Возможно, что замерзшие миры с подземными океанами являются инкубаторами органической жизни. Но как тогда жизнь попала на нашу планету?
Автор: Балаж Брадакис
Несколько месяцев назад я перебирал (практически) сваленные в кучу научные работы из папки «Важное дерьмо» моего компьютера (пожалуйста, авторы этих работ, не обижайтесь. Я склонен называть свои папки специфическими именами, и, думаю, я не одинок в этой привычке). Мне нужно было немного свободного места, а речь идет о более чем нескольких гигабайтах данных. Из любопытства я просканировал длинный список исследований, которые я сохранял для последующего прочтения уже около десяти лет, много раз обещая себе, что обязательно прочту их, когда у меня будет небольшой перерыв в научной и преподавательской деятельности. В процессе работы я случайно наткнулся на работу 1973 года, которая изменила направление моих исследований и мои представления о нашем происхождении и существовании.
В исследовании ставился тот же вопрос, который я задавал себе несколько десятилетий назад: что, если жизнь сначала развилась на других планетах и каким-то образом попала на раннюю Землю? Находка этого исследования заставила меня снова задуматься над этой темой, но теперь, обладая дополнительными знаниями по сравнению с тем, что было раньше, я пытаюсь разрешить хотя бы некоторые составляющие дилеммы. Существовала ли «нулевая» планета (или планеты), на которой развилась жизнь, а затем разлетелась по Вселенной — и появилась ли она естественным путем или была послана цивилизацией, более развитой и древней, чем наша собственная?
Эта идея восходит к греческому философу Анаксагору, который в V веке до н.э. использовал термин «панспермия» для обозначения концепции путешествия между планетами в виде семян. Когда-то шведский ученый Сванте Аррениус, один из основоположников физической химии, в своей книге Worlds in the Making (Эволюция Вселенной) предложил идею транспортировки микроскопических спор через межпланетное пространство. Но в современном виде эта теория возникла благодаря одному из первооткрывателей ДНК, лауреату Нобелевской премии Фрэнсису Крику (Francis H C Crick), и химику Лесли Оргелу (Leslie E Orgel), известному построением теорий происхождения жизни. Их идея, названная «направленной панспермией», предполагает, что жизнь могла быть целенаправленно занесена на Землю разумными существами из других уголков Вселенной. Впервые представленная на научной конференции и затем опубликованная в научном журнале Icarus в июле 1973 г., она вскоре стала достоянием научной фантастики.
В том же году, когда Крик и Оргел опубликовали свою концепцию в журнале Icarus, «Большое ухо» — радиотелескоп радиообсерватории Университета штата Огайо — впервые обратился к небу в рамках программы SETI (научный поиск внеземного разума), изначально финансируемой NASA. Несколько лет спустя, а именно 15 августа 1977 г., «Большое ухо» прослушивало «водяную дыру» — не столько местоположение, сколько полосу электромагнитного спектра в межзвездном пространстве, где излучения природных газов водорода (H) и гидроксильного радикала (OH) соединяются, образуя воду. Согласно «Проекту Циклоп», одному из первых руководств по обнаружению внеземной жизни, «водяная яма» — это относительно тихий, свободный от шумов канал, который идеально подходит для межзвездной и межгалактической связи между разумными видами, если они захотят вступить в нее.
В 22:16 по восточному стандартному времени в печально известную дату тишина водной ямы нарушилась на 72 долгие секунды. Сигнал, зафиксированный радиотелескопом, превысил уровень статического радиошума в 30 раз.
Один человек, в частности, был в восторге. Джерри Эман, местный физик, работавший в Большой Ухе добровольцем из интереса и энтузиазма, обнаружил последовательность букв и цифр, выводимых компьютером, — 6EQUJ5, код, указывающий на их силу и изменение интенсивности с течением времени. Начальный номер серии — 6 — говорит о том, что на наш радиотелескоп пришло нечто более сильное, чем обычный шум. Мы могли бы подумать, что это просто какая-то ошибка, но, переведя язык ранних радиотелескопов, мы уже знаем, что серия из букв E, Q и U указывает на то, что сигнал становится все сильнее и сильнее. После этого уникального пика сигнал затухает, превращаясь в привычную монотонность радиостатики, о чем свидетельствуют J и 5 — завершающие члены предполагаемого «кода». Эхман сразу же понял его смысл и в эти волнительные, приподнятые минуты быстро набросал на бумаге примечание и непроизвольно назвал этот сильный, уникальный и пока не повторившийся загадочный радиосигнал «Вау!» Мог ли сигнал, нарушивший монотонность радиопомех у водяной ямы, исходить от разумных существ из другого мира?
И если да, то зачем? Начиная с таких романов, как «2001 год: космическая одиссея» Артура Кларка (1968 г.) и заканчивая «Контактом» Карла Сагана (1985 г.), вопрос о том, зачем таким существам тянуться к просторам космоса, возникал снова и снова. Возможно, такой сигнал — это знак, указатель, говорящий тем, кто его случайно получил: «Мы здесь, готовы к контакту», подобно двум идентичным копиям «Золотой записи» — приветствия с Земли, переданного космическим аппаратом «Вояджер» в пустоту.
Одним словом, озарение Эхмана и научной группы «Большое ухо» перекликалось с гипотезой направленной панспермии, выдвинутой Криком и Оргелем всего за четыре года до этого. Предположим, что жизнь на Земле была заложена разумной внеземной цивилизацией. В этом случае такая цивилизация должна быть способна нацелиться на нашу планету и послать на нее жизнь, например, в виде сложных органических молекул или микробов, имплантированных в какой-либо объект, способный пережить путешествие по галактике. Цивилизация, достаточно развитая для того, чтобы послать радиосообщение на Землю, была бы отличным кандидатом для запуска астероида, наполненного кирпичиками жизни, в сторону ранней Земли.
Уверен, что я не одинок в мнении о том, что обнаружение даже микроскопического признака жизни в любом космическом реликте было бы гигантским скачком для человечества. Скорее всего, именно это почувствовали ученые в середине 1990-х годов, исследуя марсианский метеорит, названный Allan Hills (ALH) 84001. На экране, подключенном к сканирующему электронному микроскопу — специальному прибору, позволяющему увидеть объекты размером с частицы пыли, парящие вокруг нас, — появилась цепочка магнитных минералов размером в нанометр. Такие минералы внешне очень похожи на так называемые магнитосомы — магнитные железосодержащие наночастицы, выполняющие роль крошечных компасов в клетках одного из видов бактерий.
С того момента, как они увидели эти минеральные цепочки, группа ученых, занимавшихся загадкой ALH, разделилась на две части. Одни верили в биологическую природу минеральной цепочки и определяли ее как внеземную магнитофоссильную окаменелость из прошлого Марса. Другие отрицали биологическое происхождение реликта и объясняли его образование альтернативными способами, такими как абиотический органический синтез и искусственные лабораторные артефакты. И по сей день не утихают споры об органическом или неорганическом происхождении таких микроскопических кристаллических цепочек.
Несмотря на все эти споры о наличии микроскопических форм жизни на других планетах, сама теория панспермии была оттеснена от центра интереса на десятилетие — до тех пор, пока в 2005 году к Сатурну не прилетел космический аппарат Cassini и не передал на Землю первые снимки Энцелада, одной из ледяных лун газового гиганта, сделанные крупным планом. Энцелад раскрыл свой секрет, который скрывался миллиард лет: пролетая над его поверхностью, «Кассини» запечатлел трещины, прозванные «тигриными полосами», поскольку они напоминают следы животного, вокруг южного полюса луны и, что еще важнее, гейзеры, брызжущие из трещин, освещенные тусклым светом далекого Солнца. Водяные шлейфы, состоящие из льда и паров, смешанных с эфирными соединениями более сложных органических веществ. Такие водяные струи, изучаемые космическим аппаратом «Кассини», могут быть связаны с подземными водными резервуарами, берущими начало из океана, скрытого под замерзшей поверхностью Энцелада, и содержащими ключевые химические элементы многих биологических процессов, протекающих в подповерхностном океане.
С этой находкой панспермия нанесла ответный удар, и теория вновь привлекла наше внимание. Новость разлетелась, подобно молнии, не ограничиваясь научным сообществом: ледяные миры могут допускать биологическую эволюцию и нести жизнь в своих скрытых под поверхностью океанах. Я задался вопросом, не являются ли такие миры инкубаторами для простейшей жизни, готовой распространиться по всему космосу? Были ли ледяные луны точками зарождения жизни, кочующей из мира в мир, хранящейся для потомков под поверхностью, но готовой к путешествию на борту метеорита или другого небесного объекта в место, подобное Земле? Если да, то была ли эта хитроумная система случайностью Вселенной или ее замыслом? Являются ли такие луны и другие ледяные тела конечным источником жизни? Почему бы и нет? Считается, что панспермия носит универсальный характер. Вне зависимости от того, было ли распространение жизни преднамеренным или нет, главный вопрос заключается в том, где и когда первые живые организмы получили шанс развиться. Действительно ли жизнь зародилась на Земле, или ледяные миры, далекие и близкие, действительно являются «нулевой точкой» зарождения жизни?
Исходя из общепринятых геоцентрических знаний о Земле, вода является одним из необходимых условий для первых шагов биологической эволюции. На дне океана открываются трещины, которые нагревают воду теплом магмы, залегающей глубоко под дном. Активные гидротермальные процессы в выходящей из них горячей воде создают ключевую, богатую минералами, соединениями и элементами среду для пребиотического синтеза, когда формируются строительные блоки первых клеток.
Возможно, вода была в изобилии уже в ту эпоху, которую космологи называют «обогащением первыми металлами», когда, по астрономическим меркам, многие элементы тяжелее водорода и гелия образовались в результате ядерного синтеза в самых ранних из существующих звезд. Эти чрезвычайно массивные, гигантские звезды с водородно-гелиевым строением, которые астрономы называют населением III (или Pop III), серьезно отнеслись к предписанию «жить быстро, умереть молодым» и выбросили свое вещество в космос в последние моменты своего короткого, в несколько сотен миллионов лет, жизненного цикла. Исчерпав свое первоначальное газовое топливо, содержащее водород и гелий, они произвели элементы, более тяжелые, чем эти два газа, которые астрономы называют «металлами». Однако многие из этих «металлов», такие как углерод и кислород, в обыденном понимании не считаются металлами. Теоретически, короткая, но очень продуктивная жизнь звезд Pop III обогатила космос элементами, создав изобилие воды в межзвездной среде в то время, когда возраст Вселенной составлял всего около 300–400 млн. лет. По крайней мере, в одном из исследований утверждается, что пригодная для жизни космологическая эпоха, когда жизнь могла развиваться на каменистых планетах с океанами, возникла, когда возраст нашей Вселенной, насчитывающей 13,8 млрд. лет, составлял всего 10-17 млн. лет.
Реальные наблюдения дают дополнительное подтверждение таким теоретическим выкладкам. Возраст одной из самых старых наблюдаемых планет, PSR B1620-26 b (звучит как дроид из «Звездных войн»), которую часто называют планетой Мафусаила, составляет примерно 12,7 млрд лет. Возраст другой древней планеты, WASP-183 b, предположительно составляет не менее 13 млрд лет.
Оба древних мира являются газовыми гигантами, подобно нашему дальнему соседу Юпитеру, известному своим большим красным пятном и четырьмя галилеевыми лунами: Ио, на которой находятся вулканы, и три луны с ледяной оболочкой и предполагаемым подземным океаном, на которых, возможно, есть жизнь: Европа, Ганимед и Каллисто.
А что, если самые ранние планеты Вселенной, газовые гиганты, похожие на Юпитер, имеют свои ледяные луны с подземными океанами, на которых также может развиваться и зарождаться жизнь? А что, если микроорганизмы вырвутся из-под ледяной оболочки этих древних лун, поймают метеорит и оплодотворят всю нашу Вселенную?
«Маленькая» WASP-183 b, размером вдвое меньше Юпитера, вращается вокруг звезды G-типа — носителя, подобного нашему Солнцу. К сожалению, на этом сходство заканчивается. Расстояние древней планеты от звезды-хозяина, похожей на Солнце, составляет лишь малую часть расстояния между Солнцем и Меркурием. Даже если мы захотим иметь вокруг газового гиганта ледяную луну типа Европы или Ганимеда в качестве потенциального места обитания жизни, вода — возможное ключевое соединение для образования океанов и жизни — не может находиться в жидкой или твердой фазе в условиях палящего жара на таком близком расстоянии от звезды-хозяина.
Это привело меня к Мафусаилу, который более чем в два раза больше Юпитера и живет в бинарной звездной системе, состоящей из пульсара и белого карлика. Несмотря на разницу в размерах и бинарные солнца, сходство может быть огромным — особенно если мы заглянем в космологическое прошлое.
Первоначально Мафусаил родился из протопланетного диска, вращавшегося вокруг звезды-прародительницы, похожей на Солнце и Юпитер. Позже эта звездная система была захвачена нейтронной звездой и ее спутником. В ходе такого обмена пара распалась, а спутник нейтронной звезды остался позади. В начале новой главы в жизни нейтронной звезды возникли новые отношения, когда хозяин Мафусаила стал последним членом бинарной системы. Прошло время, и звезда, похожая на Солнце, превратилась в красного гиганта, напитала своим веществом нейтронную звезду (впоследствии пульсар) и закончила свое существование в виде белого карлика. Мафусаил же наблюдал за этим превращением с безопасного расстояния и продолжал невозмутимо вращаться вокруг бинарной звездной системы, ставшей для него новым хозяином. Теоретический ледяной спутник Мафусаила, подобный лунам Юпитера, все еще является кандидатом на происхождение жизни. Могут ли такие ледяные спутники быть нулевыми точками зарождения жизни во Вселенной?
Для поддержания жизни потенциальных форм жизни, конечно, необходим не только подповерхностный океан. Среда должна быть насыщена кислородом, как океаны на Земле. А для доставки окислителей и других материалов, необходимых для жизни, необходимы такие процессы геологического обновления, как тектонизм и вулканизм, которые способствуют связи между подповерхностным океаном и ледяной поверхностью.
Чтобы понять, как это работает, достаточно взглянуть на поверхность Европы с ее лабиринтом линейных особенностей: через половину луны проходят длинные извилистые линии, сопровождаемые тонкими линиями, едва заметными даже на снимках космических аппаратов с самым высоким разрешением. Есть впадины и гребни, переходящие в более сложные узоры, в том числе двойные гребни и гребневидные полосы. Хаотичный рисунок этих линий показывает, как поверхность неоднократно обновляется, обмениваясь материалом с расположенным под ней океаном.
Наличие подповерхностного океана и возможность существования внеземной жизни сделали луны Юпитера основными объектами исследований во внешней Солнечной системе. Аппарат Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) уже находится в восьмилетнем путешествии к юпитерианским лунам.
Аппарат Europa Clipper находится на последнем этапе подготовки к запуску, который запланирован на осень 2024 года. Во время близких пролетов над замерзшей поверхностью Европы перед аппаратом будет стоять одна общая задача: определить, может ли Европа поддерживать жизнь в подземном океане под своей ледяной оболочкой.
После завершения этих миссий по сбору данных путем облета ледяных спутников предстоит новая задача. Europa Lander, концепция которого пока находится в стадии разработки, совершит посадку на поверхность Европы для непосредственного взятия проб и поиска потенциальных следов жизни, так называемых биосигнатур, на глубине 10 см под ледяной поверхностью. Хранящиеся на такой глубине следы жизни со сложным химическим составом будут защищены от разрушительной высокоэнергетической электронной бомбардировки в радиационных поясах вокруг Юпитера.
Когда мы сможем высадиться на поверхность ледяного спутника, мы сможем создать прибор, способный пробить кору и добраться до океана, находящегося на десятки километров под корой. На Земле мы проводим такие исследования, строя буровые установки на огромную глубину, а затем подбирая длину бурильной трубы в соответствии с растущей глубиной скважины. К сожалению, масса и объем таких приборов на борту космических аппаратов, отправляющихся к ледяным лунам, будут непомерно велики. Кроме того, для управления этими приборами все равно потребуется человек. Представьте себе, как сложно доставить элементы и построить 10-этажную конструкцию, способную пробурить ледяную кору Европы. Для достижения успеха нам определенно и отчаянно нужна альтернатива, и именно здесь на помощь приходят криоботы, которые могут перемещаться на борту космических аппаратов.
Концепция использования криоботов для проникновения под ледяной панцирь и исследования скрытого океана Европы была разработана в рамках проекта НАСА «Механизм подповерхностного доступа для Европы» (SESAME), цель которого — открыть сундук с сокровищами жизни, скрытой под ледяной поверхностью спутника.
Рассматриваемые криоботы — это четырехногие металлические паукообразные аппараты, роботы-зонды, имеющие множество говорящих названий: SLUSH (от Honeybee Robotics), VERNE (от Georgia Tech), поздний VALKYRIE, а теперь SPINDLE (от Stone Aerospace). Эти маленькие исследователи, работая вместе, будут плавить ледяную корку и копать поверхность, используя различные источники тепла, а также бурильные и режущие инструменты и гидроабразивную сборку.
Вслед за криоботами рой клиновидных мини-роботов под названием SWIM (Sensing With Independent Micro-swimmers) длиной в десятки сантиметров будет терпеливо ждать, когда можно будет проплыть через подповерхностный океан и исследовать его. Тем временем BRUIE (Buoyant Rover for Under-Ice Exploration), аппарат другого типа, поднимется к подповерхностному слою ледяной коры и будет бродить «вверх тормашками» в поисках жизни на границе воды и льда. Когда эти системы будут, наконец, развернуты, они смогут предоставить долгожданные прямые доказательства существования внеземной жизни.
Теперь настало время соединить точки. Теория панспермии предполагает, что жизнь на Земле могла возникнуть из внеземного источника. По крайней мере, для меня теория панспермии тесно связана с нашим бесконечным поиском происхождения человечества. Мы хотим знать, откуда мы пришли. Мы хотим почувствовать, насколько глубоко наши корни проникают в пространство и время.
Ученые-эволюционисты ищут корни человека в геологическом времени, часто обращаясь к миоцену — периоду, отмеченному исчезновением остатков древнего океана Тетис. В эту эпоху возвышались вершины трансконтинентальной Альпийско-Гималайской горной цепи, а ближе к концу, в условиях постоянного похолодания глобального климата, увеличился ледяной щит Антарктиды. Если присмотреться, то можно обнаружить существо, идущее по скрытой тропе среди деревьев тропическо-субтропического лиственного леса, направляющееся к более открытой местности в надежде по дороге полакомиться фруктами и насекомыми. Одни говорят, что он был похож на древнюю обезьяну, другие считают, что это скорее современная горилла или шимпанзе. Тем не менее, и те, и другие сходятся во мнении, что его появление около 8–6 млн. лет назад знаменует собой переломный момент в биологической эволюции — рассвет человечества. Это существо называют последним общим предком или гомо-паном, указывая на место на эволюционном древе жизни, где расходятся ветви гомининов и панов (предков шимпанзе и бонобо).
В дальнейшем все сходящиеся ветви филогенетического древа приводили к одному общему предку всех клеток, называемому последним универсальным общим предком (Last Universal Common Ancestor, LUCA). Несмотря на то, что в некоторых научных исследованиях первая живая клетка и LUCA разделены, последнюю часто называют эволюционным промежуточным звеном, соединяющим ранний абиотический мир Земли с периодом появления на поверхности Земли микробной жизни, сохранившейся в горных породах в виде окаменелостей, около 3,5 млрд лет назад. В поисках наших древнейших корней эта веха — та, о которой можно говорить вслух, не прослыв еретиком или шутом.
Но возникла ли LUCA из молекул, образовавшихся в результате все более сложных сетей химических реакций в абиотическом мире здесь, на Земле, или LUCA прибыла из космоса?
Не исключено, что молекулы и соединения, возникшие в результате химической эволюции и ответственные за создание компонентов жизни, могут появиться не только на Земле, но и на Марсе и ледяных лунах.
По данным последних экспериментов, проведенных на борту Международной космической станции, такие молекулы могут выжить в условиях космического пространства. Микробы вместе со сложными органическими молекулами (предшественниками первых живых клеток) смогут сесть на астероид и пронестись через бескрайнее космическое небо, чтобы прибыть в другое место в целости и сохранности. Если повезет, эти новички переживут не только неровную посадку на новую планету, но и начнут биологическую эволюцию заново, прибыв на свой новый дом.
А что если некоторые из этих астероидов являются искусственными, созданными разумной цивилизацией и отправленными в межзвездное пространство для оплодотворения других миров? Поклонники НЛО, энтузиасты SETI и некоторые ученые считают, что идея направленной панспермии по-прежнему актуальна. Одним из потенциальных источников может быть продолговатый астероид Оумуамуа (в переводе с гавайского – «разведчик») — межзвездный гость, который, по мнению гарвардского физика Ави Лоэба, мог быть доставлен в нашу Солнечную систему как легкий парус. Лоэб и его команда не останавливаются на «Оумуамуа» (большинство его коллег с этим не согласны). В поисках межзвездного гостя они также обращают внимание на CNEOS 20140108 — межзвездный метеор, упавший в южной части Тихого океана, который некоторые называют межзвездным метеором 1. Не далее, как этим летом команда Лоэба с помощью мощного магнита вычерпала дно океана в районе, как они полагают, места падения, и проанализировала около 50 микроскопических железных сферул, которые, по их мнению, могут быть останками метеора. Если эти сферулы окажутся искусственными (конечно, если), то это подтвердит теорию направленной панспермии и произведет революцию в наших знаниях о Вселенной.
Но для того чтобы запустить жизнь в космос, не нужны инопланетяне, возможно, с теоретической ледяной луны Мафусаила. Если нам удастся доказать, что жизнь зародилась на ледяных лунах Юпитера, то это станет естественным способом занесения LUCA в космос. Учитывая, что подобные формы могут пережить такое путешествие в дальний космос, идея последнего межгалактического универсального общего предка может оказаться не такой уж и невероятной.
Балаж Брадакис (Balazs Bradakis) — учёный в области планетологии в Университете Кобе (Япония).
Оригинал: Aeon
