менее 1000 нуклеотидов.
· Примерно 10 примитивных адаптеров по 30 нуклеотидов каждый, в целом около 300 нуклеотидов.
· По менышей мере одна РНК, кодирующая репликазу, размером примерно 500 нуклеотидов (оценка снизу). В принятой модели n = 1800, и в результате Е < 10–1081».
В приведенном фрагменте имеется в виду четырехбуквенная кодировка, число возможных комбинаций 41800 = 101081, если лишь немногие из них запускают процесс эволюции, то вероятность нужной сборки на одну «попытку» спонтанной сборки ~ 10–1081»
Конечно, это подтверждает точку зрения радикальных скептиков абиогенеза: жизнь — редчайший феномен, основанный на совершенно невероятном совпадении. И 300 миллионов потенциально подходящих для возникновения жизни планет в нашей галактике это всего лишь 3х108 , и, таким образом, вероятность возникновения жизни на любой из этих 300 миллионов планет исчезающе мала… Борис Штерн пишет далее:
«Никакого противоречия в том, что результат у нас перед глазами, нет: согласно теории инфляции, Вселенная огромна, на десятки порядков больше ее видимой части, и если понимать под вселенной замкнутое пространство, то и вселенных с таким же, как у нас вакуумом, гигантское множество. Самая ничтожная вероятность где-то реализуется, породив удивленного созерцателя».
Иллюстрируем эти слова о масштабах Вселенной двумя изображениями (фото NASA):
Борис Штерн продолжает:
Эти две крайности много значат с точки зрения нашего места во Вселенной. В любом случае мы одиноки. Но если жизнь существует в десятках световых лет от нас — это технологическое одиночество, преодолеваемое развитием и тысячелетним терпением. Если справедлива оценка Кунина — это фундаментальное одиночество, не преодолеваемое ничем. Тогда мы и земная жизнь — единственный в своем роде феномен в причинно-связанном объеме Вселенной. Единственный и ценнейший. Это важно для будущей стратегии человечества. В первом случае основа стратегии — поиск. Во втором случае — посев (есть даже такой термин «направленная панспермия»), который тоже включает в себя поиск подходящей почвы.
Всё это заслуживает дискуссии. Нет ли лазеек сквозь аргументацию Кунина? Не просматриваются ли какие-либо механизмы в обход «неупрощаемой сложности» репликатора РНК? Правда ли она такая уж неупрощаемая? И т. д. … Мы обратились к нескольким биологам с просьбой высказать свое мнение.»
***
Александр Марков, д.б.н., в.н.с. Палеонтологического института РАН, зав. кафедрой биологической эволюции биофака МГУ (цитируем с большими сокращениями по альтернативной теме неферментативной репликации РНК):
«Оценка Евгения Кунина, из которой следует, что мы безнадежно одиноки во Вселенной, основана на одном ключевом допущении. Кунин полагал, что для того, чтобы стартовал процесс репликации РНК (а с ним и дарвиновская эволюция; этот момент логично считать собственно моментом зарождения жизни), было необходимо, чтобы чисто случайно — в результате случайного комбинирования полимеризующихся (например, на минеральных матрицах) рибонуклеотидов — появился рибозим с РНК-полимеразной активностью, т. е. длинная молекула РНК, обладающая вполне определенной (а не какой попало) последовательностью нуклеотидов и благодаря этому способная эффективно катализировать репликацию РНК. Если другого пути, другого «входа» в мир живых из мира неживой материи не существует, то Кунин прав, и нам следует оставить надежду найти во Вселенной какую-либо жизнь, кроме земной. <…>
Реальной альтернативой является неферментативная репликация РНК (НР РНК): процесс, в ходе которого молекулы РНК реплицируются без помощи сложных рибозимов или белковых ферментов. Такой процесс существует, его катализируют ионы Mg2+, но идет он слишком медленно и неточно — по крайней мере в тех условиях, которые успели перепробовать исследователи».
Ну, скажем сразу, что эту альтернативу затем упомянули ещё два участника дискуссии, но они же отметили и то, что такое возникновение жизни (через неферментативная репликация РНК) не сможет перейти к эволюции и останется в примитивных формах. Борис Штерн написал в своём постскриптуме к этой статье:
«Даже если правы остальные участники дискуссии и всякие уловки Природы вроде неферментативной репликации могут сделать зарождение жизни более-менее вероятным, то это будет очень примитивная жизнь, в подавляющем большинстве случаев не способная перескочить на более высокий уровень развития. Об этом черным по белому написали два участника дискуссии»
Армен Мулкиджанян, д.б.н., Оснабрюкский университет (Германия), в.н.с. МГУ (цитируем с большими сокращениями научной аргументации):
«…Первые два миллиарда лет (после возникновения жизни) на Земле жили только микробы. Так продолжалась бы и дальше, но где-то 2,5 млрд лет назад фотосинтезирующие бактерии научились использовать энергию света для разложения воды. <…> Разложение воды осуществляется в уникальном каталитическом центре, содержащем кластер из четырех атомов марганца и одного атома кальция. <…> Хотя структуру марганцевого кластера недавно определили с высокой точностью, как работает это четырехтактное устройство до конца не понятно. Неясно также, как и почему в каталитическом центре, где у первобытных фотосинтезирующих бактерий, по-видимому, окислялись ионы марганца, четыре его атома объединились с атомом кальция в кластер, способный разлагать воду. Термодинамика участия хлорофилла в окислении воды тоже загадочна. Теоретически, хлорофилл при освещении может окислять и сероводород, и железо, и марганец, но только не воду. Однако окисляет. В общем, это как про шмеля: «По законам аэродинамики шмель летать не может, но он об этом не знает и летает только поэтому». <…>
Возникновение жизни, которое в рамках гипотезы «мира РНК» понимается как появление самовоспроизводящихся ансамблей молекул РНК (репликаторов), также можно представить как трехстадийный процесс. <…> Скорее всего, дальнейшие исследования позволят реконструировать и возникновение репликаторов, и другие маловероятные события, например, связанные с возникновением первых клеток, обменом генами между первыми клетками и вирусами и т. д.
Возвращаясь к поставленным вопросам о вероятностях: наше детальное рассмотрение показывает, что эволюция земной жизни — это не одно «совершенно невероятное совпадение», а много последовательных чрезвычайно маловероятных событий».
И далее Армен Мулкиджанян излагает простыми словами свою версию возникновения жизни (микробной, органики без эволюции) на других планетах:
«Мощная генерация органики шла, скорее всего, и на других молодых планетах. Но это не обязательно могло приводить к возникновению жизни. Если бы самовоспроизводящийся РНК-ансамбль не собрался бы на Земле, никакой жизни и не было бы. Производство органики постепенно бы затухло, и стала бы Земля похожа на Марс или Венеру. Но даже в случае возникновения жизни на других планетах эта жизнь могла «застрять» на любой начальной стадии, причем вероятность навсегда остаться на примитивном уровне развития была несравненно выше вероятности вскарабкаться на следующую ступеньку и продвинуться дальше.
Поэтому вероятность встретить на другой планете мудрых инопланетян неизмеримо ниже шанса вляпаться там в немудреную, но живую слизь (и это если очень повезет). Вероятность того, что где-то есть кислородная жизнь, тоже неизмеримо мала. <…> Так что строить какую-либо стратегию в надежде найти инопланетный разум как раз не очень разумно. То, что на Земле есть (пока) разумные существа, — это очень большая удача. Поэтому гораздо осмысленнее инвестировать в создание «запасных аэродромов» для уже имеющейся разумной жизни на тот случай, если подведет природа или сами носители разума. Значит, нужна запасная Земля, а еще лучше несколько»
Post Scriptum
Отметим здесь ещё раз, что простейшие формы жизни (типа бактерий, которые не могут запустить эволюцию до разумной жизни) — такие простейшие формы жизни гораздо более вероятно найти на планетах, и не только на планетах далёких галактик, и не только в будущем. Так, сравнительно недавно в верхних слоях атмосферы Венеры был обнаружен газ фосфин, —и учёные считают это связанным с наличием там простейших форм жизни. Мы писали об этом в статье «Жизнь на Венере всё-таки существует!» 14 сентября 2020. Конечно, остаётся вопрос: являются ли эти следы жизни слабыми «отсветами» той жизни, которая (по мнению учёных) могла бурно протекать на Венере 3-4 миллиарда лет назад (когда Солнце было холоднее), — или же \ти предполагаемые бактерии в атмосфере Венеры занесены туда панспермией (например, при падении метеоритов).
Продолжение следует
Литература
1. Подсчитано число планет с внеземной жизнью.\\ Lenta.ru (30 октября 2020)
2. The Occurrence of Rocky Habitable Zone Planets Around Solar-Like Stars from Kepler Data. (Authors:Steve Bryson, Michelle Kunimoto, and others) \\ arXiv.org, 28.10.2020
3. Определено число открытых землеподобных планет \\ Lenta.ru (4 августа 2016)
4. «Вероятность зарождения жизни» (Борис Штерн, Александр Марков, Армен Мулкиджанян, Евгений Кунин, Михаил Никитин) \\ «Троицицкий вариант» (26 марта 2019, №275
