Пол Фальковски - Двигатели жизни. Как бактерии сделали наш мир обитаемым
Вопрос об исключительности Земли преследовал меня почти всю жизнь, как и многих из нас. Это вопрос, который задают многие дети по всему миру, когда глядят на звезды и гадают, как зародилась жизнь на нашей планете. Это вопрос, на который возможно найти ответ, и этот ответ, несомненно, заключен в истории эволюции микроорганизмов и их наномеханизмов, создавших глобальный электронный рынок, который в свою очередь изменил состав планетарной атмосферы, а тем самым и саму планету.
В нашей Солнечной системе есть две соседние с нами планеты, которых мы можем достичь в обозримый период времени при помощи спускаемых аппаратов с ракетным двигателем, – Венера и Марс. Сейчас эти две планеты очень сильно отличаются от Земли, но, возможно, около трех миллиардов лет тому назад это было не так.
Хотя масса Венеры составляет немногим больше 80 % массы Земли, на ее поверхности нет жидкой воды. В настоящий момент Венера покрыта чрезвычайно плотным слоем углекислого газа, выбрасываемого тысячами вулканов. Слой газов настолько толстый, что атмосферное давление на поверхности Венеры приблизительно в 100 раз превышает земное. Если бы мы оказались на поверхности Венеры, то испытали бы на себе давление, сравнимое с тем, что существует в земных океанах на глубине 1000 м. Нас расплющило бы до одной десятой нашего нынешнего размера. Правда, при этом мы бы еще и сварились.
Поскольку углекислый газ принадлежит к числу парниковых, его толстый слой задерживает и поглощает солнечное излучение, делая Венеру самым жарким местом в нашей Солнечной системе. Там настолько жарко, что свинец на ее поверхности сразу бы расплавился. Однако существуют свидетельства того, что в своей ранней истории Венера была гораздо холоднее и, возможно, на ее поверхности имелась жидкая вода. Существовала ли там когда-либо жизнь – вопрос открытый, но в настоящий момент ввиду чрезвычайно высокой температуры на ее поверхности и изменениям, произошедшим в рельефе, весьма маловероятно, что беспилотный посадочный модуль сможет найти какие-либо свидетельства некогда существовавшей там жизни. С Марсом, однако, другая история.
Сегодня Марс – очень холодная и сухая планета с очень тонким слоем атмосферы. Однако она также гораздо меньше Земли, и в ее радиоактивном ядре закончилось топливо, разогревавшее внутренности планеты в достаточной степени, чтобы извергать наружу углекислый и другие газы, столь необходимые для жизни. На Марсе сколь-нибудь значимая вулканическая активность отсутствует уже более 500 млн лет. Его поверхность покрыта лавовыми потоками от прежних вулканических извержений и частицами песка и пыли, а также усеяна валунами и кратерами. На протяжении нескольких десятилетий Марс был первоочередной целью для проектов по изучению внеземной жизни. Судя по всем параметрам, жизнь могла бы развиться и на Марсе, и на Венере, так же как и на Земле, – но, по-видимому, только Земля выиграла в этой лотерее.
Хотя мы, возможно, и одержимы стремлением все контролировать, вместе с тем мы чувствуем себя неуверенно и желаем удостовериться в том, что если мы разрушим эту планету, то сможем найти себе дом на одной из соседних. Марс кажется наиболее подходящим кандидатом для этой цели.
В 1975 году, шесть лет спустя после того, как человек впервые в истории ступил на поверхность Луны, НАСА с трехнедельным промежутком отправило к Марсу два спутника. Эти два космических аппарата, «Викинг-1» и «Викинг-2», были на то время самым амбициозным предприятием в космической программе. Каждый из них состоял из двух составляющих – орбитальной станции и спускаемого модуля. За последующие четыре года орбитальные станции сделали более 50 тысяч фотографий Марса и картировали поверхность планеты. Модули тоже не были просто объектами для демонстрации – они были экипированы инструментами, предназначенными для поиска признаков жизни на красной планете, существующей сейчас или существовавшей в прошлом. Говоря конкретнее, эти инструменты были сконструированы для поиска свидетельств существования микроорганизмов посредством отслеживания в марсианской почве газов, которые те потенциально могли вырабатывать, а также выяснения, какие типы органических соединений они могли потреблять или синтезировать.
Биологические аспекты программы были крайне амбициозными. Проект возглавлял Джеральд (Джерри) Соффен – биолог, прошедший обучение в Принстоне. Во время Второй мировой войны Джерри, безоружный шофер санитарной машины американской армии, говоря на идише с кливлендским акцентом, сумел убедить взвод немецких солдат сдаться, чтобы избежать истребления наступающими советскими войсками. Имея такой опыт, ему было нетрудно убедить руководство НАСА в необходимости попытки доказать существование – нынешнее или в прошлом – жизни за пределами Земли.
На тот момент отправка «Викингов» на Марс стоила более миллиарда долларов. Джерри собрал научный консультативный совет, в который вошли Джошуа Ледерберг и Гарольд Юри. Более того, ему хватило прозорливости распорядиться, чтобы инженеры построили такую аппаратуру, которая сможет работать в экстремальных марсианских условиях, позаботившись о том, чтобы она была достаточно легкой для запуска в космос, но и достаточно прочной, чтобы противостоять многолетнему облучению мощными дозами радиации. Эти жесткие условия было не так просто выполнить.
Несмотря ни на что аппаратура функционировала превосходно; были взяты образцы марсианской почвы на признаки органического вещества, которое было бы первым указанием на существование жизни. Первоначальные результаты были мучительно многообещающими, однако после более глубокого изучения стало очевидно, что на поверхности Марса нет явных признаков жизни, ни нынешней, ни существовавшей в прошлом. Единственное, что удалось найти, – это свидетельства существования жидкой воды и вулканической активности, двух ингредиентов, которые некогда почти наверняка способствовали формированию жизни на Земле. На протяжении последующих десятков лет главным лозунгом НАСА стало: «Следуйте за водой». С тех самых пор мы следуем этому указанию. За прошедшие годы было реализовано еще несколько программ по исследованию Марса, однако к настоящему моменту так и не удалось найти убедительных свидетельств существования там жизни.
Команда «Викинга» поняла, что существует по меньшей мере одна потенциальная – и потенциально решаемая – проблема, связанная с поиском доказательств существования жизни на Марсе. Эта проблема заключается в занесении заражения с нашей собственной планеты. Тот или иной микроорганизм неизбежно должен был проникнуть «зайцем» на запускаемом спутнике. НАСА приняло все меры, чтобы этого не произошло при поиске жизни посредством спускаемой на планету аппаратуры. Посадочные модули «Викингов» были простерилизованы и тщательно исследованы, чтобы – если признаки жизни на Марсе будут все же обнаружены – не оказалось, что мы попросту фиксируем деятельность наших собственных «пассажиров» с Земли. Однако проблема становилась еще более значимой в случае доставки образца с Марса с целью изучения на Землю.
На третьем этаже штаб-квартиры НАСА в Вашингтоне, округ Колумбия, есть кабинет с возбуждающей воображение табличкой: «Офис планетарной защиты» (Planetary Protection Officer, PPO). В обязанности главы этого подразделения входит контроль за тем, чтобы была минимизирована возможность микробиологического заражения наших спускаемых аппаратов на Марсе и других планетах, лунах, бывших планетах и им подобных. Также этот чиновник должен следить за тем, чтобы, в случае если мы доставляем на Землю образцы с этих небесных тел, они не послужили причиной нашей гибели или необратимых изменений на нашей планете. Это увлекательная работа, и я уверен, что она дает возможность говорить грандиозные тосты на вечеринках с коктейлями; однако, кроме того, это работа серьезная, и для того есть свои причины.
Если мы все же найдем доказательства жизни на Марсе, следует ли нам также ожидать, что эволюционные процессы и здесь приведут к появлению в точности такого же строения наномеханизмов? Это весьма и весьма маловероятно, разве что наши предки были родом с Марса и перенеслись на Землю с каким-нибудь метеоритом, или наоборот. Такое предположение может показаться слегка натянутым, но метеориты марсианского происхождения действительно находят на Земле. Один из наиболее знаменитых был обнаружен в 1984 году в Антарктиде группой геологов, путешествовавших на снегоходах через район Алан-Хиллз. Далеко не сразу удалось определить, что этот четырехфунтовый кусок скалы не является обычным метеоритом.
Метеорит Алан-Хиллз, обозначаемый ALH84001, ведет свое происхождение от марсианских горных пород, сформировавшихся около 4,1 млрд лет тому назад. Этот метеорит был вышвырнут из гравитационного поля Марса в результате столкновения с другим метеоритом и приземлился на Землю около 13 тысяч лет тому назад. Понадобилось около десяти лет, чтобы осознать потенциальную значимость этой находки. В 1996 году Дэвид Маккей и его коллеги из Джонсоновского космического центра НАСА, расположенного в Техасе поблизости от Хьюстона, на основе микроскопического анализа метеорита предположили, что он содержит свидетельства существовавшей на Марсе жизни.
