Одиноки ли мы во Вселенной?

23:50 29/12/2017
👁 282

ASKAP радиотелескоп тарелка

Андреа Селла

Если наша планета не уникальна, то вероятность повсеместного существования разумной жизни огромна. Более того, за всю историю человечества у инопланетян было достаточно времени, чтобы дать о себе знать. Так где же они? Какие они? И если мы найдем их, то чем это обернется? Ответы на эти вопросы ищут ученые самых разных профессий — астрономы, физики, космологи, биологи, антропологи, исследуя все аспекты проблемы. Это и поиск планет и спутников, на которых вероятна жизнь, и возможное устройство чужого сознания, и истории с похищениями инопланетянами, и изображение «чужих» в научной фантастике и кино. Для написания книги профессор Джим Аль-Халили собрал команду ученых и мыслителей, мировых лидеров в своих областях, в числе которых такие звезды, как Мартин Рис, Иэн Стюарт, Сэт Шостак, Ник Лейн и Адам Резерфорд. Вместе они представляют весь комплекс вопросов и достижений современной науки в этом поиске, и каждый из них вносит свой уникальный вклад.

Случайность против сложности: химия жизни

Прежде чем искать во Вселенной места, где могут обитать инопланетяне, следует ответить на один из фундаментальных вопросов бытия — насколько разнообразна химическая основа жизни. На первый взгляд химические процессы представляют собой случайное движение частиц. В действительности, как мы с вами убедимся, химия — наука, которая стремится к сложности и порядку, и эта тенденция позволяет многое узнать как о происхождении жизни на Земле, так и о шансах на ее существование на других планетах. В этой главе мы обсудим и многие другие темы. Обязательно ли жизнь имеет углеродную основу и нуждается в воде? Могут ли эффективно решить те же задачи другие химические элементы и соединения? Наконец, возможен ли переход от химических веществ к живой материи без некой божественной искры?

В 1871 г. Чарльз Дарвин в письме другу Джозефу Дальтону Хукеру рассуждал о зарождении жизни на Земле «в теплом маленьком водоеме со всевозможными солями аммиака и фосфора…» В то время шли яростные споры о возможности спонтанного возникновения живой материи. С одной стороны, Луи Пастер продемонстрировал, что в запечатанной колбе жизнь не зародилась. Другие ученые, однако, оспаривали достоверность эксперимента Пастера на том основании, что для трансформации химической основы в жизнь нужно время, намного превышающее продолжительность опыта.

Если жизнь зародилась именно так, то мы вынуждены постулировать — вслед за Дарвином и его современниками, — что в комплексе сложных химических соединений неким образом возникла комбинация «молекулы жизни» и что все живое не более чем чрезвычайно сложные химические системы. Сегодня эта мысль претит многим точно так же, как и 150 лет назад. Противники этой гипотезы утверждают, что жизнь слишком сложна — и слишком мудро устроена, — чтобы возникнуть по чистой случайности.

Возможно, это неприятие объясняется тем, что представление о шансе и случайности неразрывно связано с нашим пониманием мира на молекулярном уровне. В школе нас знакомят с теорией строения материи из частиц, согласно которой отдельные бесформенные крупицы материи (частицы) движутся в объеме газа, жидкости или твердого тела. Однако охарактеризовать молекулярный мир как «мир случайности» означает исказить ряд фундаментальных положений химии.

Пока Дарвин искал свидетельства эволюции путем естественного отбора, другой титан науки XIX в. — австриец Людвиг Больцман пытался создать единую теорию, описывающую общие свойства веществ, например вискозы, исходя из следующего представления: в микромасштабе абсолютно все в конечном счете сводится к базовым строительным блокам — атомам. Между тем многие его современники считали безумной саму мысль о существовании атомов и молекул. Тем не менее Больцман сумел воплотить свои идеи в термодинамике — разделе физики, объясняющем такие явления, как давление, температура и объем газа, движением и столкновением составляющих его атомов или молекул. Открытие Больцмана оказало колоссальное воздействие на наши представления о протекании химических реакций. Один из студентов ученого, шведский химик Сванте Аррениус, установил, что скорость химической реакции определенным образом зависит от температуры. Открытая Аррениусом зависимость свидетельствует, что для осуществления химической реакции две соударяющиеся молекулы должны обладать пороговой энергией. Слишком медленные молекулы просто отскочат друг от друга, и химического превращения не произойдет. Следовательно, чем выше температура, тем большая часть молекул становится достаточно быстрой, чтобы преодолеть потенциальный барьер и вступить в химическую реакцию. Соответственно, и скорость реакции возрастает.

Открытие Аррениуса привело к революционной перестройке мышления химиков. Теперь можно было представить себе химическую реакцию как процесс, протекающий в своего рода «энергетическом ландшафте», где цепочки химических превращений начинаются в высокогорьях и спускаются по ущельям в долины. Иногда им приходится преодолевать горные хребты — барьеры, контролирующие общую скорость реакций, поскольку лишь некоторая часть молекул способна перевалить через возвышенности на пути. Комбинация температуры и высоты барьеров определяет, какие реакции возможны при данной температуре, а какие нет.

Если вам кажется, что все это очень далеко от темы инопланетной жизни, еще немного терпения! Дело в том, что идеи Больцмана и Аррениуса позволили определить температурный интервал, в котором могут протекать полезные — способные привести к появлению жизни — химические превращения. В сущности, это химический аналог зоны Златовласки: если температура слишком низкая, реакции протекают очень медленно, а некоторые вообще невозможны; с другой стороны, при слишком высокой температуре всякая избирательность пропадает, поскольку все точки перевала становятся преодолимыми. Постепенно, по мере дальнейшего ухода температуры за верхний предел, все химические соединения испаряются и молекулы распадаются на атомы. Иными словами, температура является решающим селектором в химии и задает границы, в которых возможны химические, а в конечном счете и биологические структуры.

Влияние температуры на протекание реакций — лишь одна из причин, по которой считать химию областью «случайного» было бы ошибкой. Есть и другая причина: молекулярный мир, безусловно, не состоит из бесформенных частиц. Наоборот, атомы соединяются друг с другом в молекулы в строгом соответствии со своей структурой и строением электронных оболочек. Например, при соединении углерода с водородом возникает связь, которая не распадется спонтанно, пока температура не повысится до 300–400°С. Это сильная, стабильная связь. Она еще и совершенно симметрична: пары электронов, объединяющие друг с другом каждые два атома, распределены между ними равномерно.

Когда к углероду присоединяется кислород, возникает столь же прочная связь, но с совершенно иным распределением электронных пар. Они значительно смещены к атому кислорода, вследствие чего возникает так называемая поляризованная связь: атом углерода приобретает небольшой положительный заряд (поскольку электроны отдалены от него), а атом кислорода — небольшой отрицательный. Поляризация очень характерна для химических соединений, что имеет множество важных следствий. Молекула со значительным разделением зарядов становится очень «контактной»: если две такие молекулы окажутся рядом, сила электростатического притяжения обязательно их со единит. Таким образом, представление о молекулярном мире как о месиве хаотически перемещающихся «частиц» неверно — химия подчиняется закономерностям, а не случайности. Фактически возникновение сложных структур и даже жизни есть результат тонких различий в положении и взаимодействии электронов, от которых зависит сложность возникающих химических соединений. Не будь атомного разнообразия, не было бы и шанса на зарождение жизни ни на Земле, ни где бы то ни было во Вселенной.

Химические реакции как основа растущей сложности

Однако роскошь единовременно учитывать только одну реакцию доступна лишь в контролируемых условиях химической лаборатории. В реальном мире — на дарвиновском «теплом мелководье» — могут одновременно протекать десятки химических реакций с разными скоростями, в результате которых образуется множество веществ.

В далекие 1950-е гг. русский биохимик Борис Белоусов обратил внимание на группу внешне простых химических соединений, которые вели себя парадоксальным образом. При смешивании они меняли цвет, поочередно становясь то желтыми, то бесцветными. Что, если в действительности имела место циклическая смена двух состояний? Мысль о реакции, многократно протекающей от исходных компонентов к конечным соединениям и обратно, казалась абсурдной, и коллеги-ученые объявили Белоусова мошенником и фантазером. Химическая реакция не может потечь в обратную сторону, как скатившиеся с горы сани не могут «передумать» и вновь подняться на вершину! В конце концов, любые реакции следуют определенным маршрутом через «энергетический ландшафт» от высокоэнергетических к низкоэнергетическим, более стабильным продуктам. Обратное действие противоречило бы законам термодинамики.

Белоусов, впрочем, обнаружил не столько химическую реакцию, сколько химическую «экосистему», в которой молекулы формируются и потребляются определенным образом в зависимости от химических обратных связей. Эти процессы порождают изменения концентрации химических «видов», подобно тому как популяции биологических видов — львов и антилоп гну — циклически растут и сокращаются на равнинах Серенгети.

Практически в то же самое время математик Алан Тьюринг, не слышавший о работе Белоусова, выдвинул предположение: если гипотетическую систему такого рода оставить не смешанной, то вследствие совместного действия химических реакций и диффузии (случайным образом протекающего перемещения молекул из одного места в другое) должны возникать соединения и структуры. Исследования последующих 70 лет продемонстрировали способность подобных систем спонтанно создавать узоры, напоминающие раскраску тропической рыбы, зебры и пятнистой кошки, — произвольные следствия химических процессов в чистом виде. Эти феномены, постепенно встраивающие химические взаимодействия в более сложные схемы, неизбежно должны повторяться на каждой из миллиардов планет, предположительно имеющих потенциал развития жизни. Все, что для этого нужно, — постоянный приток энергии от ближней звезды, чтобы движущиеся молекулы оставались на энергетических «высокогорьях».

Чудо природы — вода

Если сделать раствор соли и дать воде испариться, соль кристаллизуется, самостоятельно приняв форму правильных кубических кристаллов. То, что выглядит как изделие рук человеческих, в действительности является ионами натрия и хлора, перешедшими в состояния с самым низкоэнергетическим, а значит, и самым стабильным взаимным расположением заряженных атомов. Априори предсказать структуру кристаллов, состоящих из сложных молекул, — чрезвычайно трудная задача, но структура эта в любом случае предопределяется таким взаимным расположением носителей противоположных зарядов в молекуле, при котором достигается наименьшее притяжение и отталкивание. Из еще более сложно организованных структур, таких как крупные органические молекулы, например жиры, могут формироваться еще более впечатляющие композиции. Вышеописанный процесс минимизации энергетического статуса способен порождать упорядоченные структуры и выверенные конструкции, внешне имеющие пугающее сходство со строением живых систем.

Может показаться, что сборка таких композиций зависит исключительно от структуры молекул как таковых. Но при этом не учитывается ключевой фактор, делающий эту самосборку возможной, — наличие воды, растворителя, в котором протекают все биохимические реакции земных форм жизни. Вода не просто служит средой, где движутся молекулы. Вода — это что угодно, только не пассивная матрица.

Уникальность воды обусловлена почти парадоксальным сочетанием ее свойств — невероятной стабильности и исключительной химической «всеядности». Это противоречие объясняется необычностью ее химического строения. С одной стороны, две связи в молекуле Н2О — между атомом кислорода и каждым из атомов водорода — обладают почти максимальной прочностью, доступной единичной связи. Но у них есть дополнительное свойство: электроны большую часть времени находятся ближе к атому кислорода, вследствие чего он приобретает выраженный отрицательный заряд. Поэтому молекулы воды чрезвычайно «липучи». Одна молекула присоединяется к другой и т. д., образуя бесконечную сеть сильных взаимных связей. Одним из неожиданных следствий этой липкости является способность воды образовывать структуры. К примеру, если я смешаю растительное масло и воду, они не соединятся. Для того чтобы заставить их соединиться, нужно разрушить сеть молекул воды, чтобы молекулам масла было куда встроиться. При этом вода вынуждена формировать своего рода оболочку вокруг каждой молекулы масла. Это весьма энергозатратный процесс, и очень быстро молекулы масла и молекулы воды слипаются со «своими», и смесь разделяется на два отчетливых слоя.

Представим теперь, что мы создали молекулу в форме, характерной для сперматозоида, с длинным подвижным хвостом и заряженной головкой. При ее взаимодействии с водой произойдет нечто потрясающее. Поляризованные молекулы воды скопятся вокруг заряженных головок, а хвосты соединятся. Возникнут кластеры с определенной структурой. Это могут быть простые мицеллы — сферы с маслоподобным ядром и заряженными головками на поверхности — или листы, напоминающие клеточные мембраны. Если эти листы свернутся и сомкнутся, получатся образования, напоминающие живые клетки, — пузырьки. Иными словами, взаимное влияние строения молекулы и характеристик воды способствует спонтанному возникновению структур.

Таким образом, свойства воды критически значимы для формирования бесчисленного множества структур, наблюдаемых нами в биологических системах — от сворачивания белка и самосборки спиралей ДНК до отделения клеток в обособленные структуры.

Наличие на Земле воды в жидком состоянии имело решающее значение для возникновения жизни. Что можно сказать о других планетах Солнечной системы и их спутниках, таких как Титан, на которых вместо водных имеются океаны из других жидкостей? Мыслимо ли развитие жизни в другой жидкой среде? Возможно, да. Такой средой могли бы стать океаны жидкого метана, азота или даже аммиака. Однако условия в них накладывали бы очень жесткие ограничения на любую возникающую форму жизни. Начнем с того, что молекулы этих жидкостей намного менее «липкие», чем молекулы воды. Поляризация молекул, обеспечивающая вязкость воды, настолько велика, что вода тает и кипит при температурах на десятки и сотни градусов выше, чем другие химические вещества с молекулами аналогичной величины и сложности. При нормальном давлении температура кипения азота и метана близка к −200°С, а несколько более вязкий аммиак закипает при −40°С. Следовательно, в жидком состоянии эти вещества могут находиться лишь там, где очень холодно. При сверхнизких температурах любые химические реакции протекают чрезвычайно медленно. В лабораторных условиях жидкий азот часто используется для остановки всех процессов — при его температуре могут храниться, не разрушаясь, чрезвычайно хрупкие молекулы. Биомолекулы и даже целые клетки в жидком азоте переходят в состояние анабиоза, т. е. любая жизнедеятельность замирает.

Ингредиенты жизни

Итак, характерные особенности химических процессов сами по себе обеспечивают определенный уровень сложности, возможно ведущий к возникновению жизни. Что еще для этого нужно? Есть ли базовые химические закономерности, которые обязательно должны присутствовать в сложных молекулах, чтобы появились шансы на зарождение жизни?

В 1957 г. Миллер и Юри провели знаменитый эксперимент, в ходе которого несколько недель подвергали кипячению и воздействию электрических зарядов метан, двуокись углерода, воду и аммиак. В результате получился коричневый раствор (возможно, тот самый первичный бульон?), из которого удалось выделить ряд более или менее сложных молекул, напоминающих аминокислоты и простые сахара — строительные блоки жизни. Хотя в XIX в. проводилось много похожих экспериментов, Миллер и Юри стали первыми, кто повторил этот опыт в эпоху современного химического анализа. Их эксперимент многими критиковался за наивность и примитивизм, однако многих заставил задуматься.

Должна ли инопланетная жизнь обязательно быть углеродной в своей основе? Это неверная постановка вопроса. Представление об органической и неорганической химии восходит к эпохе, когда считалась необходимой некая искра, жизненная сила, наделяющая неодушевленную материю тем свойством, которое мы зовем жизнью. Однако теория «витализма» давно отклонена, во всяком случае в науке, и сегодня понятия органики и неорганики в равной мере способствуют нашему пониманию и затемняют его. Углерод не элемент, из которого строится жизнь. Это не более чем один из примерно 40 элементов, которые, как нам сейчас известно, необходимы для жизни на Земле. Преимуществом, выделяющим его из ряда прочих жизненно важных элементов, является его способность образовывать великое множество молекул, достаточно стабильных, чтобы служить надежными хранилищами энергии и химической информации, причем в температурных границах существования жидкой воды. Но по мере развития химии в XX и XXI вв. мы находим аналогичные свойства и у других элементов, например у фосфора и кремния.

Химические следы внеземной жизни

В обозримом будущем мы едва ли сможем посетить даже ближайшие к нам космические тела, где теоретически могла бы существовать жизнь. Как же нам искать ее? У какой группы ученых больше всего шансов на это эпохальное открытие? Проект SETI сосредоточился на поиске радиосигналов, однако это чрезвычайно сужает круг возможных находок до цивилизаций, использующих радио, телевидение и мобильные телефоны.

В поиске инопланетной жизни нам следует обратиться к методам, превращающим химию из увлекательной, но сугубо земной области знаний в универсальную дисциплину, способную охватить и осмыслить безбрежные пространства Вселенной. Согласно выдвинутому в 1970-е гг. предположению Джеймса Лавлока и Карла Сагана, возникновение жизни на любой планете должно изменить состав ее атмосферы, как это произошло на Земле, где внезапно начал вырабатываться кислород. Земная атмосфера содержит красноречивый признак существования системы живых организмов на основе воды и фотосинтеза.

В 1859 г., в тот самый год, когда Дарвин опубликовал свой труд «Происхождение видов», Роберт Бунзен и Роберт Кирхгоф пропустили солнечный свет через призму и поняли, что темные линии на полученном спектре в точности соответствуют ярким цветам спектра горячего пламени, когда в него вносят крупинки солей металлов. Они доказали, что поставленный на земле химический опыт позволяет судить о составе и свойствах космических объектов. Через 40 лет с помощью именно этого метода — спектроскопии — был открыт гелий на Солнце, прежде чем его удалось выделить на Земле.

Недавно астрофизик Джованна Тинетти (см. главу 18) с коллегами обнародовали результаты потрясающей работы — первого в истории спектрального анализа атмосферы экзопланеты, отстоящей от нас на 70 св. лет. Это первая попытка взглянуть на мир, в корне отличающийся от любого объекта Солнечной системы. В последующие годы наши возможности в изучении экзопланет невероятно возрастут благодаря новым телескопам, которые позволят заглянуть еще дальше в космос. Знания в области химии помогут осмыслить увиденное.

Плиний, цитируя Аристотеля, сказал: Ex Africa semper aliquid novi — «Африка всегда преподносит что-нибудь новое». Для нас такой Африкой станут другие планеты. Но даже если нам удастся найти признаки существования внеземной жизни, не следует забывать о необходимости в первую очередь оберегать жизнь на нашей собственной планете, эту сложную сеть взаимосвязей, благодаря которой мы существуем. Возникновение жизни на Земле изменило состав атмосферы и сделало возможным нынешнее многообразие видов. В последние два столетия человечество как биологический вид также накладывает химический отпечаток как на атмосферу, так и на кору Земли. Мы не знаем, является ли наша глобальная экосистема одной из миллиардов или одной-единственной во всей Вселенной. Однако для нас это идеальная среда обитания, к которой мы адаптированы наилучшим образом. Давайте помнить о том, что самым важным местом для нас является то, которое мы называем своим домом.

Одни во Вселенной: невозможность инопланетных цивилизаций

Мэтью Кобб

Физик Энрико Ферми, задав в 1950 г. знаменитый вопрос: «Ну и где они в таком случае?», обозначил фундаментальную проблему поиска инопланетной жизни. Только в нашей Галактике миллиарды планет, и, если хотя бы малая их часть похожа на Землю, на них могла зародиться жизнь. Однако у нас нет ни единого свидетельства существования жизни где бы то ни было. Небеса остаются безмолвными, космос не кишит фантастическими инопланетными кораблями, и те немногие места, где побывали наши роботы, оказались бесплодными.

Фундаментальная проблема при попытках оценить вероятность существования другой жизни во Вселенной заключается в том, что нам известна жизнь только одного типа — наша собственная. По замечанию Фрэнсиса Крика, жизнь, как мы ее знаем, предполагает поток материи, поток энергии и поток информации. Мы в состоянии вообразить формы жизни, отвечающие этому определению, но очень сильно отличающиеся от нашей, например: неклеточные формы на основе плазмы, гигантские одноклеточные организмы или даже жизнь, протекающую в двух измерениях либо во Вселенной, параллельной нашей. Поскольку мы не наблюдаем следов ничего такого, что было бы по силам нашему воображению, возможно, справедливо предупреждение специалиста по эволюционной генетике Дж. Б. С. Халдейна: «Вселенная не только причудливее, чем нам представляется, но и чем мы способны себе представить».

Инопланетная жизнь, даже самая удивительная, должна удовлетворять законам физики. Благодаря этому мы смогли бы заметить знакомые нам формы жизни. Если бы в морях Энцелада (или в любых других резервуарах жидкости где угодно во Вселенной) водились быстрые и крупные хищники, то своими очертаниями они бы напоминали акулу или кальмара. Эти существа имеют сходную форму благодаря похожей эволюции: физика движения в слое жидкости требует, чтобы тело стремительно движущегося живого организма было обтекаемым. Это, конечно, не означает, что все особенности земной жизни должны повторяться везде и всюду.

В первом варианте своего уравнения Фрэнк Дрейк исходил из предположения, что жизнь возникает на всех планетах, способных ее поддерживать, и что на всех обитаемых планетах разовьется разумная жизнь. Реалии жизни на Земле — единственной, которую мы знаем, — убеждают, что столь высокая оценка вероятности этих событий является огромной ошибкой, свидетельствующей о глубоком непонимании процесса эволюции.

Наши уникальные возможности, да и самый факт существования, заставляют нас думать, что эволюция явилась проявлением тенденции к возрастанию разумности и что в бесконечном космосе эта закономерность должна повторяться в других мирах. Все это заблуждения. Эволюция не имеет направленности, и возникновение человека как разумного вида, осваивающего космическое пространство, ничем не было предопределено. Все важные эволюционные изменения становились ответом на ухудшение условий обитания, т. е. на небезусловные и непредсказуемые события. Эти события перекраивали экосистему и создавали основу для очередного эволюционного скачка, например появления многоклеточных организмов, однако сами являлись в огромной мере случайными. Не будь этих случайностей, земная жизнь на данный момент была бы совсем иной.

Изучение ключевых моментов истории жизни на Земле — единственной, о которой мы что-то знаем, — заставляет сделать вывод о том, что парадокс Ферми, по всей видимости, исходит из ложной предпосылки. Инопланетных цивилизаций не существует.

Абиогенез

События, ведущие к абиогенезу, — возникновению живой материи из неживых компонентов — неизвестны. Ученые расходятся во взглядах на его наиболее вероятный сценарий. Экспериментальные данные, возможно, со временем подтвердят одну из конкурирующих гипотез, но до этого еще далеко. Судя по всему, жизнь на Земле возникла практически сразу, как только условия стали подходящими. Всего через несколько сот миллионов лет после своего формирования Земля стала местом обитания организмов, явившихся предками всех ныне известных форм жизни. Это может означать относительную легкость абиогенеза, но такое заключение не основано на логике. Поскольку мы не знаем условий, ведущих к абиогенезу, то не можем и рассчитать вероятность повсеместного протекания этого процесса. Если окажется, что эти условия чрезвычайно специфичны и маловероятны, то, несмотря на огромное число потенциально пригодных для обитания планет, жизнь на нашей планете может оказаться единственной, реально существующей.

В случае, если абиогенез не вызывает затруднений, мы должны объяснить отсутствие признаков того, что на Земле он случился более одного раза. Мы знаем, в силу сходства ДНК, что вся существующая жизнь имеет общего предка, а иные формы жизни обнаружены не были. Дарвин объяснял эту загадку тем, что любая возникающая форма жизни попросту съедалась, не успев закрепиться. Этот ответ можно было бы счесть лучшим из возможных, если бы не тот факт, что жизнь имела не менее 3,8 млрд лет на второй старт, однако, судя по всему, ими не воспользовалась. Абиогенез, возможно, произошел только один раз 3,8 млрд лет назад, потому что он крайне маловероятен.

Даже если считать абиогенез относительно обычным явлением, из этого практически неизбежно вытекает, что мы живем во Вселенной бактериальной слизи, населенной в лучшем случае биопленками одноклеточных организмов на поверхности экзопланет. Чтобы зародившаяся жизнь развилась, как на Земле, в разумный вид, шагнувший в космос, должны быть выполнены четыре условия — появление клетки-эукариота (см. далее), многоклеточного организма, сознания и цивилизации. Все четыре исключительно маловероятны и очевидно непредсказуемы. Они никоим образом не вытекают из факта существования жизни. Умножение числа невероятных событий заставляет сделать вывод, что мы действительно можем быть одни во Вселенной!

Эукариогенез

Все сложные многоклеточные организмы на Земле являются эукариотами. Это означает, что они состоят из сложных клеточных структур, включающих ядро, где содержатся хромосомы, органеллы, служащие для синтеза белков, а главное, митохондрии — маленькие органоиды, вырабатывающие энергию, благодаря которым эукариотические клетки могут быть до миллиона раз крупнее клеток, лишенных митохондрий, а также имеют возможность объединяться в многоклеточные организмы. Можно представить инопланетные формы жизни без митохондрий — так устроены триллионы земных микробов, — но чтобы перерасти микроскопические размеры, эта жизнь должна была научиться каким-то образом вырабатывать огромное количество энергии для питания крупных органических структур. Поразительно, что дарвиновская эволюция не способна найти решение этой проблемы, о чем свидетельствует земная жизнь: почти 4 млрд лет естественного отбора оказались в этом отношении бесполезны.

То, что произошло на Земле, — так называемый эукариогенез — представляло собой не цепочку случайных мутаций и последующей сортировки наследуемых черт различной полезности (что и составляет сущность естественного отбора). По всей видимости, это было единичное событие ошеломляюще малой вероятности, поскольку в нем участвовали две формы жизни, взаимодействующие самым необычным образом.

Анализ ДНК показывает, что это произошло единственный раз в истории нашей планеты — одним прекрасным погожим деньком где-то в океане примерно 2 млрд лет назад. До этого момента все население Земли составляли крохотные микробы, не имеющие ни ядра, ни митохондрий. Все изменилось, когда внутрь одного одноклеточного организма — архебактерии, или археи, — попал другой, эубактерия. Вероятно, благодаря объединению процессов метаболизма эти два очень разных организма получили преимущество в виде возможности осваивать новые источники пищи. Поначалу отношения казались равноправными, но на деле эубактерия была обречена: через миллионы лет и миллиарды циклов одноклеточной репликации она уступила многие свои гены организму-хозяину и стала рабыней, молекулярной электростанцией — митохондрионом, — которая производит энергию путем химических реакций и используется новой эукариотической клеткой. Получив этот небывалый источник энергии, новорожденная эукариотическая форма жизни начала процветать, и лишь тогда мало-помалу к делу подключился естественный отбор.

Чтобы оценить принципиальную вероятность появления эукариот, никаких нулей не хватит. Судите сами. На данный момент на Земле обитает больше одноклеточных организмов, чем имеется землеподобных планет в наблюдаемой Вселенной. Общее число одноклеточных, живших на нашей планете за последние 3,8 млрд лет, неисчислимо, а количество их взаимодействий еще больше. Но только одно из всей этой ошеломляющей прорвы взаимодействий породило немыслимый гибрид, в котором один из партнеров постепенно стал сначала пораженным в правах симбионтом и в конечном счете органоидом, снабжающим энергией более крупный организм.

Этот немыслимый гибрид был нашим предком, и его возникновение — а следовательно, и наше — было совершенно невероятным. Насколько нам известно, ни до, ни после такого не происходило. Это настолько редкое и случайное событие, что нельзя быть уверенным, что оно повторилось на любой другой планете в истории Вселенной.

Возможно, это слишком пессимистичный взгляд. В конце концов, около миллиарда лет назад на Земле произошло нечто сопоставимое, приведшее к новому симбиозу. Эубактерия, научившаяся добывать энергию из солнечного света, попала внутрь эукариота со всеми его митохондриями. Как и эукариогенез, это событие случилось лишь единожды за весь огромный срок существования жизни и привело к появлению водорослей, а затем и растений, в которых маленькие органоиды — хлоропласты — потомки эубактерии, превращают свет в энергию в интересах хозяина-эукариота. Второй случай удивительного симбиоза, перетекшего в гибридизацию, по меньшей мере удваивает вероятность подобного события, но она все равно остается пренебрежимо малой. Инопланетная жизнь должна иметь такой же набор организмов с аналогичным характером развития, чтобы это событие в принципе могло произойти. Таким образом, практически нереально, чтобы типы организмов, известные нам на примере Земли, могли бы иметь аналоги где-либо в космосе.

Любая крупная инопланетная жизнь должна обладать определенным механизмом транспортировки материи, энергии и информации из окружающей среды внутрь собственного организма. На Земле жизнь, не имеющая митохондрий, ограничена микроскопическими размерами в силу физических пределов этой транспортировки в отсутствие дополнительного мощного источника энергии. Обладание вырабатывающими энергию митохондриями сначала позволило эукариотическим одноклеточным дорасти до крупных размеров, а затем развиться в многоклеточные организмы. Но если бы не удачное стечение обстоятельств — обретение симбионта, способного вырабатывать необходимую энергию, которого впоследствии удалось полностью поглотить, — жизнь на Земле не задержалась бы. Если инопланетяне и существуют, то, скорее всего, на булавочной головке хватит места сотням тысяч из них.

Многоклеточность

Происхождение всех многоклеточных форм жизни, столь хорошо нам знакомых, можно проследить вплоть до единственного события, создавшего эукариот, из чего, однако, не следует, что жизнь обязательно должна была стать многоклеточной. После эукариогенеза прошло значительно больше миллиарда лет, а жизнь оставалась исключительно одноклеточной. Более того, большинство линий эукариот и поныне являются одноклеточными. Поскольку условия на планете оставались, в сущности, постоянными, изменение не обещало живым организмам никаких преимуществ. Вследствие этого Земля выглядела практически одинаково почти 3 млрд лет: на суше жизнь отсутствовала вовсе, и, если не считать случайных цветений воды в океанах из-за массового развития водорослей и наростов, образованных частицами песка, увязшими в бактериальных пленках, ничто не подсказало бы пролетающим мимо инопланетянам, что внизу происходит нечто интересное.

К чему все это? К тому, что никакого эволюционного стимула к развитию многоклеточных организмов не существовало. По правде говоря, эволюционных стимулов в принципе не существует, разве что за двумя исключениями — к жизни и к размножению. С течением времени многоклеточность возникла, по оценкам, 25 раз в четырех основных царствах — растений, животных, грибов и бурых водорослей, но, как и в случае абиогенеза, мы не знаем, как, почему и даже когда именно это случилось. Судя по генетическому сходству между животными, некоторые эволюционные линии выделились 700 млн лет назад, а другие многоклеточные формы жизни могли сформироваться и ранее.

Скорее всего, жизнь стала многоклеточной из-за перестройки внешней среды по причине изменений климата или геологических сдвигов, дополнившейся мутациями, постоянно происходившими во время существования исходной линии эукариотических организмов. Возможно, мутации привели к кумулятивным изменениям, которые оказались продуктивными, когда мир изменился. В новом мире более крупные и сложные формы жизни могли выживать и процветать. В процессе своей жизнедеятельности они начали напрямую переделывать окружающую среду, зарываясь в бактериальные пленки на морском дне, взрыхляя субстрат и формируя новые экосистемы. В начале кембрийского периода (542 млн лет назад) изменилась доступность океанских биоминералов — возможно, вследствие таяния покрывших Землю за предшествующий период ледников и сопутствующего повышения уровня кислорода, — и у животных появилась возможность обзавестись раковинами и жесткими экзоскелетами для движения и защиты. Начинается своего рода эволюционная гонка средств нападения и защиты, видимость прогресса, увенчавшегося развитием чутких органов восприятия и появлением все более быстрых и ловких хищников и их оппонентов — упорной в борьбе за жизнь добычи, собирающейся в стаи и осваивающей коллективные формы защитного поведения. Вступает в действие чудо естественного отбора, и происходит «кембрийский взрыв» — экспоненциальное увеличение разнообразия многоклеточных животных. Это было, однако, не проявление некоего целенаправленного внутреннего движителя жизни, а следствие средовых и генетических изменений и множественной видовой конкуренции. Чтобы добраться до этого момента, понадобилось невообразимое количество невероятных событий, биологических и геологических. Дальнейшее было столь же невероятно.

Живительные случайности

Даже после того, как суша начала зеленеть, а океаны заполнились удивительными живыми существами, путь от них к нам не был ни гарантированным, ни прямым. Направление эволюции нашей планеты формировали случайные события, порой оставляя всему живому лишь узкую лазейку. Так, в конце пермского периода, примерно 252 млн лет назад, 90% морских видов и 70% наземных вымерли, поскольку серия мощнейших вулканических извержений на тысячелетия изменила климат. Наши предки выжили, но нетрудно представить, что и они могли бы погибнуть при несколько ином развитии событий.

Самое знаменитое массовое вымирание, покончившее с нептичьими динозаврами, было, по крайней мере отчасти, вызвано катастрофическим ударом метеорита 66 млн лет назад. Если бы некоторые элементы динамики небесных тел были самую малость другими, астероид пролетел бы мимо Земли и нас с вами не существовало бы, поскольку динозавры не освободили бы экологическую нишу, где размножились наши предки-млекопитающие. Подобные случайные события формировали нашу планету — и неизбежно диктуют направление развития жизни на других планетах, если она существует. Нужно лишь помнить, что «диктовать направление» может, помимо всего прочего, означать «уничтожить».

На альтернативной Земле, где динозавры сохранили господство, невозможен вариант развития какой-либо высокоразвитой рептилии вместо людей. Не существует эволюционной тенденции, делающей животных более умными или сложными. К примеру, использование орудий наблюдается у многих животных, в том числе у некоторых птиц. Возможно, эта поведенческая черта восходит к началу их эволюции, когда будущие птицы были одной из разновидностей динозавров. Но эта впечатляющая способность не вылилась в «планету ворон». Только один вид превратил умение пользоваться орудиями в средство глобального доминирования — человек.

Сознание и цивилизация

Эволюционная необходимость отсутствует не только для развития сложных многоклеточных организмов, но и для возникновения сознания. Просто череда эволюционных изменений, спровоцированных случайными событиями, приобрела крайне причудливый, сложный, всецело определяемый внешними обстоятельствами характер — и вот я передаю вам свои мысли посредством печатного слова. Этот путь никоим образом не был предопределен.

Ученые не умеют определять, какие животные обладают сознанием. Мы судим об этом по выражению морды и поведению животного, но это неверные свидетельства! Если предположить, что крупные приматы — шимпанзе, орангутанги и гориллы — имеют сознание, в каком-то смысле подобное нашему, и что им обладал наш общий предок, из этого следует, что сознание существует на нашей планете около 10 млн лет. Добавив другие виды животных, например ряд крупных млекопитающих (китов или слонов), или, скажем, ворон, мы должны будем отодвинуть возникновение сознания еще дальше в прошлое и допустить, что оно, вероятно, появлялось не единожды. Существует, однако, качественная разница между человеческим сознанием и тем, что демонстрируют наши родичи-приматы, не говоря о еще более спорных формах сознания, возможно имеющихся у других млекопитающих и даже некоторых птиц. Мы способны говорить, угадывать чужие мысли, воображать ход мысли других людей и лгать. Другие животные на это не способны. Насколько известно, наше сознание, наш способ мышления не имеют аналогов на Земле.

Возникновение в Восточной Африке людей — с сугубо человеческой способностью отчетливого самосознания, сложного абстрактного мышления и выражения мыслей посредством речи — не было неизбежным. Оно стало результатом еще одной цепочки случайностей, вероятно связанных с изменением климата. Анатомически и психологически современные люди возникли самое большее 200 000 лет назад. Следовательно, примерно 99,995% времени существования жизни на Земле инопланетянам не с кем было контактировать. Пилоты летающих тарелок могли бы полюбоваться земными стегозаврами, акулами и слизнями, но, чтобы поделиться своими передовыми технологиями, им пришлось бы перенести свои поиски на другие планеты.

Когда мы появились, ничто не гарантировало нашего выживания. Генетические данные свидетельствуют, что человеческая популяция примерно 80 000 лет назад перенесла катастрофическое сокращение — в какой-то момент на планете осталось около 10 000 особей. Засуха или болезнь в любой момент могла задуть слабый огонек человеческого разума. Начав понемногу расселяться по земле, попутно развивая язык, осваивая ритуальные пляски, украшая тела татуировками и стены пещер росписями, люди повстречались со своими близкими родичами: неандертальцами, загадочными денисовцами и, возможно, другими популяциями. Мы выжили, они — нет. Но все могло обернуться иначе.

Даже расселившись по планете и увеличившись в численности примерно до миллиона, говорящие обезьяны не приобрели гарантий того, что когда-нибудь освоят космос. Для развития цивилизации нужно было сочетание пригодных для окультуривания растений и благоприятного климата. Впервые мы обрели такие условия на территории Плодородного полумесяца (земли современных Ирака и Сирии), затем в Китае и Центральной Америке, но первые попытки освоить сельское хозяйство легко могли провалиться. Большую часть своего существования люди были охотниками-собирателями и, если бы не возникновение сельского хозяйства, ими бы и остались. И вновь маршрут нашего развития был проложен счастливым случаем при самых призрачных шансах на успех. Разумные инопланетяне должны были бы в такой же мере зависеть от случая, но могли оказаться далеко не столь везучими, как мы.

При некоторой удаче и большой мудрости мы, возможно, сумеем преодолеть экзистенциальные угрозы климатических изменений и ядерного самоубийства, будущих природно-очаговых эпидемий и вероятной неэффективности антибиотиков вследствие злоупотребления ими, а наши системы предупреждения космических угроз помогут нам избежать встречи с массивным астероидом (это лишь те бедствия, которые мы можем себе представить, возможны и другие). Если мы с этим справимся, то сможем колонизировать другие миры и разослать тысячи зондов, приглашая инопланетные цивилизации к контакту. В конце концов вымрем и мы, как любой другой вид. Временное окно, в которое другие цивилизации могли бы обнаружить нас и связаться с нами, скорее всего, чрезвычайно узко. На галактической шкале времени нам отводится совсем маленький интервал. Это относится и к любым гипотетическим инопланетянам. По трагическому стечению обстоятельств мы можем просто разминуться. Не исключено, что мы найдем их зонды, реликты погибшей цивилизации, но пока мы не наблюдаем никаких роботов, кроме своих собственных.

Мы прошли огромный путь, но из этого совершенно не следует ни возможность существования иной способной к космическим полетам цивилизации, ни гарантий того, что человечество достигнет звезд. Кажущаяся неизбежность возникновения человеческой цивилизации — это обман восприятия, вселенская тавтология: мы можем гадать о природе сущего только потому, что существуем. Наше существование не продиктовано никакими высшими силами и не прописано в наших генах. Нам просто невероятно, нереально повезло.

Это не мрачный взгляд на жизнь — всего лишь объективный. Он не означает, что SETI и другие подобные проекты являются пустой тратой времени или что нам не следует изучать Солнечную систему и космос за ее пределами. Из него, однако, следует, что приоритетным для нас должно быть постижение хрупкого чуда жизни на Земле и всемерные усилия по предотвращению дальнейшего разрушения экосистемы. Мы несем ответственность перед триллионами живых существ Земли, существование которых поставили под угрозу. Главной задачей для нас должно стать решение колоссальных проблем, которые мы сами создали.

Я был бы совершенно счастлив, если бы удалось найти на Марсе жизнь внеземного происхождения или поймать межзвездное послание. К сожалению, я не вижу причин на это рассчитывать. Хорошо, если я ошибаюсь!

Источник

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *