Норман Хоровиц - Поиски жизни в Солнечной системе

• Название: Поиски жизни в Солнечной системе
• Автор: Норман Хоровиц
• Издательство: Мир
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1988
• ISBN: 5-03-001356-3

Как зародилась жизнь на Земле? Существует ли она на других планетах Солнечной системы или еще где-нибудь во Вселенной? Этим вопросам, издавна волновавшим человека, посвящена книга известного американского ученого Нормана Хоровица, крупного экзобиолога, одного из научных руководителей программы "Викинг", целью которой был поиск следов жизни на Марсе.

Адресована читателям, интересующимся достижениями современной науки, желающим глубже понять окружающий нас мир.

---

Таким образом, на основании полученных результатов фиксацию углерода, зарегистрированную в эксперименте по выделению продуктов пиролиза (ВПП), вероятно, можно объяснить тем, что на поверхности Марса присутствуют один или несколько железосодержащих минералов, которые реагируют с СО из газовой смеси. Содержание железа в грунте поверхности Марса составляет 13 %. Хотя специалисты все еще обсуждают вопрос, какие именно минералы имеются на поверхности планеты, вероятно, в данном эксперименте были зарегистрированы продукты реакции, катализируемой железом. Природа образовавшегося продукта, независимо от того, органический он (т. е. содержащий атомы углерода, соединенные с атомами водорода) или нет, не известна. Если предположить первое, то, судя по результатам эксперимента ВПП, количество синтезированного органического вещества должно быть близко к пределу чувствительности газового хроматографа с масс-спектрометром (эксперимент ГХМС) при условии, что углерод перешел в состав какого-то одного соединения. Если бы образовалось более одного соединения, то газовый хроматограф не смог бы их обнаружить. В любом случае результаты этих двух экспериментов не противоречат друг другу.

Не понятно, как можно согласовать данные эксперимента ВПП со свидетельствами присутствия в грунте Марса агрессивных пероксидных соединений. Если такие соединения равномерно распределены в грунте, то это значит, что в их присутствии синтез органических соединений невозможен. Однако в тех экспериментах ВПП, где пары воды вводились в смесь радиоактивных газов, не было замечено, чтобы количество углерода, поглощенного в образце грунта, существенно возросло. Это позволяет предполагать, что распределение химических соединений на поверхности планеты неравномерно. Отсюда также следует, что частицы грунта, проявившие активность при фиксации углерода в экспериментах ВПП, не были компонентами, связанными с пероксидными соединениями.

Подведение итогов

Районы посадки двух спускаемых аппаратов "Викингов" были очень похожи по химическому составу образцов грунта, несмотря на различие климатических условий и большое расстояние между ними. Мы понимаем теперь, что это сходство обусловлено теми процессами, которые происходят по всей планете, и данные, полученные на Равнинах Хриса и Утопия, вероятно, типичны для поверхности Марса. Примером таких процессов могут служить планетарные бури, которые разносят мелкий поверхностный материал по всей планете. Другим примером — особенно важным благодаря своей биологической значимости — следует считать процесс расщепления молекул воды в нижних слоях атмосферы Марса коротковолновым ультрафиолетовым излучением Солнца. Продукты этого фотолиза, Н и ОН, очень реактивны, а их последующая судьба прояснилась после теоретических исследований Доналда Хантена и других специалистов по атмосфере планет.

ОН — сильный окислитель, и непрерывное образование его в непосредственной близости от поверхности Марса обусловливает отсутствие в ней органического вещества. Между прочим с этим связана и красноватая окраска Марса: он покрыт оксидами железа. Данное обстоятельство объясняет, почему атмосфера планеты не состоит из СО и О2. Ведь именно эти газы образуются при облучении СО2 ультрафиолетом Солнца, но СО вновь окисляется в присутствии ОН. Наконец, реакции с участием ОН легко приводят к образованию пероксидных соединений, подобных Н2О2 и НО2. Еще до полетов "Викингов" Хантен предсказывал, что эти соединения должны проникать из атмосферы в поверхностные слои Марса. Именно наличием таких веществ можно объяснить результаты экспериментов по газообмену и выделению радиоактивной метки.

Специалисты по атмосферам планет слишком поздно пришли к этому заключению, чтобы как-то повлиять на программу исследований по поиску жизни на Марсе. Мы узнали об этих выводах только после полета "Викингов". Тем не менее тот факт, что приборы спускаемых аппаратов подтвердили теоретические предсказания, не только доказывает обоснованность изменений, внесенных в программу эксперимента по газообмену, но и важен в другом отношении. При спуске на Марс оба космических аппарата продвигались к поверхности сквозь облака поднятой пыли, которая потом исследовалась вместе с примесями, образовавшимися от выхлопов тормозных двигателей. В выхлопе содержалось 0,5 % паров воды, и поэтому какое-то разрушение пероксидов кажется неизбежным. Кроме того, на треть выхлоп состоял из аммиака — горючего газа, который также мог прореагировать с этими веществами в присутствии минеральных катализаторов, содержащихся в грунте. Таким образом, исследовавшиеся пробы содержали, вероятно, лишь часть действительно имеющихся в грунте активных молекул, и то, что какая-то их доля все же сохранилась, следует рассматривать как удачу.

Окисление при помощи пероксидов не единственный процесс, в котором органическое вещество на Марсе может быть разрушено. Эксперименты, проведенные Пангом и его сотрудниками, показали, что под воздействием ультрафиолетового излучения в присутствии оксида титана (в грунте на поверхности Марса содержится 0,5 % титана) атмосферный кислород вызывает быстрое окисление органического вещества. Как и окисление под действием ОН, этот процесс также происходит на планете повсеместно.

Зная по крайней мере два механизма, способствующие разрушению органического вещества на всей поверхности Марса, трудно сомневаться в том, что данные, полученные аппаратами "Викинг", характерны для любого района планеты.

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.