Как учените търсят извънземен живот

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 15:58

Може би някъде във Вселената има и други обитаеми светове. Но докато не ги намерим, минималната програма е да докаже, че животът извън Земята е поне под някаква форма. Колко близо сме до това?

Напоследък все по-често чуваме за открития, които „могат да показват“съществуването на извънземен живот. Едва през септември 2020 г. стана известно за откриването на фосфинов газ на Венера - потенциален знак за микробен живот - и солени езера на Марс, където също биха могли да съществуват микроби.

Но през последните 150 години космическите изследователи повече от веднъж са си представяли пожелания. Все още няма надежден отговор на основния въпрос. Или все пак има, но учените са предпазливи по навик?

Телескопни линии

През 1870-те години италианският астроном Джовани Скиапарели вижда дълги тънки линии на повърхността на Марс през телескоп и ги обявява за „канали“. Той недвусмислено озаглави книгата за своето откритие „Животът на планетата Марс“. „Трудно е да не видите на Марс снимки, подобни на тези, които съставляват нашия земен пейзаж“, пише той.

На италиански думата canali означаваше както естествени, така и изкуствени канали (самият учен не беше сигурен в тяхната природа), но когато се преведе, тя загуби тази двусмисленост. Последователите на Скиапарели вече ясно заявиха за суровата марсианска цивилизация, която в сух климат създава колосални напоителни съоръжения.

Ленин, който прочете книгата на Пърсивал Лоуел "Марс и неговите канали" през 1908 г., пише: "Научна работа. Доказва, че Марс е обитаван, че каналите са чудо на техниката, че хората там трябва да са 2/3 пъти по-големи от местните хора, освен това с хоботи и покрити с пера или животински кожи, с четири или шест крака.

Н… да, нашият автор ни изневери, описвайки непълно марсианските красавици, трябва да бъде по рецептата: „Мракът на долните истини ни е по-скъп, отколкото измамата възпитаваме”. Лоуел беше милионер и бивш дипломат. Той обичаше астрономията и използва собствените си пари, за да построи една от най-модерните обсерватории в Америка. Именно благодарение на Лоуел темата за марсианския живот попадна на първите страници на най-големите вестници в света.

Вярно е, че още в края на 19-ти век много изследователи се съмняваха относно отварянето на "каналите". Наблюденията постоянно давали различни резултати - картите се разминавали дори за Скиапарели и Льоул. През 1907 г. биологът Алфред Уолъс доказва, че температурата на повърхността на Марс е много по-ниска, отколкото предполага Лоуел, а атмосферното налягане е твърде ниско, за да може водата да съществува в течна форма.

Междупланетната станция "Маринер-9", която направи снимки на планетата от космоса през 70-те години на миналия век, сложи край на историята на каналите: "каналите" се оказаха оптична илюзия.

От втората половина на 20-ти век надеждите за намиране на високоорганизиран живот намаляха. Проучвания с помощта на космически кораби показват, че условията на близките планети дори не са близки до тези на Земята: твърде силни температурни спадове, атмосфера без признаци на кислород, силен вятър и огромно налягане.

От друга страна, изучаването на развитието на живота на Земята предизвика интереса към търсенето на подобни процеси в космоса. В края на краищата, ние все още не знаем как и благодарение на какво по принцип възниква животът.

През последните години се случиха много събития в тази посока. Основният интерес е търсенето на вода, органични съединения, от които могат да се образуват протеинови форми на живот, както и биосигнатури (вещества, които се произвеждат от живи същества) и възможни следи от бактерии в метеорити.

Течно доказателство

Наличието на вода е предпоставка за съществуването на живот, какъвто го познаваме. Водата действа като разтворител и катализатор за определени видове протеини. Също така е идеална среда за химични реакции и транспорт на хранителни вещества. Освен това водата поглъща инфрачервеното лъчение, така че може да задържа топлина - това е важно за студените небесни тела, които са доста далеч от светилото.

Данните от наблюдения показват, че вода в твърдо, течно или газообразно състояние съществува на полюсите на Меркурий, вътре в метеорити и комети, както и на Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Учените също така предполагат, че спътниците на Юпитер Европа, Ганимед и Калисто имат огромни подпочвени океани от течна вода. Намериха го под една или друга форма в междузвезден газ и дори на невероятни места като фотосферата на звездите.

Но изследването на следи от вода може да бъде обещаващо за астробиолозите (специалисти по извънземна биология) само когато има други подходящи условия. Например температурите, налягането и химичният състав на един и същ Сатурн и Юпитер са твърде екстремни и променливи, за да могат живите организми да се адаптират към тях.

Друго нещо са близките до нас планети. Дори и днес да изглеждат негостоприемни, върху тях могат да останат малки оазиси с „останъци от бившия лукс”.

През 2002 г. орбиталният апарат Mars Odyssey открива залежи от воден лед под повърхността на Марс. Шест години по-късно сондата Phoenix потвърди резултатите от своя предшественик, като получи течна вода от проба от лед от полюса.

Това беше в съответствие с теорията, че течна вода е присъствала на Марс съвсем наскоро (по астрономически стандарти). Според някои източници на Червената планета е валяло "само" преди 3,5 милиарда години, според други - дори преди 1,25 милиона години.

Но веднага възникна пречка: водата на повърхността на Марс не може да съществува в течно състояние. При ниско атмосферно налягане веднага започва да кипи и да се изпарява – или замръзва. Следователно по-голямата част от известната вода на повърхността на планетата е в състояние на лед. Имаше надежда, че най-интересното се случва под повърхността. Така възниква хипотезата за солените езера под Марс. И точно онзи ден тя получи потвърждение.

Учени от Италианската космическа агенция откриха на един от полюсите на Марс система от четири езера с течна вода, които се намират на дълбочина над 1,5 километра. Откритието е направено с помощта на данни от радиозондиране: устройството насочва радиовълните във вътрешността на планетата и учените чрез тяхното отражение определят нейния състав и структура.

Съществуването на цяла система от езера, според авторите на работата, предполага, че това е обикновено явление за Марс.

Точната специфична концентрация на соли в марсианските езера все още не е известна, както и техният състав. Според научния директор на програмата на Марс Роберто Орозей говорим за много силни разтвори с "десетки процента" сол.

На Земята има халофилни микроби, които обичат високата соленост, обяснява микробиологът Елизавета Бонч-Осмоловская. Те отделят вещества, които спомагат за поддържането на водно-електрическия баланс и защитават клетъчните структури. Но дори и в изключително солени подземни езера (брини) с концентрация до 30% има малко такива микроби.

Според Орозей, следи от форми на живот, които са съществували, когато е имало по-топъл климат и вода на повърхността на планетата и условия, наподобяващи ранната Земя, могат да останат в марсианските езера.

Но има и друга пречка: самият състав на водата. Марсианската почва е богата на перхлорати – соли на перхлорната киселина. Разтворите на перхлорат замръзват при значително по-ниски температури от обикновената или дори морската вода. Но проблемът е, че перхлоратите са активни окислители. Те насърчават разграждането на органичните молекули, което означава, че са вредни за микробите.

Може би подценяваме способността на живота да се адаптира към най-суровите условия. Но за да докажете това, трябва да намерите поне една жива клетка.

"Тухли" без изпичане

Формите на живот, които живеят на Земята, не могат да се представят без сложни органични молекули, съдържащи въглерод. Всеки въглероден атом може да създаде до четири връзки с други атоми едновременно, което води до огромно богатство от съединения. Въглеродният „скелет“присъства в основата на всички органични вещества – включително протеини, полизахариди и нуклеинови киселини, които се считат за най-важните „градивни елементи“на живота.

Хипотезата за панспермията просто твърди, че животът в най-простите си форми е дошъл на Земята от космоса. Някъде в междузвездното пространство се развиха условия, които направиха възможно сглобяването на сложни молекули.

Може би не под формата на клетка, а под формата на един вид протогеном - нуклеотиди, които могат да се възпроизвеждат по най-простия начин и да кодират информацията, необходима за оцеляването на една молекула.

За първи път основанията за подобни заключения се появиха преди 50 години. Молекули от урацил и ксантин бяха открити в метеорита на Марчисън, който падна в Австралия през 1969 г. Това са азотни бази, способни да образуват нуклеотиди, от които вече са изградени полимерите на нуклеиновите киселини – ДНК и РНК.

Задачата на учените беше да установят дали тези находки са следствие от замърсяването на Земята, след падането, или имат извънземен произход. А през 2008 г., използвайки радиовъглеродния метод, беше възможно да се установи, че урацил и ксантин наистина са се образували преди метеоритът да падне на Земята.

Сега в Марчисън и подобни метеорити (те се наричат въглеродни хондрити) учените са открили всякакви основи, от които са изградени както ДНК, така и РНК: сложни захари, включително рибоза и дезоксирибоза, различни аминокиселини, включително незаменими мастни киселини. Освен това има индикации, че органичните вещества се образуват директно в космоса.

През 2016 г. с помощта на апарата Rosetta на Европейската космическа агенция в опашката на кометата Герасименко бяха открити следи от най-простата аминокиселина - глицин, както и от фосфор, който също е важен компонент за възникването на живота. -Чурюмов.

Но подобни открития по-скоро предполагат как животът е могъл да бъде донесен на Земята. Все още не е ясно дали може да оцелее и да се развива дълго време извън земните условия. „Големи молекули, сложни молекули, които ние бихме класифицирали като органични на Земята без никакви опции, могат да бъдат синтезирани в космоса без участието на живи същества“, казва астрономът Дмитрий Вибе. „Знаем, че междузвездната органична материя е попаднала в Слънчевата система и Земята. Но тогава с нея се случваше нещо друго - изотопният състав и симетрията се променяха."

Следи в атмосферата

Друг обещаващ начин за търсене на живот е свързан с биосигнатури или биомаркери. Това са вещества, чието присъствие в атмосферата или почвата на планетата определено показва наличието на живот. Например, в земната атмосфера има много кислород, който се образува в резултат на фотосинтеза с участието на растения и зелени водорасли. Също така съдържа много метан и въглероден диоксид, които се произвеждат от бактерии и други живи организми в процеса на газообмен по време на дишането.

Но откриването на следи от метан или кислород в атмосферата (както и вода) все още не е причина да отворите шампанско. Например метан може да се намери и в атмосферата на звездоподобни обекти - кафяви джуджета.

А кислородът може да се образува в резултат на разделянето на водните пари под въздействието на силно ултравиолетово лъчение. Такива условия се наблюдават на екзопланетата GJ 1132b, където температурата достига 230 градуса по Целзий. Животът при такива условия е невъзможен.

За да се счита един газ за биосигнатура, трябва да се докаже неговия биогенен произход, тоест да се образува именно в резултат на дейността на живите същества. Такъв произход на газовете се посочва например от тяхната променливост в атмосферата. Наблюденията показват, че нивата на метан на Земята се колебаят в зависимост от сезона (а активността на живите същества зависи от сезона).

Ако на друга планета метанът изчезне от атмосферата, тогава се появи (и това може да се запише в рамките на, например, една година), това означава, че някой го излъчва.

Марс отново се оказа един от възможните източници на "жив" метан. Първите признаци за него в почвата бяха разкрити от устройствата на програмата Viking, които бяха изпратени на планетата още през 70-те години на миналия век - само с цел търсене на органична материя. Откритите молекули метан в комбинация с хлор първоначално са били взети като доказателство. Но през 2010 г. редица изследователи преразгледаха тази гледна точка.

Те открили, че вече познатите ни перхлорати в марсианската почва при нагряване унищожават по-голямата част от органичната материя. И пробите от викингите бяха нагрявани.

В атмосферата на Марс следите от метан бяха открити за първи път през 2003 г. Находката веднага съживи разговорите за обитаемостта на Марс. Факт е, че всякакви значителни количества от този газ в атмосферата няма да издържат дълго, а биха били унищожени от ултравиолетовата радиация. И ако метанът не се разгради, учените са стигнали до заключението, че на Червената планета има постоянен източник на този газ. И все пак учените не са имали твърда увереност: получените данни не изключват, че откритият метан е същото „замърсяване“.

Но наблюденията от марсохода Curiosity през 2019 г. регистрират необичайно повишаване на нивата на метан. Освен това се оказа, че сега концентрацията му е три пъти по-висока от нивото на газ, регистрирано през 2013 г. И тогава се случи още по-мистериозно нещо - концентрацията на метан отново падна до фоновите стойности.

Загадката с метан все още няма еднозначен отговор. Според някои версии роувърът може да се намира на дъното на кратер, в който има подземен източник на метан, а освобождаването му е свързано с тектоничната активност на планетата.

Въпреки това, биосигнатурите могат да бъдат доста неочевидни. Например, през септември 2020 г. екип от университета в Кардиф откри следи от газ фосфин на Венера, специално фосфорно съединение, което участва в метаболизма на анаеробните бактерии.

През 2019 г. компютърните симулации показаха, че фосфинът не може да се образува на планети с твърдо ядро, освен в резултат на дейността на живите организми. А количеството фосфин, открито на Венера, говори в полза на факта, че това не е грешка или случайно примесване.

Но редица учени са скептични относно откритието. Астробиологът и експерт по редуцирани състояния на фосфор Матю Пасек предположи, че има някакъв екзотичен процес, който не е бил взет предвид от компютърните симулации. Именно той можеше да се осъществи на Венера. Пасек добави, че учените все още не са сигурни как животът на Земята произвежда фосфин и дали изобщо се произвежда от организми.

Заровен в камък

Друг възможен признак за живот, отново свързан с Марс, е присъствието в проби от планетата на странни структури, подобни на останките от живи същества. Те включват марсианския метеорит ALH84001. Той е излетял от Марс преди около 13 000 години и е намерен в Антарктида през 1984 г. от геолози, пътуващи с моторни шейни около Алън Хилс (ALH означава Алън Хилс) в Антарктида.

Този метеорит има две характеристики. Първо, това е проба от скали от ерата на същия този „мокър Марс“, тоест времето, когато върху него може да има вода. Второто – в него са открити странни структури, напомнящи вкаменени биологични обекти. Освен това се оказа, че съдържат следи от органична материя! Тези "вкаменени бактерии" обаче нямат нищо общо със земните микроорганизми.

Те са твърде малки за всякакъв земен клетъчен живот. Възможно е обаче подобни структури да сочат към предшествениците на живота. През 1996 г. Дейвид Маккей от Центъра на Джонсън за НАСА и неговите колеги откриват така наречените псевдоморфи в метеорит – необичайни кристални структури, които имитират формата на (в този случай) биологично тяло.

Малко след съобщението от 1996 г. Тимъти Суиндъл, планетарен учен от Университета на Аризона, проведе неформално проучване сред над 100 учени, за да разбере как се чувства научната общност относно твърденията.

Много учени бяха скептични относно твърденията на групата Маккей. По-специално, редица изследователи твърдят, че тези включвания могат да възникнат в резултат на вулканични процеси. Друго възражение беше свързано с много малките (нанометрови) размери на конструкциите. Привържениците обаче възразиха срещу това, че нанобактериите са открити на Земята. Има работа, която показва фундаменталната неразличимост на съвременните нанобактерии от обекти от ALH84001.

Дебатът е в задънена улица поради същата причина, както в случая с венерианския фосфин: все още имаме малка представа за това как се образуват такива структури. Никой не може да гарантира, че приликата не е съвпадение. Освен това на Земята има кристали, като керит, които трудно могат да бъдат разграничени от „вкаменените“останки дори на обикновени микроби (да не говорим за слабо проучените нанобактерии).

Търсенето на извънземен живот е като тичане след собствената си сянка. Изглежда, че отговорът е пред нас, просто трябва да се доближим. Но той се отдалечава, придобивайки нови сложности и резерви. Ето как работи науката - като елиминира "фалшивите положителни резултати". Ами ако спектралният анализ не запали? Ами ако метанът на Марс е просто местна аномалия? Ами ако структурите, които приличат на бактерии, са просто игра на природата? Всички съмнения не могат да бъдат напълно изключени.

Напълно възможно е във Вселената непрекъснато да се появяват изблици на живот – тук-там. А ние с нашите телескопи и спектрометри винаги закъсняваме за среща. Или, обратно, пристигаме твърде рано. Но ако вярвате в принципа на Коперник, който казва, че Вселената като цяло е хомогенна и земните процеси трябва да се случват някъде другаде, рано или късно ще се пресечем. Въпрос на време и технология.