АСТРОБИОЛОГИЯ⁠⁠

Пожалуй, самая дерзкая из всех наук. Она занимается вопросами, на которые у человечества пока нет окончательных ответов, но сам факт того, что мы можем задавать их всерьёз, с приборами, телескопами и математическими моделями, а не только в стихах и мифах, говорит о колоссальном прогрессе. Что такое жизнь? Как она возникла на Земле? Существует ли она где-то ещё? Эти три вопроса сплетены в один тугой узел, и астробиология пытается его распутать, хотя честно признаёт: пока мы знаем лишь один пример жизни - нашу собственную планету. Но именно этот пример, изученный до мельчайших молекулярных деталей, даёт нам инструменты для поиска других. И пусть астробиологов иногда называют учёными без объекта исследования, в этой шутке есть лишь доля правды: объект есть, просто он пока не найден. А вот методов и гипотез - великое множество.

Начнём с самого трудного - с определения. Казалось бы, каждый знает, что такое жизнь, но попросите биолога дать строгую формулировку, и он задумается. Размножение? Кристаллы тоже размножаются, если создать условия. Обмен веществ? Огонь растёт и поглощает топливо, но живым его не назовёшь. Реакция на раздражители? Некоторые химические системы осциллируют. Наиболее известное определение, предложенное NASA в 1990-х годах, звучит так: жизнь - это самоподдерживающаяся химическая система, способная к дарвиновской эволюции. В нём важны два ключевых слова: самоподдерживающаяся и эволюция. Живые организмы не просто существуют, они активно используют энергию и материю, чтобы поддерживать свою упорядоченность, и они изменяются, передавая наследственную информацию. Но даже это определение не идеально: вирусы, например, не являются самоподдерживающимися, поскольку размножаются только внутри клетки-хозяина, однако в них есть генетический материал, и они эволюционируют. Многие биологи не считают вирусы живыми, другие считают, что они - пограничный случай. Споры о том, что считать жизнью, - не схоластика: от ответа зависит, как мы будем искать её на других планетах. Если жизнь - это непременно клетка с метаболизмом, то мы ищем что-то знакомое. Если жизнь - это любая эволюционирующая информационная система, то, возможно, мы уже окружены ею, просто не узнаём.

Химическая основа известной нам жизни - углерод и вода. Углерод уникален тем, что его атомы способны образовывать длинные цепочки, кольца и ветвистые структуры, соединяясь с водородом, кислородом, азотом и другими элементами, создавая практически безграничное разнообразие молекул. Ни один другой элемент не даёт такой гибкости; кремний, который часто предлагают как альтернативу, тоже четырёхвалентен, но его связи с кислородом слишком прочны, а с самим собой - слабы, поэтому кремниевые цепочки нестабильны в большинстве растворителей. Вода, в свою очередь, - уникальный растворитель: она полярна, что позволяет растворять соли и полярные молекулы, имеет высокую теплоёмкость, что стабилизирует температуру, её плотность в твёрдом состоянии меньше, чем в жидком, поэтому лёд плавает, изолируя воду под собой. Всё это делает воду идеальной средой для химических реакций. Существуют ли другие возможные биохимии? Астрономы и химики обсуждают возможность жизни на основе аммиака или метана в качестве растворителей при низких температурах, например, на Титане, спутнике Сатурна, где есть жидкие углеводородные моря. Это, конечно, ересь с точки зрения классической биологии, но научная ересь, которая заставляет нас пересматривать границы возможного. Пока же все известные живые организмы используют одну и ту же химию, и это сильный аргумент в пользу того, что жизнь, скорее всего, будет углеродной и водной, по крайней мере та, которую мы сможем распознать.

Искать жизнь мы можем в Солнечной системе и за её пределами. Марс - первая и самая очевидная цель. Ещё в 1970-х годах аппараты «Викинг» проводили на его поверхности эксперименты по поиску микробной жизни, и один из них, эксперимент с меченым углеродом, дал положительный сигнал, который, однако, был признан небиологическим объяснением - реакцией перхлоратов в грунте. С тех пор накопилось много данных: древние русла рек, береговые линии высохших озёр, минералы, которые формируются только в воде, и наличие подповерхностных ледяных отложений. Сегодня марсоходы ищут следы прошлой жизни, а будущие миссии нацелены на сбор образцов. Но если на Марсе и была жизнь, она, скорее всего, была микробной и существовала миллиарды лет назад, когда планета имела плотную атмосферу и жидкую воду. Сейчас Марс холоден, сух и облучён, но в его недрах могут сохраняться карманы жидкой воды, и кто знает, не теплится ли там микробная жизнь и поныне.

Ещё более интригующими целями являются ледяные спутники планет-гигантов. Европа у Юпитера и Энцелад у Сатурна - два самых перспективных мира. Под их ледяными корками толщиной в километры скрываются глобальные океаны жидкой воды, которые поддерживаются в жидком состоянии за счёт приливного разогрева от гравитационного взаимодействия с планетой. На Энцеладе зонд «Кассини» пролетел сквозь гейзеры, выбрасывающие воду из подлёдного океана, и обнаружил в ней водород, метан, углекислый газ и соли. Это значит, что на дне океана, вероятно, есть гидротермальные источники, подобные земным «чёрным курильщикам», где, по одной из гипотез, могла зародиться жизнь. Европа, как считают планетологи, тоже имеет контакт океана с каменистым ядром, что создаёт химические градиенты - источник энергии для гипотетических микробов. Планируются миссии: Europa Clipper уже летит, а для Энцелада обсуждаются проекты орбитальных аппаратов. Если мы найдём хотя бы следы простейшей биохимии в этих океанах, это будет открытие эпохального масштаба: значит, жизнь возникает не только на планетах с мягким климатом, но и в тёмных, холодных глубинах, где единственный источник энергии - химия горных пород.

Титан, самый крупный спутник Сатурна, предлагает ещё более экзотический сценарий. На его поверхности текут реки и озёра из жидкого метана и этана, а атмосфера плотная, азотная, с примесью органических молекул. Химический состав очень богат, и некоторые учёные предполагают, что там могла бы возникнуть жизнь, использующая не воду, а углеводороды в качестве растворителя. Данные зонда «Гюйгенс» и аппарата «Кассини» не дали доказательств, но идея остаётся предметом дискуссий. Атмосфера Титана настолько интересна, что планируется миссия Dragonfly с винтокрылым аппаратом, который будет исследовать его дюны и озёра. И нельзя забыть Венеру, где в 2020 году группа астрономов объявила о возможном обнаружении фосфина в верхних слоях атмосферы - газа, который на Земле ассоциируется с микробной жизнью. Сообщение вызвало бурю: одни группы подтверждали сигнал, другие опровергали, и пока вопрос остаётся открытым. Венера - адское место с температурой под пятьсот градусов и давлением в девяносто атмосфер, но на высоте около пятидесяти километров условия почти земные, и некоторые микробы могли бы, теоретически, плавать в каплях серной кислоты. Это тоже пока ересь, но она заставляет задуматься.

За пределами Солнечной системы поиск жизни сосредоточен на экзопланетах. Мы открыли уже тысячи миров, и среди них немало таких, что находятся в так называемой обитаемой зоне - области вокруг звезды, где при наличии подходящей атмосферы на поверхности может существовать жидкая вода. Особое внимание привлекают красные карлики, потому что их много, и у них легче обнаруживать планеты земного размера, но у них есть и проблемы: мощные вспышки, которые могут сдувать атмосферы, и приливный захват, из-за которого одна сторона планеты вечно обращена к звезде. Тем не менее модели климата показывают, что при достаточно плотной атмосфере и океане тепло может переноситься на ночную сторону, и такие планеты могут быть обитаемы. Пример - система TRAPPIST-1 с семью землеподобными планетами, три из которых находятся в обитаемой зоне.

Поиск жизни на экзопланетах сводится к поиску биомаркеров - газов в атмосфере, которые указывают на биологическую активность. Кислород и метан в неравновесных концентрациях, как на Земле, были бы сильным признаком. Но нужно быть осторожными: кислород может образовываться и в результате фотолиза воды, а метан - вулканической деятельностью. Поэтому ищут комбинации газов, которые не могут сосуществовать без активного источника. Недавние наблюдения телескопа «Джеймс Уэбб» атмосферы планеты K2-18 b показали наличие метана и углекислого газа, а также возможный диметилсульфид - молекулу, которая на Земле производится только жизнью. Однако сигнал слаб, и требуются повторные измерения. В ближайшие десятилетия должны появиться телескопы нового поколения, способные получать спектры атмосфер землеподобных планет у близких звёзд, и тогда поиск биомаркеров станет рутиной.

Наконец, существует поиск внеземного разума. Уравнение Дрейка, составленное в 1961 году, перемножает вероятности: от скорости звездообразования до доли цивилизаций, выходящих на связь. Оценки дают от нуля до миллионов. Проекты SETI прослушивают небо в радиодиапазоне, но пока тишина. Парадокс Ферми формулируется просто: если разумная жизнь распространена, то где же все? Возможные ответы: редкая Земля (слишком много уникальных совпадений), великий фильтр (какой-то этап эволюции почти непреодолим), зоопарк (они нас не трогают), или мы просто неправильно ищем. Техносигнатуры - следы технологий, такие как гипотетические сферы Дайсона, загрязнение атмосферы хлорфторуглеродами или необычные радиосигналы, - тоже активно обсуждаются. И хотя пока нет ни одного достоверного сигнала, сам факт, что мы можем их искать, меняет наше самосознание.

Астробиология, таким образом, - это не просто поиск микробов в космосе, а попытка понять наше место во Вселенной. Она соединяет биологию, химию, геологию, астрономию и философию. И даже если мы никогда не найдём жизнь за пределами Земли, сам процесс поиска уже обогатил науку: мы поняли, как возникла жизнь на нашей планете, какие условия её поддерживают и насколько хрупкой она может быть. Возможно, ответ на вопрос «одиноки ли мы?» окажется не таким, как мы надеемся, но даже отрицательный результат будет знанием. А пока, глядя на ночное небо, мы впервые в истории можем не просто мечтать, но и целенаправленно искать. И кто знает, может быть, в одном из тех далёких миров кто-то прямо сейчас задаёт тот же самый вопрос.

Продолжение следует.