Глава 8. Жизнь в Солнечной системе

 

Нам суждено спускаться вновь и вновь.

В тот край, откуда началась дорога,

Чтобы опять взглянуть… и в изумленьи

Его увидеть, словно в первый раз.

Т. С. Элиот, "Легкое головокружение"

 

 

Убежденность в существовании жизни на планетах Солнечной системы возникла у людей лет на 300 раньше, чем были получены убедительные научные данные как о самой жизни, так и о планетах. Такие представления — плод естественного, но неоправданно широкого толкования революционных идей Коперника — сформировались у мыслителей XVII–XVIII вв. не на основе научных фактов, а исходя из общих философских принципов. Со временем благодаря углублению научных знаний существование жизни на других планетах перестало быть не вызывающей сомнения истиной. а превратилось в гипотезу, которая подлежала логическому анализу и экспериментальной проверке. Выполнению этой программы, которая завершилась лишь в наши дни, способствовали два обстоятельства: более глубокое проникновение в тайны природы и происхождения живой материи, а также разработка новых методов исследования планет, позволившая переступить пределы, установленные возможностями земных телескопов. В числе этих новых методов прежде всего следует назвать создание межпланетных космических аппаратов и непрерывно совершенствующуюся технику передачи информации.

Современные биологи показали, что жизнь — это химический феномен, отличающийся от прочих химических процессов проявлением генетических свойств. Во всех известных живых системах носителями этих свойств служат нуклеиновые кислоты и белки. Сходство нуклеиновых кислот, белков и работающих на их основе генетических механизмов у организмов самых различных видов практически не оставляет сомнений в том, что все живые существа, ныне обитающие на Земле, связаны эволюционной цепью, которая соединяет их также с существовавшими в прошлом и вымершими видами. Подобная эволюция — естественный и неизбежный результат работы генетических систем. Таким образом, несмотря на бесконечное разнообразие, все живые существа на нашей планете принадлежат к одной семье. На Земле фактически существует лишь одна форма жизни, которая могла возникнуть только однократно.

Основным элементом земной биохимии является углерод. Химические свойства этого элемента делают его особенно подходящим для образования такого типа больших информационно богатых молекул, которые необходимы для построения генетических систем с практически неограниченными эволюционными возможностями. Космос также очень богат углеродом, и целый ряд данных (результаты лабораторных экспериментов, анализов метеоритов и спектроскопии межзвездного пространства) свидетельствует, что образование органических соединений, подобных тем, которые входят в состав живой материи, достаточно легко и в широких масштабах происходит во Вселенной. Поэтому вероятно, что если жизнь существует в каком-то ином уголке Вселенной, то она также основана на химии углерода.

Биохимические процессы, основанные на химии углерода, могут протекать лишь при сочетании на планете определенных условий температуры и давления, а также наличия подходящего источника энергии, атмосферы и растворителя. Хотя в земной биохимии роль растворителя играет вода, возможно, хотя и не обязательно, что в биохимических процессах, происходящих на иных планетах, участвуют другие растворители.

Условия, существующие в действительности на известных нам планетах, позволяют считать, что эти минимальные требования чрезвычайно жестки и, по всей видимости, пригодные для жизни планеты — достаточно редкое явление. Благодаря значительным успехам в изучении планет к 1975 г. стало очевидным, что в Солнечной системе только Марс, хотя и с малой долей вероятности, может рассматриваться как возможное место существования внеземной жизни. Состоявшийся в том году полет "Викингов" завершил серию важных космических экспедиций на Марс, подведя исследования, связанные с поисками жизни на других планетах, к кульминационной точке. Была закончена одна из самых удивительных глав в летописи современной науки, породившей миф о жизни на Марсе. Низвержение этого мифа, начатое в 1963 г., поведало нам немало интересного не только о самом Марсе, но и о человеческой психологии. Оно же продемонстрировало поистине безграничное могущество науки, ее способность вскрывать и исправлять собственные ошибки.

"Викинги" не только не обнаружили жизни на Марсе, но и — что не менее важно — выяснили причины невозможности ее там. Марс лишен той удивительной особенности, которая определяет экологию нашей планеты, — океанов жидкой воды, обильно освещаемых Солнцем. На Марсе совершенно нет жидкой воды, и он подвержен воздействию всеразрушающего коротковолнового ультрафиолетового излучения. Даже одного из этих факторов, вероятно, вполне достаточно, чтобы сделать планету стерильной, а в сочетании они привели к возникновению на поверхности планеты высокоокислительных условий, которые несовместимы с существованием органических соединений. Поэтому на Марсе нет не только жизни, но и органического вещества.

Но кое-кто, не взирая ни на какие научные данные, продолжает считать планету обитаемой. Время от времени приходится, например, слышать, что где-то на Марсе все же может существовать сырое и теплое место — марсианский рай, богатый своеобразными, марсианскими формами жизни. Порой ставятся под сомнения и выводы, сделанные на основании полетов "Викингов", ибо полученные результаты можно интерпретировать, предполагая, что в грунте планеты обитают микроорганизмы, плотность популяции которых ниже порога чувствительности газового хроматографа с масс-спектрометром.

Эти взаимоисключающие точки зрения — одна, допускающая, что жизнь на Марсе, как и на Земле, нуждается в воде, и другая, напротив, отрицающая подобную необходимость, — совершенно фантастичны. "Райский сад", будь он на Марсе, был бы различим на фотографиях марсианской поверхности по висящему над ним облаку водяных паров и, возможно, по наличию снега. Но этих признаков обнаружено не было, и очень маловероятно, что подобное место может существовать на Марсе. Равнина Утопия (где совершил посадку один из спускаемых аппаратов), грунт на которой в течение длительного времени ежегодно бывает покрыт инеем, является по марсианским стандартам очень влажным местом, и поэтому нет оснований говорить, что при осуществлении научной программы "Викинг" образцы отбирались только в самых засушливых областях. А второе предположение, согласно которому в марсианском грунте даже и сейчас обитают микроорганизмы — не более чем еще один вариант легенды о голубом единороге, утверждающей, что этот зверь живет в пещере на Луне. Данное утверждение невозможно опровергнуть, поскольку создатель легенды наделил единорога всеми свойствами, необходимыми для выживания на Луне. По аналогии марсианские организмы должны быть, например, способны к существованию без воды или иного растворителя и быть устойчивыми к процессу, разрушающему органические вещества, фотодеструкции.

Неудавшиеся попытки обнаружить жизнь на Марсе явились не только разочарованием, но и открытием. Поскольку Марс, несомненно, считался наиболее "перспективным" объектом для поисков внеземной жизни в Солнечной системе, то теперь, в сущности, стало ясно, что Земля — единственная несущая жизнь планета в ближайшей к нам области Галактики. Мы пробудились ото сна! Мы одиноки, мы и все другие виды — наши фактические родственники, с которыми мы делим Землю. Если современные исследования Солнечной системы заставят нас глубже осознать уникальность нашей маленькой планеты и усилят тем самым нашу решимость избежать самоуничтожения, то они дадут человечеству нечто большее, чем просто сумму новых научных знаний.

 

Словарь терминов

 

Адсорбция. Связывание молекул газа или молекул, находящихся в растворе, с твердыми поверхностями под действием специфических физических или химических сил.

Альдегид. Органическое соединение, общая структура которого описывается формулой

 

H-RC=O

 

где R — либо водород (образующий формальдегид), либо органический радикал. Знак "=" означает двойную связь (см. Химическая связь).

Аминокислота. Основная субъединица белков с общей формулой RCH(NH2)COOH, где R любой из 20 различных радикалов.

Белок. Молекула, образованная одним или несколькими полипептидами (см. Полипептид). Белки в виде ферментов (см. Фермент) играют основную роль практически во всех химических реакциях. протекающих в живых клетках. Они выполняют также многие другие биологические функции, например образуют мышечные волокна.

Водородная связь. См. Химическая связь.

Возгонка. Испарение твердого тела, минуя фазу таяния.

Восстановление. Присоединение атомов водорода или электронов (либо отщепление атомов кислорода) к элементу или соединению.

Генетическая система. Химические вещества и физические механизмы, лежащие в основе саморепликации и мутации.

Давление паров. Давление, вызываемое паром, находящимся в равновесии с жидкой или твердой фазой вещества.

Диэлектрическая проницаемость. Величина, характеризующая поляризацию диэлектрика под действием электрического поля; показывает, во сколько раз сила взаимодействия двух свободных зарядов в диэлектрике меньше, чем в вакууме. Величина диэлектрической проницаемости важна для объяснения свойств жидкостей как растворителей. Среди жидкостей вода имеет одно из самых высоких значений диэлектрической проницаемости.

Изотоп. Разновидности одного и того же химического элемента, отличающиеся друг от друга массой атомов. Изотопы одного элемента сходны по химическим свойствам, но некоторые из них нестабильны и подвержены радиоактивному распаду.

Иней. Мельчайшие кристаллы льда, образующиеся при конденсации газа на холодной поверхности.

Ион. Атом или группа атомов, несущие электрический заряд вследствие потери либо приобретения одного или более электронов.

Катабатический ветер. Нисходящий воздушный поток в атмосфере. Такие ветры возникают в результате нагревания, вызванного локальным возрастанием давления, и характеризуются относительно низкой влажностью.

Катализатор. Вещество, которое ускоряет химическую реакцию, не расходуясь и не изменяясь при этом.

Мантия. Слой Земли, лежащий между земной корой и ядром, расположенным в центре.

Микромоль (мкмоль). Миллионная доля моля. Моль — это количество граммов вещества, численно равное его молекулярной массе. В 1 моле содержится 6.02 х 10 молекул вещества.

Мономер. Молекула (например, нуклеотид или аминокислота), из которой обычно образуются линейные цепи полимеров (в частности, нуклеиновые кислоты и белки).

Мутация. Случайное изменение структуры гена, которое закрепляется в результате саморепликации.

Нуклеиновая кислота. Линейный полимер, образующийся из нуклеотидов в результате связывания остатка фосфорной кислоты одного нуклеотида с сахаром следующего. Одна из двух типов нуклеиновых кислот, ДНК, образует гены. Другая, РНК, участвует в процессе синтеза белков.

Нуклеотид. Мономерная субъединица нуклеиновых кислот с общей структурой: азотистое основание-сахар-фосфорная кислота.

Окисление. Присоединение кислорода к элементу или соединению либо отщепление водорода или электронов.

Оптический изомер. Химическое соединение, которое, находясь в растворе, вызывает вращение плоскости поляризации света по часовой стрелке или против нее. У каждого такого соединения есть пара — соединение, представляющее собой зеркальное отражение первого, которое вызывает поворот плоскости поляризации света в противоположном направлении.

Относительная влажность. Концентрация паров воды в воздухе, выраженная в процентах по отношению к насыщающей концентрации при той же температуре.

Парниковый эффект. Нагревание атмосферы, вызванное ее непрозрачностью для инфракрасного излучения; возникает в результате поглощения грунтом солнечного (главным образом видимого) света, для которого атмосфера прозрачна.

Полимер. См. Мономер.

Полипептид. Линейный полимер, образованный в результате соединения аминокислот.

Полярная молекула. Молекула, в которой центр положительного заряда не совпадает с центром отрицательного заряда, вследствие чего возникают положительный и отрицательный полюса. Большинство молекул, входящих в состав живых клеток, полярны, как и многие растворители, например вода, аммиак, спирты. Полярные растворители характеризуются высокой диэлектрической проницаемостью (см. Диэлектрическая проницаемость).

Радикал. Атом или группа атомов, обладающих одним или более неспаренными электронами. Свободные радикалы, т. е. радикалы, не объединенные в молекулы, например образующиеся при фотолизе воды Н и ОН, обычно отличаются очень высокой реакционно- способностью.

Сахар. Углевод, содержащий, как правило, не более 12 атомов углерода и имеющий общую формулу Сn(Н2О)n. Обычный пищевой сахар, или сахароза, имеет формулу С12Н22О11.

Свободная энергия. Мера количества работы (химической, механической или электрической), связанной с химическими реакциями. протекающими при постоянных давлении и температуре. Реакции с выделением свободной энергии, например окисление сахара, происходят самопроизвольно и могут служить источником энергии. Реакции с поглощением свободной энергии, т. е. запасающие ее. например фотосинтез, не могут протекать без поступления энергии извне. Про реакции, в ходе которых не происходит изменения свободной энергии, говорят, что они находятся в равновесии.

Спектрограмма. Фотография спектра.

Тройная точка. Температура, при которой твердая, жидкая и газообразная фазы вещества находятся в равновесии. Температура тройной точки чистой воды равна 0,0099 С.

Углеводород. Химическое соединение, состоящее только из углерода и водорода.

Фермент. Белок, функционирующий как биологический катализатор.

Фотолиз. Расщепление молекул, как правило, вызванное поглощением ультрафиолетового излучения.

Фотосинтез. Процесс, при котором зеленые растения, морские водоросли и некоторые бактерии используют солнечный свет для синтеза органического вещества из диоксида углерода (углекислого газа).

Химическая связь. Сила, удерживающая вместе атомы в молекулах. Наиболее часто встречающаяся химическая связь — это образование у двух атомов пары обобщенных электронов. Двойная химическая связь создается двумя, а тройная тремя парами обобщенных электронов. Водородные связи, играющие важную роль в формировании структуры воды, ДНК и белков, создаются ионами водорода, каждый из которых связан с двумя отрицательно заряженными атомами, например атомами кислорода или азота.

Электролит. Вещество, которое при растворении в воде диссоциирует на положительно и отрицательно заряженные ионы.

Электрострикция. Изменение объема и ограничение свободы движения молекул растворителя, вызванное воздействием электрических полей, возникающих в ходе многих химических реакций.

 

[1] Смысл используемых в книге специальных понятий разъясняется в "Словаре терминов".

 

[2] Репликация синтез дочерней молекулы на родительской, подобный получению реплики на матрице. — Прим. перев.

 

[3] Трансляция процесс, с помощью которого генетическая информация переводится из нуклеиновой кислоты в белок. — Прим. перев.

 

[4] Рассчитано заново по данным Дайхофф (1972).

 

[5] В этих молекулах атомов водорода больше, чем в молекулах других типов. Но водород не может служить структурной основой молекулы, поскольку он образует лишь одну ковалентную связь.

 

[6] Национальная академия деи Линчей (Accademia Nazionale dei lincei) — одна из старейших в Европе академий наук: существует (с перерывами) с 1603 г. в Италии. Название происходит от слова lince — рысь: основатели академии поклялись исследовать природу глазами зоркими, как у рыси. — Прим. ред.

 

[7] По данным Камерона (1970).

 

[8] По данным Мейсона (1966).

 

[9] Этими аминокислотами были глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин, пролин, аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота, серин, треонин, аспарагин и глутамин.

 

[10] В Мерчисонском метеорите их было идентифицировано около 50, причем восемь из них входят в состав белков: глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин. пролин, аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота. Были обнаружены также серин и треонин, но не исключено, что их наличие связано с загрязнением.

 

[11] Недавно появившееся сообщение о том, что обнаруженные в геотермальных источниках на дне Тихого океана бактерии (см. с. 75) могут развиваться при 250 °C под давлением 265 атм, весьма сомнительно и, вероятно, ошибочно.

 

[12] NASA (National Aeronautics and Space Administration) — Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (США). Цитируемые здесь рекомендации взяты из отчета Совета по космическим исследованиям Национальной академии наук США за 1962 г., подготовленного для НАСА на основе проведенных исследований.

 

[13] Угол наклона марсианской оси изменяется во времени в интервале 15–35, что обусловлено главным образом гравитационным притяжением Юпитера. Угол наклона земной оси изменяется всего на ± 1 от среднего значения.

 

[14] 1 мбар (миллибар) давление, равное 100 Н/м2 (ньютон на квадратный метр). На Земле атмосферное давление составляет 1012 мбар. что соответствует 760 мм Hg на уровне моря.

 

[15] Масса слоя воды толщиной 14 мкм равна 0,0014 г/см2. Умножая эту величину на ускорение силы тяжести (на Марсе оно равно 373 см/с), можно найти давление паров воды у поверхности — оно составляет 0,522 мкбар.

 

[16] Следует помнить, что величина 6.1 мбар относится к давлению паров воды, а не к общему атмосферному давлению, как иногда указывают.

 

[17] Семейство растений тропических районов Америки. Прим. перев.

 

[18] Уэллс Г. Избранные произведения в 3-х томах.-М.: Молодая гвардия, 1956, т. 2, с. 168.

 

[19] В период 1962–1977 гг. к Марсу совершили полет семь автоматических станций "Марс", первыми проложившие путь к этой планете. В 1971 г. спускаемый аппарат "Марс-3" впервые осуществил мягкую посадку на поверхность планеты. В 1973 г. впервые по межпланетной трассе одновременно совершили полет четыре станции "Марс". Станция "Марс-5" стала третьим советским искусственным спутником "красной" планеты, а "Марс-6" достиг ее поверхности. В результате этих полетов были получены ценные сведения о физико-химических свойствах Марса, в том числе о температурных условиях и содержании паров воды в атмосфере. — Прим. ред.

 

[20] В группу входили Гарольд П. Клейн, Джошуа Ледерберг, Джилберт В. Левайн, Вэнс Ояма, Александр Рич и автор.

 

[21] Кизельгур (инфузорная мука диатамит) — осадочная горная порода, состоящая из панцирей микроскопических диатомовых водорослей и обладающая большой пористостью и способностью к адсорбции. Прим. ред.