Вода, глицин и каменные "мумии". Какие подсказки есть у искателей внеземной жизни?

В последнее время мы все чаще слышим об открытиях, которые "могли бы указывать" на существование внеземной жизни. Только за сентябрь 2020 года стало известно об обнаружении на Венере газа фосфина — потенциального признака микробной жизни — и соленых озер на Марсе, где тоже могли бы существовать микробы. Но за последние 150 лет исследователи космоса не раз выдавали желаемое за действительное. Достоверного ответа на главный вопрос так и нет. Или все-таки есть, но ученые по привычке осторожничают?

Линии в телескопе

В 1870-х годах итальянский астроном Джованни Скиапарелли увидел в телескоп длинные тонкие линии на поверхности Марса и объявил их "каналами". Книгу о своем открытии он недвусмысленно озаглавил "Жизнь на планете Марс". "Трудно не видеть на Марсе картин, аналогичных тем, которые составляют и наш земной пейзаж", — писал он. В итальянском слово canali означало и естественные, и искусственные протоки (сам ученый не был уверен в их природе), но при переводе оно потеряло эту двузначность. Последователи Скиапарелли уже определенно заявляли о суровой марсианской цивилизации, которая в условиях засушливого климата создала колоссальные ирригационные сооружения.

Ленин, прочитавший книгу Персиваля Лоуэлла "Марс и его каналы" в 1908 году, писал: "Труд научный. Доказывает, что Марс обитаем, что каналы — чудо техники, что люди там должны быть в 2/3 раза больше здешних, притом с хоботами, и покрыты перья­ми или звериной шкурой, с четырьмя или шестью ногами. Н...да, наш автор нас под­надул, описавши марсианских красавиц неполно, должно быть по рецепту: "Тьмы низ­ких истин нам дороже нас возвышающий обман". Лоуэлл был миллионером и бывшим дипломатом. Он увлекался астрономией и на свои деньги соорудил одну из самых продвинутых обсерваторий в Америке. Именно благодаря Лоуэллу тема марсианской жизни попала на первые полосы крупнейших газет мира. 

Правда, уже в конце XIX века многие исследователи относились к открытию "каналов" с сомнением. Наблюдения постоянно давали разные результаты — карты расходились даже у Скиапарелли с Лоэуллом. В 1907 году биолог Альфред Уоллес доказал, что температура на поверхности Марса намного ниже, чем предполагал Лоуэлл, а атмосферное давление слишком мало для существования воды в жидком виде. Точку в истории с каналами поставила межпланетная станция "Маринер-9", которая в 1970-х годах провела фотосъемку планеты из космоса: "каналы" оказались оптической иллюзией.

Со второй половины XX века надежд найти высокоорганизованную жизнь поубавилось. Исследования с помощью космических аппаратов показали, что условия на ближайших планетах даже близко не похожи на земные: слишком сильные перепады температур, атмосфера без признаков кислорода, сильные ветры, огромное давление. С другой стороны, изучение развития жизни на Земле подстегнуло интерес к поиску аналогичных процессов в космосе. Ведь мы до сих пор не знаем, как и благодаря чему в принципе возникла жизнь.

На этом направлении в последние годы происходит много событий. Главный интерес представляют поиски воды, органических соединений, из которых могли бы сформироваться белковые формы жизни, а также биосигнатур (веществ, которые производятся живыми существами) и возможных следов бактерий в метеоритах.

Жидкие доказательства

Наличие воды — обязательное условие для существования жизни, какой мы ее знаем. Вода действует как растворитель и катализатор для определенных типов белков. Она также является идеальной средой для химических реакций и транспортировки питательных веществ. Кроме того, вода поглощает инфракрасное излучение, поэтому может сохранять тепло — это важно для холодных небесных тел, которые находятся довольно далеко от светила.

Данные наблюдений показывают, что вода в твердом, жидком или газообразном состоянии есть на полюсах Меркурия, внутри метеоритов и комет, а также на Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне. Ученые также предположили, что спутники Юпитера Европа, Ганимед и Каллисто имеют обширные подповерхностные океаны жидкой воды. Они обнаружили ее в той или иной форме в межзвездном газе и даже в таких невероятных местах, как фотосфера звезд.

Но изучение следов воды может быть перспективным для астробиологов (специалистов по внеземной биологии) лишь тогда, когда есть и другие подходящие условия. Например, температуры, давление и химический состав на на тех же Сатурне и Юпитере слишком экстремальны и изменчивы, чтобы живые организмы могли адаптироваться к ним. Другое дело — близкие к нам планеты. Даже если сегодня они выглядят неприветливо, на них могут сохраняться небольшие оазисы с "остатками былой роскоши".

В 2002 году орбитальный аппарат "Марс Одиссей" обнаружил под поверхностью Марса залежи водяного льда. Через шесть лет зонд "Феникс" подтвердил результаты предшественника, получив жидкую воду из образца льда с полюса. Это согласовывалось с теорией о том, что жидкая вода присутствовала на Марсе совсем недавно (по астрономическим меркам). По одним данным, дожди шли на Красной планете "всего" 3,5 миллиарда лет назад, по другим — даже 1,25 миллиона лет назад.

Однако тут же встало препятствие: вода на поверхности Марса не может существовать в жидком состоянии. При низком атмосферном давлении она немедленно начнет кипеть и испаряться — либо замерзает. Поэтому большая часть известной воды на поверхности планеты находится в состоянии льда. Оставалась надежда на то, что самое интересное происходит под поверхностью. Так возникла гипотеза подмарсовых соленых озер. И буквально на днях она получила подтверждение.

Ученые из Итальянского космического агентства обнаружили на одном из полюсов Марса систему из четырех озер с жидкой водой, которые находятся на глубине больше 1,5 километров. Открытие было сделано с помощью данных радиозондирования: аппарат направляет вглубь планеты радиоволны, а ученые по их отражению определяют ее состав и строение. Существование целой системы озер, по мнению авторов работы, говорит о том, что для Марса это рядовое явление.

Точная конкретная концентрация солей в марсианских озерах пока неизвестна, как и их состав. По мнению научного руководителя программы "Марс" Роберто Оросеи, речь идет об очень крепких растворах с "десятками процентов" соли. На Земле есть микробы-галофилы, которые любят высокую соленость, объясняет микробиолог Елизавета Бонч-Осмоловская. Они выделяют вещества, которые помогают поддерживать водно-электрический баланс и защищают структуры клетки. Но даже в экстремально соленых подземных озерах (бринах) с концентрацией до 30% таких микробов мало.

По мнению Оросеи, в марсианских озерах могли бы сохраняться следы форм жизни, которые существовали, когда там были более теплый климат и вода на поверхности планеты, а условия напоминали раннюю Землю. Но есть еще одно препятствие: сам состав воды. Марсианский грунт богат перхлоратами — солями хлорной кислоты. Растворы перхлоратов замерзают при значительно более низких температурах, чем обычная или даже морская вода. Но беда в том, что перхлораты — активные окислители. Они способствуют разложению органических молекул, а значит, губительны для микробов.

Возможно, мы недооцениваем способность жизни приспосабливаться к самым жестким условиям. Но, чтобы это доказать, нужно найти хотя бы одну живую клетку. 

"Кирпичики" без обжига

Те формы жизни, которые обитают на Земле, нельзя представить без сложных органических молекул, содержащих углерод. Каждый атом углерода может создавать до четырех связей с другими атомами одновременно, что дает огромное богатство соединений. Углеродный "скелет" присутствует в основе всех органических веществ — в том числе белков, полисахаридов и нуклеиновых кислот, которые считаются важнейшими "кирпичиками" жизни.

Гипотеза "панспермии" как раз утверждает, что жизнь в самых простейших формах попала на Землю из космоса. Где-то в межзвездном пространстве сложились условия, которые обеспечили возможность сборки сложных молекул. Возможно, не в форме клетки, но в форме своего рода протогенома — нуклеотидов, которые способны простейшим образом воспроизводиться и кодировать информацию, необходимую для выживания молекулы.

Впервые основания для таких выводов появились 50 лет назад. Внутри метеорита Марчисон, упавшего в Австралии в 1969 году, были обнаружены молекулы урацила и ксантина. Это азотистые основания, способные формировать нуклеотиды, из которых уже складываются полимеры нуклеиновых кислот — ДНК и РНК. Задачей ученых было установить, являются ли эти находки следствием загрязнения на Земле, уже после падения, или имеют внеземное происхождение. И в 2008-м с помощью радиоуглеродного метода удалось установить, что урацил и ксантин действительно сформировались до падения метеорита на Землю.

Сейчас в Марчисоне и подобных ему метеоритах (они называются углистыми хондритами) ученые нашли все виды оснований, из которых построены и ДНК, и РНК: сложные сахара, в том числе рибозу и дезоксирибозу, различные аминокислоты, включая незаменимые жирные кислоты. Более того, есть признаки того, что органика образуется непосредственно в космосе. В 2016 году с помощью аппарата Европейского Космического Агентства "Розетта" удалось обнаружить в хвосте кометы Герасименко-Чурюмова следы простейшей аминокислоты — глицина — а также фосфора, который также является важным компонентом для возникновения жизни.

Но подобные открытия скорее подсказывают, как жизнь могла быть занесена на Землю. Может ли она надолго выжить и развиться вне земных условий — по-прежнему неясно. "Большие молекулы, сложные молекулы, которые бы мы на Земле без вариантов отнесли к органическим, могут синтезироваться в космосе без участия живых существ, — говорит астроном Дмитрий Вибе. — Мы знаем, что в Солнечную систему и на Землю попадала межзвездная органика. Но дальше с ней происходило что-то еще — менялся изотопный состав, симметрия".

Следы в атмосфере

Еще один перспективный путь поиска жизни связан с биосигнатурами, или биомаркерами. Это вещества, присутствие которых в атмосфере или грунте планеты определенно указывает на наличие жизни. Например, в атмосфере Земли много кислорода, который образуется в результате фотосинтеза при участии растений и зеленых водорослей. Также в ней много метана и углекислого газа, который производят бактерии и другие живые организмы в процессе газообмена при дыхании.

Но обнаружение следов метана или кислорода в атмосфере (как и воды) — еще не повод открывать шампанское. Например, метан может встречаться и в атмосфере звездоподобных объектов — коричневых карликов. А кислород может образоваться в результате расщепления паров воды под действием сильного ультрафиолетового излучения. Именно такие условия наблюдаются на экзопланете GJ 1132b, где температура достигает 230 градусов по Цельсию. Жизнь при таких условиях невозможна.

Чтобы газ считался биосигнатурой, должно быть доказано его биогенное происхождение, то есть он должен быть образован именно в результате деятельности живых существ. На такое происхождение газов указывает, например, их непостоянство в атмосфере. Наблюдения показывают, что на Земле уровни метана колеблются в зависимости от сезона (а активность живых существ зависит от сезона). Если на другой планете метан то исчезает из атмосферы, то появляется (и это можно зафиксировать в течение, например, года), значит, его кто-то выделяет.

Одним из возможных источников "живого" метана снова оказался Марс. Первыми его признаки в почве выявили аппараты программы "Викинг", которые были отправлены на планету еще в 1970-х годах — как раз с целью поиска органики. Обнаруженные молекулы метана в соединении с хлором поначалу были восприняты как доказательство. Но в 2010 году ряд исследователей пересмотрели эту точку зрения. Они обнаружили, что уже известные нам перхлораты в марсианской почве при нагревании уничтожают большую часть органики. А образцы с "Викингов" проходили нагрев.

В атмосфере Марса следы метана впервые обнаружили в 2003 году. Находка сразу же реанимировала разговоры об обитаемости Марса. Дело в том, что любые значительные количества этого газа в атмосфере не продержались бы долго, а были бы разрушены ультрафиолетовым излучением. А если метан не разрушается, ученые заключили, что на Красной планете существует постоянный источник этого газа. И все же твердой уверенности у ученых не было: полученные данные не исключали, что обнаруженный метан является тем же "загрязнением".

Но наблюдения, полученные с помощью марсохода Curiosity в 2019 году, зафиксировали аномальное повышение уровня метана. Причем оказалось, что теперь его концентрация в три раза превышает уровень газа, зафиксированный в 2013 году. А потом случилась еще более загадочная вещь — концентрация метана вновь упала до фоновых значений. Метановая загадка по-прежнему не имеет однозначной разгадки. По некоторым версиям, марсоход может находиться на дне кратера, в котором есть подземный источник метана, и его выделение связано с тектонической активностью планеты.

Впрочем, биосигнатуры могут быть и довольно неочевидными. Например, в сентябре 2020 года команда Кардиффского университета засекла на Венере следы газа фосфина — особого фосфорного соединения, которое участвует в процессе метаболизма анаэробных бактерий. В 2019 году компьютерное моделирование показало, что на планетах с твердым ядром фосфин не может образовываться иначе, как в результате деятельности живых организмов. А количество обнаруженного на Венере фосфина говорило в пользу того, что это не ошибка и не случайная примесь.

Но ряд ученых относятся к открытию со скепсисом. Астробиолог и эксперт по восстановленным состояниям фосфора Мэтью Пасек предположил, что есть некий экзотический процесс, который не был учтен компьютерным моделированием. Именно он мог иметь место на Венере. Пасек добавил, что ученые до сих пор не уверены, как жизнь на Земле производит фосфин и вырабатывается ли он организмами вообще.

Похороненные в камне

Еще один возможный признак жизни, связанный опять-таки с Марсом, — присутствие в образцах с планеты странных структур, похожих на остатки живых существ. К таким относится марсианский метеорит ALH84001. Он прилетел с Марса около 13 тысяч лет назад и был найден в Антарктиде в 1984 году геологами, катавшимися на снегоходах в районе Аллан-Хиллз (ALH расшифровывается как Allan Hills) в Антарктиде.

У этого метеорита есть две особенности. Первая — он представляет собой образец пород эпохи того самого "мокрого Марса", то есть времени, когда на нем могла быть вода. Вторая — в нем обнаружены странные структуры, напоминающие окаменелые биологические объекты. Причем оказалось, что в них содержатся следы органического вещества! Тем не менее эти "окаменелые бактерии" не имеют ничего общего с земными микроорганизмами.

Их размеры слишком малы для любых земных клеточных форм жизни. Однако возможно, что такие структуры указывают на предшественников жизни. В 1996 году Дэвид Маккей из центра НАСА имени Джонсона и его коллеги нашли в метеорите так называемые псевдоморфозы — необычные кристаллические структуры, которые повторяют форму (в данном случае) биологического тела. Вскоре после объявления 1996 года Тимоти Суиндл, ученый-планетолог из Университета Аризоны, провел неофициальный опрос более 100 ученых, чтобы узнать, как научное сообщество относится к этим заявлениям.

Многие ученые скептически отнеслись к заявлениям группы Маккея. В частности, ряд исследователей утверждали, что эти включения могут возникать в результате вулканических процессов. Еще одно возражение было связано с очень мелкими (нанометровыми) размерами структур. Однако сторонники возражали на это, что нанобактерии найдены и на Земле. Существует работа, в которой показана принципиальная неотличимость современных нанобактерий от объектов из ALH84001?.

Дискуссия заходит в тупик по той же причине, что и в случае с венерианским фосфином: мы все еще плохо знаем, как образуются подобные структуры. Никто не даст гарантию, что сходство — не совпадение. Тем более что на Земле встречаются ?кристаллы, например керит, которые трудно отличить от "окаменевших" останков даже обычных микробов (не говоря про плохо изученные нанобактерии).

Поиски внеземной жизни напоминают бегство за собственной тенью. Кажется, что ответ перед нами, стоит лишь подойти поближе. Но он отдаляется, обрастая новыми сложностями и оговорками. Так и действует наука — методом исключения "ложных срабатываний". Что если спектральный анализ дал осечку? Что если метан на Марсе — просто местная аномалия? Что если структуры, похожие на бактерии, — просто игра природы? Полностью исключить все сомнения нельзя.

Вполне возможно, что во Вселенной постоянно возникают вспышки жизни — то там, то здесь. А мы с нашими телескопами и спектрометрами вечно опаздываем к ней на свидание. Или, наоборот, приходим слишком рано. Но если верить в принцип Коперника, который гласит, что Вселенная в целом однородна и земные процессы обязательно происходят где-то еще, рано или поздно мы пересечемся. Это вопрос времени и технологий.