У нас есть всего один пример зарождения жизни во Вселенной — это наша Земля. Но что если жизнь может возникать иначе? Как искать инопланетную жизнь, когда не знаешь, как она может выглядеть?
Этими вопросами задаются астробиологи — ученые, занимающиеся поиском жизни за пределами Земли. Они пытаются вывести универсальные законы, управляющие появлением сложных физических и биологических систем как на Земле, так и за ее пределами.
Астрономы пришли к выводу, что наиболее распространенной формой внеземной жизни, вероятно, будут микробы — одноклеточным организмам проще возникнуть, чем сложным. Но на случай, если где-то существует развитая инопланетная жизнь, ученые разрабатывают послания для таких цивилизаций.
Содержание
Поиск жизни за пределами Земли
С момента открытия первой экзопланеты в 1995 году их найдено уже более 5000. Многие из них — небольшие и каменистые, как Земля, и находятся в обитаемых зонах своих звезд. Обитаемая зона — это диапазон расстояний между поверхностью планеты и ее звездой, при котором на планете может существовать жидкая вода, а значит, и жизнь в том виде, в каком мы ее знаем.
По имеющимся данным, в нашей галактике может быть около 300 миллионов потенциальных “биологических лабораторий” — мест с подходящими условиями для зарождения жизни, включая экзопланеты и их спутники.
Сложности начинаются уже с определения жизни. Казалось бы, это должно быть просто — мы же узнаём живой организм, когда видим его, будь то летящая птица или микроб в капле воды. Но ученые не могут прийти к единому определению, и некоторые считают, что всеобъемлющее определение может быть невозможным.
НАСА определяет жизнь как “самоподдерживающуюся химическую реакцию, способную к дарвиновской эволюции”. Это означает организмы со сложной химической системой, которые эволюционируют, приспосабливаясь к окружающей среде.
За миллиарды лет эволюция земной жизни прошла путь от одноклеточных организмов до крупных животных и других видов, включая человека.
Экзопланеты находятся очень далеко и в сотни миллионов раз тусклее своих звезд, что затрудняет их изучение. Астрономы могут исследовать атмосферу и поверхность землеподобных экзопланет методом спектроскопии, выискивая химические признаки жизни. Спектроскопия может обнаружить следы кислорода в атмосфере планеты (который на Земле несколько миллиардов лет назад начали вырабатывать сине-зеленые водоросли в процессе фотосинтеза) или признаки хлорофилла, указывающие на растительную жизнь.
Определение жизни, данное НАСА, порождает важные, но пока не имеющие ответа вопросы. Универсальна ли дарвиновская эволюция? Какие химические реакции могут привести к возникновению жизни вне Земли?
Эволюция и сложность
Вся жизнь на Земле, от споры гриба до синего кита, произошла от общего микробного предка примерно 4 миллиарда лет назад.
Во всех живых организмах на Земле происходят одни и те же химические процессы, и эти процессы могут быть универсальными. Но где-то они могут быть совершенно иными.
В октябре 2024 года разнообразная группа ученых собралась, чтобы нестандартно поразмышлять об эволюции. Они хотели сделать шаг назад и исследовать, какие процессы создают порядок во Вселенной — биологические или нет — чтобы понять, как изучать появление жизни, совершенно непохожей на земную.
Двое исследователей предположили, что сложные системы химических веществ или минералов, находясь в среде, где некоторые конфигурации сохраняются лучше других, эволюционируют, накапливая все больше информации. Со временем система становится более разнообразной и сложной, приобретая функции, необходимые для выживания, через своего рода естественный отбор.
Они предположили, что может существовать закон, описывающий эволюцию самых разных физических систем. Биологическая эволюция путем естественного отбора была бы лишь одним примером этого более общего закона.
В биологии информация означает инструкции, хранящиеся в последовательности нуклеотидов молекулы ДНК, которые в совокупности составляют геном организма и определяют его внешний вид и функции.
Если определять сложность через теорию информации, естественный отбор заставит геном усложняться, накапливая больше информации об окружающей среде.
Сложность может быть полезна при определении границы между живым и неживым.
Однако неверно считать, что животные сложнее микробов. Биологическая информация увеличивается с размером генома, но плотность эволюционной информации падает.
Плотность эволюционной информации — это доля функциональных генов в геноме, или доля всего генетического материала, выражающая приспособленность к окружающей среде.
Организмы, которые люди считают примитивными, например бактерии, имеют геномы с высокой плотностью информации и потому кажутся лучше “спроектированными”, чем геномы растений или животных.
Универсальная теория жизни все еще не найдена. Такая теория включала бы понятия сложности и хранения информации, но не была бы привязана к ДНК или конкретным типам клеток, которые мы находим в земной биологии.
Последствия для поиска внеземной жизни
Исследователи изучили альтернативы земной биохимии. Все известные живые организмы, от бактерий до людей, содержат воду — растворитель, необходимый для жизни на Земле. Растворитель — это жидкая среда, облегчающая химические реакции, из которых может возникнуть жизнь. Но жизнь потенциально может возникнуть и из других растворителей.
Астробиологи Уильям Бейнс и Сара Сигер исследовали тысячи молекул, которые могут быть связаны с жизнью. Возможным растворителем кроме воды может быть серная кислота, аммиак, жидкий углекислый газ и даже жидкая сера.
Инопланетная жизнь может быть не основана на углероде, который является основой всех важнейших молекул жизни — по крайней мере, здесь, на Земле. Жизни может даже не требоваться планета для выживания.
Развитые формы жизни на чужих планетах могут быть настолько странными, что мы их попросту не узнаем, когда встретим. Поэтому астробиологам придется проявить творческий подход в поиске внеземной жизни.
Одна из стратегий — измерение минеральных следов на каменистых поверхностях экзопланет, поскольку разнообразие минералов отражает эволюцию земной жизни. По мере эволюции жизнь на Земле использовала и создавала минералы для экзоскелетов и мест обитания. Сотня минералов, присутствовавших при зарождении жизни, выросла сегодня примерно до 5000.
Например, цирконы — это простые силикатные кристаллы, существовавшие еще до появления жизни. Циркон, найденный в Австралии, является старейшим известным фрагментом земной коры. Но другие минералы, такие как апатит — сложный фосфат кальция, создаются биологическим путем. Апатит является основным компонентом костей, зубов и рыбьей чешуи.
Другая стратегия поиска жизни, непохожей на земную — обнаружение следов цивилизации, таких как искусственное освещение или промышленный загрязнитель диоксид азота в атмосфере. Это примеры признаков разумной жизни, называемых техносигнатурами.
Неясно, как и когда произойдет первое обнаружение жизни за пределами Земли. Это может случиться в границах Солнечной системы, или при анализе атмосфер экзопланет, или при обнаружении искусственных радиосигналов от далекой цивилизации.
Поиск – это извилистая дорога, а не прямой путь. И это для той жизни, которую мы знаем, а для той, которую мы не знаем, все намного сложнее.
Читайте также: Внеземная жизнь уже не шутки
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.