О поисках жизни на Марсе: От Викинга до Кьюриосити

За полночь, в душной комнате в Пасадене, в июле 1976 года, члены команды программы «Викинг», сгорбившись, сидели вокруг массивного монохромного монитора, и с нетерпением ожидали поступления первых данных с первого в мире успешного марсианского зонда – единственного зонда, специально предназначенного для поисков жизни. За следующие несколько недель каждый из экспериментов «Викинг» по поискам жизни выдал поразительные результаты. Данные неспешно передавались в Центр управления, и постепенно становилось ясно, что в результате добавления органических компонентов в марсианскую почву выделялась двуокись углерода, хотя при сильном нагреве этой смеси этого не происходило. Это было признаком наличия жизни – то же самое происходило при выполнении этого эксперимента на Земле. При добавлении в почву воды выделялся кислород, как и на Земле. Удалённый зонд в поисках жизни нашёл её признаки в двух первых экспериментах. В третьем эксперименте почву нагревали, точно еду в духовке, и его результаты оказались смешанными.

Однако споры усилились после того, как от четвёртого эксперимента поступили неоднозначные данные. Заявление о наличии жизни на Марсе было бы беспрецедентным. Если бы учёные ошиблись, они бы никогда не смогли бы оправдаться. Но результаты трёх из четырёх экспериментов примитивного спускаемого аппарата «Викинг» можно было интерпретировать как положительный тест на наличие микробов, ведь они выдавали такой же результат, что и тысячи раз повторённые эксперименты на Земле. Исследователь Патриция Страт сказала другому члену команды, Гилу Левину: «Это жизнь!»

Однако четвёртый эксперимент, применявший газовый хроматограф того же типа, что использовал Джеймс Лавлок, и масс-спектрометр, тонкий инструмент для измерения размеров молекул, не показал наличия жизни – и вообще какой бы то ни было органики – на Марсе. Этот результат был ошеломительным: органика существует повсюду в космосе, на астероидах, кометах и метеорах, и в межзвёздной пыли. Более того, эксперимент показал, что поверхность Марса была ядовитой или самостерилизующейся. У учёных произошёл горячий спор, и НАСА в итоге выбрала осторожный подход к проблеме. Агентство решило, что поверхность самостоятельно стерилизуется благодаря окислительным веществам, присутствующим в почве, которые также придают ей её красный оттенок. «Викинг» обнаружил бесплодную, продуваемую всеми ветрами красную планету, испещрённую кратерами, холодную и мёртвую, словно Луна.

Некоторые учёные из команды не согласились с этим, и утверждали, что четвёртый эксперимент просто прошёл неудачно – как это было и в опытах на Земле. Группа активистов, в которую входил Левин, писала письма и делала выступления, убеждая НАСА опубликовать полные данные проекта. В 2016 году во время празднования 40-летия миссии в НАСА он повторил эти требования. Он предсказал, что «Кьюриосити» найдёт на Марсе сложную органику. Когда он увидел, как «Кьюриосити» зафиксировал выбросы метана, он заметил, что метан исчезал слишком быстро, чтобы это можно было объяснить только ультрафиолетовым излучением: «Это исчезновение могло произойти из-за метанотрофов, использующих метан для своего небольшого идеального жизненного цикла».

Другие марсианские зонды выдавали спорные результаты. "Оппортьюнити" и "Спирит", запущенные в начале 2000-х, репортажи о которых взволновали миллионы фанатов по всему миру, включая и меня самого, были разработаны и созданы геологами и инженерами, а не биологами. Свидетельства наличия воды добыл посадочный модуль "Феникс" в 2008-м – его камера запечатлела ясно видные капли воды на его холодных стальных ногах. Результаты симуляций говорили о том, что либо вода конденсировалась на разносимых ветром крупинках перхлората кальция, солевого минерала, свойства которого позволяют ему добывать воду из атмосферы, либо приземление перемешало грязный лёд, находящийся под поверхностью, в результате чего на ногах появились его крупицы, которые, растаяв, превратились в капли. Но суть в том, что, как сказал учёный, принимавший участие в этом проекте, Нилтон Ренно из Мичиганского университета: «Везде на Земле, где есть жидкая вода, там есть и микробная жизнь».

Парадоксально, но одним из лучших мест для поиска перспективных участков Марса служит Земля. На замёрзших равнинах Антарктики можно найти похожие на Марс участки в виде небольших камней. На Землю каждый год падает порядка 5 кг марсианских камней. Если крупный метеорит ударяет Марс, он отправляет камни в космос, со скоростью, преодолевающей небольшую гравитацию планеты. Гравитация ближайшего соседа, нашей планеты, улавливает часть таких камней. Они падают на поверхность Земли и их проще всего обнаружить в безжизненных, покрытых льдом регионах, например в Антарктике. Подлинность камней подтверждается химическим анализом расплавленной стеклоподобной субстанции, появляющейся на камне из-за нагрева. Если эта субстанция содержит ровно такую же смесь газов, которая присутствует в атмосфере Марса – она определена многими марсианскими зондами – то камень с Марса.

Крохотные кусочки знаменитого марсианского метеорита, обнаруженного в Антарктике, ALH 84001, в 1996 году привели к тому, что исследователь НАСА Дэйв Маккей и его команда заявили об обнаружении окаменелых останков микробов. Сегодня большая часть учёных сходится на том, что это маловероятно. Но много лет назад на Марсе очевидно было достаточно много воды, составлявшей океаны и реки. Её минерализованные следы видны по всей планете – поймы, наносные бассейны, рукава давно высохших рек. В 1887 году астроном Луиджи Скиапарелли назвал видимые в ранние телескопы рифтовые долины canali, что по-итальянски значит «русла» (хотя англоязычные исследователи неправильно перевели это слово, как «каналы»). В начале XX века в Аризоне Персиваль Лоуэлл решил, что увидел активность марсианских рек и сезонные изменения растительности. На самом деле несколько марсианских зондов фиксировали наличие утренней дымки в марсианских каньонах. Ухватившись за заявления Лоуэлла, Эдгар Райс Берроуз, автор книг о Тарзане, написал в 1920-х и 30-х серию эксцентричных научно-фантастических романов о Джоне Картере, заставивших несколько поколений юных американцев отправляться на поиски приключений. Однако же то, с чем столкнулся при своих наблюдениях Лоуэлл, объяснялось просто недостатками зеркал. А Берроуз, разведясь со своей женой из-за голливудской актрисы, наткнулся на золотую жилу доверчивости публики.

В 2010-м студент Аризонского университета, изучающий космический аппарат на орбите Марса MRO, заметил перемежающиеся тёмные полоски, параллельно спускающиеся с хребтов – они то появлялись, то исчезали, напоминая сезонные изменения. То, что увидел Люйендра Ойха [Lujendra Ojha], было снято экспериментом, делавшим фотографии высокого разрешения HiRISE. Изображения тёмных потоков можно было обнаружить в десятках мест. Ойха очень заинтересовался этим, и сопоставил наблюдения HiRISE с минеральными картами Марса. Наблюдения спектрометра показали наличие солевых растворов в нескольких местах – но только, когда тёмные полоски появлялись и расширялись. Используя спектрометры MRO, Ойха с командой проанализировал отражение этими полосками света, и обнаружил там следы перхлората натрия и магния. Оказалось, что в воде Марса содержится естественный солевой антифриз.

Представьте себе холодную планету, которая то заполняется водой, то пересыхает, и на которой расположен крупнейший вулкан Солнечной системы. В гигантских озёрах содержится столько же воды, как в Северном Ледовитом океане, а они подпитываются речками, размещающими наносные отложения в своих дельтах. Таков был молодой Марс. А теперь представьте себе пахнущую серой, кислотную, покрытую океаном планету с токсичной атмосферой и горячими парниковыми газами, при отсутствии кислорода и защищающего от излучения озона, которую постоянно забрасывали кометами, а потом долбанули планетой размером с Марс, из-за чего из неё было выбито достаточно скалистой породы, чтобы сформировать спутник, растягивавший поверхность планеты в приливах высотой с небоскрёб. Добро пожаловать на молодую Землю.

По этой и другим причинам исследователь НАСА Стивен Беннер и другие учёные предположили, что жизнь зародилась на Марсе, а потом её занесло на Землю через выброшенные в космос осколки. Просматривая отчёты о работе «Викинга» в библиотеке Хьюстона, Беннер в отчёте 40-летней давности нашёл драгоценные ключи к тем загадкам, за поступлением которых они наблюдали теми жаркими ночами. Он описал это как «массовое заблуждение». Изучая ДНК древних микробов, воссоздавая их гены и белки, Беннер пытался объединить происхождение жизни на Земле с существованием жизни в Солнечной системе. В нескольких своих работах он указывает на то, что на Марсе «были высокие температуры и цикл влажности и сухости», что позволяло строительным блокам РНК концентрироваться и создавать «нужную нам химию».

Проблема была в том, что множество предыдущих заявлений о наличии на Марсе жизни и воды оказались полностью неверными. Но многие древние микробы процветали в схожем окружении льда и щелочи на Земле. Поэтому исследователи кинулись изучать серные пещеры, горячие источники на Камчатке, содержащие молибден и борат, Йеллостоунский национальный парк и солёные озёра Антарктики. И они нашли нечто весьма интересное.

Крис Маккей и Пенелопи Бостон из НАСА занимались поисками самых отдалённых и экстремальных мест на Земле, где присутствуют признаки метаболизма и происхождения микробов. Бостон раньше была профессором в Институте горной добычи и технологий в Нью-Мексико, а её родители – цирковые тренеры. Она начала с изучения микробов в Арктике, а затем перешла на поиски жизни в глубоких пещерах. Элисон Мюррей из Калифорнии искала экстремальных микробов в Антарктике. Внезапно, после запуска «Кьюриосити», все стали интересоваться тем, что может выжить в покрытом льдом озере или равнине, или в удалённой пещере или шахте в нескольких километрах под поверхностью планеты. С их точки зрения вероятность наличия микробной жизни на Марсе, которую Бостон оценила в 30%, начала повышаться. Если крохотные формы жизни могут существовать во враждебных условиях озера, пещеры или шахты, рассуждала Бостон, то микробная жизнь может кое-как выживать и под поверхностью Марса.

Начав в качестве директора исследовательской программы пещер и карста в институте и поучаствовав в основании Национального исследовательского института пещер и карста в Нью-Мексико, Бостон агитировала за исследование Марса, оказав помощь в создании документального фильма "Mars Underground" и организовав несколько обсуждений, во время которых она сумела переубедить скептиков из НАСА, доказывая большую вероятность существования жизни на Марсе. Она добилась такого успеха, что в 2016 году НАСА назначило её новым директором своего Института астробиологии в Моффет-Филд, Калифорния, дав ей интересную возможность «направлять любимую науку на наивысшем уровне», — как она сказала мне.

После Невады биохимик Элисон Мюррей из Института исследования пустынь присоединилась к геофизику Питеру Дорану из Луизианского университета в изучении микробов и древних климатов в солёных, покрытых льдом озёрах Антарктики, и совместно они обнаружили широкий спектр бактерий и архей. «Они мало что делают – большую часть времени проводят в зимней спячке, — сказал Мюррей, занимавшийся бурением ледяных кернов в антарктическом озере Вида, — но они там есть». В глубинах морской воды было теплее, но керны позволяли поднимать лёд с самого дна.

Новые идеи отправили исследователей на запад США, где биолог из Беркли Джил Бэнфилд изучала реку Колорадо и воду в заброшенной калифорнийской шахте на Железной горе. Бэнфилд открыла несколько новых групп бактерий в единственной шахте, где содержатся токсичные отходы. Эти странные, неизвестные доселе микробы полагались в деле выживания на сообщества других организмов. Это могло объяснить тот факт, почему так мало этих микробов можно было вырастить в лаборатории. Работая на неглубоком водоносном слое рядом с рекой Колорадо, команда Бэнфилд применила новую технологию поисков организмов и открыла десятки новых групп бактерий, что практически произвело революцию на древе жизни. Команда Бэнфилд разделила 789 организмов на 35 групп, 28 из которых были открыты ими, находящихся в царстве бактерий. Сортировка была основана на эволюционной истории организмов и на схожести в их гене рРНК 16S – бактерии, обладавшие 75% сходством, оказывались в одной группе. Команда в каждом сезоне и на каждом уровне находила совершенно различные симбиотические виды.

Осенью 2016 команда Бэнфилд обнаружила новые группы бактерий в единственном водоносном слое, удвоив таким образом количество известных по всей планете групп бактерий – эта серьёзная подземная находка снова изменила всё древо жизни. Бэнфилд также изучала колонии микробов в кишечниках младенцев, что привело её в отделения по уходу за новорожденными. Её работа и работа других учёных в Йеллостоуне, в пустыне Атакама в Чили, в заброшенных шахтах Колорадо и Калифорнии, и даже изучение содержимого пасти дельфинов привели к изменению древа жизни, опубликованного в журнале Nature Microbiology. За последние 15 лет к нему была добавлена примерно тысяча неизвестных доселе видов. Второй сюрприз среди открытий Бэнфилд состоял в том, что почти половина из новых видов бактерий принадлежали к группе, которая, как считалось, способна жить только в результате симбиоза.

А затем Нора Ноффке спровоцировала поиски жизни на Марсе.

В течение всего горячего виргинского лета Нора Ноффке из Университета Старого Доминиона [Old dominion – неформальное название шт. Виргиния / прим. перев.] изучала фотографии кратера Гейл, сделанные марсоходом «Кьюриосити». Ноффке слыла ведущим экспертом по вызванным микробами осадочным структурам, ВМОС (microbially induced sedimentary structures, MISS) – этим изобретённым ею термином она называла каменные структуры, оставшиеся после микробных матов на солёных отмелях. Многим людям знакомы строматолиты – ископаемые останки древних микробов, но мало кто понимал важность приливных микробных матов. За 30 лет своей карьеры Ноффке побывала на пяти континентах, изучая и раскладывая по категориям более десяти форм матом, от рулонных и волнистых до морщинистых. Подобные курганам строматолиты популярны среди туристов на отмелях Австралии и Гавайев, а также в Карибском бассейне. Ноффке находила свои ВМОС в удалённых уголках Австралии. Их практически никто больше не видел, и сейчас они считаются самыми старыми свидетельствами жизни на нашей планете.

Летом 2014 НАСА пригласила Ноффке выступить на собрании, где выбиралось место посадки для марсохода 2020 года. Если ранние Земля и Марс были похожи друг на друга, сказала Ноффке, возможно, и на красной планете имеются вызванные микробами отложения. Это заставило выпрямиться на стуле одного из слушателей, геохимика Кен Фарли из Калифорнийского технологического института. Её команда только что опубликовала работу по структурам, которые увидел «Кьюриосити» в древних грязевых отложениях равнины, по которой «Кьюриосити» проделал путь в 22 км по направлению к горе Шарпа. Её сердце выпрыгивало из груди. Изображения выглядели очень знакомо. Но она знала об опасной тенденции видеть микробные структуры повсюду. «Я опубликую работу с моей гипотезой и посмотрю, что скажут люди», — решила она.

Когда в январе 2015 года она опубликовала работу, намекающую на наличие признаков микробной жизни на Марсе, реакция команды «Кьюриосити» была довольно жёсткой. Ноффке обвинили в том, что она выдаёт желаемое за действительное. Команда даже создала специальный сайт, опровергающий её заявления.

Всплески метана 2014 года можно было объяснить загрязнением, вызванным самим «Кьюриосити». Но метан также является характерным признаком жизнедеятельности микробов, таких, как археи. А потом стало известно наблюдение от 2015 года, сделанное MRO – он увидел солёную воду, текущую по склонам кратера Гейл при температурах ниже точки замерзания; воде не давали замёрзнуть перхлораты.

Страсти накалялись. Команда «Кьюриосити» призналась, что напутала с геологией. Ноффке ответила на их заявление. «Теперь это подвергшийся эрозии склон холма, но раньше это было озеро, находившееся в совершенно другой окружающей среде. Они говорят, что это река с многорукавным руслом. Но это совершенно не так. Это склон, оставшийся от извилистой реки. Именно в таких местах на Земле существуют микробные маты – прямо в таких!»

Единственным способом решить этот вопрос была отправка людей на Марс. Проблема с этим состоит в том, чтобы притащить с собой столько топлива, чтобы его хватило на отрыв от марсианской поверхности и на возвращение на Землю. Поэтому первым этапом, скорее всего, будет отправка людей на орбиту вокруг Марса – такое предложение сделало Планетарное общество, председателем которого является Бил Най. В более далёких планах НАСА есть отправка людей на Марс в 2030-х, перед чем европейско-российская миссия "Экзомарс-2020" выберет дно высохшего озера, подходящее для посадки.

Иные свидетельства древней активности микробов в бассейне кратера Гейл были получены Орегонским университетом, где геолог Грег Реталлак отметил высокое содержание сульфатов в почве, которое можно объяснить только работой анаэробных бактерий в бескислородной среде. Некоторые «везикулярные структуры», или пузырьки, видимые на фотографиях с «Кьюриосити», напоминают таковые, производимые микробами на Земле после дождя, как писал Реталлак в журнале Geology. Чувства Ноффке были задеты большой наукой и увлечением публики внеземной жизнью. Её работа была всего лишь описанием гипотезы, а не полноправным заявлением, и враждебность команды «Кьюриосити» застала её врасплох. Однако команда набросала новый курс, возвращавший марсоход обратно к тому месту, где были зафиксированы всплески метана, и в тот же самый сезон, когда они впервые были обнаружены. И это, возможно, более всего продемонстрировало, насколько важным это исследование стало для обычных фанатов, фолороверов в Twitter и Instagram, таких же, как и я сам.

Поэтому исследователи и фанаты с нетерпением следили за тем, как зонд Европейского космического агентства "Скиапарелли" вышел на орбиту вокруг Марса осенью 2016 года, подготовился к спуску марсохода. Пробный спускаемый аппарат, управляемый родительским модулем с орбиты, опустился в районе плато Меридиана 19 октября 2016. Как и было запланировано, парашют раскрылся на 12 км, а тепловой щит – на 7,8 км. А затем произошла ошибка инерционных измерений, шедшая на секунду больше необходимого, и из-за большого потока данных система выдала расчётную высоту, находившуюся ниже уровня поверхности. Односекундная ошибка заставила второй парашют раскрыться, а тормозные двигатели включиться слишком рано, из-за чего марсоход совершил жёсткую посадку и развалился. Его осколки можно наблюдать с MRO.

Этот тест стал жестоким разочарованием, но это был всего лишь тест. Европейское космическое агентство планирует вернуться на Марс в 2020-м.

Источник: m.vk.com