Загадки космоса. Планеты и экзопланеты - Андрей Мурачёв

После своего возникновения жизнь сотни миллионов лет почти не давала о себе знать: ее влияние на геологические процессы на Земле было минимальным вплоть до следующего эона. 2,5 миллиарда лет назад начался протерозой – эон примитивной жизни, самый долгий эон в истории нашей планеты, продлившийся почти 2 миллиарда лет. В начале этого эона, примерно 2,3 миллиарда лет назад, океан, а потом и атмосфера стали интенсивно обогащаться кислородом, что привело к так называемой кислородной катастрофе132. Очень резко уровень кислорода в атмосфере вырос с 0 до почти 1 % от современного уровня. Причиной послужил фотосинтез: реакция, в ходе которой молекулы воды и углекислого газа, взаимодействуя с молекулой хлорофилла при участии фотонов света, преобразуются в глюкозу и молекулярный кислород. Считается, что аноксигенный фотосинтез (то есть тот, в результате которого не вырабатывается кислород) возник еще в архее. Появление молекулы хлорофилла сделало фотосинтез еще более эффективным, но в качестве побочного продукта реакции высвобождался кислород. Изменение атмосферы неминуемо сказалось на биоразнообразии: кислород – это смертельный яд даже для современных анаэробных организмов (для их жизнедеятельности им не требуется кислород), и он был им для древней бескислородной жизни. Возможно, в этот период произошло первое крупнейшее вымирание в истории нашей планеты. К сожалению, следы этой катастрофы до нас не дошли.

Гораздо более революционным событием и, пожалуй, самым радикальным эволюционным переходом со времен последнего общего предка стало появление эукариот. Эукариотические клетки принципиально отличаются от клеток бактерий и архей практически на всех уровнях организации. Во-первых, у бактерий нет ядра. Во-вторых, размер генома (то есть совокупности всех генов) у бактерий гораздо меньше, чем у эукариот (общее количество ДНК у эукариот в сотни тысяч раз больше, чем у бактерий[79]). К тому же ДНК эукариот устроено гораздо сложнее по сравнению с простыми, замкнутыми в кольца хромосомами бактерий.

Долгое время биологи были озадачены этими гигантскими различиями между бактериями и эукариотами. Казалось невозможным, что вторые произошли от первых. И действительно, прямого эволюционного пути между ними нет. Сегодня считается, что эукариоты возникли в результате слияния двух видов бактерий, изначально находившихся в тесном симбиозе: крупной анаэробной археи и более мелкой аэробной бактерии, ставшей предком митохондрий[80]. Возможно, для того чтобы это произошло, потребовались уникальные условия, которые больше не повторялись в истории Земли.

Дальнейший путь до многоклеточных организмов занял миллиарды лет. Сегодня мы живем в фанерозойском эоне – эоне явной жизни, который начался 542 миллиона лет назад. Но все, что мы привыкли называть жизнью, – лишь ее небольшая доля на планете. Основная биомасса жизни на Земле приходится на растения и бактерии (далее идут грибы и археи). Животные на их фоне практически не заметны и составляют лишь 0,3 % от всего биоразнообразия. Интересно, что животные в основном – это членистоногие и рыбы, а масса людей почти в 10 раз больше, чем масса всех диких млекопитающих, вместе взятых, и на столько же меньше массы всех рыб133.

Все наши знания об эволюции жизни говорят нам, что для ее возникновения не нужно каких-то специфических условий. Мы не видим никаких принципиальных различий между молодой Землей, уже способной поддерживать жизнь, и молодыми экзопланетами земного типа. Кажется, что как только на планете появляется твердая поверхность, а температура позволяет существовать жидкой воде, так тотчас и возникает жизнь. Если мы ничего не пропустили, Млечный Путь должен быть просто переполнен жизнью. Так почему же по нашему небу не летают корабли пришельцев и мы не принимаем от них радиосообщения? Неужели единственные обитатели экзопланет – это или микробы, или голые камни? В последней главе мы немного окунемся в астробиологию – науку, задачей которой является поиск и изучение инопланетной жизни, пока самую бесплодную, но, несомненно, весьма перспективную в XXI столетии.

Конечно, мы ищем жизнь, похожую на знакомую нам земную. В прошлых главах я объяснял, почему мы ищем именно углеродные формы жизни и планеты, на которых в течение продолжительного времени могут находиться водоемы. Пока наши поиски не увенчались успехом. Но по большому счету активных исследований экзопланет и не проводилось. Все, что мы пока можем узнать об экзопланетах, ограничивается самыми общими физическими характеристиками, поэтому в фокусе внимания астробиологов остаются планеты Солнечной системы и их спутники. По-прежнему остается шанс, что на этих телах нам удастся обнаружить живые организмы.

И все же, по всей видимости, если мы когда-нибудь и найдем жизнь на одной из планет, она будет состоять лишь из микроорганизмов. Давайте предположим, что первое экспериментальное путешествие на машине времени закончилось аварией: вы оказались в случайном моменте прошлого Земли. Что вы перед собой увидите? Скорее всего, ничего интересного (конечно же, если случайно не захватите микроскоп[81]). 90 % времени существования нашей планеты ее населяли исключительно одноклеточные микроорганизмы. Как бы скучно это ни звучало, но если мы когда-нибудь начнем пачками открывать экзопланеты с жизнью, то большая их часть будет представлять собой микробиологические лаборатории планетарного масштаба.

Нас поражает разнообразие планет Солнечной системы, но жизнь, похожая на нас с вами, могла зародиться лишь в четырех ее уголках: на Марсе, Европе, Энцеладе и Титане. Обо всех них мы уже говорили. Европу и Энцелад перспективными для обнаружения там внеземной жизни делает наличие огромных водоемов, богатых сложными углеводородами, и вероятная геотермальная активность. Титан тоже богат сложными углеводородами. Но удаленность всех этих космических тел, трудность их изучения и дороговизна миссий к ним заставляют руководителей космических агентств сдвигать даты исследовательских программ на неопределенное время. До сих пор главным претендентом на скорое открытие жизни за пределами Земли остается Марс. История надежд, разочарований, жарких споров, связанных с поисками марсианской жизни, может служить отличным примером того, с какими сложностями столкнутся будущие исследователи экзопланет. Давайте остановимся на свидетельствах марсианской жизни чуть подробнее.