Почему обнаружение марсиан может нас разочаровать ("Nautilus", США)

Существует два типа внеземной жизни с очень разными последствиями

В то время как некоторые ученые в поисках внеземной жизни высаживают вездеходы на Марсе, запускают в космос телескопы и сканируют небо гигантскими антеннами-тарелками, геобиолог Джозеф Киршвинк (Joseph Kirschvink) считает, что первые признаки инопланетной жизни можно найти на полках космического центра НАСА имени Джонсона внутри куска марсианской породы, который весьма кстати упал на Землю.

На стене кабинета Киршвинка в Калифорнийском технологическом институте висит черно-белая фотография метеорита. Радиоактивный анализ показал, что эта порода сформировалась четыре миллиарда лет назад, когда Марс был более теплым и влажным. Этот камень прилетел на Землю около 16 миллионов лет назад, когда в результате удара метеорита с поверхности Марса в космос полетели фрагменты марсианской поверхности.

Через какое-то время камень приземлился на поверхности Антарктиды в горах, носящих название Аллан-Хиллз, где его в 1984 году нашли охотники за метеоритами. Ученые дали ему название ALH84001 по месту и дате находки. Они выяснили марсианское происхождение булыжника, проанализировав газы, застрявшие в порах горной породы. Эти газы по своему составу соответствовали атмосфере Марса, которую проанализировали два космических аппарата «Викинг», высаженные на Красной планете в 1970-е годы.

Более того, возникло ощущение, что ALH84001 содержит признаки жизни, говорящие не только о том, что она могла когда-то существовать на Марсе, но и о том, что она могла добраться до Земли через космическое пространство. На самом деле, Киршвинк думает, что жизнь в нашей солнечной системе могла возникнуть только один раз — и что произошло это не на Земле. «Я полагаю, что на Марсе четыре миллиарда лет назад были бактерии», — говорит он.

У планетолога Криса Маккея (Chris McKay) это вызывает определенное разочарование. «Моя работа — это поиски жизни в других мирах, — говорит Маккей, работающий в исследовательском центре НАСА имени Эймса в Маунтин-Вью, штат Калифорния. — И не просто жизни, а того, что я называю вторым генезисом».

Разница чрезвычайно важна, говорит мне Маккей. Например, если мы обнаружим жизнь где-то в других частях нашей солнечной системы, и окажется, что ее биохимический состав похож на наш — с ДНК, знакомыми нам белками — то у нас все равно не будет возможности понять, является ли жизнь во вселенной редким или повсеместным явлением. Марс мог инфицировать Землю жизнью — или наоборот. В любом случае, Марс и Земля могут оказаться счастливой случайностью, исключительным случаем для стерильного в остальном космоса.

Но если вместо этого мы найдем подлинный второй генезис, это будет свидетельствовать о том, что вселенная плодовита, и жизнь в ней является нормой. «Разница между одним генезисом и двумя астрономическая», — говорит Маккей.

Существует четыре независимых линии доказательств, указывающих на то, что ALH84001 содержит признаки жизни. Самая фотогеничная это наличие в породе микроскопических трубчатых форм, напоминающих окаменелые остатки клеток бактерий, найденных на Земле. Ученые также обнаружили следы минеральных отложений, которые зачастую являются побочным продуктом биологической активности, и частицы органических веществ, обычно вырабатываемых земными микробами. Но Киршвинка больше всего волнует четвертая линия доказательств: метеорит содержит крошечные магнитные кристаллы, известные как магнетосомы, при помощи которых некоторые виды бактерий чувствуют магнитное поле Земли.

Эти наблюдения заставили НАСА в 1996 году выступить с заявлением о наличии жизни на Марсе. Космическое агентство сделало это на грандиозной пресс-конференции и в статье, опубликованной в журнале Science. Этим исследованиям дал высокую оценку президент Клинтон. «Если это открытие подтвердится, оно несомненно станет одним из самых поразительных проникновений науки в сущность нашей вселенной», — сказал он. Биологи, геологи, планетологи, физики — все стали требовать, чтобы НАСА направило им фрагменты камня для изучения с целью подтверждения или опровержения данных заявлений.

В последующие годы большинство  ученых пришли к выводу, что доказательства неубедительны или, по крайней мере, недостаточно весомы для подтверждения столь незаурядного явления как наличие жизни на другой планете. Некоторые эксперименты показали, что «окаменелости бактерий», минеральные отложения и органические вещества могли сформироваться в ходе естественных природных процессов без присутствия жизни.

Но Киршвинк по сей день утверждает, что наличие кристаллов магнетита трудно объяснить чем-то иным, кроме как остатками марсианской формы жизни. Он был одним из ученых, получивших в 1996 году образцы. Киршвинк вместе с коллегами выяснил, что в них содержится несколько миллиардов кристаллов магнетита. Воспользовавшись сканирующим электронным микроскопом, они обнаружили, что 27% кристаллов неотличимы от тех, которые вырабатываются земными микроорганизмами.

Результаты своего исследования они опубликовали в 2000 году, и Киршвинк говорит, что не существует правдоподобного неорганического механизма, объясняющего наличие магнетосом. В чем же самое простое объяснение? Биология.

У себя в кабинете Киршвинк составляет изображения магнетосом на компьютере. Они похожи на микроскопические бусины. По его словам, найденные в земных бактериях и в марсианском метеорите магнетосомы имеют две отличительные особенности: форма и отсутствие примесей. Магнетосомы состоят из кристаллов магнетита, который является широко распространенным магнитным веществом. Кристаллы абиогенного магнетита, возникшего в результате геологических процессов, имеют восьмигранную форму. Но в бактериях в результате эволюции они приняли форму удлиненных бусин, что усилило их магнитные свойства, превратив в настоящие компасы.

Кроме того,  кристаллы в магнетосомах исключительно чисты по сравнению с обычным магнетитом. «Магнетит это минерал, похожий на мешок с мусором, — говорит Киршвинк. — Он содержит большое количество разных примесей, что ухудшает его магнетизм. А эти кристаллы без примесей». Он указывает на изображение на компьютерном экране и добавляет: «Мы никогда не видели такого за рамками биологии». Из четырех линий доказательств, представленных учеными НАСА в 1996 году, не удалось опровергнуть только теорию о магнетосомах, отмечает Киршвинк. «Ничего подобного. Пытались многие, но я не увидел ничего абиогенного, что могло бы создать эти кристаллы — хотя бы один кристалл с такими характеристиками».

Тем не менее, многих коллег Киршвинка убедить не удалось. Маккей отмечает, что магнетосомы в бактериях всегда составляют длинные цепочки, подобно ниткам жемчуга, а не существуют в виде отдельных кристаллов. «Если бы магнетосомы были в виде ожерелья, это убедило бы всех, а не только Джо. Если бы Джо нашел нечто подобное в метеорите, я бы сказал: “Воистину, это так!”» Станет ли открытие цепочки магнетосом неопровержимым доказательством того, что на Марсе когда-то была жизнь? «Цепочка магнетосом станет, — говорит Маккей. — А отдельные кристаллы нет».

Биохимик Стивен Беннер (Steven Benner), работающий директором Фонда прикладной молекулярной эволюции (Foundation for Applied Molecular Evolution) в Гейнсвилле, штат Флорида, согласен с Маккеем, однако говорит, что идеи Киршвинка никто не смог опровергнуть. «Взгляды Джо это взгляды меньшинства, — заявляет он. — Это интересная гипотеза. Но так или иначе, мне кажется, что доводы в пользу марсианской жизни [в метеорите] нельзя полностью отметать. И я думаю, у Джо есть мощные доводы в пользу того, что в этом метеорите имеется биологический след».

Киршвинку знакомы эти возражения, и он понимает, что должен найти цепочку магнетосом, дабы убедить своих коллег. Проблема в том, говорит он, что магнетосомы исключительно  трудно изолировать от скальной материнской породы марсианского метеорита, не уничтожив при этом те самые цепочки, которые мы ищем. Единственный прибор, способный сделать срез с такой точностью, называется станок ионного травления. Этот прибор бомбит метеорит атомами, нарезая материал вокруг магнетосом слоями. Он может показать, являются ли обнаруженные на сей день кристаллы частью цепочек, уходящих вглубь камня. Киршвинк планирует препарировать камень таким способом с помощью японских ученых.

ALH84001 старше самой ранней известной жизни на Земле. Таким образом, если Киршвинк найдет свои бусины, это будет означать, что жизнь на Марсе, скорее всего, зародилась раньше, чем на Земле. И хотя сегодня Марс холодный и сухой, а его атмосфера в сто раз разреженнее земной, четыре миллиарда лет назад он был намного более теплым и влажным. Катающиеся по марсианской поверхности марсоходы НАСА открыли древние озера и русла ручьев, а это говорит о том, что на Красной планете когда-то могли быть мелкие моря, укутанные сверху гораздо более плотной атмосферой.

Многие ученые считают воду в жидком состоянии самой важной составной частью жизни, однако на Земле в давние времена могло быть слишком много воды. «Имеющиеся у нас данные указывают на то, что Земля на раннем этапе своего существования была полностью покрыта океанами», — говорит Киршвинк. А без каких-то клочков суши основным химическим ингредиентам жизни было очень непросто сформироваться. «Причина предельно проста … Если связать две аминокислоты, чтобы получился белок, необходимо убрать воду». Это было бы невозможно, будь аминокислоты погружены в океан. Для зарождения жизни нужно немного суши, буквально какой-то крохотный плацдарм. Возможно, на древней Земле не было никакой суши, а вот на Марсе она определенно была.

«Все это весьма неоднозначно, потому что  речь идет о мире, существовавшем четыре миллиарда лет назад, — говорит Киршвинк. — Но совершенно ясно, что у Марса на юге были возвышенности, а также, скорее всего, океанский бассейн на северном полюсе. Если есть возвышающаяся вулканическая территория с дождями, ручьями и реками, и если там могла зародиться жизнь, она бы обязательно буйно разрослась». У такого сценария, который Киршвинку кажется весьма вероятным, есть некоторые весьма примечательные последствия. После зарождения жизни на Марсе она могла попасть оттуда на Землю, будучи занесенной метеоритами. В таком случае получается, что мы, как и все живое на Земле, являемся потомками микробов, прилетевших подобно космическим путешественникам с Марса. По мнению Киршвинка, нам не нужно искать инопланетян где-то в других мирах — нам достаточно взглянуть в зеркало. «Вообще-то я думаю, что мы марсиане», — говорит он. По мнению Киршвинка, жизнь на Марсе вряд ли представляет собой второй генезис, который ищет Маккей.

Хотя идее о том, что жизнь посеяла на Земле ударившаяся об нее комета или метеорит как минимум сто лет, ее придерживается меньшинство в научном сообществе, и даже оно в основном  не готово признать, что жизнь на нашей планете ведет свою родословную с Марса. Марс находится от Земли на расстоянии почти 50 миллионов километров — а это слишком долгое путешествие как для человека, так и для микробов. Однако выбитый с Марса кусок породы мог долететь до Земли всего за шесть месяцев, а если исходить из того, что нам известно о выносливости бактерий и их стойкости к неблагоприятным внешним условиям, каменный груз с микробами мог попасть к нам в целости и сохранности. Споры бактерий прожили в открытом космосе на Международной космической станции 18 месяцев, находясь в вакууме и подвергаясь смертоносной радиации. В ходе одного недавнего эксперимента швейцарские ученые нанесли цепочки бактериальных ДНК на внешнюю поверхность ракеты, и они сохранили свою жизнеспособность даже после того, как космический корабль огненным вихрем пронесся через земную атмосферу.

Если марсианские бактерии действительно приземлились у нас миллиарды лет назад, они должны были попасть в гигантскую питательную среду — земной океан, наполненный растворенным углекислым газом, железом и фосфором. Жизни было трудно возникнуть в водном мире, но когда жизнь эволюционировала в каком-нибудь более или менее сухом месте, она могла буйно расцвести в земных океанах. У новоприбывших марсиан не могло быть никаких конкурентов. «Все, что нужно жизни, это океан, готовый к ее прибытию, — говорит Киршвинк. — А затем бац! — раскалывается прилетевший с Марса метеорит и высвобождает находящиеся у него внутри споры. Одна бактерия, способная размножиться, будет плодиться в геометрической прогрессии; так что первый добравшийся до Земли самовоспроизводящийся организм обязательно взял бы власть в свои руки».

Что случилось с Марсом? Почему, если там зародилась жизнь, Марс так и не стал второй Землей с собственными разнообразными экосистемами, изобилующими растениями и животными? По какой причине исчезли древние марсианские реки и океаны? Похоже, что Марс был просто слишком мал для бесконечного существования на нем жизни. Составляя лишь одну десятую массы Земли и имея вдвое меньшую силу притяжения, Красная планета не могла удержать свою атмосферу. Крайне важные для жизни газы постепенно улетучились в космос. А без изолирующего слоя воздуха Марс постепенно превратился в холодную пустыню, оставаясь ею до сих пор.

«Если Марс был материнской планетой, то Земля должна была стать той планетой, которая взрастила жизнь», — говорит Киршвинк. Согласно его версии событий, в происхождении жизни был трагический элемент. На Марсе есть одно очень важное условие, делающее его идеальным местом для зарождения жизни — маленький размер. Он позволил ему остыть и перейти из первоначального расплавленного состояния в твердое быстрее, чем это сделала Земля, а поэтому жизнь на нем могла начаться раньше. Но в то же время, живые существа не могли там процветать. «Нужна особая солнечная система, где похожая на Марс материнская планета могла бы инфицировать своих соседей. Возможно, эти материнские планеты обречены на смерть, а соседние планеты типа Земли усыновляют их детей».

Пока Киршвинк пилит на Земле ALH84001 в поисках цепочек магнетосом, другие ученые пытаются исследовать поверхность Марса. Исследователи из Лаборатории реактивного движения НАСА составляют планы космического полета, который даст возможность привезти на Землю образцы марсианской породы. Пока у этого полета нет ни графика, ни финансирования, но Маккей говорит, что если бактерии когда-то существовали на Красной планете, их окаменелые останки находятся там, ожидая, когда их найдут. «Магнетосомы весьма крепкие и устойчивые, — заявляет он. — Они равноценны костям, но только в бактериальном масштабе».

По мнению некоторых ученых, в ходе будущих полетов на Марсе удастся найти нечто большее, чем магнетосомы и окаменелости. Не исключено, что жизнь там сохраняется до сих пор, скрываясь под поверхностью, говорит биохимик Гаэтан Боргони (Gaetan Borgonie), работающий в Гентском университете в Бельгии. По его словам, эти организмы могут быть похожи на те, что он открыл на нашей собственной планете в глубоких подземных экосистемах, которые очень слабо исследованы.

С конца 2008 года Боргони возглавляет группу исследователей, которая нашла самых глубоко живущих земных существ на Земле: новый вид червя, который обитает в шахтах Южной Африки на глубине более трех километров. Ученые дали ему название Halicephalobus mephisto по имени демона из фаустовских легенд. Хотя в длину этот червь составляет менее половины миллиметра, он гораздо крупнее и сложнее по строению, чем простые бактерии, существующие, по мнению ученых, на таких глубинах. Этот червь из преисподней, как его назвали в некоторых новостях, питается бактериями, кормящимися минералами из горных пород.

Это открытие помогло ученым найти направление поиска инопланетян. Основная часть живых существ на Земле маленькие, безголосые и живущие в глубине. То же самое могло быть и на Марсе. «Если жизнь зародилась там, у этих животных или растений было три-четыре миллиарда лет на эволюцию, и не исключено, что они все еще находятся там. Жизнь всегда найдет себе дорогу. Всегда, — говорит Боргони. — Если НАСА или Европейское космическое агентство начнут копать на Марсе, рыть им придется глубоко и долго; но я думаю, у нас есть более 50% шансов на то, что мы обязательно получим первого инопланетянина».

Его настрой поддерживает и Киршвинк. Когда я спросил его как марсианин марсианина, может ли сегодня существовать жизнь на матушке Красной планете, он сказал, что искать ее надо точно не на поверхности. «Атмосферное давление там такое низкое, что вода кипит. Большая часть планеты почти все время ниже точки замерзания. Но мы знаем, что когда жизнь развивается, она может перемещаться даже в самую экстремальную среду. Так было на Земле. Она уходила ввысь, она уходила в глубину. Она не зарождалась в этих средах, но она перемещалась в них. Совершенно ясно, что если жизнь зародилась на Марсе, она могла переместиться в другое окружение и до сих пор существовать».

С ним согласны не все. По мнению Стива Мойцзиса (Steve Mojzsis), работающего планетарным геологом в Колорадском университете в Боулдере, отсутствие очевидных и явных признаков жизни на Марсе говорит о том, что ее там не было никогда. «Жизнь на Земле можно встретить в самой засушливой пустыне, на самом холодном леднике, на самой высокой горе, в самых глубоких отложениях. Она просто пропитала собой планету, и на ней наблюдается мощнейшая биологическая активность. А что Марс? Там нет даже намека на ее существование. На Марс слетала целая флотилия космических кораблей, как в фильмах ужасов 1950-х годов, но только наоборот — и мы ничего не можем найти.

Возможно, решение состоит в том, что надо больше копать. Маккей продвигает идею полета на Марс с целью поиска подземной марсианской жизни. Для этого надо пробурить замерзшую поверхность возле северного полюса примерно на метр глубиной. Этот проект носит название «Ледокол «Жизнь»», и если НАСА утвердит его, запуск состоится в 2018 году. Маккей вначале хотел пробурить скважину глубиной 10 метров, чтобы проникнуть ниже тех поверхностных слоев, которые стерилизовало интенсивное солнечное излучение. Но установить буровую установку длиной более 10 метров на космическом корабле — это пробьет невосполнимую брешь в бюджете проекта.

Другой вариант, состоящий в том, чтобы загрузить в космический корабль буровую установку в разобранном виде, а на Марсе собрать ее, практически неосуществим, потому что сейчас нет таких роботов, которые обладали бы возможностью для выполнения этой задачи. Поэтому Маккей со своей командой остановился на буре метровой длины, который после посадки спускаемого аппарата встанет в вертикальное положение.

Некоторые компоненты техники из данного проекта Маккей испытал в Антарктиде, показав, что прототип бора может за час проникнуть на глубину чуть меньше метра в замерзшей почве. Когда весь технический комплект «Ледокола «Жизнь»» будет работоспособен, в нем планируется использовать щетку для сбора образцов через каждые пять сантиметров бурения. Они будут передаваться на приборы, проверяющие образцы на наличие энзимов и прочих признаков жизни. А может, удастся найти целые живые организмы.

Если жизнь на Марсе будет найдена, ее отношение к жизни на Земле будет определено посредством генетического анализа. В этом случае либо найдет свое подтверждение гипотеза Киршвинка о Марсе как о материнской планете, либо Маккей получит свой второй генезис. Но даже без второго марсианского генезиса останется возможность того, что жизнь появилась где-то самостоятельно — на одной из тех планет, которые ученые обнаружили на орбитах вокруг их звезд на расстоянии многих световых лет, а может, даже дальше за пределами нашей солнечной системы.

Прежде всего, Маккей хочет поискать жизнь на спутнике Сатурна Энцеладе. Там под слоем километрового льда плещется океан. Но на Энцеладе также есть 100 с лишним  гейзеров, выплевывающих лед на сотни километров в космос. Если в океане Энцелада есть жизнь, гейзеры могут содержать ее химические следы. Маккей не может сдержать свой энтузиазм, рассказывая о гейзерных струях этой луны. Он машет руками над головой, показывая траекторию ледового извержения: «Это бесплатные образцы, бери, сколько хочешь!»

Маккей уже встретился с японскими учеными, и они обсудили планы совместного полета на Энцелад. Он хочет, чтобы НАСА и Япония направили через гейзеры этого спутника зонд с этакой вратарской ловушкой. Покрытая клейким гелем ловушка будет собирать материал из гейзеров, а космический аппарат вернет образцы на Землю. Та же самая технология была применена для сбора вещества из хвоста кометы в 2006 году, так что преодолевать какие-то особые конструкторские трудности не потребуется. Поскольку Сатурн от нас дальше Марса в 10 с лишним  раз, общее происхождение жизни на Энцеладе и Земле менее вероятно. А это увеличивает шансы на то, что в глубинах его далекого океана удастся найти второй генезис.

Если окажется, что Марс, Энцелад и прочие кандидаты в нашей солнечной системе стерильны, мы все равно будем знать, что существует множество других миров, где может существовать жизнь. Космический телескоп НАСА «Кеплер» зафиксировал более тысячи планет на орбите вокруг других звезд, и согласно оценкам ученых, только в нашей галактике может находиться целых 40 миллиардов миров, похожих на земной. Если где-то будет найдена жизнь, то в силу огромных расстояний можно будет с полной уверенностью говорить о втором генезисе. Каковы шансы на то, что такое огромное количество жилплощади в космическом пространстве пустует? Как отметил сто с лишним лет назад шотландский философ Томас Карлайл (Thomas Carlyle), «если планеты необитаемы, то какая же это бессмысленная трата пространства».

Оригинал публикации: Why Discovering Martians Could Be Disappointing

Тим Фолгер (Tim Folger)