Где скрывается жизнь во Вселенной
Когда астрономы пытаются обнаружить инопланетную жизнь, что они ищут в космосе прежде всего? Конечно же, воду. Это не удивительно, ведь мы не можем представить себе жизнь без этого вещества. Все живое на Земле зависит от воды. Она составляет ⅔ массы каждого человека, помогает переносить питательные вещества по организму, регулирует температуру и защищает внутренние органы. Грибы получают из воды питательные вещества, растения используют в фотосинтезе. Но что, если жизнь возможна и без воды?
Что такое «зона обитаемости»
Поиски жизни за пределами Земли чаще всего ведут в «обитаемых зонах» — областях вокруг звезд, где температура позволяет воде оставаться на поверхности небесного тела в жидком состоянии. Если планета будет располагаться к звезде слишком близко — вода на ней испарится. Если планета находится от светила слишком далеко — вода превратится в лед. И лишь на оптимальном удалении от звезды может образоваться жидкость, необходимая для зарождении жизни.
Однако современные данные дают все больше аргументов против этой упрощенной модели. Холодные спутники Юпитера и Сатурна, Европа и Энцелад, расположенные далеко за пределами «обитаемой зоны», вполне вероятно скрывают под многокилометровой коркой льда микробную жизнь. Более того, сейчас исследователи всерьез рассматривают возможность существования альтернативных форм жизни, которым не нужна вода.
«Что необходимо для существования жизни? Мы не знаем. У нас есть только один пример», — говорит Нгок Труонг, планетолог из Центра космических полетов имени Годдарда при НАСА.
Как образовалась жизнь
Наша планета сформировалась 4,5 млрд лет назад, а древнейшие микроорганизмы появились на миллиард лет позже. Ученые сходятся в мысли, что жизнь на Земле зародилась в воде, но до сих пор ожесточенно спорят, как именно это случилось.
Три основные теории возникновения жизни на Земле:
- «Строительные материалы» органической жизни — аминокислоты и нуклеотиды — были доставлены на молодую Землю вместе с метеоритным дождем.
- Сложные органические молекулы возникли на Земле сами собой под воздействием молний или солнечного излучения.
- Жизнь появилась в подводных гидротермальных источниках, где горячая, насыщенная минералами жидкость смешивалась с холодной океанской водой.
Как бы там ни было, тот факт, что ключевые химические реакции, которые привели к появлению жизни, протекали в воде, сделал все живые существа на Земле зависимыми от нее.
Чтобы биохимические процессы проходили нормально, клеткам нужна текучая среда, из которой они могли бы усваивать питательные вещества. Вода хорошо подходит для этого, потому что она лучше многих других жидкостей справляется с ролью растворителя. Кроме того, она часто встречается в галактике Млечный Путь.
Поэтому искать внеземную жизнь в «зонах обитаемости» вполне логично. Но даже если планета находится на оптимальном расстоянии от звезды, это еще не значит, что она гарантированно пригодна для жизни. Например, в пределах «зоны обитаемости» звезды Альфа Центавра А находится газовый гигант. С другой стороны, если у каменистой планеты в «зоне обитаемости» в атмосфере слишком много парниковых газов, вода на ее поверхности попросту выкипит.
Жизнь за пределами «зоны обитаемости»
За пределами «зоны обитаемости» вполне возможна жизнь. Представьте себе холодную каменистую планету, которая находится на большом удалении от своей звезды. У планеты нет атмосферы или магнитного поля — она беззащитна перед заряженными частицами, которые несут космические лучи. Достигая поверхности, эти лучи запускают процесс радиолиза — расщепления молекулярных связей. В результате образуется водород, который служит источником энергии для земных микроорганизмов, а также отрицательно заряженные электроны.
Недавние расчеты показали, что на глубине всего двух метров под поверхностью Энцелада количество таких электронов достаточно, чтобы поддерживать жизнь в 700 000 бактерий на кубический сантиметр льда. На поверхности излучение было бы смертельно опасным, но под землей микробы были бы защищены от его разрушительного эффекта [1].
На Земле уже обнаружены бактерии, обитающие на глубине нескольких километров в толще земной коры. Это Candidatus Desulforudis audaxviator. Они получают энергию благодаря радиолизу, который вызван распадом радиоактивных элементов в горных породах. А психрофилы, живущие в вечной мерзлоте Антарктиды, освоили синтез белков, которые мешает образованию льда внутри клетки [2].
Теперь исследователи предлагают вести поиски жизни в «радиолитической зоне обитаемости», где космические лучи достигают подземного льда. Теоретически радиолиз может поддерживать бактериальную жизнь даже на планетах-изгоях, блуждающих в открытом космосе. Правда для этого нужно, чтобы в недрах таких планет сохранялось достаточно тепла для протекания химических реакций.
Жизнь без воды
Существует идея, согласно которой для образования жизни вода не нужна. Группа исследователей под руководством астрофизика из Массачусетского технологического института обратила внимание на так называемые ионные жидкости — соли, переходящие в жидкое состояние при температуре ниже 100°C.
Подавляющее большинство известных ионных жидкостей получены искусственным путем, но исследователи поняли, что некоторые из них способны образовываться естественным образом на других планетах. Когда ученые пытались воссоздать в лабораторных условиях атмосферу Венеры, они заметили, что при выпаривании серной кислоты из газовой смеси на дне оставалось небольшое количество необычной жидкости [3].
Оказалось, что серная кислота вступает в реакцию с глицином — одной из аминокислот, которая ранее была зафиксирована в атмосфере Венеры [4]. Серная кислота в химических взаимодействиях охотно отдает протон, поэтому она активно соединяется с молекулами, способными этот протон присоединить. К таким молекулам относятся азотсодержащие органические вещества, в том числе аминокислоты и компоненты генетического кода.
В ходе экспериментов ученые проверили свыше тридцати образцов органических азотистых соединений. Цель состояла в том, чтобы определить, способны ли они при контакте с серной кислотой образовывать ионные жидкости в условиях разных температур и давлений. Большинство испытанных веществ показали положительный результат, причем реакция протекала даже на базальтовой поверхности — одной из наиболее часто встречающихся горных пород на других планетах. Это значит, что подобные жидкости довольно распространены в космосе.
Получается, что в теории инопланетная жизнь могла бы зародится не в воде, а в ионной жидкости. Для этого необходим небольшой объем подземной воды и вулканы, выбрасывающие в атмосферу серную кислоту. Кроме того, в атмосфере планеты не должно быть водяных паров: ионные жидкости активно впитывают влагу и это меняет их свойства. Еще одним обязательным компонентом выступают азотсодержащие органические молекулы. Такие соединения достаточно широко представлены на телах с твердой поверхностью в пределах Солнечной системы — по крайней мере, в тех местах, где проводились поиски.
Важно и то, что для запуска биологических процессов не требуется больших объемов этих растворителей. Из-за низкой летучести ионных жидкостей даже очень маленькие скопления могут служить полноценной средой для гипотетических микроскопических форм жизни.
Где искать внеземную жизнь
Большинство специалистов продолжают считать «зону обитаемости» полезным инструментом. Это понятие всегда означало только упрощенную модель: в реальности ученые не знают, как много факторов нужно для зарождения жизни. Но без этой модели нельзя обойтись. Когда речь идет о строительстве телескопа стоимостью в миллиарды долларов, астрономам нужно понимать, на каком секторе неба они должны сосредоточить усилия.
Космические агентства уже разрабатывают амбициозные проекты вроде «Обсерватории обитаемых миров» или обсерватории LIFE, который будет состоять из четырех телескопов, работающих как единая сеть. Эти системы призваны анализировать химический состав атмосфер далеких миров. Такие исследования намного дешевле и перспективнее, чем планы по бурению Энцелада и Европы.
И все же, даже, если мы обнаружим инопланетную жизнь, сумеем ли мы понять, что это именно она? Ведь жизнь вне Земли может иметь совершенно неизвестный нам облик. Инопланетные создания могут использовать такие химические цепочки, которые мы просто не умеем распознавать. Возможно, мы уже встречали иные формы жизни, но просто не знаем об этом. В таком случае, вопрос о том, одиноки ли мы во Вселенной, может остаться открытым еще очень долго.
По материалам smithsonianmag.com.
