Какие научные основания дают нам право предполагать существование жизни вне Земли? Физика утверждает равенство законов во всей Вселенной, а астрономия показала, что Солнце, Солнечная система и наша Галактика не являются исключительными объектами. Благодаря последним научным экспериментам и исследованиям мы можем смело установить тот факт, что формы жизни могут развиваться в самых разных суровых условиях. Для начала приведем примеры на нашей планете, максимально схожие с условиями планет в пределах Солнечной системы. Для начала приведем примеры на нашей планете, максимально схожие с условиями планет в пределах Солнечной системы.
- Поиск жизни в озере Восток
В конце 1950-х годов Андрей Капица обнаружил огромное озеро Восток. [1]Озеро Восток является подледным рифтовым озером, расположенным в Антарктиде под российской станцией Восток, на высоте 3488 м над средним уровнем моря. Само озеро содержит в себе давление около 400 атмосфер,на глубине почти в 4 километра, что не позволяет воде замерзать[2]. И хотя на поверхности материка температура опускается ниже 80 °С, температура воды озера держится на уровне 2-5°С. В 2012 году были получены первые пробы воды, точнее намерзшего на буровой коронке льда. К сожалению, большинство усилий ученых ушло на отсеивание контаминантов(-нежелательный биологический агент). Результатами стали обнаруженные к 2015 году фрагменты ДНК двух бактерий, одна из которых была совершенно не знакома ученым, а вторая больше походила на знакомую Herminiimonas glaciei [3] . В 2018 году в ходе повторного исследования была обнаружена третья и последняя на данный момент Marini Lactobacillus sp [4]. Третий вид бактерии вызвал много вопросов, ведь озеро Восток находится под поверхностью суши, не имея контакта с солнечным светом, следовательно, фотосинтезирующих организмов быть не может. Хотя, возможно, в озере есть питательные вещества, но пока это просто догадки, не имеющие подтверждения. Помимо работ ученых, озеро Восток принесло методику работы с особым материалом, включающим в себя контаминанты, что может пригодиться для проб воды с Европы и Энцелада. Например, использовать новую, стерильную жидкость для бурения.
2.Поиск жизни в сухих пустынях
Пустыня Атакама находится на западном побережье Южной Америки, на территории Чили, и является самой сухой пустыней на Земле. Температура Атакамы может опуститься ниже 0oC и поднимается выше 40oC. Гипсовая порода, которая является самым популярным субстратом в Атакаме, смягчает резкие колебания температуры. А поскольку средне годичное ее значение 15–20 oC, в целом камни ни перегреваться, ни переохлаждаться не успевают.[5] Образцы грунта пустыни Атакама и поверхности Марса очень похожи, поэтому здесь проходят испытания космической техники. И хотя пустыня – настолько сухое место, что там отсутствуют какие-либо признаки жизни, это не означает что их вовсе нет. Вей Хуан, из Калифорнийского университета Риверсайде[6], и его коллеги исследовали образцы гипсовой породы, взятой из пустыни Атакама. Вследствие чего, внутри гипса, они обнаружили цианобактерии Chroococcidiopsis[7]. Ученым было непонятно, за счет чего они выживают в пустыне. Цианобактери отправляли в космос, в рамках эксперимента их выставляли за пределы МКС в специальном модуле, в котором имитировали условия на поверхности Марса[8]. Chroococcidiopsis прожили в космосе 533 дня в условиях вакуума, интенсивного ультрафиолетового излучения(-электромагнитное излучение, занимающее спектральный диапазон между видимым и рентгеновским излучениями. Длины волн УФ-излучения лежат в интервале от 100 до 400 нм.) и экстремальных колебаний температуры, что говорит о том, что они в принципе могли бы жить на Марсе, продуцируя кислород и создавая первичный почвенный слой. Открытым оставался только вопрос, откуда микроорганизмы будут брать воду.[9][10] Изучая образцы гипсовой породы, ученые заметили, цианобактерии способные извлекать воду прямо из гипса. Согласно исследованию[11] цианобактерии образуют колонии внутри гипса, выделившуюся воду, а гипс переходит в безводную фазу. Результаты показали, что области, колонизированные цианобактериями, сложены ангидритом(-минерал класса сульфатов, при добавлении воды увеличивается в объеме примерно на 60% и постепенно превращается в гипс), а вся остальная порода — гипсом.
«По современным оценкам, только в нашей Галактике находится 17 млрд землеподобных планет. А поскольку наша Галактика — одна из сотен миллиардов во Вселенной, то шансы обнаружения жизни возрастают в геометрической прогрессии»
Перед тем как начать разбор потенциальных мест в солнечной системе, пригодных для существования жизни. Обратите внимание на биологические признаки, которые создают основу для понимания того, какие миры пригодны для жизни и как искать признаки ее существования в них. Критерии обитаемости первоначально основывались на условиях Земли, и главными считались наличие жидкой воды, энергии, углерода, и еще несколько составляющих.
Вода
Именно присутствие или отсутствие воды определяет обитаемые и необитаемые места на Земле, и мы предполагаем, что это условие выполняется и в других мирах. Неудивительно, что поиск внеземной жизни в настоящее время осуществляется по принципу «следуй за водой».
Энергия
Жизни нужна энергия, чтобы производить биомассу(-это возобновляемый источник энергии) и питать биохимические реакции. Земная жизнь получает энергию от солнечного света или из химических источников. Большинство земных экосистем напрямую или опосредованно питаются энергией Солнца, в том числе и подповерхностные, поскольку они в основном извлекают энергию из проникающей с поверхности планеты органической материи, сформировавшейся благодаря фотосинтезу. Сообщества микробов и животных, существующие вблизи глубоководных вулканов, иногда приводятся в качестве примера того, как могла бы возникнуть и сохраниться жизнь в подледном океане Европы. Однако источником энергии для этих вулканических экосистем служит реакция сероводорода, поступающего из жерла вулкана, с растворенным в воде кислородом, который изначально возник на поверхности планеты благодаря фотосинтезу под воздействием солнечного света. Не имея ни законченной теории происхождения жизни, ни успешного эксперимента по синтезу живой материи в лабораторных условиях, мы вынуждены реконструировать процессы возникновения внеземной жизни по аналогии с земными и предполагать, что эта жизнь зародилась в условиях, подобных земным. Имеется также гипотеза, что на Земле живая материя возникла возле гидротермальных источников на океанском дне. В таком случае перспективы обнаружения жизни на Европе выглядят более обнадеживающими.
Углерод и другие химические элементы
Все живое состоит из соединений углерода, представляющих собой предмет изучения органической химии. Кроме углерода органические соединения включают ряд других элементов, однако из этого не следует, что наличие их всех является обязательным условием существования жизни в других уголках Вселенной. Кроме воды и углерода, обязательными элементами являются — азот, сера и фосфор. В живой материи, как и во Вселенной в целом, содержится больше атомов водорода, чем атомов всех остальных элементов вместе взятых. Например, живая ткань бактерии E. coli состоит на 60% из водорода, на 27% из кислорода, на 11% из углерода и на 2% из азота. На другие ключевые элементы, прежде всего кальций, фосфор, серу, натрий и хлор, в совокупности приходится менее 1% атомов этой бактерии. Преобладание водорода и кислорода и их относительное количество отражают огромное значение соединения H2O для живых систем. Четыре главных элемента жизни, Н, О, С и N, относятся к числу самых распространенных в Солнечной системе и в Галактике. Обычные в космосе элементы живая материя сгруппировала в относительно простые молекулы — мономеры(— это маленькая молекула, из которой состоят полимерные материалы), которые могут соединяться друг с другом, образуя более сложные биомолекулы. Аналогично мы лепим из повсеместно встречающейся глины кирпичи, из которых затем строим сложные архитектурные сооружения.
Итак, главное — вода в жидкой форме, во всем прочем жизнь чрезвычайно неприхотлива, а в некоторых своих формах способна переносить высокий уровень ультрафиолетового и космического излучения. Есть и фотосинтезирующие организмы, довольствующиеся светом в тысячи раз слабее прямого солнечного света. Возможности существования жизни ограничены, прежде всего, доступностью воды. При высоких температурах полярность воды снижается и клеточные мембраны разрушаются. При низких температурах вода замерзает. Показатели солености и pH также влияют на способность жидкой воды участвовать в процессах жизнедеятельности. При их крайних значениях жизнь становится невозможной. Вид цианобактерий, обитающий в пустыни Атакама, выдерживает жестокий дефицит воды.
Теперь, когда мы разобрались с биомаркерами, давайте оценим условия и возможность на других объектах нашей Солнечной системы.
На сегодняшний день нам известен лишь один вариант организации жизни. Земля идеально приспособлена для жизни. Земля находится в так называемой зоне 3латовласки — пространстве в системе звезды, где выполняются условия, при которых на большей части планеты не нарушаются температурные пределы существования жидкой воды, а следовательно, и жизни. Однако жизнь, хотя и была впервые найдена на планете, с тем же успехом могла бы возникнуть и на спутнике. По ряду ключевых требований некоторые спутники планет Солнечной системы особенно перспективны в плане поиска внеземной жизни.
Луна.
Единственными спутниками в зоне 3латовласки являются наша Луна и спутники Марса Фобос и Деймос. Но на них отсутствуют вода в жидком состоянии и атмосфера, так что искать там нечего.
Согласно современной теории таких зон, по типу Златовласки , может быть несколько, но они не формируют сектор пространства вокруг Солнца, а окружают планеты Солнечной системы. Поэтому искатели внеземной жизни обратили внимание на спутники некоторых планет, и им есть из чего выбирать: вокруг газовых гигантов — Юпитера и Сатурна — обращаются более 210 естественных спутников, но лишь немногие из них оказались интересными с точки зрения астробиологов. Их покрытая ледяным панцирем поверхность едва ли пригодна для жизни, но ученых будоражит вопрос, не скрываются ли подо льдом океаны жидкой воды, существующие достаточно долго, чтобы накопить биологический потенциал. Если под слоями льда имеются слои воды и эти водные резервуары контактируют с источниками тепла, поступающего из недр (вследствие радиоактивного распада, вулканической деятельности или гидротермальной активности), то их можно считать потенциально обитаемыми.
Энцелад.
Спутник Сатурна (шестой по величине). Покрыт ледовым панцирем, полуденная температура на поверхности которого составляет -198°С. Зонд НАСА «Кассини», пролетевший мимо Энцелада в 2005 г., признаки геологической активности. На южном полюсе — удивительно теплом, учитывая, что там сплошной лед, где наблюдали извергающиеся из вулканов мощные выбросы ледяной крошки и водяного пара. На сегодняшний день было зафиксировано более сотни таких выбросов, создавших гигантский шлейф, протянувшийся в космосе на несколько тысяч километров и содержащий не только воду, но и простые органические молекулы на основе углерода и летучие вещества: азот, углекислый газ и метан — аналогичный химический состав имеют кометы. Каждый гейзер выбрасывает струю высотой более 400 км , и если часть водяного пара возвращается на поверхность Энцелада в виде снега, все остальное улетает к Сатурну. Выбросы с Энцелада составляют основную массу вещества знаменитых колец планеты-гиганта. Юпитера. Вероятно, этот океан соприкасается с каменной мантией Энцелада, следовательно, там возможно протекание полезных для жизни химических реакций. Химические реакции в недрах Энцелада теоретически могут давать достаточно энергии, чтобы поддерживать устойчивую биосферу, предположительно, имеются активные гидротермальные источники, создающие условия, близкие к тем, что породили одни из первых форм жизни на Земле. Таким образом, мы предполагаем, что органические молекулы, используемые жизнью и обязательные для нее, могут быть глубоко внутри Энцелада.Данные, собранные во время пролетов «Кассини»,дают основание предположить, что под замерзшим ледяным внешним слоем скрывается каменное ядро, покрытое промежуточным слоем водного океана.
Европа.
Один из 67 спутников Юпитера. Температура колеблется от -187°С до -141°С , поскольку Европа находится примерно в 780 млн км от Солнца. Спутник сформирован из силикатных пород, как и Земля.Небесное тело покрыто не жидкой водой, а гладким панцирем водяного льда толщиной до 100 км. Поверхностный лед как таковой не та среда, где могут обитать ныне известные формы земной жизни. Однако ледовый панцирь, возможно, служит достаточной защитой от жесткой радиации, чтобы под ним могли уцелеть органические соединения и даже организмы, и обеспечивает более благоприятную температуру. Подобно тому как лед на поверхности пруда является теплоизолирующим слоем для прудовой воды.Поверхностный лед как таковой не та среда, где могут обитать ныне известные формы земной жизни. Европа не намного меньше Луны, и объем ее океана оценивается в 3x1018 м3 — в два раза больше совокупного объема всех земных океанов. На океанском дне могут действовать потенциально активные кратеры вулканов, разогревающие воду и создающие условия для процветания бактерий, как это имеет место на Земле. Таким образом, Европа располагает двумя ключевыми элементами, считающимися обязательными для возникновения и даже продолжения жизни, — водой и тепловой энергией. Остается только найти органику. Озеро Восток, как описывалось ранее, считается близкими по условиям соленому подповерхностному океану Европы. На Европе могут найтись и донные обитатели, несмотря на то что пока физические исследования глубоководной биосферы Европы невозможны.
Марс.
Четвертая по счету планета от Солнца. Марс - это каменистая планета, диаметр которой составляет около половины диаметра Земли. Он в полтора раза дальше от Солнца, чем Земля, и проходит свою орбиту почти за два земных года. У него очень слабая атмосфера, преимущественно из углекислого газа, давление которой составляет всего около 6 мбар ( среднее давление воздуха на Земле — около 1000 мбар),а средняя температура на Марсе около -55°С. Также атмосфера Земли защищает нас от от космического и солнечного излучения. Поверхность Марса, напротив, за год получает дозу радиации, в 70 с лишним раз больше, чем поверхность Земли.Магнитное поле — еще один механизм защиты от космических лучей, а также высокоэнергичных частиц солнечного излучения, отклоняющий их поток от Земли. В отсутствие магнитного поля радиация беспрепятственно сжигала бы Землю, что и происходит на Марсе.На Марсе, где давление на поверхности не превышает 6 мбар, вода мгновенно испаряется — жидкое состояние H2O нестабильно. Вода присутствует на Марсе в виде льда как под поверхностью, так и в полярных шапках, но реки, ручьи, озера и океаны там отсутствуют. Молекулы водорода, угарного газа и аммиака имелись в изобилии, когда формировалась Вселенная, следовательно, обязательно присутствовали на возникающих планетах. Второе непременное требование - вода или иная жидкость, служащая средой для скопления и переноса молекул, где они могут взаимодействовать друг с другом. На фотографиях, сделанных спускаемыми модулями и марсоходами, видны диагонально напластованные и расслоенные породы, обточенная водой галька и гравий. Не приходится спорить, что Марс пережил продолжительный флювиальный период и что многие миллионы лет на его поверхности неизменно была вода. Сразу после формирования на Марсе выполнялись все условия для поддержания жизни, имелась вода, способствующая протеканию химических реакций, а также пригодная для развития и воспроизводства живых организмов среда обитания. С учетом того, что марсианский климат вплоть до периода около 3,5 млрд лет назад был гораздо мягче нынешнего, микробы могли расселится практически по всей поверхности планеты, но не приходится сомневаться, что любая форма поверхностной жизни была обречена на вымирание с исчезновением атмосферы, воды и повышением уровня радиации. Поэтому в поисках укрытий, где жизнь могла бы уцелеть, следует заглядывать как внутрь скал, так и вглубь поверхности. На Земле имеется большая группа организмов-эндолитов (буквально «внутри камней»), которая делится на три подгруппы. Хазмоэндолиты обитают в расщелинах и разломах скал и сохраняют непосредственный контакт с внешней средой. Криптоэндолиты просачиваются внутрь камня, заселяя минеральные зерна и пустоты пористых пород, где они отчасти защищены от внешнего воздействия. Эуэндолиты способны активно проникать в скалы на значительную глубину. Однако на данный момент исследования подповерхностных слоев марсианских скал марсоходом «Кьюриосити» не привели к открытию признаков присутствия этих живых видов. [12]
Заключение.
Теоретически, немалая часть планет может быть пригодной для жизни. В то же время мы очень многое узнали о соседях Земли и допускаем возможность существования жизни на нескольких объектах Солнечной системы. Сегодня интерес астробиологов не ограничивается Землей и Марсом. Открытие жизни во Вселенной имело бы для нас колоссальные последствия. Если ее формы принципиально отличаются от земных, представляя собой «второй генезис» — результат другого акта спонтанного зарождения, — перед нами откроются уникальные возможности сравнительного научного изучения другого варианта биохимии. Это также станет убедительным свидетельством того, что жизнь для Вселенной — норма. Из наличия двух самостоятельных вариантов жизни автоматически следует, что в бесконечной Вселенной число таких вариантов практически бесконечно. Здесь действует правило «ноль-один-бесконечность», согласно которому количество любых объектов, если оно не равно нулю или единице, потенциально не ограниченно.