Н Хоровиц - Поиски жизни в Солнечной системе
загадки, связанные с происхождением жизни, значительно упрощаются.
Проблемы, касающиеся появления первой молекулы нук леиновой кислоты, генетического кода и всего механизма переноса информации от нуклеиновых кислот к белкам, по-прежнему остаются нерешенными, однако и здесь заметен некоторый прогресс, насколько это позволяет современный уровень знаний. Поэтому, заканчивая наш краткий обзор современных представлений о природе и происхождении жизни на пашей планете, мы обходимся без претенциозных рассуждений о возникновении "первичной протоплазменной первобытно-атомпой глобулы". Нет сомнений, что движение вперед, к решению проблемы происхождения жизни, будет продолжаться. Между тем изложенные нами принципы име ют настолько общий характер, что вполне применимы к проблемам возникновения жизни в любой области Вселен ной. Теперь мы обратимся к обсуждению вопросов о жизни на других планетах Солнечной системы - этот предмет и составляет содержание остальных глав нашей книги.
Глава 4
Есть ли жизнь на других планетах?
Тем не менее большинство планет, несомнен но, обитаемы, а необитаемые со временем будут населены.
Таким образом, я могу все изложенное выше выразить в следующем общем виде: вещест во, из которого состоят обитатели различных планет, в том числе животные и растения из них, вообще должно быть тем легче и тоньше . .. чем дальше планеты отстоят от Солнца. Совершенство мыслящих существ, быстрота их представлений. . . становятся тем прекрас нее и совершеннее, чем дальше от Солнца находится небесное тело, на котором они обитают.
Так как степень вероятия этой зависимости настолько велика, что она близка к полной достоверности, то перед нами открывается простор для любопытных предположений, основанных на сравнении свойств обитателей различных планет.
Иммануил Кант. "Всеобщая естественная ис тория и теория неба" [II]
В XVII-XVIII вв. люди были убеждены, что планеты Солнечной системы обитаемы. Христиан Гюйгенс (1629 1695), которого по праву можно считать одним из основате лей современной астрономии, полагал, что на Меркурии, Марсе, Юпитере и Сатурне есть поля, "согреваемые добрым теплом Солнца и орошаемые плодотворными росами и ливнями". В полях, думал Гюйгенс, обитают растения и животные. В противном случае эти планеты "были бы хуже нашей Земли", что он считал абсолютно неприемлемым. Такой довод, столь странно звучащий в наши дни, основы вался на развитых Коперником представлениях об окружаю щем мире, согласно которым Земля не занимает особого места среди планет, и Гюйгенс разделял эти взгляды. По той же причине он полагал, что на планетах должны жить разумные существа, "возможно, не в точности такие люди, как мы сами, но живые существа или какие-то иные создания, наделенные разумом". Подобное заключение казалось Гюй генсу настолько бесспорным, что он писал: "Если я ошиба
юсь в этом, то уже и не знаю, когда могу доверять своему разуму, и мне остается довольствоваться ролью жалкого судьи при истинной оценке вещей".
Хотя Гюйгенс и заблуждался в данном вопросе (оказа лось, что другие планеты все же намного "хуже" Земли, по крайней мере как место существования жизни), его репутация ученого от этого не пострадала. Его гений был всеобъемлю щим, а открытия в области математики, механики, астроно мии и оптики заложили основы современной науки. Для нас же урок заключается в том, что, когда речь идет о проблеме существования внеземной жизни, даже самые талантливые ученые могут идти по ложному пути.
Как можно судить по эпиграфу к настоящей главе, мало что изменилось в этих представлениях и столетие спустя. Иммануил Кант не только был убежден в том, что на планетах может и должна существовать жизнь, но и верил, что уровень организации их обитателей повышается по мере удаления планеты от Солнца.
Конечно, в XVII-XVIII вв. о планетах было известно немного, а о природе жизни еще меньше. Примерно в то же время, когда Гюйгенс обосновывал возможность существо вания внеземной жизни, Франческо Реди доказал, что живот ные не способны к самозарождению, и, таким образом, сделал еще один шаг к пониманию сущности жизни. Все это происходило задолго до того, как биологи и планетологи обрели способность реально оценивать пригодность планет для жизни. Как мы узнаем из этой и следующей глав, к 1975 г., времени полета космического аппарата "Викинг", из всех планет, известных Гюйгенсу и его современникам, только Марс продолжали считать возможным местом су ществования внеземной жизни.
Критерии обитаемости планет
Температура и давление
Если наше предположение о том, что жизнь должна быть основана на химии углерода, правильно, то можно точно установить предельные условия для любой среды, способной поддерживать жизнь. Прежде всего температура не должна превышать предела стабильности органических молекул. Определить предельную температуру нелегко, но для нашей цели не требуется точных цифр. Поскольку температурные
эффекты и величина давления взаимозависимы, их следует рассматривать в совокупности. Приняв давление равным примерно 1 атм (как на поверхности Земли), можно оценить верхний температурный предел жизни, учитывая, что многие небольшие молекулы, из которых построена генетическая система, например аминокислоты, быстро разрушаются при температуре 200 300' С. Исходя из этого, можно заключить. что области с температурой выше 250 С необитаемы. (Из этого, однако, не следует, что жизнь определяется только аминокислотами, мы выбрали их лишь в качестве типичных представителей малых органических молекул.) Реальный температурный предел жизни почти наверняка должен быть ниже указанного, поскольку большие молекулы со сложной трехмерной структурой, в частности белки, построенные из аминокислот, как правило, более чувствительны к нагрева нию, чем небольшие молекулы. Для жизни на поверхности Земли верхний температурный предел близок к 100 С, и некоторые виды бактерий при этих условиях могут выживать в горячих источниках. Однако подавляющее большинство организмов при такой температуре гибнет.
Может показаться странным, что верхний температурный предел жизни близок к точке кипения воды. Не обусловлено ли это совпадение именно тем обстоятельством, что жидкая вода не может существовать при температуре выше точки своего кипения (100 С на земной поверхности), а не какими то особыми свойствами самой живой материи?
Много лет назад Томас Д. Брок. специалист по термо фильным бактериям, высказал предположение, что жизнь может быть обнаружена везде, где существует жидкая вода, независимо от ее температуры. Чтобы поднять точку кипе ния воды. нужно увеличить давление, как это происходит, например, в герметической кастрюле-скороварке. Усиленный подогрев заставляет воду кипеть быстрее, не меняя ее темпе ратуры. Естественные условия, в которых жидкая вода су ществует при температуре выше ее обычной точки кипения, обнаружены в районах подводной геотермальной активнос ти, где перегретая вода изливается из земных недр под совместным действием атмосферного давления и давления слоя океанской воды. В 1982 г. К. О. Стеттер обнаружил на глубине до 10мв зоне геотермальной активности бактерии, для которых оптимальная температура развития составляла 105 С. Так как давление под водой на глубине 10 м равняется 1 атм, общее давление на этой "дубине достигало 2 атм. Температура кипения воды при таком давлении равна 121 "С.
70
Действительно, измерения показали, что температура воды в этом месте составляла 103 С. Следовательно, жизнь возмож на и при температурах выше нормальной точки кипения воды*.
Очевидно, бактерии, способные существовать при темпе ратурах около 100 С, обладают "секретом", которого лише ны обычные организмы. Поскольку эти термофильные фор мы при низких температурах растут плохо либо вообще не растут, справедливо считать, что и у обычных бактерий есть собственный "секрет". Ключевым свойством, определяю щим возможность выживания при высоких температурах, является способность производить термостабильные клеточ ные компоненты, особенно белки, нуклеиновые кислоты и клеточные мембраны. У белков обычных организмов при температурах около 60 С происходят быстрые и необрати мые изменения структуры, или денатурация. В качестве примера можно привести свертывание при варке альбумина куриного яйца (яичного "белка"). Белки бактерий, обита ющих в горячих источниках, не испытывают таких измене ний до температуры 90 С. Нуклеиновые кислоты также подвержены тепловой денатурации. Молекула ДНК при этом разделяется на две составляющие ее нити. Обычно это происходит в интервале температур 85- 100'С в зависимости от соотношения нуклеотидов в молекуле ДНК.
При денатурации разрушается трехмерная структура бел ков (уникальная для каждого белка), которая необходима для выполнения таких его функций, как катализ. Эта струк тура поддерживается целым набором слабых химических связей, в результате действия которых линейная последова тельность аминокислот, формирующая первичную структу ру белковой молекулы, укладывается в особую, характерную для данного белка конформацию. Поддерживающие трех мерную структуру связи образуются между аминокислота ми, расположенными в различных частях белковой молеку лы. Мутации гена. в котором заложена информация о последовательности аминокислот, характерной для опреде ленного белка, могут привести к изменению в составе амино кислот, что в свою очередь часто сказывается на его термо стабильности. Это явление открывает возможности для эво
