Узнаем ли мы инопланетную жизнь, когда увидим ее?

В эпизоде ​​«Звездного пути» 1967 года капитан Кирк и его команда расследовали загадочные убийства шахтеров на планете Янус VI. Убийцей, как выяснилось, был каменный монстр по имени Орта. Но датчики «Энтерпрайза» не зафиксировали никаких признаков жизни в существе. Орта была формой жизни на основе кремния. Это отличало его от любого на Земле, где все основано на углероде.

Тем не менее, не потребовалось много времени, чтобы определить, что Орта жив. Первая подсказка заключалась в том, что он передвигался на карачках. Спок закрыл дело слиянием разумов. Он узнал, что существо было последним в своем роде, защищающим кладку яиц.

Но распознать жизнь в разных мирах вряд ли будет так просто. Это может оказаться особенно трудным, если рецепт жизни в другом месте не включает знакомые ингредиенты. Некоторые ученые подозревают, что на Земле даже могут быть живые существа, которые были упущены из виду, потому что они не соответствуют стандартным определениям. Ученые, которые ищут жизнь за пределами Земли, называются астробиологами. Им нужны некоторые основные правила — с некоторым встроенным пространством для маневра — чтобы знать, когда они могут с уверенностью заявить: «Он жив!»                                     

Среди людей, разрабатывающих эти правила, есть Кристоф Адами. Он физик-теоретик в Университете штата Мичиган в Ист-Лансинге. Он наблюдал, как растет его собственная версия жизни на основе кремния. Но эта жизнь была ненастоящей. Это была компьютерная симуляция.

«Легко, когда просто», — говорит Адами. «Если вы обнаружите, что что-то ходит и машет вам рукой, нетрудно будет понять, что вы нашли жизнь». Но есть вероятность, что первыми инопланетянами, с которыми столкнутся люди, будут не маленькие зеленые человечки. Вероятно, это будут крошечные микробы того или иного цвета или, возможно, вообще бесцветные.

По определению

Ученые пытаются выяснить, как они могут распознать эти инопланетные микробы. Это может быть очень сложно, если микробы очень странные. Это побудило исследователей предложить некоторые основные критерии для отличия живых существ от неживых.

Многие настаивают на том, что определенные черты должны присутствовать у любого типа жизни, в том числе у инопланетян. К ним относятся активный метаболизм , размножение и эволюция. Другие добавляют требование, что жизнь должна иметь клетки, достаточно большие, чтобы содержать машины для построения белка, называемые рибосомами (RY-boh-soams).

Но такие определения могут быть чрезмерно строгими. По словам Кэрол Клеланд из Университета Колорадо в Боулдере, составление списка необходимых критериев для жизни может дать ученым узкий кругозор. Это узкое видение может ослепить их разнообразием жизни в космосе.

Дать определение «жизни» непросто. Вирус, такой как этот вирус Эбола, по большинству определений не является живым (хотя некоторые ученые утверждают, что это так).

Некоторые ученые, например, говорят, что вирусы неживые, потому что они полагаются на свои клетки-хозяева для размножения. Но Адами «не сомневается» в том, что вирусы живут. «Они не несут с собой всего, что им нужно для выживания», — признает он. — Но и мы тоже. Что важно, утверждает Адами, так это то, что вирусы передают генетическую информацию от одного поколения к другому. И в простейшем случае, утверждает он, жизнь — это просто информация, которая воспроизводит себя.

Эволюция тоже не должна обсуждаться, говорит Клиланд. В конце концов, люди, скорее всего, никогда не пробудут достаточно долго, чтобы сказать, развивается ли что-то.

Даже ограничения на размеры клеток могут привести к тому, что мельчайшие микробы не будут считаться инопланетянами. Но этого не должно быть, утверждает Стивен Беннер. Он астробиолог из Фонда прикладной молекулярной эволюции в Алачуа, штат Флорида. Клетка, слишком маленькая, чтобы содержать рибосомы, может действовать по-другому. Он предполагает, что вместо белков он может использовать генетический материал, известный как РНК, для проведения биохимических реакций. 

Клетки считались необходимыми, потому что они отделяют один организм от другого. Но это могут сделать слои глины, предполагает Адами. Клеланд предполагает, что жизнь может даже существовать в виде сетей химических реакций, которые вообще не требуют разделения.

Это фантастическое мышление. Но это может быть именно то, что нужно ученым, чтобы распознать необычные типы жизни, если такие инопланетяне появятся.

Близко и лично

За последние годы за пределами Солнечной системы было обнаружено более 1000 планет. С их открытием шансы в пользу существования инопланетной жизни стали лучше, чем когда-либо. Но даже самые мощные телескопы не могут зафиксировать далекую жизнь, особенно если она микроскопическая. Шансы найти такую ​​крошечную жизнь увеличатся, если ученые смогут протянуть руку и прикоснуться к ней.

А это означает, что нужно заглянуть внутрь нашей Солнечной системы, — говорит Роберт Хейзен. Он ученый, изучающий минералы, работает в Научном институте Карнеги в Вашингтоне, округ Колумбия.

«Вам действительно нужен марсоход, стоящий на четвереньках и анализирующий химические вещества», — говорит он. Такие марсоходы сейчас берут образцы горных пород на Марсе. Космический зонд Кассини купался в гейзерах, извергаемых ледяным спутником Сатурна Энцеладом. Такие роботы-исследователи могут однажды послать обратно признаки жизни. Но только тонкие признаки жизни — то, что ученые называют «биомаркерами». И может быть очень трудно отличить настоящие биомаркеры от какого-то минерала, особенно на расстоянии, отмечает он.

«Нам действительно нужно, чтобы жизнь была как можно более очевидной», — говорит Виктория Медоуз. Под очевидным она частично имеет в виду земную. Она также частично имеет в виду, что этот сигнал должен быть таким, который не мог бы остаться без химического или геологического процесса. Медоуз — астробиолог Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства. Она возглавляет виртуальную планетарную лабораторию Вашингтонского университета в Сиэтле.

 

Некоторые ученые говорят, что жизнь — это феномен «я узнаю это, когда увижу», — говорит Кэти Томас-Кепрта. Но жизнь также может быть в глазах смотрящего. Томас-Кепрта слишком хорошо это знает, изучая марсианский метеорит. Она планетолог-геолог. Она была частью команды Космического центра Джонсона НАСА в Хьюстоне, которая изучала метеорит под названием ALH84001. (Он был обнаружен на ледяном поле Аллан-Хиллз в Антарктиде в 1984 году.)

Этот метеорит размером с кирпич с Марса называется ALH84001 (вверху). В нем было то, что некоторым ученым показалось окаменелостями бактерий (внизу).

Команду возглавил покойный коллега Томаса-Кепрта Дэвид Маккей. В 1996 году ученые заявили, что карбонатные глобулы, внедренные в метеорит, немного напоминают микроскопическую жизнь на Земле. Исследователи обнаружили большие органические (углеродные) молекулы. Это указывало на то, что они образовались в одно и то же время. Томас-Кепрта также обнаружил крошечные кристаллы магнетита, перекрывающие глобулы. Эти кристаллы на основе железа очень напоминали кристаллы, созданные некоторыми земными бактериями. Такие бактерии используют цепочки кристаллов как компас, когда они плавают в поисках питательных веществ.

В конце концов ученые пришли к выводу, что искали окаменелости древних марсиан.

Другие ученые не согласились. По словам критиков, глобулы и кристаллы могли образоваться в результате других процессов — без необходимости жизни.

Это первоначальное заявление об ископаемых марсианах теперь широко отвергается.

Но вам может не понадобиться покидать нашу планету, чтобы найти инопланетян. Существует возможность существования теневой жизни на Земле. Это может быть настолько странно, что до сих пор остается непризнанным, утверждает Клеланд из Университета Колорадо. Возьмем, говорит она, «пустынный лак».

Пустынный лак окрашивает скалы в ярко-оранжевый или черный цвет (вверху, Арка Ангела, Национальный парк Каньонлендс, Юта). Он может быть произведен неизвестными живыми организмами. Силикаты делают лак пустыни блестящим (внизу, центральная Австралия).

Это темные пятна на солнечных сторонах некоторых скал в очень сухом климате. Некоторые ученые считают, что причиной могут быть определенные бактерии или грибки. Странные, общие микробы могли высасывать энергию из камней. Они могли бы использовать эту энергию для создания своего твердого внешнего слоя минералов. Такие организмы могут производить лак, прикрепляя железо и марганец к частицам глины и силиката.

Любопытно, что некоторые ученые пытались воссоздать пустынный лак в лаборатории. Они использовали грибы и бактерии. И они потерпели неудачу.

В дикой природе эти лаки формируются на протяжении тысячелетий. Критики утверждали, что это слишком медленно, чтобы быть созданным микробами. Но откуда мы знаем, спрашивает Клиланд? «У нас есть предположение, что жизнь на Земле имеет свой темп, — говорит она. Вместо этого некоторая теневая жизнь может стать гораздо более неторопливой.

Чтобы найти жизнь и правильно ее классифицировать, ищите странные вещи, советует Хейзен. Он ищет послания в минералах. Минералы не встречаются равномерно по всему ландшафту. На планете существует 4 933 признанных минерала, говорит Хейзен. Он и его команда нанесли на карту местонахождение 4831 из них. Причем 22 процента из них встречаются только в одном месте. Еще почти 12 процентов встречаются только в двух местах.

Одна из причин такого асимметричного распределения заключается в том, что по мере развития жизни она использовала местные ресурсы, превращая их в новые полезные ископаемые. Возьмем, к примеру, хазенит. (Да, он назван в честь Хазена.) Этот минерал на основе фосфатов встречается только в калифорнийском озере Моно. Живущие там микробы являются его единственным источником. Группа Хазена подозревает, что другие виды могли привести к столь же редким месторождениям некоторых минералов.

Обнаружение такого странного распределения минералов на других планетах или лунах может указывать на то, что жизнь там существует или когда-то существовала. Хазен сообщил НАСА о том, как марсоходы могут идентифицировать такие полезные ископаемые, как ключи к жизни на Марсе.

Когда-то Марс был влажным. В нем до сих пор иногда есть проточная вода. Это показывает, что когда-то на нем могла быть жизнь. Это и другие доказательства в 2013 году побудили Беннера из Фонда прикладной молекулярной эволюции предположить, что Марс, возможно, зародил жизнь на Земле. Подтвердится ли эта идея, может зависеть от обнаружения марсиан.

Но Беннер не выглядит обеспокоенным. "Я буду удивлен, если они не найдут жизнь на Марсе", - говорит он.

По словам Дирка Шульце-Макуча, миссии могут легко доставить астронавтов на Марс для подтверждения предполагаемой находки. Он астробиолог из Университета штата Вашингтон в Пулмане. "Если кто-то с микроскопом увидит микроб, а он "извивается и машет в ответ, это очень трудно опровергнуть", - шутит он.

Переход к менее очевидному

Но людям и даже зондам может быть труднее обнаружить жизнь в более отдаленных или экзотических местах. Основные цели — спутники Юпитера и Сатурна. Охотников за инопланетянами привлекают Европа и Энцелад, потому что их жидкие океаны плещутся под ледяной коркой.

Считается, что жидкая вода необходима для многих химических реакций, которые могли бы поддерживать жизнь. Но на самом деле вода является ужасным растворителем для создания сложных молекул, на которых может быть основана жизнь, отмечает Шульце-Макуч. Вместо этого, по его мнению, настоящие инопланетные пришельцы могли зародиться в горячих точках в глубине углеводородных озер Титана, самой большой луны Сатурна. "Сможете ли вы пройти весь путь к жизни, мы не знаем", - говорит он.

Жизнь на Титане, спутнике Сатурна, может существовать в азотосодержащих структурах, называемых азотосомами. Это представление художника о том, как могут выглядеть такие частицы размером с вирус, с отрезанным куском, чтобы увидеть его пустое внутреннее пространство.

По словам Полетт Клэнси, возможно, самая большая проблема для жизни на «Титане» — это экстремальный холод. Она инженер-химик в Корнельском университете в Итаке, штат Нью-Йорк. Эта луна настолько морозная, что ее метан — газ на благоухающей Земле — представляет собой вязкую, почти замерзшую жидкость. А вода, по ее словам, «была бы подобна камню». В таких условиях, отмечает она, у организмов с земным химическим составом не было бы шансов. Во-первых, мембраны, удерживающие внутренности земных клеток, не будут работать на Титане.

Но Клэнси и ее коллеги смоделировали эксперименты в условиях Титана. Они обнаружили, что некоторые молекулы с короткими хвостами могут спонтанно создавать стабильные пузыри. Эти пузырьки похожи на клеточные мембраны.

Подобно лаку пустыни, жизнь на Титане может расти медленно. Мало солнечного света или тепла. Его низкие температуры замедляли бы химические реакции. Таким образом, если бы здесь существовала жизнь, по мнению Шульце-Макуха, ее продолжительность жизни могла бы составлять миллионы лет. Организмы могут размножаться — или даже дышать — всего раз в тысячу лет!

Клэнси предсказывает, что, имея так много вариантов, есть несколько планет или лун с жизнью. Многие другие исследователи также настроены оптимистично в отношении того, что жизнь существует. В будущем астробиологи могут столкнуться лицом к лицу с инопланетянами. И когда они это сделают, они, возможно, даже узнают ее такой, какая она есть.

Источник: sciencenewsforstudents.org