Двойники Земли. Где ещё есть жизнь во Вселенной? Есть ли жизнь на небесах? Кто живет во вселенной кроме нас
Человечество создало искусственные спутники, гигантские телескопы и самые современные обсерватории. С помощью этих новшеств теперь исследуются глубины космического пространства. Технический прогресс только усиливает любопытство человека к вопросу о существовании других цивилизаций на далёких планетах. Одиноки мы во Вселенной, или есть и другие разумные существа?
В Солнечной системе самой «достойной» для существования жизни считается Марс. Правда, климат Северной Сибири и самых высоких точек Гималаев можно назвать тропическим по сравнению с климатом на Красной планете. Поэтому органическая жизнь, которая смогла бы достичь высокого уровня развития, вряд ли там есть. Наверное, марсиане так и будут пока существовать только в фантастических романах. Хотя нельзя исключать существования разумной жизни на других планетах Солнечной системы и за её пределами.
Команда американских астрономов насчитала в Галактике «Млечный путь» около 100 миллиардов звёзд. По их версии, около 30 миллиардов могут быть обитаемы. Джеффри Марси – учёный из калифорнийского университета, предполагает, что подобные выводы указывают на возможность существования во Вселенной разумных цивилизаций.
Однако слово «возможность» отличается от слова «вероятность». Планета должна подходить для существования, чтобы на ней появилась жизнь.
Учёные до сих пор не могут понять и объяснить механизм превращения неживой материи в живые клетки. Если они не знают точного процесса зарождения жизни, как можно оценить её появление на другой планете?
Версии и предположения учёных
Начиная с ХХ столетия, астрономы активно ищут жизнь на планетах Солнечной системы. Посылают в космос радиосигналы, исследуют различные его участки, а межпланетные станции отправляют послания от земной расы. Ведь для человеческой цивилизации очень важно найти себе подобных на других планетах. Пока предпринимаются только первые попытки, как первые шаги маленького ребёнка. Они малоэффективны на длинном и трудном пути к разумным цивилизациям, но они существуют, и процесс ускоряется. Однако есть ещё один важный момент – реальность существования объекта поиска.
Известный советский астроном ХХ века Иосиф Самуилович Шкловский с массой аргументов смог обосновать гипотезу, будто человеческая цивилизация единственно уникальная во всей Галактике. Учёный уверен, что возможные контакты с разумными существами не принесут человеку пользы.
Происхождением Вселенной, эволюцией на Земле, исследованием разумных существ занимаются специалисты всего мира: физики, химики, психологи, астрономы, биологи и др. Однако науке известна только белковая форма жизни, ведь только она существует на Земле. Поэтому появление иной формы станет уникальным явлением, сенсацией, которую трудно будет объяснить.
Поставленная задача- обнаружить и исследовать другие цивилизации, очень важна для нашей практики, культуры, философии, науки и техники. Если «найдётся» разумная жизнь в космосе, это укажет расе человека путь в будущее — к астрономическим интервалам времени и пространства, коренным образом изменив всю его жизнь. Именно поэтому к поискам внеземных цивилизаций каждый год подключается всё больше желающих. Однако где искать и как это делать – остаётся не решённым вопросом.
Человечество живёт в век кибернетики, где научный прогресс идёт «семимильными шагами». Но снова возникает вопрос: если существуют высокоразвитые цивилизации, то насколько высок их уровень развития? Много их? Контактируют ли они между собой? Можно ли обнаружить их современной техникой? Но самым главным остаётся вопрос: доходят ли послания разумных существ на Землю?
Новая наука, которая будет изучать вопросы инопланетных контактов, пока не имеет названия, однако её роль в развитии человечества огромна. Специалисты будут изучать возможности установления связей с другими развитыми существами, и предоставлять информацию о нас.
Древние доказательства существования пришельцев
Стоит ли ожидать, что какой-то космический корабль спустится на Землю, и представители другой цивилизации захотят с нами контактировать? Такой вариант вполне возможен. Но его вероятность в наше время слишком мала. А может быть, нашу планету уже посещали инопланетяне?
Покопавшись в древней истории человека, можно найти множество следов пришельцев. Планета Земля – настоящий музей по контактам с инопланетянами. Последние десятилетия поиски подобных артефактов существования разумных существ с далёких планет приобрели огромную популярность, и они стоят того, чтобы нам объяснили их назначение. Однако наука пока только выдвигает версии и предположения.
Последние несколько лет во всех странах мира очень резко увеличилось количество появления неопознанных летающих объектов (НЛО). Фиксируются случаи на всех континентах Земного шара. Например, различные летательные космические аппараты, которые не имеют одинаковой конструкции. Очевидцы и камеры наблюдения видят их шарами, дисками, ромбами, трапециями, цилиндрами и даже конусами. Если они такие разные, то вполне возможно, что это представители не одной разумной цивилизации. Секретные материалы о контактах НЛО с человечеством собирались не одно десятилетие, а теперь вдруг такие страны, как Новая Зеландия, Франция, Великобритания, а также США рассекретили архивы. Что произошло?
У каждого народа есть мифы и легенды, косвенно доказывающие существование других миров. Даже на фреске собора в штате Джорджия, которому 400 лет, изображены космические аппараты, напоминающие тарелки, и в них находятся люди. Может, инопланетяне всегда были рядом с нами, изучали нас, контролировали?
Во Флоренции на полотне великого художника «Мадонна со Святым Джованни» изображается странный летящий предмет, напоминающий светящийся диск. А найденные в Центральной Америке золотые статуэтки, которым 2 тысячи лет, являются точными копиями современных НЛО.
Что касается археологических находок, то фрески из пустыни Сахара, найденные учёными из Франции, поражают воображение. Кроме животных, на них изображаются люди в скафандрах. А гигантские загадочные сооружения, назначение которых не могут объяснить по сей день, говорят о том, что Землю посещали звёздные пришельцы. Возможно, Баальбекская терраса была ракетной стартовой площадкой, которую построили космонавты, пролетевшие через сотни световых лет.
Для некоторых учёных вопрос «одиноки ли мы во Вселенной?» давно решён. Они уверены, что человечество уже давно контактирует с инопланетными разумными существами. Так, Джон Поуп – учёный из Британии уверен, что талантливые люди на Земле являются потомками космических пришельцев, а более половины человечества — это предки инопланетных цивилизаций.
Мнения специалистов в области изучения контактов с другими мирами из космоса не всегда совпадают. Например, астрофизик Стивен Хокинг заявляет, что контакт земных представителей с инопланетянами принесёт Земле только проблемы. Возможно, нам даже грозит опасность от их присутствия. Учёный уверен, что технологии цивилизаций других планет в тысячи раз превосходят любые человеческие достижения. Зачем им сближаться с такой отсталой расой? Для них новые планеты – это источник материалов, они ведут кочевую жизнь, перемещаясь между звёзд с помощью энергии.
Возможно, мы не одиноки
Американский профессор астрофизики Фрэнк Дрейк выдвинул гипотезу, согласно которой на 100 миллиардах планет, подобных Земле, могут существовать сотни миллионов цивилизаций. Кроме того, большая часть способна пойти с нами на контакт. Если Вселенная так заселена разумными существами, которые намного превосходят нашу цивилизацию, почему мы их не встретили?
Специалисты отправляют в глубины Вселенной сигналы и послания, в надежде найти разумную жизнь. На протяжении десятилетий предпринимались неоднократные попытки связаться с марсианами или пришельцами с далёких планет. Самый мощный радиотелескоп в Пуэрто-Рико отправляет послания в глубокий космос с 1974 года. Однако ответа так никто и не получил. Возможно, оно ещё не дошло до них?
Существует и такой вариант: разумные цивилизации не хотят идти на контакт с человечеством, так как знают, что мы агрессивны, непредсказуемы и опасны. Некоторые учёные предполагают, что Земля является изолированной планетой, с которой нельзя контактировать.
Как бы там ни было, Вселенная молчит, и это научно доказанный факт. Его нужно принять и сделать соответствующие выводы. Если поиски внеземных цивилизаций не дали положительного результата и нет даже намёка в пользу существования внеземного разума, значит — мы одиноки во Вселенной? Может стоит прекратить поиски и наконец признать, что разумная жизнь на Земле – уникальна?
Нет ничего более волнующего, чем поиски жизни и разума во Вселенной. Уникальность земной биосферы и человеческого интеллекта бросает вызов нашей веры в единство природы. Человек не успокоится, пока не разгадает загадку своего происхождения. На этом пути необходимо пройти три важные ступени: узнать тайну рождения Вселенной, решить проблему происхождения жизни и понять природу разума.
Изучением Вселенной, её происхождения и эволюции занимаются астрономы и физики. Исследованием живых существ и разума заняты биологи и психологи. А происхождение жизни волнует всех: астрономов, физиков, биологов, химиков. К сожалению нам знакома только одна форма жизни - белковая и только одно место во Вселенной, где эта жизнь существует, - планета Земля. А уникальные явления, как известно, с трудом поддаются научному исследованию. Вот если бы удалось обнаружить другие населённые планеты, тогда загадка жизни была бы решена гораздо быстрее. А если бы на этих планетах нашлись бы разумные существа… Дух захватывает, стоит только представить себе первый диалог с братьями по разуму.
Но каковы реальные перспективы такой встречи? Где в космосе можно найти подходящие для жизни места? Может ли жизнь зародиться в межзвёздном пространстве, или для этого необходима поверхность планет? Как связаться с другими разумными существами? Вопросов много…
Поиски жизни в солнечной системе
ЛУНА - единственное небесное тело, где смогли побывать земляне и грунт которого подробно исследован в лаборатории. Никаких следов органической жизни на Луне не найдено.
Дело в том, что Луна не имеет и никогда не имела атмосферы: её слабое поле тяготения не может удерживать газ вблизи поверхности. По этой же причине на Луне нет океанов - они бы испарились. Не прикрытая атмосферой поверхность Луны днём нагревается до 130 °С, а ночью остывает до –170 °С. К тому же на лунную поверхность беспрепятственно проникают губительные для жизни ультрафиолетовые и рентгеновские лучи Солнца, от которых Землю защищает атмосфера. В общем, на поверхности Луны для жизни условий нет. Правда, под верхним слоем грунта, уже на глубине 1 м, колебания температуры почти не ощущаются: там постоянно около –40 °С. Но всё равно в таких условиях жизнь, вероятно, не может зародиться.
На ближайшей к Солнцу маленькой планете МЕРКУРИЙ ещё не побывали ни космонавты, ни автоматические станции. Но люди кое-что знают о ней благодаря исследованиям с Земли и с пролетавшего вблизи Меркурия американского аппарата «Маринер–10» (1974 и 1975 гг.). Условия там ещё хуже, чем на Луне. Атмосферы нет, а температура поверхности меняется от –170 до 450 °С. Под грунтом температура в среднем составляет около 80 °С, причём с глубиной она, естественно, возрастает.
ВЕНЕРУ в недавнем прошлом астрономы считали почти точной копией молодой Земли. Строились догадки, что скрывается под её облачным слоем: тёплые океаны, папоротники, динозавры? Увы, из-за близости к Солнцу Венера совсем не похожа на Землю: давление атмосферы у поверхности этой планеты в 90 раз больше земного, а температура и днём, и ночью около 460 °С. Ходя на Венеру опустилось несколько автоматических зондов, поиском жизни они не занимались: трудно представить себе жизнь в таких условиях. Над поверхностью Венеры уже не так жарко: на высоте 55 км давление и температура такие же, как на Земле. Но атмосфера Венеры состоит из углекислого газа, к тому же в ней плавают облака из серной кислоты. Словом, тоже не лучшее место для жизни.
МАРС не без оснований считался пригодной для жизни планетой. Хотя климат там очень суровый (летним днём температура составляет около 0 °С, ночью –80 °С, а зимой доходит до –120 °С), но всё же это не безнадёжно плохо для жизни: существует же она в Антарктиде и на вершинах Гималаев. Однако на Марсе есть ещё одна проблема - крайне разряжённая атмосфера, в 100 раз менее плотная, чем на Земле. Она не спасает поверхность Марса от губительных ультрафиолетовых лучей Солнца и не позволяет воде находиться в жидком состоянии. На Марсе вода может существовать только в виде пара и льда. И она действительно там есть, во всяком случае в полярных шапках планеты. Поэтому с большим нетерпением все ждали результатов поисков марсианской жизни, предпринятых сразу же после первой удачной посадки на Марс в 1976 г. автоматических станций «Викинг–1 и –2». Но они всех разочаровали: жизнь не была обнаружена. Правда это был лишь первый эксперимент. Поиски продолжаются.
ПЛАНЕТЫ-ГИГАНТЫ. Климат Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна совершенно не соответствует нашим представлениям о комфорте: очень холодно, ужасный газовый состав (метан, аммиак, водород и т. д.), практически нет твёрдой поверхности - лишь плотная атмосфера и океан жидких газов. Всё это очень непохоже на Землю. Однако в эпоху зарождения жизни и Земля была совсем не такой, как сейчас. Её атмосфера скорее напоминала венерианскую и юпитерианскую, разве что была теплее. Поэтому в ближайшее время непременно будет осуществлён поиск органических соединений в атмосфере планет-гигантов.
СПУТНИКИ ПЛАНЕТ И КОМЕТЫ. «Семейство» спутников, астероидов и ядер комет очень разнообразно по своему составу. В него, с одной стороны, входит огромный спутник Сатурна Титан с плотной азотной атмосферой, а с другой - мелкие ледяные глыбы кометных ядер, большую часть времени проводящие на далёкой периферии Солнечной системы. Серьёзной надежды обнаружить жизнь на этих телах не было никогда, хотя исследование на них органических соединений как предшественников жизни представляет особый интерес. В последнее время внимание экзобиологов (специалистов по внеземной жизни) привлекает спутник Юпитера Европа. Под ледяной корой этого спутника должен быть океан жидкой воды. А где вода - там жизнь.
В упавших на землю метеоритах иногда обнаруживают сложные органические молекулы. Сначала было подозрение, что они попадают в метеориты из земной почвы, но теперь их внеземное происхождение вполне надёжно доказано. Например, упавший в Австралии в 1972 г. метеорит Мерчисон был подобран уже на следующее утро. В его веществе нашли 16 аминокислот - основных строительных блоков животных и растительных белков, причём лишь 5 из них присутствуют в земных организмах, а остальные 11 на Земле редки. К тому же среди аминокислот метеорита Мерчисон в равных долях присутствуют левые и правые молекулы (зеркально симметричные друг другу), тогда как в земных организмах - в основном левые. Кроме того в молекулах метеорита изотопы углерода 12С и 13С представлены в иной пропорции, чем на Земле. Это, бесспорно, доказывает, что аминокислоты, а также гуанин и аденин - составные части молекул ДНК и РНК, могут самостоятельно формироваться в космосе.
Итак, пока в Солнечной системе нигде кроме Земли, жизнь не обнаружена. Учёные не питают на этот счёт больших надежд; скорее всего Земля окажется единственной живой планетой. Например, климат Марса в прошлом был более мягким, чем сейчас. Жизнь могла там зародиться и продвинуться до определённой ступени. Есть подозрение, что среди попавших на Землю метеоритов некоторые являются древними осколками Марса; в одном из них обнаружены странные следы, возможно принадлежащие бактериям. Это ещё предварительные результаты, но даже они привлекают интерес к Марсу.
Условия для жизни в космосе
В космосе мы встречаем широкий спектр физических условий: температура вещества меняется от 3-5 К до 107-108 К, а плотность - от 10-22 до 1018 кг/см3. Среди столь большого разнообразия нередко удаётся обнаружить места (например, межзвёздные облака), где один из физических параметров с точки зрения земной биологии благоприятствует развитию жизни. Но лишь на планетах могут совпасть все параметры, необходимые для жизни.
ПЛАНЕТЫ ВБЛИЗИ ЗВЁЗД. Планеты должны быть не меньше Марса, чтобы удержать у своей поверхности воздух и пары воды, но и не такими огромными, как Юпитер и Сатурн, протяжённая атмосфера которых не пропускает солнечные лучи к поверхности. Одним словом, планеты типа Земли, Венеры, возможно, Нептуна и Урана при благоприятных обстоятельствах могут стать колыбелью жизни. А обстоятельства эти довольно очевидны: стабильное излучение звезды; определённое расстояние от планеты до светила, обеспечивающее комфортную для жизни температуру; круговая форма орбиты планеты, возможная лишь в окрестностях уединённой звезды (т. е. одиночной или компонента очень широкой двойной системы). Это главное. Часто ли в космосе встречается совокупность подобных условий?
Одиночных звёзд довольно много - около половины звёзд Галактики. Из них около 10% сходны с Солнцем по температуре и светимости. Правда, далеко не все они также спокойны, как наша звезда, но приблизительно каждая десятая похожа на Солнце и в этом отношении. Наблюдения последних лет показали, что планетные системы, вероятно, формируются у значительной части звёзд умеренной массы. Таким образом, Солнце с его планетной системой должны напоминать около 1% звёзд Галактики, что не так уж мало - миллиарды звёзд.
ЗАРОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ НА ПЛАНЕТАХ. В конце 50-х гг. XX столетия американские биофизики Стэнли Миллер, Хуан Оро, Лесли Оргел в лабораторных условиях имитировали первичную атмосферу планет (водород, метан, аммиак, сероводород, вода). Колбы с газовой смесью они освещали ультрафиолетовыми лучами и возбуждали искровыми разрядами (на молодых планетах активная вулканическая деятельность должна сопровождаться сильными грозами). В результате из простейших веществ очень быстро формировались любопытные соединения, например 12 из 20 аминокислот, образующих все белки земных организмов, и 4 из 5 оснований, образующих молекулы РНК и ДНК. Разумеется, это лишь самые элементарные «кирпичики», из которых по очень сложным правилам построены земные организмы. До сих пор непонятно, как эти правила были выработаны и закреплены природой в молекулах РНК и ДНК.
ЗОНЫ ЖИЗНИ. Биологи не видят иной основы для жизни, кроме органических молекул - биополимеров. Если для некоторых из них, например молекулы ДНК, важнейшей является последовательность звеньев-мономеров, то для большинства других молекул - белков и в особенности ферментов - важнейшей является их пространственная форма, которая очень чувствительна к окружающей температуре. Стоит повыситься температуре, как белок денатурируется - теряет свою пространственную конфигурацию, а вместе с ней и биологические свойства. У земных организмов это происходит при температуре около 60 °С. При 100-120 °С разрушаются практически все земные формы жизни. К тому же универсальный растворитель - вода - при таких условиях превращается в атмосфере Земли в пар, а при температуре менее 0 °С - в лёд. Следовательно, можно считать, что благоприятный для возникновения диапазон температур - 0-100 °С.
В 2005 году Хизер Смит из Международного космического университета в Страсбурге и Крис Маккей из Исследовательского центра Эймса в NASA подготовили документ, рассматривающий возможность существования жизни на базе метана, так называемых метаногенов. Такие формы жизни могли бы потреблять водород, ацетилен и этан, выдыхая метан вместо углекислого газа.
Это могло бы сделать возможными зоны обитаемости жизни в холодных мирах вроде луны Сатурна Титан. Подобно Земле, атмосфера Титана представлена по большей части азотом, но смешанным с метаном. Титан также единственное место в нашей Солнечной системе, кроме Земли, где присутствуют большие жидкие водоемы - озера и реки из этано-метановой смеси. (Подземные водоемы также присутствуют на Титане, его сестринской луне Энцелад, а также на спутнике Юпитера Европе). Жидкость считается необходимой для молекулярных взаимодействий органической жизни и, конечно, основное внимание будет сосредоточено на воде, но этан и метан также позволяют таким взаимодействиям осуществляться.
Миссия NASA и ESA «Кассини-Гюйгенс» в 2004 году наблюдала грязный мир с температурой -179 градусов по Цельсию, где вода была твердой как камень, а метан плыл по речным долинам и бассейнам в полярные озера. В 2015 году команда инженеров-химиков и астрономов Корнелльского университета разработала теоретическую клеточную мембрану из небольших органических соединений азота, которые могли бы функционировать в жидком метане Титана. Они назвали свою теоретическую клетку «азотосомой», что в буквальном переводе означает «азотное тело», и она обладала такой же стабильностью и гибкостью, что и земная липосома. Самым интересным молекулярным соединением была акрилонитриловая азотосома. Акрилонитрил, бесцветная и ядовитая органическая молекула, используется для акриловых красок, резины и термопластмассы на Земле; также его нашли в атмосфере Титана.
Последствия этих экспериментов для поисков внеземной жизни сложно переоценить. Жизнь не только потенциально могла развиться на Титане, но ее еще и можно обнаружить по водородным, ацетиленовым и этановым следам на поверхности. Планеты и луны, в атмосферах которых преобладает метан, могут быть не только вокруг подобных Солнцу звезд, но и вокруг красных карликов в более широкой « ». Если NASA запустит Titan Mare Explorer в 2016 году, уже в 2023 году мы получим подробную информацию о возможной жизни на азоте.
Жизнь на основе кремния
Жизнь на основе кремния - это, пожалуй, самая распространенная форма альтернативной биохимии, любимой популярной наукой и фантастикой - вспомните хорта из «Звездного пути». Эта идея далеко не нова, ее корни уходят еще в 1894 году: «Какое фантастическое воображение могло бы разыграться из такого предположения: представим кремниево-алюминиевые организмы - или, может, сразу кремниево-алюминиевых людей? - которые путешествуют через атмосферу из газообразной серы, положим так, по морям из жидкого железа температурой в несколько тысяч градусов или вроде того, чуть выше температуры доменной печи».
Кремний остается популярным именно потому, что очень похож на углерод и может образовывать четыре связи, подобно углероду, что открывает возможность создания биохимической системы полностью зависимой от кремния. Это самый распространенный элемент в земной коре, если не считать кислород. На Земле есть водоросли, которые включают кремний в свой процесс роста. Кремний играет вторую после углерода роль, поскольку тот может образовывать более стабильные и разнообразные комплексные структуры, необходимые для жизни. Углеродные молекулы включают кислород и азот, которые образуют невероятно крепкие связи. Сложные молекулы на основе кремния, к сожалению, имеют тенденцию распадаться. Кроме того, углерод чрезвычайно распространен во Вселенной и существует миллиарды лет.
Едва ли жизнь на основе кремния появится в окружении, подобном земному, поскольку большая часть свободного кремния будет заперта в вулканических и магматических породах из силикатных материалов. Предполагают, что в высокотемпературном окружении все может быть по-другому, но никаких доказательств пока не нашли. Экстремальный мир вроде Титана мог бы поддерживать жизнь на основе кремния, возможно, вкупе с метаногенами, так как молекулы кремния вроде силанов и полисиланов могут имитировать органическую химию Земли. Тем не менее на поверхности Титана преобладает углерод, тогда как большая часть кремния находится глубоко под поверхностью.
Астрохимик NASA Макс Бернштейн предположил, что жизнь на основе кремния могла бы существовать на очень горячей планете, с атмосферой богатой водородом и бедной кислородом, позволяя случиться комплексной силановой химии с обратными кремниевыми связями с селеном или теллуром, но такое, по мнению Бернштейна, маловероятно. На Земле такие организмы размножались бы очень медленно, а наши биохимии никак бы не мешали друг другу. Они, впрочем, могли бы медленно поедать наши города, но «к ним можно было бы применить отбойный молоток».
Другие биохимические варианты
В принципе, было довольно много предложений касательно жизненных систем, основанных на чем-то другом, помимо углерода. Подобно углероду и кремнию, бор тоже имеет тенденцию образовывать прочные ковалентные молекулярные соединения, образуя разные структурные варианты гидрида, в которых атомы бора связаны водородными мостиками. Как и углерод, бор может связываться с азотом, образуя соединения, по химическим и физическим свойства подобным алканам, простейшим органическим соединения. Основная проблема с жизнью на основе бора связана с тем, что это довольно редкий элемент. Жизнь на основе бора будет наиболее целесообразна в среде, температура которой достаточно низка для жидкого аммиака, тогда химические реакции будут протекать более контролируемо.
Другая возможная форма жизни, которая привлекла определенное внимание, это жизнь на основе мышьяка. Вся жизнь на Земле состоит из углерода, водорода, кислорода, фосфора и серы, но в 2010 году NASA объявило, что нашло бактерию GFAJ-1, которая могла включать мышьяк вместо фосфора в клеточную структуру без всяких последствий для себя. GFAJ-1 живет в богатых мышьяков водах озера Моно в Калифорнии. Мышьяк ядовит для любого живого существа на планете, кроме нескольких микроорганизмов, которые нормально его переносят или дышат им. GFAJ-1 стала первым случаем включения организмом этого элемента в качестве биологического строительного блока. Независимые эксперты немного разбавили это заявление, когда не нашли никаких свидетельств включения мышьяка в ДНК или хотя бы каких-нибудь арсенатов. Тем не менее разгорелся интерес к возможной биохимии на основе мышьяка.
В качестве возможной альтернативы воде для строительства форм жизни выдвигался и аммиак. Ученые предположили существование биохимии на основе азотно-водородных соединений, которые используют аммиак в качестве растворителя; он мог бы использоваться для создания протеинов, нуклеиновых кислот и полипептидов. Любые формы жизни на основе аммиака должны существовать при низких температурах, при которых аммиак принимает жидкую форму. Твердый аммиак плотнее жидкого аммиака, поэтому нет никакого способа остановить его замерзание при похолодании. Для одноклеточных организмов это не составило бы проблемы, но вызвало бы хаос для многоклеточных. Тем не менее существует возможность существования одноклеточных аммиачных организмов на холодных планетах Солнечной системы, а также на газовых гигантах вроде Юпитера.
Сера, как полагают, послужила основой для начала метаболизма на Земле, и известные организмы, в метаболизм которых включена сера вместо кислорода, существуют в экстремальных условиях на Земле. Возможно, в другом мире формы жизни на основе серы могли бы получить эволюционное преимущество. Некоторые считают, что азот и фосфор могли бы также занять место углерода при довольно специфических условиях.
Меметическая жизнь
Ричард Докинз считает, что основной принцип жизни звучит так: «Вся жизнь развивается, благодаря механизмам выживания воспроизводящихся существ». Жизнь должна быть способна воспроизводиться (с некоторыми допущениями) и пребывать в среде, где будут возможны естественный отбор и эволюция. В своей книге «Эгоистичный ген» Докинз отметил, что понятия и идеи вырабатываются в мозгу и распространяются среди людей в процессе общения. Во многом это напоминает поведение и адаптацию генов, поэтому он называет их «мемами». Некоторые сравнивают песни, шутки и ритуалы человеческого общества с первыми стадиями органической жизни - свободными радикалами, плавающими в древних морях Земли. Творения разума воспроизводятся, эволюционируют и борются за выживание в царстве идей.
Подобные мемы существовали до человечества, в социальных призывах птиц и усвоенном поведении приматов. Когда человечество стало способно абстрактно мыслить, мемы получили дальнейшее развитие, управляя племенными отношениями и формируя основу для первых традиций, культуры и религии. Изобретение письма еще больше подтолкнуло развитие мемов, поскольку они смогли распространяться в пространстве и времени, передавая меметичную информацию подобно тому, как гены передают биологическую. Для некоторых это чистая аналогия, но другие считают, что мемы представляют уникальную, хотя немного рудиментарную и ограниченную форму жизни.
Жизнь на Земле основана на двух переносящих информацию молекулах, ДНК и РНК, и долгое время ученые размышляли, можно ли создать другие похожие молекулы. Хотя любой полимер может хранить информацию, РНК и ДНК отображают наследственность, кодирование и передачу генетической информации и способны адаптироваться с течением времени в процессе эволюции. ДНК и РНК — это цепи молекул-нуклеотидов, состоящих из трех химических компонентов - фосфата, пятиуглеродной сахарной группы (дезоксирибоза в ДНК или рибоза в РНК) и одного из пяти стандартных оснований (аденин, гуанин, цитозин, тимин или урацил).
В 2012 году группа ученых из Англии, Бельгии и Дании первой в мире разработала ксенонуклеиновую кислоту (КНК, XNA), синтетические нуклеотиды, функционально и структурно напоминающие ДНК и РНК. Они были разработаны путем замены сахарных групп дезоксирибозы и рибозы различными субститутами. Такие молекулы делали и раньше, но впервые в истории они были способны воспроизводиться и эволюционировать. В ДНК и РНК репликация происходит с помощью молекул полимеразы, которые могут читать, транскибировать и обратно транскрибировать нормальные последовательности нуклеиновых кислот. Группа разработала синтетические полимеразы, которые создали шесть новых генетических систем: HNA, CeNA, LNA, ANA, FANA и TNA.
Одна из новых генетических систем, HNA, или гекситонуклеиновая кислота, была достаточно надежной, чтобы хранить нужное количество генетической информации, которая может послужить в качестве основы для биологических систем. Другая, треозонуклеиновая кислота, или TNA, оказалась потенциальным кандидатом на таинственную первичную биохимию, царившую на рассвете жизни.
Есть масса потенциальных применений этих достижений. Дальнейшие исследования могут помочь в разработке лучших моделей появления жизни на Земле и будут иметь последствия для биологических измышлений. XNA может получить терапевтическое применение, ведь можно создать нуклеиновые кислоты для лечения и связи с конкретными молекулярными целями, которые не будут портиться так быстро, как ДНК или РНК. Они даже могут лечь в основу молекулярных машин или вообще искусственной формы жизни.
Но прежде чем это станет возможно, должны быть разработаны другие энзимы, совместимые с одной из XNA. Некоторые из них уже разработали в Великобритании в конце 2014 года. Есть также возможность, что XNA может причинять вред РНК/ДНК-организмам, поэтому безопасность должна быть на первом месте.
Хромодинамика, слабое ядерное взаимодействие и гравитационная жизнь
В 1979 году ученый и нанотехнолог Роберт Фрейтас-младший предположил возможную небиологическую жизнь. Он заявил, что возможный метаболизм живых систем основан на четырех фундаментальных силах - электромагнетизме, сильном ядерном взаимодействии (или квантовой хромодинамике), слабом ядерном взаимодействии и гравитации. Электромагнитная жизнь - это стандартная биологическая жизнь, которую мы имеем на Земле.
Хромодинамическая жизнь могла бы быть основана на сильном ядерном взаимодействии, которое считается сильнейшим из фундаментальных сил, но только на чрезвычайно коротких расстояниях. Фрейтас предположил, что такая среда может быть возможна на нейтронной звезде, тяжелом вращающемся объекте 10-20 километров в диаметре с массой звезды. С невероятной плотностью, мощнейшим магнитным полем и гравитацией в 100 миллиардов раз сильнее, чем на Земле, у такой звезды было бы ядро с 3-километровой коркой кристаллического железа. Под ней было бы море с невероятно горячими нейтронами, различными ядерными частицами, протонами и ядрами атомов и возможные богатые нейтронами «макроядра». Эти макроядра в теории могли бы сформировать крупные сверхъядра, аналогичные органическим молекулам, нейтроны выступали бы эквивалентом воды в причудливой псевдобиологической системе.
Фрейтас видел формы жизни на базе слабого ядерного взаимодействия как маловероятные, поскольку слабые силы действуют лишь в субъядерном диапазоне и не особенно сильны. Как часто показывает бета-радиоактивный распад и свободный распад нейтронов, формы жизни слабого взаимодействия могли бы существовать при тщательном контроле слабых взаимодействий в своей среде. Фрейтас представил существ, состоящих из атомов с избыточными нейтронами, которые становятся радиоактивными, когда умирают. Он также предположил, что есть регионы Вселенной, где слабая ядерная сила сильнее, а, значит, шансы на появление такой жизни выше.
Гравитационные существа тоже могут существовать, поскольку гравитация является самой распространенной и эффективной фундаментальной силой во Вселенной. Такие существа могли бы получать энергию из самой гравитации, получая неограниченное питание из столкновений черных дыр, галактик, других небесных объектов; существа поменьше - из вращения планет; самые маленькие - из энергии водопадов, ветра, приливов и океанических течений, возможно, землетрясений.
Формы жизни из пыли и плазмы
Органическая жизнь на Земле основана на молекулах с соединениями углерода, и мы уже выяснили возможные соединения для альтернативных форм. Но в 2007 году международная группа ученых во главе с В. Н. Цытовичем из Института общей физики Российской академии наук документально подтвердила, что при нужных условиях частицы неорганической пыли могут собираться в спиральные структуры, которые затем будут взаимодействовать друг с другом в манере, присущей для органической химии. Это поведение также рождается в состоянии плазмы, четвертом состоянии вещества после твердого, жидкого и газообразного, когда электроны отрываются от атомов, оставляя массу заряженных частиц.
Группа Цытовича обнаружила, что когда электронные заряды отделяются и плазма поляризуется, частицы в плазме самоорганизуются в форму спиральных структур вроде штопора, электрически заряженных, и притягиваются друг к другу. Они также могут делиться, образуя копии оригинальных структур, подобно ДНК, и индуцировать заряды в своих соседях. По мнению Цытовича, «эти сложные, самоорганизующиеся плазменные структуры отвечают всем необходимым требованиям, чтобы считать их кандидатами в неорганическую живую материю. Они автономны, они воспроизводятся и они эволюционируют».
Некоторые скептики считают, что такие заявления являются больше попыткой привлечь внимание, нежели серьезными научными заявлениями. Хотя спиральные структуры в плазме могут напоминать ДНК, сходство в форме необязательно предполагает сходство в функциях. Более того, тот факт, что спирали воспроизводятся, не означает потенциал жизни; облака тоже так делают. Что еще больше удручает, большая часть исследований была проведена на компьютерных моделях.
Один из участников эксперимента также собщил, что хотя результаты действительно напоминали жизнь, в конце концов, они были «просто особой формой плазменного кристалла». И все же, если неорганические частицы в плазме могут перерасти в самовоспроизводящиеся, развивающиеся формы жизни, они могут быть наиболее распространенной формой жизни во Вселенной, благодаря вездесущей плазме и межзвездным облакам пыли по всему космосу.
Неорганические химические клетки
Профессор Ли Кронин, химик Колледжа науки и инженерии при Университете Глазго, мечтает создать живые клетки из металла. Он использует полиоксометаллаты, ряд атомов металла, связанных с кислородом и фосфором, чтобы создать похожие на клетки пузырьки, которые он называет «неорганическими химическими клетками», или iCHELLs (этот акроним можно перевести как «неохлетки»).
Группа Кронина начала с создания солей из отрицательно заряженных ионов крупных оксидов металла, связанных с небольшим положительно заряженным ионом вроде водорода или натрия. Раствор из этих солей затем впрыскивается в другой солевой раствор, полный больших положительно заряженных органических ионов, связанных с небольшими отрицательно заряженными. Две соли встречаются и обмениваются частями, так что крупные оксиды металла становятся партнерами с крупными органическими ионами, образуя что-то вроде пузыря, который непроницаем для воды. Изменяя костяк оксида металла, можно добиться того, что пузыри приобретут свойства биологических клеточных мембран, которые выборочно пропускают и выпускают химические вещества из клетки, что потенциально может позволить протеканию того же типа контролируемых химических реакций, который происходит в живых клетках.
Группа ученых также сделала пузыри в пузырях, имитируя внутренние структуры биологических клеток, и добилась прогресса в создании искусственной формы фотосинтеза, которая потенциально может быть использована для создания искусственных клеток растений. Другие синтетические биологи отмечают, что такие клетки могут никогда не стать живыми, пока не получат систему репликации и эволюции вроде ДНК. Кронин не теряет надежду на то, что дальнейшее развитие принесет свои плоды. Среди возможных применений этой технологии есть также разработка материалов для солнечных топливных устройств и, конечно, медицина.
По словам Кронина, «основная цель - это создать комплексные химические клетки с живыми свойствами, которые могут помочь нам понять развитие жизни и пойти этим же путем, чтобы привнести новые технологии на основе эволюции в материальный мир - своего рода неорганические живые технологии».
Зонды фон Неймана
Искусственная жизнь на основе машин - это довольно распространенная идея, чуть ли не банальная, поэтому давайте просто рассмотрим зонды фон Неймана, чтобы не обходить ее стороной. Впервые их придумал в середине 20 века венгерский математик и футуролог Джон фон Нейман, который считал, что для того, чтобы воспроизводить функции человеческого мозга, машина должна обладать механизмами самоуправления и самовосстановления. Так он пришел к идее создания самовоспроизводящихся машин, в основе которых работают наблюдения за возрастающей сложностью жизни в процессе воспроизводства. Он считал, что такие машины могут стать своего рода универсальным конструктором, который мог бы позволить не только создавать полные реплики себя самого, но и улучшать или изменять версии, тем самым осуществляя эволюцию и наращивая сложность со временем.
Другие футурологи вроде Фримена Дайсона и Эрика Дрекслера довольно быстро применили эти идеи к области космических исследований и создали зонд фон Неймана. Отправка самовоспроизводящегося робота в космос может быть самым эффективным способом колонизации галактики, ведь так можно захватить весь меньше чем за один миллион лет, даже будучи ограниченными скоростью света.
Как объяснил Мичио Каку:
«Зонд фон Неймана - это робот, предназначенный для достижения далеких звездных систем и создания фабрик, которые будут строить копии самих себя тысячами. Мертвая луна, даже не планета, может стать идеальным пунктом назначения для зондов фон Неймана, поскольку там будет проще садиться и взлетать с этих лун, а также потому что на лунах нет эрозии. Зонды могли бы жить за счет земли, добывая железо, никель и другое сырье для строительства роботизированных фабрик. Они бы создали тысячи копий самих себя, которые затем разошлись бы в поисках других звездных систем».
За долгие годы были придуманы различные версии базовой идеи зонда фон Неймана, включая зонды освоения и разведки для тихого исследования и наблюдения внеземных цивилизаций; зондов связи, разбросанных по всему космосу, чтобы лучше улавливать радиосигналы инопланетян; рабочие зонды для строительства сверхмассивных космических структур; зонды-колонизаторы, которые будут покорять другие миры. Могут быть даже путеводные зонды, которые будут выводить юные цивилизации в космос. Увы, могут быть и зонды-берсеркеры, задачей которых будет уничтожение следов любой органики в космосе, за чем последует строительство полицейских зондов, которые будут эти атаки отражать. Учитывая то, что зонды фон Неймана могут стать своего рода космическим вирусом, нам стоит осторожно подходить к их разработке.
Гипотеза Геи
В 1975 году Джеймс Лавлок и Сидни Эптон совместно написали статью для New Scientist под названием «В поисках Геи». Придерживаясь традиционной точки зрения о том, что жизнь зародилась на Земле и процветала благодаря нужным материальным условиям, Лавлок и Эптон предположили, что жизнь таким образом взяла на себя активную роль в поддержании и определении условий для своего выживания. Они предположили, что вся живая материя на Земле, в воздухе, океанах и на поверхности является частью единой системы, ведущей себя подобно сверхорганизму, который способен настраивать температуру на поверхности и состав атмосферы нужным для выживания образом. Они назвали такую систему Геей, в честь греческой богини земли. Она существует, чтобы поддерживать гомеостаз, благодаря которому на земле может существовать биосфера.
Лавлок работал над гипотезой Геи с середине 60-х годов. Основная идея в том, что биосфера Земли имеет ряд природных циклов, и когда один идет наперекосяк, другие компенсируют его так, чтобы поддерживать жизненную способность. Это могло бы объяснить, почему атмосфера не состоит целиком из диоксида углерода или почему моря не слишком соленые. Хотя вулканические извержения сделали раннюю атмосферу состоящей преимущественно из диоксида углерода, появились вырабатывающие азот бактерии и растения, производящие кислород в процессе фотосинтеза. Спустя миллионы лет атмосфера изменилась в нашу пользу. Хотя реки переносят соль в океаны из пород, соленость океанов остается стабильной на 3,4%, поскольку соль просачивается через трещины в океаническом дне. Это не сознательные процессы, но результат обратной связи, которая удерживает планеты в пригодном для обитания равновесии.
Другие свидетельства включают то, что если бы не биотическая активность, метан и водород исчезли бы из атмосферы всего за несколько десятилетий. Кроме того, несмотря на увеличение температуры Солнца на 30% за последние 3,5 миллиарда лет, средняя глобальная температура пошатнулась всего на 5 градусов по Цельсию, благодаря регуляторному механизму, который удаляет диоксид углерода из атмосферы и запирает его в окаменелой органической материи.
Первоначально идеи Лавлока были встречены насмешками и обвинениями. Со временем, однако, гипотеза Геи повлияла на идеи о биосфере Земли, помогла сформировать цельное их восприятие в ученом мире. Сегодня гипотеза Геи скорее уважается, нежели принимается учеными. Она является скорее положительной культурной рамкой, в которой должны проводиться научные исследования на тему Земли как глобальной экосистемы.
Палеонтолог Питер Уорд разработал конкурентную гипотезу Медеи, названную в честь матери, которая убила своих детей, в греческой мифологии, основная идея которой сводится к тому, что жизнь по своей сути стремится к саморазрушению и самоубийству. Он указывает на то, что исторически большинство массовых вымираний были вызваны формами жизни, например, микроорганизмами или гоминидами в штанах, которые наносят тяжелые увечья атмосфере Земли.
По материалам listverse.com
Потенциально пригодные для жизни планеты. Нашу Землю вполне можно использовать как эталонный мир для существования жизни. Но все же ученым нужно рассмотреть множество различных условий, которые сильно отличаются от наших. При которых жизнь во Вселенной может поддерживаться в долгосрочной перспективе.
Сколько лет существует жизнь во Вселенной?
Земля образовалась около 4.5 миллиардов лет назад. Однако с момента Большого взрыва прошло более 9 миллиардов лет. Крайне самонадеянно было бы предполагать, что Вселенной потребовалось все это время для создания необходимых условий для жизни. Обитаемые миры могли возникнуть гораздо раньше. Все ингредиенты, необходимые для жизни ученым пока неизвестны. Но некоторые вполне очевидны. Так какие условия необходимо выполнить, чтобы появилась планета, которая может поддерживать жизнь?
Первое, что будет необходимо – это правильный тип звезды. Здесь могут существовать всевозможные сценарии. Планета может существовать на орбите вокруг активной, мощной звезды и оставаться пригодной для жизни, несмотря на ее враждебность. Красные карлики, такие как , могут излучать мощные вспышки и лишать атмосферы потенциально пригодной для жизни планеты. Но очевидно, что магнитное поле, плотная атмосфера и жизнь, которая была достаточно умна, чтобы искать убежища во время таких интенсивных событий, вполне могли бы в совокупности сделать такой мир пригодным для жизни.
Но если срок жизни звезды не слишком большой, то развитие биологии на ее орбите невозможно. Первое поколение звезд, известное как звезды популяции III, с вероятностью 100 процентов не имели обитаемых планет. Нужно чтобы звезды, по крайней мере, содержали некоторые металлы (тяжелые элементы тяжелее гелия). К тому же, первые звезды жили достаточно мало, чтобы на планете успела появиться жизнь.
Требования к планетам
Итак, прошло достаточно времени для появления тяжелых элементов. Возникли звезды, чей срок существования исчисляется миллиардами лет. Следующим ингредиентом, который нам нужен, является правильный тип планеты. Насколько мы понимаем жизнь, это означает, что планета должна обладать следующими характеристиками:
- способна поддерживать достаточно плотную атмосферу;
- поддерживает неравномерное распределение энергии на своей поверхности;
- имеет жидкую воду на поверхности;
- обладает нужными начальными ингредиентами для возникновения жизни;
- имеет мощное магнитное поле.
Каменистая планета, имеющая достаточно большие размеры, плотную атмосферу и вращающаяся вокруг своей звезды на правильном расстоянии, имеет все шансы. Учитывая что планетные системы достаточно распространенное явление в космосе, и так же то, что в каждой галактике огромное число звезд, первые три условия достаточно легко выполнить.
Звезда системы вполне может обеспечить энергетический градиент своей планеты. Он может возникать при воздействии ее гравитации. Или таким генератором может быть крупный спутник, вращающийся вокруг планеты. Эти факторы могут вызвать геологическую активность. Поэтому условие неравномерного распределения энергии легко выполнимо. Планета также должна обладать запасами всех необходимых элементов. Ее плотная атмосфера должна позволять жидкости существовать на поверхности.
Планеты с подобными условиями должны были возникнуть к тому времени, когда Вселенной было всего 300 миллионов лет.
Нужно больше
Но есть один нюанс, который нужно учитывать. Он состоит в том, что необходимо иметь достаточное количество тяжелых элементов. И их синтез занимает больше времени, чем требуется для появления скалистых планет с правильными физическими условиями.
Эти элементы должны обеспечить правильные биохимические реакции, которые необходимы для жизни. На окраинах крупных галактик для этого может потребоваться много миллиардов лет и множество поколений звезд. Которые будут жить и умирать, чтобы выработать необходимое количество нужного вещества.
В сердцах звездообразование происходит часто и непрерывно. Из переработанных остатков предыдущих поколений сверхновых звезд и планетарных туманностей рождаются новые звезды. И количество нужных элементов может там быстро расти.
Галактический центр, однако, является не очень удачным местом для возникновения жизни. Вспышки гамма-всплесков, сверхновые, образование черных дыр, квазары и разрушающиеся молекулярные облака создают здесь среду, которая в лучшем случае нестабильна для жизни. Вряд ли она сможет возникнуть и развиваться в таких условиях.
Чтобы получить нужные условия этот процесс должен прекратиться. Необходимо чтобы звездообразование больше не происходило. Именно поэтому самые первые, наиболее подходящие для жизни планеты возникли, вероятно, не в такой галактике, как наша. А скорее в красно-мертвой галактике, которая перестала образовывать звезды миллиарды лет назад.
Когда мы изучаем галактики, мы видим, что 99,9% их состава – это газ и пыль. Это является причиной появления новых поколений звезд и непрерывного процесса звездообразования. Но некоторые из них прекратили формировать новые звезды около 10 миллиардов лет назад или больше. Когда их топливо заканчивается, что может произойти после катастрофического крупного галактического слияния, звездообразование внезапно прекращается. Голубые гиганты просто заканчивают свою жизнь, когда у них заканчивается топливо. А остаются медленно тлеть дальше.
Мертвые галактики
В результате эти галактики сегодня называются «красными мертвыми» галактиками. Все их звезды стабильны, стары и безопасны в отношении тех рисков, которые приносят области активного звездобразования.
Одна из таких, галактика NGC 1277, находится совсем рядом с нами (по космическим меркам).
Поэтому очевидно, что первые планеты, на которых могла возникнуть жизнь, возникли не позже 1 миллиарда лет после рождения Вселенной.
По самым осторожным оценкам существует два триллиона галактик. И поэтому галактики, которые являются космическими странностями и статистическими выбросами, несомненно, существуют. Остается только несколько вопросов: какова распространенность жизни, вероятность ее появления и необходимое для этого время? Жизнь может возникнуть во Вселенной и до достижения миллиардного года. Но устойчивый, постоянно обитаемый мир является гораздо большим достижением, чем жизнь, только что возникшая.
