Органические соединения могут образовываться исключительно посредством простых химических реакций, что делает поиск истинных биосигнатур сложнее, чем кажется.
Сообщения новостей стали почти обыденными: «Учёные обнаружили органический материал на Марсе». Типичный пример: буквально на прошлой неделе появились сообщения о том, как марсоход Perseverance обнаружил на Красной планете специфические минеральные скопления, связанные с органическими соединениями, причём НАСА охарактеризовало эти находки как потенциальную биосигнатуру. Здорово, скажете вы. Но что это на самом деле означает? Насколько это приближает нас к открытию жизни за пределами Земли?
Некоторые открытия, конечно, более значимы, чем другие, и действительно приближают нас к долгожданному объявлению о таком открытии. Однако сначала мы должны понять все способы, которыми природа — особенно марсианская природа — может нас обмануть.
В недавней статье в Scientific Reports исследовательская группа под руководством Феликса Аренса из Технического университета Берлина в Германии описала эксперимент, в ходе которого биомолекулы и микроорганизмы в течение восьми месяцев подвергались воздействию условий, имитирующих марсианскую среду, в пустыне Атакама в Чили — одном из самых засушливых мест на Земле. Большинство предшествующих исследований подобного рода проводились в лабораториях, поэтому получение реальных данных в столь суровом месте, как Атакама, и на протяжении столь длительного срока — это нечто новое.
Используя специально сконструированные экспозиционные пластины, исследователи отслеживали, как наличие солей и минералов в сочетании с такими факторами, как влажность и уровни ультрафиолетового излучения, влияло на сохранение хорошо известных земных биомолекул — например, АТФ (аденозинтрифосфата) и хлорофилла. Результат был отрезвляющим: после восьми месяцев в пустыне АТФ полностью исчез. Ни следа. От хлорофилла остались лишь продукты его распада — феофитин-а, пироффеофитин-а и фитол. И даже они сохранились исключительно благодаря тому, что глина и соли в окружающей почве защитили их от дальнейшего разрушения.
Прошло уже более десяти лет с тех пор, как марсоход NASA «Кьюриосити» впервые обнаружил на Марсе хлорированные углеводороды. В 2018 году последовало открытие органических соединений, богатых серой, а совсем недавно — в этом году — в марсианских глинистых сланцах были найдены более сложные длинноцепочечные алканы. На сегодняшний день марсоход «Персеверанс» зарегистрировал множество значимых органических соединений.
Между тем прежние представления о Марсе как о планете, лишённой органики, окончательно отброшены: открытие хлорметана и дихлорметана на Марсе ещё полвека назад — в ходе миссии «Викинг» по поиску признаков жизни — первоначально расценённое как земное загрязнение, теперь многими учёными признаётся первым обнаружением органических соединений местного, марсианского происхождения.
Однако эти находки создают проблему. Большинство органических соединений чрезвычайно хрупки при воздействии суровых условий окружающей среды — и это особенно верно для биомолекул, большинство из которых являются крупными органическими соединениями. Некоторые из них стремительно распадаются даже в относительно благоприятных условиях, поэтому каждое новое обнаружение органики на Марсе выглядит ещё более удивительным. Поверхность Марса суровее любой земной пустыни: здесь царят резкие перепады температур и сокрушительное ультрафиолетовое излучение. Так почему же хоть что-то из биомолекул вообще до сих пор сохранилось? Разве они не должны были полностью разрушиться — как это произошло в Атакаме?
Это порождает в голове астробиолога тревожную мысль: а вдруг органические молекулы, которые мы находим на Марсе, вообще не имеют биологического происхождения? Мы зачастую предполагали, что они являются продуктами распада более крупных органических соединений — и здесь размер имеет значение. Маленькие и простые органические молекулы могут образовываться как в живых системах, так и в результате небиологических химических реакций, что делает их неоднозначными.
Более крупные и сложные органические структуры гораздо труднее синтезировать без участия жизни — и потому они были бы куда более убедительным свидетельством, но они также относительно хрупкие и гораздо менее вероятно выживут на суровой поверхности Марса. Так мы возвращаемся к открытому вопросу: Являются ли обнаруженные нами соединения продуктами распада более сложных молекул — возможных следов древней жизни — или это всего лишь стойкие остатки «мертвой» химии, никогда не касавшейся живого?
Несколько лет назад я вместе с Якобом Хейнцем внимательно изучили серосодержащие органические соединения — тиофены, — которые марсоход «Кьюриосити» обнаружил на Марсе в 2018 году. Мы обратили внимание, что на Земле некоторые трюфели содержат тиофены, вырабатываемые определёнными бактериями — именно они придают грибам тот самый насыщенный аромат, который так привлекает свиней.
Однако тиофены вовсе не обязательно должны происходить от живых организмов. Они могут образовываться и просто из серосодержащей органики небиологического происхождения. Наше исследование показало: существует несколько путей синтеза этих молекул — одни связаны с жизнью, другие — нет. И без анализа изотопов углерода было невозможно сказать, какой из них наиболее вероятен: живые организмы обычно предпочитают более лёгкие изотопы — потому что на их переработку уходит меньше энергии.
Ещё больше усложняет дело то, что нет простого способа узнать, как долго любое из органических соединений, которые мы обнаружили на Марсе, там находилось. Учитывая суровость окружающей среды и тот факт, что обнаруженные до сих пор соединения, как правило, невелики и относительно стабильны, они могли находиться там как десятилетия, так и миллиарды лет.
Казалось бы, обилие органики на Марсе склоняет чашу весов в пользу биологического происхождения. Но здесь нужно проявлять осторожность: такие соединения могут формироваться и абиотически — например, в результате электрохимического восстановления углекислого газа. Природа порой создаёт сложные молекулы и без участия жизни — тихо, медленно, под действием ветра, пыли и электричества.
К счастью, у нас, возможно, есть путь к разгадке этой научной тайны. Мы могли бы оснастить следующую марсианскую миссию приборами, способными обнаруживать крупные органические молекулы — те, что гораздо явнее указывают на биологическое происхождение. Их находка помогла бы нам понять, откуда взялись те небольшие фрагменты, которые мы видим сегодня, и значительно повысила бы шансы напрямую обнаружить знакомую нам биомолекулу — неоспоримый след жизни.
Искать их стоит в районах Марса, богатых глиной и солями: теперь мы знаем — именно эти вещества играют ключевую роль в долгосрочном сохранении органики.
Спустя пятьдесят лет после “Викинга” пришло время отправить на Марс новую миссию по поиску жизни — чтобы больше не гадать, что означают найденные нами следы, а наконец получить ясный, однозначный ответ.
Доктор Дирк Шульце-Макух, адъюнкт-профессор Университета штата Вашингтон и ассоциированный член SETI.
Читайте также: Поиск внеземной жизни: топ планет и спутников, где ученые ищут инопланетные организмы
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.