№ 104. Как и при каких условиях может образоваться жизнь на других планетах?
Нам известна только одна форма жизни – наша, земная.
На первый взгляд она очень разнообразна: ну что может быть общего между амебой, мухой и слоном? Однако биологи выяснили, что все столь непохожие друг на друга животные и растения собраны из однотипных «кубиков», так называемых биополимеров – белков и нуклеиновых кислот. Это молекулы, порой довольно сложные, но в целом напоминающие кубики лего: из нескольких типов кубиков можно собрать бесконечное число разных построек, а из нескольких типов биополимеров – бесконечное число разных живых организмов, от червяка до человека.
В молекулах белков и нуклеиновых кислот важнейшую роль играют атомы углерода, из которых состоят «скелеты» этих молекул. Поэтому жизнь земного типа называют белковой или углеродной. Однако с не меньшим основанием ее можно было бы назвать водной, поскольку работа любого организма, взаимодействие его молекул друг с другом может происходить только в присутствии воды. Жидкая вода – важнейший растворитель, необходимый для протекания химических реакций в теле живого существа. Чтобы убедиться в важной роли воды, проделайте простой опыт: в сухой миске смешайте чайную ложку питьевой соды с чайной ложкой сухой лимонной кислоты. Смешали? Как видите, ничего не произошло. А теперь добавьте четверть стакана воды… Ну как? Убедились, что вода ускоряет химические реакции? В живом организме вода не только важный растворитель, но и активный участник почти всех химических реакций. Поэтому в теле любого живого существа довольно много воды, причем она должна быть не твердой (лед), не газообразной (пар), а именно жидкой.
Поскольку других форм жизни, кроме нашей белково-углеродной, мы не знаем, то и подходящие для жизни планеты представляем себе похожими на нашу Землю. Важнейшим условием для жизни мы считаем температуру поверхности планеты: она должна быть такой, чтобы там могла существовать жидкая вода. На поверхности Земли при нормальном атмосферном давлении это диапазон температуры от 0 °С до 100 °С. При температуре ниже 0 °С вода замерзает, а при температуре выше 100°С кипит.
Но на других планетах, где давление атмосферы иное, вода ведет себя по-другому. Температура замерзания у нее почти не меняется и всегда близка к 0 °С, зато температура кипения меняется очень сильно. При низком атмосферном давлении, например на поверхности Марса, где атмосферное давление почти в 200 раз ниже, чем на Земле, вода вообще не может оставаться жидкой, а бывает либо в виде пара, либо в виде льда. Пока холодно – это лед, а как только температура поднимется выше 0 °С, лед превращается в пар, минуя жидкое состояние. Этот процесс, когда твердое вещество сразу становится газом, называют сублимацией или возгонкой. Поэтому на планетах с низким атмосферным давлением знакомые нам «водные» формы жизни невозможны.
С другой стороны, если давление атмосферы выше, чем у поверхности Земли, то температурный диапазон жидкой воды расширяется. На этом основан принцип кастрюли-скороварки: под плотной закрытой крышкой давление выше и вода закипает при более высокой температуре, ускоряя приготовление пищи. При давлении 220 атмосфер температура закипания воды составляет 374 °С. Однако при такой высокой температуре молекулы белков работать не могут, они погибают, сворачиваясь в плотные клубки (это называется коагуляцией). Вспомните, что происходит с жидким содержимым куриного яйца в кипящей воде. Самые теплостойкие живые организмы на Земле, так называемые гипертермофилы, выдерживают температуру не выше 123 °С. Некоторые микробы непродолжительное время выдерживают температуру 130 °С, но расти и размножаться в таких условиях не могут. В общем, представляется невероятным, чтобы микробы выживали при температуре выше 150 °C, так как при этом разрушаются жизненно важные молекулы, в том числе и ДНК – молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты, содержащая наследственную информацию.
При температуре существенно ниже 0 °С некоторые организмы способны определенное время продержаться, впав в анабиоз, но что-либо делать и тем более размножаться они не могут. Поэтому мы и держим продукты в морозилке! При низкой температуре скорость химических реакций резко снижается. А жизнь – это и есть круговорот химических реакций.
Итак, земные формы жизни (а других мы не знаем) могут существовать на поверхности планеты в узком диапазоне температуры. Учитывая, что жизнь на Земле прошла длинный путь эволюции, приспосабливаясь к неблагоприятным условиям, для зарождения жизни, вероятно, требовался еще более узкий диапазон условий. Полагаю, что температуру от 0 °С до 50 °С можно считать оптимальной для зарождения жизни. При этом у планеты должна быть довольно плотная атмосфера, чтобы вода была жидкой, а также для защиты от космической радиации и жесткого (ультрафиолетового и рентгеновского) излучения Солнца. Но слишком плотная атмосфера тоже не годится: она не пропустит к поверхности солнечный свет.
Все эти условия довольно сильно ограничивают круг планет, пригодных для зарождения жизни земного типа. В Солнечной системе, кроме Земли, ни одной благоприятной для жизни планеты нет, хотя не исключено, что в пещерах Марса и на некоторых крупных спутниках планет-гигантов все же найдутся условия для жизни (например, в подледном океане Европы, спутника Юпитера). Среди нескольких тысяч планет, обнаруженных астрономами у соседних звезд, примерно дюжина похожа на Землю. Сейчас сооружаются чрезвычайно мощные телескопы, которые помогут нам выяснить, есть ли признаки жизни на этих планетах.
