Условия жизни в космосе
Проблема жизни в космосе — одна из наиболее увлекательных и популярных проблем в науке о Вселенной, которая с давних пор волнует не только ученых, но и множество людей. Еще Джордано Бруно и Михаил Ломоносов высказывали смелые предположения о множественности обитаемых миров. Но только вторая половина двадцатого века поставила эту проблему на твердую научную основу.
Изучение жизни во Вселенной — одна из сложнейших задач, с которой когда-либо встречалось человечество. Ведь речь идет о явлении, с которым людям, по существу, еще не приходилось непосредственно сталкиваться. Человек еще не побывал на других небесных телах, не видел пи одного внеземного живого организма. Все данные о жизни вне Земли, все без исключения, носят чисто гипотетический характер.
Поэтому только глубокое исследование биологических закономерностей, с одной стороны, и космических явлений, — с другой, тщательнейшее сопоставление и анализ разнообразных данных, накопленных различными естественными науками, способны привести к успеху.
В последние годы, в связи с успехами астрономии, биологии, физики и техники возникла самостоятельная научная дисциплина — «экзобиология». Ее основная задача— исследование небесных тел, в первую очередь планет солнечной системы и метеоритов, с точки зрения биологии. Кроме того, экзобиология занимается проблемами, близкими к космонавтике: изучением воздействия космических факторов на живые организмы.
На первый взгляд может показаться, что вопрос о жизни во Вселенной — в значительной степени отвлеченная проблема. Однако это не так. Исследование внеземных, космических форм жизни помогло бы человеку, во-первых, понять сущность жизни, т. е. то, что отличает все живые организмы от неорганической природы, во-вторых, выяснить пути возникновения и развития жизни и, в-третьих, определить место п роль человека во Вселенной. Кроме того, изучение особенностей жизни во Вселенной, ее приспособляемости к необычным с пашей земной точки зрения условиям намного расширило бы научные представления о жизненных процессах и помогло решить целый ряд практических задач земной биологии, медицины, сельского хозяйства.
С развитием космических полетов вопрос о существовании и конкретных формах жизни на других небесных телах приобретает и практическое значение. Мы должны знать заранее, с какими проявлениями жизни можем встретиться на Луне или планетах солнечной системы.
Высадке космических экспедиций на поверхности других небесных тел должна предшествовать большая работа по исследованию обитающих там живых организмов, в частности, по изучению растительности, которая могла бы служить пищей для космонавтов.
Как известно, в. современном мире роль пауки чрезвычайно велика. От ее развития непосредственно зависит прогресс человечества. При этом речь идет не только о чисто прикладных разделах, но и о самых общих, принципиальных проблемах естествознания, способствующих развитию науки в целом. Проблема внеземной жизни, бесспорно, относится к числу проблем именно такого рода.
Сейчас можно считать достаточно твердо установленным, что на нашей собственной планете жизнь возникла в отдаленном прошлом из неживой, неорганической материи при определенных внешних условиях. Из числа этих условий можно выделить три главных. Прежде всего, это присутствие воды, которая входит в состав живого вещества, живой клетки.
Во-вторых, наличие газовой атмосферы, необходимой для газового обмена организма с внешней средой. Правда, можно представить себе и какую-либо иную среду, например, жидкую (в частности, водную), в которой может происходить газовый обмен. Однако все же есть основания предполагать, что газовая среда создает более широкие возможности для прогрессивного развития живых организмов.
Третьим условием является наличие на поверхности данного небесного тела подходящего диапазона температур.
Помимо этого, необходима внешняя энергия для синтеза молекулы живого вещества из исходных органических молекул, например, энергия космических лучей или ультрафиолетовой радиации пли энергия электрических разрядов.
Внешняя энергия нужна и для последующей жизнедеятельности живых организмов. В частности, мы сами получаем эту энергию с пищей, которая представляет собой не что иное, как своеобразный «концентрат» солнечной энергии.
Условия, необходимые для возникновения жизни, в свое время сложились па нашей планете. И поскольку эти условия сложились естественным путем, в ходе эволюции Земли, нет никаких оснований считать, что они не могут складываться ir в процессе развития других небесных тел.
Советский ученый, академик А. И. Опарин, автор популярной теории происхождения жизни, считает, что она должна была появиться тогда, когда поверхность нашей планеты представляла собой сплошной океан. Сначала в результате соединения углерода с водородом и азотом возникли простейшие органические соединения. Затем в подах первичного океана молекулы этих соединений объединились и укрупнились, образуя сложный раствор органических веществ. Наконец, на третьей стадии из этой среды выделились комплексы молекул, которые и дали начало первичным живым организмам.
Поскольку химическую основу жизни земного типа составляют соединения углерода, интересно оценить, насколько велика распространенность этого элемента и его соединений во Вселенной. Оказывается, достаточно велика! Во всяком случае, мы обнаруживаем углерод в газовых оболочках других планет, в атмосферах звезд, в ядрах комет и даже в облаках межзвездной материи.
В этой связи интересно упомянуть об одной гипотезе, выдвинутой не так давно и поддержанной известным советским ученым академиком. В. Г Фесеиковым. Фесеиков обратил внимание на то, что своеобразными переносчиками если не самой жизни, то, по крайней мере ее исходных элементов, могут быть кометы. В ядрах этих небесных тел содержится не только углерод, но и циан, окись и двуокись углерода, кислород, азот, метан и аммиак, т. е. как раз те самые элементарные кирпичики, из которых, согласно теории Опарина, возникают путем постепенного усложнения комплексы молекул, из которых в конечном итоге образуется живое вещество.
Любопытны также выводы, к которым пришел советский ученый Ковальский. Он считает, что при ударах кометных ядер о поверхность планет развиваются высокие давления, которые могут приводить к синтезу таких химических соединений, которые служат ступенью к образованию живого вещества.
В печати появился также ряд сообщений о том, что углеводороды находили и в метеоритах. Действительно, углеводороды типа горного воска были обнаружены в метеоритах еще более ста лет назад. Но в последнее время исследования подобного рода проводились особенно интенсивно. Ученым удалось выделить из метеоритов сложные органические вещества, весьма близкие к тем, которые мы находим в живых организмах. Однако, по мнению ряда крупных ученых, в том числе академика Опарина, это вовсе еще не означает, что эти вещества каким-то образом связаны с явлениями жизни. Опыты показывают, что они могли образоваться в метеоритах и чисто химическим путем.
Имеются также сообщения о том, что в некоторых типах метеоритов обнаружены структурные образования, так называемые «организованные элементы»; некоторые исследователи считают их остатками живых организмов. Но при оценке этих данных необходимо учитывать одно важное обстоятельство. Дело в том, что подобные структуры, иногда весьма похожие по строению на живые формы, могут возникать чисто химическим путем, без каких-либо жизненных процессов. В то же время с астрономической точки зрения весьма трудно представить себе возможность возникновения и существования живых организмов на метеоритах.
Что же касается гипотезы о переносе жизни кометами, то она хорошо согласуется с результатами некоторых лабораторных экспериментов, в ходе которых газообразная смесь водяных паров циана и аммиака подвергалась на протяжении ряда педель воздействию ультрафиолетовых лучей и тихих электрических разрядов. По истечении этого срока в смеси возникали составные части белков и нуклеиновых кислот — веществ, составляющих химическую основу жизни.
В других опытах в условиях, также близких к тем, какие имеются в кометах, наблюдалось образование трехфосфорного аденозина. Это один из тех биологических катализаторов, которые управляют процессами, усложняющими первичное белковое вещество до простейшего организма. Не исключена поэтому возможность, что на определенной стадии своего развития наша Земля, встретившись с кометой, получила от нее тот исходный химический материал, который мог ускорить течение процессов, «едущих к возникновению жизни.
Согласно современным представлениям, кометы образовались в ходе единого процесса формирования пашей планетной системы. Вполне естественно предположить, что кометы имеются и в других планетных системах, а это значит, что и в других планетных системах, вероятно, существуют в исходном виде необходимые химические вещества для построения жизни.
Таким образом, первоначальные продукты для образования живого вещества как будто налицо. Но ведь это только исходные предпосылки для возникновения жизни. Что же касается тех или иных путей формирования и развития живых организмов, то они непосредственно зависят от конкретных физических условий, от условий внешней среды. В данном случае речь идет не о приспособляемости организмов, оказавшихся в необычных условиях, а о том, что живые организмы отражают внешние условия, другими словами, их свойства складываются в процессе естественной эволюции.
Все это приводят пас к заключению, что, с одной стороны, жизнь должна иметь достаточно широкое распространение во Вселенной и что, с другой стороны, в природе, вероятно, существует великое многообразие ее форм.
В свое время Фридрих Энгельс дал определение жизни как формы существования белковых тел, главной, наиболее существенной особенностью которой является обмен с внешней средой. Однако следует иметь в виду, что это определение относится к земной жизни к его нельзя абсолютизировать.
Тем не менее, в своей основе оно сохранило свое значение и до сегодняшнего дня, ибо белок в его современном понимании остается главным вещественным компонентом всех известных нам живых существ и главным участником всех процессов жизнедеятельности. В тоже время в свете современных научных данных белок не является и единственным носителем жизни. К ним следует причислить и некоторые высокомолекулярные и высокополимерные соединения, в первую очередь так называемые нуклеиновые кислоты ДНК и РНК.
Изучение закономерностей живой материи сильно осложняется тем обстоятельством, что в настоящее время мы имеем возможность изучать жизнь, так сказать, в. «единственном экземпляре», а именно — нашу земную жизнь. Поэтому любые предположения о конкретных свойствах и характере внеземной жизни могут носить лишь сугубо теоретический характер.
Но поскольку теория обладает способностью заглядывать в неизвестное, и это уже не раз приводило к блестящим результатам, которые впоследствии оправдывались на практике, — теоретические соображения о возможных формах жизни представляют несомненный интерес.
В научно-фантастической повести советского писателя-фантаста И. Ефремова рассказывается о случайной встрече в космосе земного звездолета с космическим кораблем другой цивилизации. Корабли сходятся и их обитатели устанавливают контакт друг с другом. Но тут выясняется, что миры, где они живут, принципиально отличаются друг от друга. В атмосфере той планеты, откуда прилетел встречный корабль, роль кислорода выполняет фтор. Этот газ, смертельно ядовитый для людей, у пришельцев — газ жизни. И, наоборот, наш кислород столь же смертелен для них. Роль воды на далекой планете выполняет жидкий фтористый водород — та самая плавиковая кислота, которая у нас разъедает стекло и разрушает почти все минералы.
Неожиданное препятствие делает немыслимым прямое общение людей с Земли с пришельцами из космоса...
Но возможно ли нечто подобное в действительности?
Во всяком случае, совершенно очевидно, что тот химизм жизни, с которым мы имеем дело у себя па Земле — явление далеко не случайное: он тесно связан с астрономической и геологической историей нашей планеты.
На первоначальной и более поздних стадиях формирования Земли сложились основные черты тех физических и химических условий (в частности, температурные условия и наличие различных химических элементов), которые определили характер дальнейших химических процессов.
В частности, единственным широко распространенным подходящим биологическим растворителем па Земле оказалась вода. Именно вода определила химический характер земной жизни, так как многие вещества, входящие в состав живой материи, прямо или косвенно образуются из воды. Углерод же — элемент, способный образовывать молекулярные цепочки — при земных температурах явился тем оптимальным элементом, участие которого в химических превращениях обеспечивает не слишком высокую и не чересчур малую скорость реакций. А это имеет чрезвычайно важное значение для живых структур.
Химический состав живых организмов Земли определяет и температурные границы их существования. Поскольку водные растворы могут оставаться жидкими лишь в пределах приблизительно от минус 20 до плюс 100 градусов Цельсия, то это и есть примерные границы активной жизни. Если в скрытых формах она может переносить и более низкие температуры, то высоким температурам углеродные соединения противостоять не в состоянии.
Однако, в принципе, не исключена возможность, что на других небесных телах, при иных физических условиях может быть и иная химия жизни.
Так, например, в роли химического растворителя может выступать не только вода, но и некоторые другие вещества, обладающие определенными свойствами. К ним, в частности, относятся способность растворять большое количество различных веществ и хорошая текучесть. Кроме того, растворитель должен медленно нагреваться и медленно остывать. Это необходимо, чтобы предохранить живой организм от резких температурных колебаний. Хорошо также, если растворитель обладает низкой теплопроводностью. Это создает дополнительную защиту от возможных изменений температуры.
Важной характеристикой является и так называемая скрытая теплота переходов, т. е. то количество калорий, которое нужно затратить, чтобы один грамм данного вещества перевести из твердой фазы в жидкую и из жидкой в газообразную. При высокой теплоте переходов растворитель защищен от легкого замерзания или закипания, а это расширяет температурные пределы существования активной жизни.
Подходящими «жизненными растворителями» для низких, температур могут быть, например, фтористый водород или аммиак. Фтористый водород замерзает при температуре — 83° С, а кипит при температуре +20° С. Что же касается аммиака, то при атмосферном давлении он существует при температуре от —78° С до —33° С.
При температуре от 0° С до —100° С растворителем может быть сернистый ангидрид, выделяющийся при вулканических явлениях, а при температуре ниже 100° С окись фтора, по многим свойствам напоминающая воду. Что же касается еще более низких температур, ниже —200° С, то подобные условия вряд ли пригодны для жизни. При такой температуре химические связи с атомами углерода становятся настолько прочными, что органические молекулы теряют способность эффективно участвовать в реакциях.
С другой стороны, можно представить себе живые молекулы, в которых роль углерода выполняет какой-либо другой химический элемент, например, кремний или германий. Кремниевая или германиевая жизнь могла бы существовать лишь при достаточно высоких температурах от 200° до 400° Цельсия. Свойства растворителей с высокими температурами пока изучены недостаточно. Но, в принципе, такие горячие «жизненные растворители» можно себе представить, например, сернистые соединения фосфора и некоторые другие.
Но, разумеется, все это только предположения, хотя при том бесконечном разнообразии, которое существует во Вселенной, вряд ли химия живого везде является точной копией земной.
Однако, если не вступать в область, близкую к фантастике, и оставаться на почве лишь достаточно твердо установленных научных фактов, то при поисках живых организмов на других небесных телах мы должны прежде всего исходить из того, что нам известно о земной жизни.
|
|
Читайте в рубрике «Поиски внеземных цивилизаций»: |