Другая жизнь может быть рядом

Юрий Симаков - профессор кафедры биоэкологии МГТУ ТУ, д.б.н.  Автор: Анна Лапшина

Ученые обнаружили и изучили микроорганизмы, которые в своем рационе полагаются на мышьяк, используя его для строительства клеток и нисколько не смущаясь тем фактом, что это­ яд, смертельный для всего живого. Сие может означать, что практически у нас под носом способны существовать иные, непривычные формы жизни. Что же тогда творится на отдаленных планетах?

Как известно, все живые организмы строятся из шести элементов, которые долгое время называли «кирпичиками мирозданья»: углерода, водорода, азота, кислорода, фосфора и серы (CHNOPS). Именно эта «великолепная шестерка», как до сих пор полагало большинство исследователей, является основой жизни. Это казалось настолько очевидным, что рассуждать о возможности существования форм жизни на ином фундаменте считалось уделом фантастов. И все-­таки среди ученых находились энтузиасты, которые брали на себя смелость задаваться вопросом: не могут ли на место «первой шестерки» встать другие химические элементы?

Когда пять лет назад профессор Университета Аризоны Пол Дэвис объявил, что форму жизни, отличную от той, к которой мы привыкли, следует искать в озерах, богатых мышьяком, его слова пропустили мимо ушей. А зря. «Мы считаем эти озера отравленными, но, быть может, как раз там и развивается жизнь, у которой фосфор заменен на мышьяк», - ­предположил ученый и назвал в качестве главного претендента озеро Моно, расположенное в Калифорнии. Теперь выяснилось, что Дэвис попал в «десятку».

Мышьяк на закуску

Геомикробиолог Фелиса Волф­Саймон из NASA в течение нескольких лет исследовала «мертвое» озеро и пришла к неожиданному выводу: некоторые микробы, действительно, чувствуют себя в нем превосходно. Научная группа собирала ил по берегам и на дне водоема, затем образцы помещались в искусственную среду, в которой преобладали соли мышьяковой кислоты ­арсенаты и почти отсутствовали фосфаты. Постепенно биологи довели концентрацию соединений фосфора до минимальной, однако даже в таких условиях одна группа бактерий из общей смеси продолжала процветать. Дальнейшие наблюдения показали, что в такой среде культура развивалась на 60% быстрее, чем в присутствии фосфора, который ранее считался жизненно необходимым. Когда же ее лишили мышьяковой подпитки, колония расти перестала. «Подсветив» раствор радиометками, биологи выяснили, что токсичный элемент используется микробами так же, как и фосфор в работе клеточных механизмов. А раз на такое способен данный штамм, то и другие микроорганизмы в ходе эволюции вполне могли перейти на подобный «рацион питания». «Нынешнее открытие ­- это окно в новый, неизведанный мир и напоминание всем нам: формы жизни могут быть совершенно непредсказуемыми», — считает Фелиса Волф ­Саймон.

Коль скоро неожиданное поведение микроорганизмов пусть и редко, но встречается на Земле, то космос вообще может кишмя кишеть фантастическими формами жизни. «Мы расширили понятие «жизнь», ­- заявил по этому поводу доктор Эдвард Вейлер, руководитель одной из научных программ NASA. – Для того, чтобы обнаружить ее во Вселенной, нам необходимо думать шире и разнообразнее».

Стоит напомнить, что в прошлом веке немецкий физик Герман Гельмгольц и его советский коллега Петр Лазарев уже думали «широко и разнообразно» и додумались до возможности развития жизни в биологических микроструктурах.

Фантаст Айзек Азимов, биохимик по профессии, приводил список из шести «химий жизни», охватывающих диапазон температур от абсолютного нуля до нескольких сот градусов по Цельсию. А академику Андрею Колмогорову принадлежит мысль о возможности развития разумной формы жизни в виде плесени на камнях.  

Всюду жизнь

Теоретики оказались правы. Организмов, которых, казалось бы, не может быть, на самом деле предостаточно. В 2009­-м исследователи из Принстонского университета нашли бактерий, живущих на глубине 2,8 километра под землей. До недавнего времени они были совершенно изолированы от поверхности, но ученым представилась возможность исследовать заполнившийся водой разлом на одном из золотых рудников около Йоханнесбурга. Они взяли пробы воды, просачивавшейся в шахту с большой глубины, и обнаружили несколько видов бактерий, играющих в замкнутой подземной среде роль фотосинтезирующих организмов. Изучение возраста разлома и генетический анализ бактерий показали, что они находились в полной изоляции от 3 до 25 миллионов лет. А ученые из британского университета Кардиффа нашли живые микроорганизмы при бурении океанского дна. Удалось выяснить, что на глубинах 400—800 метров ниже дна, в толще древних отложений и пород живут миллиарды бактерий, возраст которых около 16 миллионов лет. Исследователи полагают, что именно в подобных условиях, в глубинах донных пород, более чем 3,8 миллиарда лет назад зародилась жизнь. Микробиологи из Национального исследовательского совета Канады и Института SETI, занятого изучением жизни во Вселенной, нашли уникальные анаэробные бактерии, потребляющие вместо кислорода метан. Они выживают в экстремальных условиях канадского севера, в источнике, температура воды в котором достигает минусовых значений, но при этом настолько соленая, что не замерзает. Данное открытие, по мнению ученых, поможет в поиске признаков жизни на Марсе – ведь этот источник может быть схож с условиями, существующими на Красной планете. Исследователи полагают, что науке нисколько не противоречит возможность возникновения биосистем на основе фтора, заменяющего в органических молекулах кислород (как известно, фтор, как и кислород, является окислителем, только более сильным), или структур, в которых роль воды будет выполнять соединения азота. Аммиак, например, на других планетах способен образовывать океаны, в то время как вода превратится в лед. Даже ядовитые цианистые соединения при определенном стечении обстоятельств могут стать заменителем H2O. «При высоких температурах возможна жизнь, основанная на сере и фосфоре вместо азота, -­ говорит Алексей Топунов, доктор биологических наук, заведующий лабораторией биохимии азотфиксации и метаболизма азота Института биохимии им. А.Н.Баха РАН. - ­ Условия для этого могут быть на планете малой массы – скажем, на Меркурии. Почти не остается сомнений в том, что во Вселенной существуют альтернативные схемы органической химии, разительно отличающиеся от нашей».

Нет контакта

Изучением форм жизни, в корне отличных от земных, занимается довольно молодая наука – альтернативная биохимия. Она предполагает широкие, порой почти фантастические возможности: не только комбинаций различных химических веществ, но и, например, рассматривает так называемую зеркальную биохимию, когда живые организмы имеют симметричную земной биохимическую основу. Если на нашей планете жизнь зиждется на D-углеводах и L-аминокислотах, то в этом мире, наоборот, все основано на L-углеводах и D-аминокислотах. «Такая возможность не противоречит ни одному из известных на сегодня законов природы, - замечает Алексей Топунов. - Однако, попав в такой мир, человек, скорее всего, умер бы от голода».  Другая возможность - нехимические способы жизни, о которых давно рассуждают не только фантасты, но и ученые. Так, Константин Циолковский писал об энергетических сущностях - «существах космоса», представляющих собой разумные плазмоиды. Некоторые исследователи считают, что это - аналог шаровой молнии, поведение которой порой не поддается логическому объяснению. В последнее время благодаря компьютерному моделированию возможность существования плазменных форм жизни получает все большее теоретическое обоснование.

Рисуя поражающие воображение картины «другой» жизни, ученые приходят к выводу, что контакт с товарищами по разуму может окончиться для обеих сторон плачевно. Скажем, британский астробиолог Уильям Бейнс считает возможным жизнь на отдаленном от Солнца Титане, температура поверхности которого составляет -180 градусов Цельсия, а под едкими оранжевыми облаками плещутся целые океаны жидкого метана. «Жизни требуется жидкость, - замечает Бейнс.  – И если на Титане есть развитые живые организмы, их кровь должна представлять собой не водный раствор, а раствор метана. Вся их биохимия кардинально отлична от нашей. В целом она должна быть куда более химически активной». Гость с Титана, попав в нашу комнатную температуру, вскипит, выбрасывая в воздух высоко реактивные и токсичные соединения фосфора и серы. Ничего хорошего не ждет и землян, отправившихся в гости к титанцам.  Что уж говорить о других мирах, которые, возможно, лежат за пределами нашей Вселенной!

«Пока что мы фантазируем в рамках таблицы Менделеева, поскольку другой в нашем мире нет и не может быть, - говорит Николай Кардашев, академик РАН, директор Астрокосмического центра ФИАН. - Пытаясь заместить один жизненно важный элемент на другой, мы и не предполагаем, что где-то за границами нашего мира могут существовать другие законы природы, иная физика, а значит, и химия совсем не такая, как у нас. Каким-то образом попав в такой мир, мы вряд ли выживем – произойдет мгновенная аннигиляция, и нас просто не будет». Может быть, именно поэтому мы никак не встретимся?

МНЕНИЯ 

Эрик Галимов, академик РАН, директор ГЕОХИ РАН:

- Я настаиваю на том, что жизнь возможна только на основе углерода. Это касается не только Земли, но и других планет. Только этот элемент способен создавать трехмерные структуры, обладающие необходимой эффективностью катализа и высокой репродуктивностью. Я не вижу никаких противоречий в том, что где-то обнаружены бактерии, потребляющие вместо фосфора мышьяк или метан – вместо кислорода. Это не сенсация, а только интересное наблюдение, говорящее о том, что колонии подобных микроорганизмов могут существовать даже на Земле. Возможно, экологи найдут способ использования этих открытий. Однако основа жизни - это углерод, и в этом смысле все формы жизни должны быть родственны между собой. Вот если бы оправдались гипотезы, например, о кремниево-органических структурах, где кремний заместил бы углерод, это стало бы для меня большим сюрпризом. Но пока такого рода предположения – чистой воды фантастика.   

Николай Юшкин, академик, директор Института геологии Уральского отделения РАН:

- Проблема в том, что ученым пока не удалось прийти к единому мнению о сущности жизни. Где граница между живым и неживым и есть ли она? Геохимики находят множество структур, схожих с биологическими. Скажем, глина. Между её слоями могут уместиться различные проторганические молекулы от углеводородов до аминокислот. Что это – мертвая материя или зачатки биологической жизни? И то, и другое. Не случайно сюжет сотворения живых существ из глины присутствует в большинстве древних космогоний. Имеют право на существование и гипотезы о жизни, замешанной не на привычной нам углеродной, а на кремниево-органической основе. Такие возможности сегодня также рассматриваются на полном серьезе. Так, американский вулканолог Говард Шарп рассуждает о кремниево-органической форме жизни, которая, по его мнению, может существовать не только на отдаленных планетах, но и на Земле.

Это цивилизация «живых» камней, эволюционирующих настолько медленно, что их динамику мы заметить не в состоянии. Обычная для них среда обитания - раскаленные недра планеты, и лишь отдельные кремниевые особи время от времени выносятся на поверхность в результате вулканической активности, застывая и становясь похожими на обычные камни. По Шарпу, на нашей планете таковых немного, а вот в других уголках Вселенной, на планетах с раскаленной поверхностью и мощной гравитацией они могут прекрасно себя чувствовать и даже обладать сознанием.