Наши знания о возникновении жизни на Земле ограничены тем, что мы можем найти в земной коре, в её водной оболочке и вулканической активности. На основании этих фактических данных, а также на лабораторных экспериментах возникло представление о существовании первичной органической “дымки” на Земле в тот период, когда её возраст был всего 500 млн лет. Он известен как Гадейский геологический эон – один из самых загадочных.
Органическая дымка на ранней Земле могла защищать парниковые газы от ультрафиолетового излучения молодого Солнца. Парниковые газы, в свою очередь, важны были для поддержания температуры поверхности Земли в диапазоне, благоприятном для возникновения сложных органических молекул. Кроме этого, такая дымка могла содержать необходимые соединения, с которых в своё время начиналась жизнь, такие как нуклеиновые основания и аминокислоты.
Атмосфера Земли тогда была насыщена водородом, метаном и азотом. Частицы дымки, образовавшейся в этой атмосфере, представляли собой биомолекулярные снежинки, агрегаты строительных блоков жизни. Когда эти частицы оседали на Земле, они разрушались, обогащая водоёмы биохимическими соединениями.
В последнее время при обсуждении возникновения жизни на Земле, стали обращаться к Титану– спутнику Сатурна. Радиус Титана около 2500 км (40% радиуса Земли), но масса заметно меньше – всего 2% от массы Земли. Такая разница обусловлена очень низкой плотностью его вещества – в три раза меньшей плотности Земли. Тем не менее, условия на нынешнем Титане во многом напоминают условия на Земле 4 млрд лет назад.
На Титане много озер и рек, которые обеспечивают циркуляцию жидкости по планете. Отличие, правда, в том, что жидкостью является не вода, а метан. Но это не очень принципиально.
По-настоящему понимание о сходстве физических условий нынешнего Титана с условиями на молодой Земле пришло после того, как космический аппарат “Кассини” стал спутником Сатурна в июле 2004 года. "Кассини" был снабжён инфракрасными камерами для получения изображений поверхности Титана. С их помощью была подтверждена гипотеза о наличии на Титане озёр и рек из метана и этана. А это означало, что температура поверхности крайне низка, в районе –179°C.
В этом, по-видимому, состоит серьёзное отличие нынешних условий на Титане от условий на Земле 4 млрд лет назад. Однако, оно оказывается принципиальным в том смысле, что, несмотря на такую низкую температуру, возможность возникновения жизни на Титане не исключена.
Это связано с тем, что метан при таких низких температурах остаётся жидким и обеспечивает растворимость некоторых биологически активных минералов. Кроме того, жидкая среда имеет существенно более высокую плотность, а значит обеспечивает более высокую скорость возникновения сложных молекул. В определённом смысле можно сказать, что природа устраивает всё так, чтобы создать условия, благоприятные для появления жизни.
Кроме того, при схожем химическом составе существенным может быть количественное различие молекулярного состава атмосферы Земли и Титана. Состав атмосферы Титана измерялся с помощью масс-спектрометра, установленным на "Кассини".
Ключевая роль принадлежит соотношению молекул углекислого газа к метану, которое контролирует прозрачность в атмосфере и возникновение парникового эффекта. Насколько такие различия принципиальны – вопрос дальнейших исследований.
В лабораториях на Земле такие исследования проводятся уже давно. Вопрос, которым задаются исследователи состоит в том, при каких условиях достигается минимальный порог концентрации молекул, достаточный для начала процесса формирования первых жизнеобразующих молекул, таких как рибонуклеиновая кислота (РНК).
Один из экспериментов описан в журнале The Planetary Science Journal (2014, первый автор B. Pearce). В лаборатории была создана органическая дымка с вариациями содержания метана в искусственной атмосфере в довольно широких пределах – от 0,5% до 5%. Дымка была проанализирована на наличие в ней аминокислот и нуклеиновых оснований с использованием газового хроматографа/масс-спектрометра. Эксперименты проводились с вариациями температуры в широких пределах вплоть до 200°C. Это имитирует условия на Земле 4 млрд лет назад. Результаты эксперимента позволяют понять, насколько такие условия были пригодны для возникновения жизни.
Несмотря на различия условий на ранней Земле и нынешним Титане, их сопоставление может дать ключ как к пониманию того, что происходило 4 млрд лет назад на Земле, так и того, что происходит сейчас на Титане. Данные, полученные на “Кассини”, позволили построить модель молекулярной структуры атмосферы Титана. Она показана на рис. 2.
Схема на рисунке демонстрирует ожидаемое соответствие между биохимическими и биологическими событиями на Титане сейчас и на Земле в её начальный период – Гадейский геологический эон. Как далеко простирается эта аналогия?
Есть надежда получить ответ на этот вопрос с запуском на Титан миссии NASA Dragonfly. Это запланировано на 2028 год. Приземление на поверхность Титана планируется примерно в 2034 году. Dragonfly оснащен квадрокоптером, задачей которого будет исследование потенциальной обитаемости Титана.
Ученые склонны считать условия на Титане благоприятными для поддержания формы жизни, основанной на совсем другой химии, отличной от той, к которой мы привыкли. Это предполагает и принципиально другую, экзотическую, с нашей точки зрения, жизнь.
Путь, по-видимому, долгий. Скорее всего единственная среда, подходящая для обитания на Титане, находится под его поверхностью. Это усложняет проведение исследований и может потребовать длительных усилий и больших затрат на многие десятилетия, особенно, если принять во внимание чрезвычайно низкую температуру на Титане.
Развитие жизни на Земле потребовало многих сотен миллионов лет. Как долго нам ждать возникновения жизни на Титане?
Видеосюжет о космической проекте Dragonfly:
https://youtu.be/GlwzLPytW9A
