Ксенобиология часть 121

Ксенобиология часть 121

Ксенобиология (от др.-греч. ;;;;; — «чужой, гость») — подраздел синтетической биологии, изучающий создание и управление биологическими устройствами и системами и описывающей биологические объекты, которые в настоящее время не знакомы науке и не встречается в природе.
1. Ксенобиология (от др.-греч. ;;;;; — чужой и -;;;;; — наука) — наука о чужеродных химических соединениях в живом организме и о вызываемых этими соединениями биологических реакциях.
2. Ксенобиология (от др.-греч. ;;;;; — чужой и -;;;;; — наука) — наука о формах жизни внеземного происхождения. Часто используется в качестве синонима астробиологии. Однако, в отличие от астробиологии, которая занимается поисками жизни на основе классических органических соединений, ксенобиология ищет более необычные формы жизни. Она включает в себя жизнь на неземлеподобных планетах, и на других небесных телах.


Серьезные ученые, занятые поисками возможной внеземной жизни, утверждают: об этой жизни — если, конечно, она существует — невозможно сказать ничего определенного. Тем не менее, исходя из наших знаний о физике, химии и биологии, можно сделать несколько общих предположений о природе внеземной жизни.
Первое. Ученые считают, что ключевым фактором для возникновения жизни во вселенной является жидкая вода. «Ищите воду» — такую мантру повторяют астрономы, занимаясь поиском свидетельств существования внеземной жизни. Жидкая вода, в отличие от большинства других жидкостей, является «универсальным растворителем» и способна растворять поразительное количество всевозможных химических веществ. Это идеальная среда для возникновения все более сложных молекул. Кроме того, сама молекула воды очень проста, ее можно найти повсюду во Вселенной, тогда как другие растворители встречаются редко.
Второе. Нам известно, что углерод — очень вероятный компонент жизни. Дело в том, что атом углерода четырехвалентен, а значит, может связываться с четырьмя другими атомами, создавая в результате молекулы невероятной сложности. В частности, он легко образует длинные углеродные цепочки — основной элемент углеводородных соединений и всей органической химии. У других четырехвалентных элементов ряд возможных химических соединений далеко не столь богат.
Наглядной иллюстрацией незаменимости и важности углерода может служить знаменитый эксперимент Стэнли Миллера и Гарольда Юри, проведенный в 1953 г. Эксперимент показал, что жизнь в принципе может возникнуть спонтанно как естественный побочный результат химических процессов с участием углерода. Ученые взяли раствор аммиака, метана и других токсичных веществ — тех, которые, по их мнению, должны были присутствовать на Земле в ее начальную эпоху, — поместили в замкнутый сосуд и подвергли действию слабого электрического тока. После этого оставалось только ждать. Уже через неделю в сосуде появились признаки спонтанного формирования аминокислот. Электрического тока было достаточно, чтобы разорвать связи в аммиаке и метане, а затем заново собрать атомы в молекулы аминокислот — предшественников протеинов. В каком-то смысле жизнь действительно может возникнуть спонтанно! (Позже аминокислоты удалось обнаружить в составе метеоритов и в газовых облаках в глубинах космоса.)
Третье. Основа жизни — способная к самовоспроизведению молекула под названием ДНК. В химии самокопирующиеся молекулы встречаются чрезвычайно редко. Потребовались сотни миллионов лет, чтобы на Земле, скорее всего в глубинах океанов, сформировались первые молекулы ДНК. Считается, что, если бы можно было провести эксперимент Миллера-Юри протяженностью в миллион лет в объеме земных океанов, ДНК-молекулы успели бы спонтанно возникнуть. Одна из самых вероятных площадок, где в начале земной истории могла случайно сложиться первая на планете молекула ДНК, — это места вулканических выходов на дне океана, так называемые «черные курильщики». Активность этих горячих источников могла послужить удобным источником энергии для первых молекул ДНК и первых клеток — задолго до возникновения фотосинтеза и растений. Нам пока неизвестны другие, помимо ДНК, углеродосодержащие молекулы, способные к самовоспроизведению, но скорее всего, все другие самокопирующиеся молекулы во Вселенной будут в чем-то похожи на молекулы ДНК.
Подведем итог. Для жизни, по всей видимости, необходима жидкая вода, углеводородные соединения и какая-то форма самовоспроизводящейся молекулы вроде ДНК. Пользуясь этими довольно общими критериями, мы можем примерно оценить, с какой частотой встречается во Вселенной разумная жизнь. Одним из первых такую оценку провел астроном Корнеллского университета Фрэнк Дрейк в 1961 г. Если взять 100 млрд звезд галактики Млечный Путь, можно оценить, какую долю среди них составляют звезды с такими же характеристиками, что и наше Солнце. Затем можно оценить долю подходящих звезд, возле которых есть планетные системы.
Говоря более конкретно, уравнение Дрейка позволяет рассчитать число цивилизаций в Галактике путем перемножения нескольких величин, включая:
• скорость рождения звезд в Галактике;
• долю звезд, у которых есть планеты;
• число планет с пригодными для жизни условиями возле каждой звезды;
• долю планет, на которых действительно возникает жизнь;
• долю планет, где развивается разумная жизнь;
• долю планет, цивилизации которых способны и хотят общаться с другими цивилизациями;
• ожидаемую продолжительность жизни цивилизации.
Взяв за основу разумные оценки и перемножив все перечисленные вероятности, мы поймем, что в одной только галактике Млечный Путь может существовать от 100 до 10 000 планет, на которых имеется разумная жизнь. Если разумные формы жизни равномерно распределены по Галактике, то можно ожидать, что одна из таких планет может обнаружиться «неподалеку» — всего в нескольких сотнях световых лет от Солнечной системы. В 1974 г. Карл Саган сделал другую оценку; по его мнению, в нашей галактике Млечный Путь может существовать до миллиона цивилизаций.
Эти теоретические рассуждения, разумеется, дали дополнительные аргументы тем, кто пытается обнаружить признаки существования инопланетных цивилизаций. Оптимистичные оценки числа звезд в Галактике, пригодных для разумной жизни, дали ученым повод начать серьезные поиски радиосигналов извне; речь в данном случае идет о сигналах, которые может излучать планета с развитой цивилизацией — вроде телевизионных и радиосигналов, которые активно излучает наша собственная планета последние 50 лет.

. Последние астрономические открытия говорят о том, что наши шансы обнаружить в космосе разумную жизнь сильно отличаются от тех, что вычислил Фрэнк Дрейк в 60-х гг. прошлого века. Вероятность того, что разумная жизнь во Вселенной существует, одновременно и больше, и меньше, чем считалось ранее.
Во-первых, новые исследования показали, что жизнь способна существовать в таких условиях, которые не предусматривались никакими уравнениями Дрейка. Прежде ученые считали, что жидкая вода может существовать только на определенном оптимальном расстоянии от звезды, в «зоне жизни», (Земля находится на «самом подходящем» расстоянии от Солнца. Не слишком близко — иначе океаны просто вскипят, и не слишком далеко — иначе океаны замерзнут; нет, расстояние от Земли до Солнца оптимально для жизни.)
Поэтому ученые испытали настоящий шок, когда астрономы обнаружили свидетельства того, что жидкая вода может существовать под ледяной корой на Европе, спутнике Юпитера. Европа находится далеко за пределами «зоны жизни» и на первый взгляд не удовлетворяет условиям уравнения Дрейка. Тем не менее на ней действуют приливные силы, которых может быть достаточно, чтобы растопить ледяной покров спутника и образовать на Европе постоянный жидкий океан. Европа обращается вокруг Юпитера, и гигантское гравитационное поле планеты сжимает спутник, как резиновый мячик, создает напряжения и трение глубоко в коре, а это в свою очередь может вызвать таяние льда. Только в нашей Солнечной системе больше сотни спутников; это означает, что в ней, за пределами «зоны жизни», может оказаться немало лун с пригодными для жизни условиями. (И у 300 известных гигантских планет в других солнечных системах тоже могут быть замороженные луны, пригодные для жизни.)
Более того, ученые считают, что во Вселенной, вполне возможно, имеется множество блуждающих планет, которые не обращаются больше вокруг своей звезды. Благодаря приливным силам любой спутник такой блуждающей планеты может иметь под коркой льда жидкие океаны, а значит, и жизнь. Но такие планеты (и, естественно, их спутники) невозможно обнаружить нашими инструментами — ведь мы в своих поисках опираемся на свет центральной звезды.
С учетом того, что число лун в любой солнечной системе, скорее всего, намного превосходит число планет, а также с учетом вероятного присутствия в Галактике миллионов блуждающих планет, число астрономических тел с теми или иными формами жизни во Вселенной может оказаться гораздо больше, чем считалось ранее.
Однако другие астрономы, исходя из целого ряда факторов, делают вывод, что шансы на существование жизни на планетах в пределах «зоны жизни», должны быть, вероятно, гораздо ниже, чем оценивал Дрейк.
Во-первых, компьютерные расчеты показывают, что для существования в солнечной системе жизни необходимо присутствие в ней планеты-гиганта вроде Юпитера (такая планета будет отбрасывать пролетающие кометы и астероиды, постоянно расчищая пространство своей системы). Если бы в нашей Солнечной системе не было Юпитера, Землю постоянно бомбардировали бы метеориты и кометы, и жизнь на нашей планете была бы невозможна. Согласно оценке д-ра Джорджа Уэзерилла, астронома из Института Карнеги в Вашингтоне, не будь в Солнечной системе Юпитера и Сатурна, Земля испытывала бы в тысячу раз больше столкновений с астероидами, а страшные катастрофы, угрожающие жизни на планете (вроде той, что 65 млн лет назад уничтожила динозавров), происходили бы каждые 10 000 лет. «Трудно представить, как жизнь могла бы выжить в подобных условиях», — говорит Уэзерилл.
Во-вторых, у нашей планеты есть дополнительное сокровище — большой спутник, который помогает стабилизировать ее вращение. Ученые создали гравитационную модель (на основании законов тяготения Ньютона) и просчитали движение тел на миллионы лет; получилось, что без Луны наклон земной оси, вероятно, не был бы постоянным, и планета могла бы даже перевернуться. Жизнь при этом тоже оказалась бы невозможна. Согласно оценкам французского астронома д-ра Жака Ласкера, без Луны наклон земной оси колебался бы в пределах от 0 до 54 °С; следствием этого стали бы экстремальные колебания климата, несовместимые с жизнью. Таким образом, наличие у планеты крупного спутника также следует причислить к необходимым для жизни условиям, которые фигурируют в уравнении Дрейка. (Тот факт, что Марс имеет лишь два крохотных спутника, слишком мелких для стабилизации его вращения, означает, что в прошлом Красная планета, возможно, переворачивалась и может снова перевернуться в будущем.)
В-третьих, недавно полученные геологические данные указывают на то, что в прошлом жизнь на Земле много раз оказывалась на грани исчезновения. Около двух миллиардов лет назад Земля, вероятно, полностью покрылась льдом; жизнь на ней едва теплилась. В другие периоды поставить жизнь на планете на грань полного исчезновения могли, скажем, извержения вулканов или падение крупных метеоритов. Итак, процесс возникновения и развития жизни легко может быть прерван; он куда более хрупок и уязвим, чем казалось нам ранее.
В-четвертых, разумная жизнь на Земле в прошлом тоже не раз оказывалась на грани исчезновения. Примерно 100 000 лет назад на планете, по результатам последних исследований ДНК, жило всего лишь от нескольких сотен до нескольких тысяч людей. В отличие от большинства животных, которые даже в пределах одного вида имеют значительные генетические различия, человеческие существа генетически почти идентичны. В сравнении с царством животных мы все почти что клоны друг друга. Этот феномен можно объяснить только тем, что в истории человечества были «узкие места», т. е. времена, когда почти весь род человеческий оказывался стертым с лица Земли. К примеру, извержение крупного вулкана могло вызвать резкое похолодание климата и погубить тем самым чуть ли не все человечество.
Можно отметить и другие благоприятные случайности, без которых жизнь на Земле не возникла бы. Среди них:
• Сильное магнитное поле. Оно необходимо для защиты от космических лучей и радиации, способных уничтожить все живое на Земле.
• Умеренная скорость вращения. Если бы Земля вращалась слишком медленно, обращенная к Солнцу сторона успевала бы выгореть, тогда как другая сторона надолго замерзала бы. Если бы Земля вращалась слишком быстро, погода была бы чрезвычайно неустойчивой; постоянно дули бы чудовищные ветры и бушевали бури.
• Расположение на оптимальном расстоянии от центра Галактики. Если бы Земля располагалась слишком близко к центру галактики Млечный Путь, она постоянно находилась бы под ударом опасного излучения. Если бы наша планета находилась слишком далеко от центра Галактики, на ней не нашлось бы достаточного количества тяжелых элементов для возникновения молекул ДНК и протеинов.
Учитывая все вышесказанное, астрономы в настоящий момент считают, что жизнь могла бы существовать за пределами «зоны жизни», на спутниках планет или блуждающих планетах, но шансы на существование пригодных для жизни планет земного типа в пределах этой зоны значительно ниже, чем считалось ранее. В целом большинство исследователей уравнения Дрейка сходятся в том, что шансы обнаружить цивилизацию в Галактике, вероятно, ниже, чем предполагал сам Дрейк.
Профессоры Питер Уорд и Дональд Браунли утверждают: «Мы считаем, что жизнь в форме микробов и подобных им существ вполне обычна во Вселенной — возможно, даже более обычна, чем полагали Дрейк и Саган. Однако сложная жизнь — животные и высшие растения — встречается, скорее всего, гораздо реже, чем обычно считают». В действительности Уорд и Браунли допускают даже возможность, что Земля может быть единственной планетой в Галактике, где существует животная жизнь. (Безусловно, эта теория может погубить в зародыше всякие поиски разумной жизни в нашей Галактике, но вопрос о существовании жизни в других, отдаленных галактиках она все же оставляет открытым.)
Материал подготовлен на основе информации открытых источников.