Физика/9. Астрофизика и космические лучи

Ларченко В.М., Джафаров Т.А.

Лесосибирский филиал Сибирского государственного технологического университета, Россия

Теории о происхождении жизни

Представления о жизни, существующей в просторах космоса, сводились в основном к абстрактным теориям. В наши дни учёные, вооружившись научными и техническими достижениями, всерьёз приступают к поискам в космическом пространстве биологической жизни. Весь научный мир занят поисками ответов на вопрос о происхождении жизни: закономерности, причин, условия. И если однажды их усилия увенчаются успехом, то отношение к миру, в котором мы живём, и Вселенной, которая нас окружает, изменится навсегда. Но бесспорно то, что с тех пор, как в космосе побуйствовала писательская фантазия, наука о жизни вне Земли определенно очень «заземлилась».

Долгое время существовала уверенность, что жизнь есть на всех планетах Солнечной системы (включая Солнце), но научные исследования принесли сплошные разочарования. Постоянно созывались конгрессы по внеземным цивилизациям, которые следовали один за другим. Но даже, несмотря на то, что достоверных свидетельств наличия жизни где-либо ещё, кроме Земли, как не было, так и нет, учёный мир неоднозначно относится к этому обстоятельству.

Так, например, четыре века назад итальянский монах, доктор богословия и писатель Джордано Бруно полагал, что жизнь присутствует на всех небесных телах. Он считал, что «разумные животные» других миров могут сильно отличаться от людей, но более определённо представить себе, какова внеземная жизнь, не имел возможности, поскольку о природе планет в то время ничего не было известно. В своей уверенности о наличии жизни за пределами Земли и Солнечной системы он был не одинок. Г. Гельмгольц, Л. Пастер, С. Аррениус, В. Вернадский, Ф. Крик – одни из многих ярких мировых представителей оптимистического подхода к вопросу о существовании внеземной жизни.

Оптимисты считают, что цивилизации, далеко опередившие земную в техническом развитии, – это обычное явление во Вселенной и Млечном Пути. Другая же группа оптимистов считает, что во Вселенной и в нашей галактике существуют цивилизации ненамного отстающие от нашей или же чуть-чуть опережающие. При этом полагаются они исключительно на веру в то, что среди огромного числа звёзд нашей галактики и ещё большего количества звёзд многих других галактик обязательно должны быть как звёзды с планетными системами, так и планеты с развитыми цивилизациями.

Пессимисты утверждают, что земляне, по всей видимости, представляют собой наиболее передовую технологию и цивилизацию в космосе. Их главный аргумент – отсутствие не только научных свидетельств существования развитых цивилизаций, но даже планет земного типа за пределами Солнечной системы, которые могли бы служить пристанищем для жизни.

Бесконечно созывавшиеся конгрессы по внеземной жизни привели к тому, что даже такие ярые сторонники поиска внеземного разума, как астроном И.С. Шкловский, в конце концов, потеряли веру в возможность обрести братьев по разуму. Настала пора, когда бытовавшие ещё недавно представления о космосе как о некоей фантастической лаборатории, готовой производить жизнь там и тотчас, как только для этого представятся хоть сколько-нибудь подходящие условия и «исходные материалы», сменились совершенно упадническими, взглядами: жизнь в космосе – не правило, а исключение.

Также есть группа пессимистов, утверждающие, что земляне – это по-видимому единственная развитая цивилизация, как во Млечном Пути, так и во всей Вселенной, остальное же представлено примитивными формами жизни.

Однако к началу XXI века всё, что было связано с новыми открытиями в астрофизике и биологии, опять изменилось. За последние 7 лет путём изучения отклонений орбит некоторых звёзд было «просчитано» существование около сотни планет вне нашей Солнечной системы. Конечно, изучение этих планет – дело весьма отдаленного будущего, так как на сегодняшний день человечество не обладает механизмами для их дательного изучения, но само их обнаружение вселило надежду в сердца сторонников теории внеземной жизни, возродив, тем самым, наиболее радикальные проекты, связанные с исследованием ближайших планет Солнечной системы. И, прежде всего, конечно, проекта полета на Марс.

Все домыслы и гипотезы об иных (внеземных) органических формах жизни, так же как и о возможных посланцах других цивилизаций, наталкиваются на два ключевых и основополагающих вопроса. Первый из них – как зародилась жизнь? Второй – какова вероятность её возникновения при наличии соответствующих условий и «исходных материалов»?

Жизнь на Земле – пока единственный известный нам пример жизни во Вселенной – «сделана» по рецепту, включающему удивительно малое число компонентов, и существует в разнообразных условиях обитания.

Первая гипотеза о происхождении жизни на Земле стара, в её активе – солидные фигуры европейской науки: Г. Гельмгольц, Л. Пастер, С. Аррениус, В. Вернадский, Ф. Крик. Сложность живой материи, малая вероятность её самозарождения на планете, а также неудачи экспериментаторов по синтезу живого из неживого приводят учёных в стан приверженцев данного подхода. Существуют многочисленные вариации того, как именно жизнь попала на Землю, и самая известная из них – теория панспермии. Согласно ей жизнь широко распространена в межзвёздном пространстве, но поскольку там нет условий для развития, живая материя превращается в спермии, или споры, и таким образом перемещается по космосу. Миллиарды лет назад кометы занесли спермии на Землю (возможно, продолжают заносить и сегодня), где сложилась благоприятная среда для их раскрытия. Спермии – это мелкие зародыши, способные выдерживать большие перепады температур, космическое излучение и другие, губительные для живого, факторы внешней среды.

Идея космического посева (панспермии) появилась ещё в V веке до н. э. греческим философом Анаксагором. По его учению, жизнь возникла из семени, которое существует «всегда и везде». В 1884-м году шведский физикохимик Сванте Авенариус заявил, что жизнь на Земле произошла от спор растений или микроорганизмов, которые перенесены с других планет под действием светового давления или, возможно, метеоритами. В середине ХХ века известный английский учёный, лауреат Нобелевской премии Фрэнсис Крик (один из первооткрывателей двойной спирали молекулы ДНК) вместе с американским исследователем Лесли Оргелом опубликовал статью – «Управляемая панспермия». По их мнению, «некая примитивная форма жизни была сознательно занесена на Землю другой цивилизацией». Их предположение исходило из того, что генетический код идентичен во всех живых объектах, что жизнь на Земле могла зародиться благодаря микроорганизмам, занесённым извне. Крик и Оргел считают, что если земляне способны занести жизнь на другие планеты, то почему бы не допустить, что жизнь на Земле – это дело рук инопланетян? Фрэнсис Крик даже вполне серьёзно полагал, что мы, возможно, «до сих пор находимся под наблюдением более разумных существ с планеты, расположенной возле какой-нибудь соседней звезды».

Как предположил английский астроном Фред Хойл в 80-е годы, на роль спермий подходят межзвёздные пылевые частицы, среди которых могут быть бактерии в графитовой оболочке (он также считает, что простейшие микроорганизиы были занесены на Землю астероидами, отколовшимися от планет, на которых существовала жизнь). На сегодняшний день спермии в космосе не обнаружены. Но даже если бы они нашлись, столь удивительное открытие только сдвинуло бы проблему возникновения жизни с нашей планеты в другое место – в открытый космос. И мы бы не избежали вопросов, откуда на Землю прилетели спермии и как они зародились. Вторая часть дилеммы – как из неорганической материи возникла жизнь – не столь романтична, поскольку опирается на законы физики и химии. Это узкий, механистический подход, вбирает в себя усилия многих специалистов. Возможно, из-за своей конкретности данный подход оказался плодотворным и за полстолетия продвинул целые разделы биохимии, эволюционной биологии и космологии.

По мнению учёных, синтез живой клетки – не за горами. Но будет ли рождённая в пробирке клетка ответом на вопрос, как произошла жизнь на Земле? Вряд ли. Синтетическая клетка докажет лишь то, что абиогенез неким образом возможен. Но 4 миллиарда лет назад на Земле всё могло произойти иначе. Например, так. Поверхность Земли остыла 4,5 миллиарда лет назад. Атмосфера была тонкой, и кометы активно бомбардировали нашу планету, в изобилии доставляя органику. Внеземное вещество оседало в мелких тёплых водоёмах, подогреваемых вулканами: на дне изливались лавы, содержащие в себе различные соединения и химические элементы, пополняющие «органический бульон», били горячие источники – фумаролы.

Луна была ближе, Земля вращалась быстрее, дни были короче, приливные волны выше, а шторма суровее. Над всем этим простирались стального цвета небеса, затемнённые пыльными бурями, тучами вулканического пепла и осколками пород, выбитыми ударами метеоритов. Постепенно складывалась атмосфера, богатая азотом, углекислым газом и парами воды. Обилие парниковых газов вызвало потепление климата всей планеты. В таких экстремальных условиях происходил синтез живого вещества. Было ли это чудом, произошедшим вопреки эволюции Вселенной, или только так и может появляться жизнь? Уже на ранних этапах проявилась одна из главных черт живой материи – приспособляемость к условиям среды. Ранняя атмосфера содержала в себе мало свободного кислорода, озон был в дефиците, и земля купалась в ультрафиолетовых лучах, смертельных для живого. Так бы осталась планета необитаемой, если бы клетки не изобрели механизм защиты от ультрафиолета. Этот сценарий появления жизни в целом не отличается от предложенного ещё Дарвином. Добавились новые детали: что-то узнали, изучая древнейшие горные породы, и, экспериментируя, о чём-то догадались. Будучи наиболее обоснованным, этот сценарий одновременно и самый спорный. Учёные бьются по каждому пункту, предлагая многочисленные альтернативы. Сомнения возникают с самого начала: откуда взялась первичная органика, произошёл ли её синтез на Земле или она упала с неба?

Если эта гипотеза получит подтверждение, то она будет веским аргументом в пользу того, что жизнь должна иметь примерно одинаковые формы повсюду во Вселенной, поскольку она возникла из похожих типов молекул в похожих молекулярных облаках.

Даже если гипотеза о внеземном характере происхождения жизни на Земле подтвердится, учёным неизбежно придётся задаться другим, более глобальным вопросом – как и где появилась жизнь во Вселенной? Кто наши «родители» и кто «родители наших родителей»? Поиски ответов на эти вопросы либо приведут в тупик, либо уведут по пути, такому же бесконечному, как сама Вселенная. И более того, уже в то время ряд учёных доказали невозможность переноса в жизнеспособном состоянии (активном или поддающемся активизации) этих зародышей жизни – на них губительно действуют космические лучи, особенно коротковолновое ультрафиолетовое излучение, которое пронизывает Вселенную. Именно следующая теория позволяет избавиться от подобных вопросов, но только лишь на этом уровне.

По наиболее революционной теории биохимической эволюции, заложенной русским биохимиком А.И. Опариным, синтез всех необходимых для зарождения жизни компонентов мог произойти в условиях первичной атмосферы Земли, значительно отличающихся от нынешних. Накопление в океане большого количества органики могло создать некий «первичный бульон» для появления и развития жизни. Если окажется, что жизнь зародилась именно на Земле, то можно было бы ожидать большого разнообразия её типов в разных мирах, как Млечного Пути, так и всей Вселенной, поскольку каждая планета будет обладать своим уникальным набором условий.

В 1953-м году С. Миллер, аспирант Университета Чикаго, провёл успешный опыт по абиогенному синтезу. Он создал условия ранней Земли в лабораторной пробирке и в результате химической реакции получил набор аминокислот различной степени сложности. Так, теория Опарина начала получать экспериментальные подтверждения.

Не исключено и то, что данные две гипотезы могут работать вместе и не противоречить друг другу. Жизнь могла быть занесена на Землю астероидами (по теории панспермии), метеоритами и кометами, наиболее подходящими на эту кандидатуру, так как они обладают различными соединениями, как органического, так и неорганического происхождения. Зародившаяся жизнь на Земле могла вытиснуть кометную под действием эволюции или же наоборот кометная – земную. Конечно, эти признаки в современных органических формах жизни невозможно выявить, так как они стёрлись временем и эволюцией. В таком случае совершенно непонятно: земная жизнь зародилась самостоятельно на нашей планете или всё-таки была занесена из космоса. Но и в то же время непонятно какая жизнь появилась первой: по теории панспермии или же по теории абиогенеза.

Две вышеуказанные гипотезы являются самыми распространёнными. Именно на них ориентировано большинство научного мира. Но есть и другие теории. Так одной из них является креационизм – учение о сотворении мира Богом из ничего. Конечно, данная теория полностью антинаучна и не находит никакой обоснованности и не может дать какие-либо факты в своё подтверждение. Тем более всё научное большинство, придерживающее двух предыдущих гипотез, придерживается атеистических взглядов, отвергающих какую-либо связь с религией. Конечно, данное высказывание не имеет ничего отрицательного в отношении религии. Более того, у каждого человека есть свобода выбора, и есть возможность принимать различные мнения. Но, учитывая вопросы данной тематики, необходимо подойти к проблеме только с чисто научно обоснованной позиции (так как существуют некоторые течения, связанные с религией, и частично принимающие научные воззрения, так, например, пантеизм и деизм), нежели с религиозной.

Другая теория именуется биогенезом – учение о сотворении живого живым. Данная гипотеза не даёт ответа о первоначале живого, в таком случае является полностью несостоятельной и весь учёный мир не может взять её на вооружение, ведь совершенно непонятно как появилось это так называемое «первое живое»: условия, причины, где?. Зато абиогенез и панспермия уже сейчас находят своё подтверждение (хотя, конечно, непрямое, а косвенное с помощью экспериментов).