Buch lesen: "Код жизни. Как случайность стала биологией", Seite 4

Парад пригодных для обитания планет?

Было бы справедливо сказать, что за последние 30 лет мы заметно приблизились к ответу на вопрос о множественности обитаемых миров, однако он все еще остается открытым.

К осени 2023 года астрономы открыли более 5500экзопланет более чем в 4100 планетных системах. Более чем в 930 из этих систем обнаружено две и больше планеты. Кроме того, найдено более 7400 кандидатов в экзопланеты, открытых в первую очередь космическими телескопами Кеплер и TESS¹⁰, и их статус ожидает подтверждения. Только представьте себе! Всего каких-нибудь 30 лет назад астрономия не знала ни одной планеты, которая обращалась бы вокруг других звезд, а сегодня достигнут такой колоссальный прогресс, и в нашей сокровищнице их многотысячные россыпи. Простая статистическая логика позволяет сказать, что наша галактика Млечный Путь буквально кишит планетами.

А что еще интереснее, по оценкам астрофизиков, по меньшей мере каждая пятая звезда размером с Солнце или меньше содержит планету размером с Землю в своей так называемойобитаемой зоне (а может быть, такие планеты встречаются у каждой третьей звезды или даже чаще). Обитаемая зона – это та самая «зона Златовласки»¹¹, кольцо вокруг звезды, находящееся как раз на таком расстоянии, чтобы температура на планете, подобной Земле, была не слишком высока и не слишком низка и подходила для стабильного существования жидкой воды (а может быть, и жизни).

Как правило, как только становятся известны параметры орбиты экзопланеты размером с Землю и свойства ее звезды (в том числе температура фотосферы, светимость и масса), можно как минимум оценить границы обитаемой зоны, исходя из состава атмосферы планеты. Считается, что атмосфера обычно состоит из азота, углекислого газа и водяного пара, и два последних компонента действуют как парниковые газы. Для определения, действительно ли планета «пригодна для обитания», следует учесть и другие факторы, например массу и химический состав атмосферы, геологические и геохимические процессы, скорость вращения планеты, наличие питательных веществ, доступность источника энергии, защищенность от вредного излучения и, естественно, тип и стабильность самой звезды. Тем не менее исследования показывают, что теоретически в галактике Млечный Путь может быть сотни миллионов, а то и несколько миллиардов потенциально обитаемых планет.

Эти поразительные астрономические открытия в сочетании с новыми многообещающими находками в области химии и биологии подхлестнули и поиски внеземной жизни, и попытки создать живую материю при помощи химических реакций. Поскольку эти данные сочетаются с уже имеющимися находками в области земной геологии, возникает искушение сделать вывод, что жизнь (в каком-то виде), вероятно, вездесуща. Что примечательно, геологи показали, что жизнь на Земле была довольно распространена уже 3,5–3,7 миллиарда лет назад, «всего» через несколько сотен миллионов лет после того, как земная поверхность достаточно остыла, чтобы стало возможным существование жидкой воды. Поэтому не стоит удивляться, что для многих оказался таким заразительным оптимизм покойного астронома Карла Сагана, вероятно, самого страстного и талантливого пропагандиста поисков внеземной жизни. Как-то раз Саган бодро объявил: «Должно быть, зарождение жизни – событие весьма вероятное: она возникает, как только позволят обстоятельства!» Тогда многие биологи были согласны с ним. Кристиан де Дюв, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине, пошел даже дальше и провозгласил, что появление жизни во вселенной – это «космический императив».

По правде говоря, такая уверенность не оправдана. Осталось еще много вопросов без ответов и серьезных сомнений на всех уровнях. Например, в последние десятилетия биологи спорили о том, какая из главных характеристик живой материи – клеточная структура, метаболизм, катализ или генетика – появилась первой. Ученые – пожалуй, предсказуемо – раскололись на четыре больших лагеря. Группа «сначала метаболизм» утверждала, что способность задействовать ресурсы среды для поддержания жизни в организме было первой и главной способностью, которую требовалось развить. Представители второго лагеря возражали, что первой была генетика, то есть «сначала репликация» – способность порождать потомство, поскольку это и стало краеугольным камнем эволюции путем естественного отбора. Третья партия настаивала, что трудно представить себе генетику и метаболизм без тех агентов, которые способны поддерживать и ускорять ход химических реакций, а следовательно, «сначала катализ» – то есть для возникновения жизни необходимы белковые ферменты. И, наконец, были и сторонники теории «сначала компартментализация» – те, кто настаивал, что жизнь не могла начаться, если бы не приняла сперва форму крошечной ячейки, примитивной клетки, протоклетки, которая содержала бы в себе все важнейшие молекулы для поддержания жизненных процессов и отделяла бы их от среды. С годами члены каждой группы обретали такую страстную приверженность любимой теории и настолько утверждались в своем мнении, что на научных конференциях по происхождению жизни журналисты-популяризаторы не раз и не два слышали, как ученый из того или иного лагеря разносит в пух и прах идеи всех остальных групп. Наука едва не уподобилась политике.

Впрочем, именно эту проблему, похоже, удалось решить. Как ни поразительно, новейшие находки исследователей происхождения жизни, по-видимому, указывают, что подход к этому вопросу в последние четыре десятилетия, возможно, был ошибочен в принципе. Диспут о том, что было «первым», был спровоцирован тем, что, согласно общепринятому сценарию, нужно найти способ строить первые клетки по одной за раз, и каждый компонент должен прокладывать путь следующему. Этот подход сильно изменился в последние несколько лет. Современные представления состоят в том, чтостроительный материал для подсистем можно создавать одновременно. Ученым удалось показать, что несколько простых химических соединений, которые были легко доступны на молодой Земле, могли запустить сеть химических реакций (их мы подробно опишем в следующих пяти главах), способных дать – в сущности, одновременно – нуклеиновые кислоты (основу генетических молекул), аминокислоты (из которых состоят белки) и липиды (вещество клеточных стенок). Иными словами, эксперименты в лаборатории соавтора этой книги Джека Шостака, революционные открытия в лаборатории химика Джона Сазерленда и исследования множества их коллег указывают, что первые клетки, при всей сложности и филигранности их структуры, могли возникнуть из относительно небольшого набора нужных «кирпичиков». Поэтому сегодня ученые ставят перед собой достаточно смелые цели. Они уже не изучают отдельные составляющие, а пытаются нарисовать единую полную картину, такую, которая успешно сочетала бы все имеющиеся данные лабораторных экспериментов по предбиологической химии (химии, которая предшествовала жизни и посредством которой мог быть синтезирован строительный материал для живой материи) с данными астрофизики, геологии и науки об атмосфере, чтобы установить, каким был путь к жизни. В этом отношении можно рассчитывать на новые перспективы геохимических исследований Марса (которые станут возможными, когда на Земле получат пробы марсианской почвы). Их результаты, вероятно, позволят сделать рывок в вопросе о происхождении жизни, поскольку мы получим возможность изучить раннюю среду, данные о которой были стерты из геологической истории Земли, так как процессы, протекающие на поверхности земной коры, привели к переработке существовавших тогда веществ.

Разумеется, ни блестящие астрономические открытия, ни уже достигнутые в лабораториях многообещающие результаты не дают определенного ответа на вопрос о том, что такое жизнь – дикая химическая случайность или космический императив. Законно было бы утверждать, что в отсутствие прямых данных, говорящих о непрерывном химическом маршруте к жизни, мы не можем считать, что даже при правильных условиях возникновение жизни неизбежно. Подобным же образом, если астрономы не нашли (опять же, на сегодня) достоверных признаков внеземной жизни, это никак не позволяет нам оценивать вероятность, что она существует. Нельзя надежно установить вероятность неизвестного процесса и еще не открытого явления. Британский физик Пол Дэвис в числе прочих справедливо подчеркивает, что, если во Млечном Пути так много «пригодных для обитания» планет, это не обязательно означает, что какие-то из них (помимо Земли) и в самом деле обитаемы. Мы до сих пор не знаем, насколько вероятно зарождение жизни на экзопланете даже с самой подходящей температурой и химическим составом. Даже благоприятные для жизни условия у нас на Земле могли возникнуть вопреки всему, а уж появление разумного вида, вероятно, явление еще более редкое, а вовсе не ожидаемый результат эволюции как таковой. В частности, существование людей, вероятно, стало следствием череды совпадений космического масштаба. Скажем, люди не появились бы, если бы около 66 миллионов лет назад Земля случайно не столкнулась бы с астероидом, что привело к вымиранию динозавров.

Последнее соображение заставляет задаться вопросом, бесспорно, столь же интересным, сколь и вероятность существования внеземной жизни как таковой. Существует ли в Млечном Пути какая-то форма сложной или «разумной» жизни? В сущности, очевидное противоречие между тем, что мы до сих пор не видели никаких признаков разумной жизни вне Земли, и тем, что мы, согласно нашим ожиданиям, уже должны были заметить какие-то свидетельства существования технологически развитой цивилизации (техносигнатуры), получило название «парадокс Ферми» в память об известной беседе, когда знаменитый физик Энрико Ферми внезапно спросил у коллег: «Ну и где все?»¹²

Ферми выражал изумление из-за того, что до сих пор не замечено никаких признаков существования другой разумной жизни в Млечном Пути. Ферми оценил, что при некотором наборе вполне консервативных, по его мнению, допущений развитая технологическая цивилизация достигла бы всех уголков нашей Галактики за время значительно меньше, чем возраст Солнечной системы. Поэтому тот факт, что мы обнаружили их ровно ноль, сильно озадачивает. За эти годы было предложено много вариантов решения парадокса Ферми, однако так и нет консенсуса по поводу того, есть ли среди них хотя бы одно верное. Можно с полным правом утверждать, что само по себе наличие такого количества предположений указывает на то, что пока не выдвинуто ни одного по-настоящему убедительного варианта. Но главное – парадокс Ферми заставляет задуматься о неприятной вероятности, что существует какой-то «вселенский фильтр», какое-то узкое место, которое сильно осложняетвозникновение, какие-то этапы эволюцииилидолгосрочное выживание разумной цивилизации. Первым это предположение выдвинул в 1996 году экономист из Университета Джорджа Мейсона Робин Хансон. Если так, подобное обстоятельство может иметь тяжкие последствия даже для жизни на Земле. Этот фильтр или порог вероятности мог существовать в прошлом нашей цивилизации, и тогда мы – одна из немногих цивилизаций (а может быть, и первая), которым удалось его преодолеть. Это возлагает на наши плечи гигантское бремя ответственности. Однако фильтр может быть и у нас в будущем, а тогда пандемия COVID-19 и нынешний климатический кризис – лишь детские игрушки, репетиция поджидающей нас неподъемной задачи пережить такой фильтр. К парадоксу Ферми и следствиям из него мы еще вернемся в главе 11.