«Все мы марсиане»

Известный американский биохимик Стивен Беннер выступил в Московском государственном университете с лекцией, в рамках которой поведал, как сегодня ученые пытаются воспроизвести ключевые этапы процесса зарождения жизни на Земле и как опыты меняют наши представления об облике внеземной жизни. По его словам, человек и прочие живые существа нашей планеты могут быть обязаны своим существованиям минералам с Марса, без которых некоторые ключевые «кирпичики жизни» не смогли бы сформироваться.

«Почему мы летаем в космос? Есть все причины для того, чтобы этого не делать. Прежде всего, космические путешествия очень дороги, полет на Луну обошелся человечеству в 200 миллиардов долларов. Во-вторых, полеты во внеземное пространство крайне опасны — к примеру, первая попытка отправить спутник в космос закончилась для Америки крайне неудачно. Почему мы все же делаем это? Ответ на это прост: наградой за все эти опасности является возможность найти внеземную жизнь», — начал свою лекцию ученый вечером в пятницу, 10 октября, обращаясь к переполненному лекционному залу.

Как будет выглядеть эта инопланетная жизнь? Сегодня ответить на этот вопрос чрезвычайно сложно. Показывая «портреты» различных персонажей из «Звездных войн», «Star Trek’а» и многих других фантастических фильмов, Беннер отметил: «Иногда ответ на этот вопрос очевиден. Если посмотреть на все эти изображения, то у вас может сложиться впечатление, что все инопланетные формы жизни похожи на голливудских актеров, покрытых гримом и различными лицевыми накладками. Но, конечно же, это не правда».

На самом деле жизнь или ее следы не будут столь очевидными. По словам лектора, на Марсе, Европе (спутнике Юпитера), Титане (спутнике Сатурна) или на экзопланетах мы скорее всего столкнемся с микроскопическими ее формами — бактериями или другими микроорганизмами. Такую жизнь найти будет невероятно сложно.

Флоридский профессор не стал ограничиваться словами и продемонстрировал эту проблему наглядно. Он вытащил из своего портфеля четыре небольших камня, которых он «представил» и показал публике в зале. Беннер провел среди зрителей своеобразное голосование насчет того, является ли необычный объект на их поверхности следом жизни или нет, попутно сражаясь с подсевшими батарейками в беспроводном микрофоне.

На черной материи первого булыжника можно было увидеть небольшое светлое образование, похожее по своим очертаниям на нечто среднее между медузой и цветком, на втором — зеленые следы неких водорослей, а на третьем — коричнево-бурые шляпки и стебли грибов небольших размеров. Все эти «окаменелости», как объяснил биохимик, не являются следами жизни, они возникли в результате различных химических процессов, способных происходить на абсолютно безжизненных планетах. Медуза представляет собой скопление фосфата алюминия, грибы — минерал на базе мышьяка, а водоросли — полоски оксида магния.

Только четвертый камень, который мало чем отличался по виду от трех предыдущих кусков породы, содержал в себе останки трилобита, древнего беспозвоночного существа, обитавшего на дне океанов Земли примерно 450—550 миллионов лет назад. Однако даже такая жизнь вряд ли будет когда-либо обнаружена на других планетах, так как ее появлению предшествовало почти три миллиарда лет эволюции микробов и более примитивных форм жизни.

«Напоминаю: проблема заключается в том, что мы можем легко определить внеземной характер жизни только тогда, когда пришельцы стреляют по нашим кораблям из своих лучевых пушек, но в других случаях у нас будут возникать трудности. Что же делать? На помощь приходит наука и накопленные за последние годы знания о том, как возникала жизнь на Земле», — продолжает Беннер.

По словам биохимика, первая серьезная попытка найти следы жизни на поверхности другой планеты при помощи научных методов состоялась лишь в 1976 году, когда на Марс была отправлена пара модулей «Викинг», совершивших первую в истории человечества посадку на Красную планету. Научная команда этих аппаратов считала, что жизнь в первую очередь характеризуется наличием метаболизма — способности поглощать питательные вещества, кислород и воду из окружающей среды и выделять продукты жизнедеятельности.

Руководствуясь этой идеей, ученые оснастили «Викинги» специальными приборами для проверки того, существует ли на Марсе жизнь. Они попытались «накормить» и «напоить» микробов, вылив небольшое количество водного раствора питательных веществ в почву Красной планеты, после чего начали следить за тем, будет ли из нее выделяться углекислота, кислород и прочие, как считали биологи, следы жизни.

Беннер отметил, что «эти эксперименты не учитывали существование клеточной теории жизни, эволюции или генетики». «Они исходили из простого постулата: если вы перерабатываете пищу и выделяете что-то, то вы живы. Это некорректный подход. Наши автомобили не в коем случае не являются живыми существами, однако они тоже поглощают органику и прочие вещества и перерабатывают их в нечто другое», — сказал ученый.

Уже сами опыты на «Викингах» продемонстрировали ущербность таких представлений. Все три эксперимента показали, что жизнь на Марсе должна существовать. Когда ученые вводили пищу в почву, выделялся углекислый газ, увлажнение марсианского грунта сопровождалось выбросами кислорода, а тяжелый углерод в форме СО2 бесследно поглощался чем-то в его глубинах. Автор этого эксперимента американский инженер Гилберт Левин до сих пор уверен, что ему удалось найти жизнь на Марсе.

«Спросите Гила — он до сих пор жив и работает, и он ответит вам, что является тем человеком, которому удалось открыть жизнь на Красной планете. Почему же мы считаем, что жизни на Марсе нет? Два других прибора "Викингов", которые мы называем масс-спектрометром и газовым хроматографом, показали, что органики в марсианской почве нет, и ее там не может существовать в принципе из-за ее чрезвычайно высокой кислотности», — объясняет биохимик.

Опираясь на эти данные, на протяжении последующих двадцати лет ученые считали, что жизни на Марсе нет не только сегодня, но и не могло существовать в принципе. Ситуация изменилась только в 1996 году, когда американский геолог Дэвид Маккей обнаружил в марсианском метеорите Аллан Хиллс продолговатые палочки и прочие структуры, которые он посчитал отпечатками бактерий.

«Дейв рассуждал, опираясь на клеточную теорию жизни — постулат Теодора Шванна, одного из отцов основателей биологии, о том, что любые формы жизни могут существовать только в виде обособленных клеток. Однако он забыл поместить "линейку" на фотографии срезов метеорита. Оказалось, что эти марсианские бактерии были заметно меньше, чем земные клетки. Некоторые ученые сразу заявили о том, что они не могут поместить в себе даже минимальный набор рибосом — клеточных машин для сбора белков, из-за чего их нельзя считать следами жизни», — продолжает Беннер.

По мнению биохимика, этот довод, несомненно справедливый, все же не позволяет говорить о том, что микроорганизмы таких размеров не могут существовать. Белки, как объяснял лектор, не являются критически необходимыми для работы организма, их роль могут на себя брать молекулы РНК, из которых в том числе состоят и упомянутые выше рибосомы.

Этот момент требует пояснения. Сегодня среди ученых набирает всю большую популярность гипотеза РНК-мира — постулат о том, что первые живые организмы на Земле состояли не из молекул классической тройки — белков, ДНК и РНК, а только лишь из рибонуклеиновых кислот.

За последние годы биологи, в том числе и сам лектор, открыли десятки и сотни так называемых рибозимов — цепочек РНК, способных копировать себя и собирать молекулы других веществ. Кроме того, общая для всего мира живых существ энерговалюта, молекула АТФ (аденозинтримонофосфат), содержит в себе рибозу — сахар из пяти атомов углерода, «буква Р в РНК», в словах Беннера.

Все это указывает на то, что первичной базой для жизни были молекулы РНК, а белки для ее существования не нужны. По словам биохимика, «если выкинуть из клетки все белки, то окажется, что найденные Маккеем клетки не являются слишком маленькими и что все необходимые компоненты должны были в них вместиться».

Как отмечает Беннер, жизнь на основе РНК, судя по результатам его опытов и современным представлениям о развитии жизни на Земле, присутствовала на нашей планете заметно дольше, чем длился пребиотический период и чем существуют современные живые существа. Если это действительно так, то человечество имеет наибольшие шансы столкнуться со следами именно такой жизни на Марсе или других планетах.

«Из чего состоит РНК? — обращается к залу лектор. — Из рибозы и азотистых оснований». С синтезом последних проблем нет ни у природы, ни у ученых — аденин, гуанин и прочие кирпичики ДНК и РНК были получены еще в первых абиогенетических экспериментах, которые американские химики Миллер и Юри проводили еще в 50 годах прошлого века. Более того, молекулы азотистых были найдены в космосе — к примеру, в августе 2011 года НАСА заявило об обнаружении нуклеотидов в нескольких метеоритах, упавших на Землю.

Рибоза была до последнего времени неразрешимой проблемой. В принципе, метод ее возможного синтеза в первичном «супе» океанов Земли нашел еще в 1867 году Александр Бутлеров, основоположник российской органической химии. Ему удалось синтезировать смесь из разных сахаров, в том числе и рибозу, используя относительно простые компоненты, которые должны были быть на первичной Земле и даже в космосе — известь (гидроксид кальция) и формальдегид (соединение метана и кислорода).

«Он нагрел эту смесь и попробовал ее, она оказалась сладкой на вкус, и Бутлеров заключил, что сахара могут возникать в природе без участия живой материи. Сейчас такое не повторить — почему-то современным химикам нельзя пробовать то, что они сами варят. Когда Стэнли Миллер попытался повторить это и использовать методику Бутлерова для синтеза сахаров в своих абиогенетических экспериментах, на выходе у него получился деготь или, если хотите, асфальт», — с сожалением отметил ученый.

Почему возникает эта «асфальтовая проблема»? Как объясняет Беннер, рибоза и промежуточные продукты в процессе ее синтеза нестабильны по своей природе — они легко меняют форму и вступают в реакции. За десятилетия экспериментов его научной группе удалось найти десятки и сотни вариантов того, как сборка рибозы может пойти по неправильному пути, превращая сахар в «асфальт». Означает ли это, что рибоза тоже не является базовым компонентом жизни? Нет, утверждает Беннер. Есть два других относительно простых неорганических соединения, которые препятствуют превращению «заготовок» рибозы в деготь и асфальт — соли бора и оксид молибдена. Проблема заключается в том, что эти минералы не могли присутствовать на ранней Земле в достаточных количествах. На ней было, как выражается биохимик, «слишком мокро» для образования нужных соединений молибдена и бора.

Буквально год назад ему удалось найти решение этой проблемы и заметно продвинуться вперед в создании синтетических аналогов земной жизни. Источником бора и молибдена могла быть не Земля, а Марс, где было заметно меньше воды и много пустынных участков, где формируются их соединения.

Во времена юности Солнечной системы поверхность всех планет интенсивно бомбардировалась крупными астероидами, при падении которых материя Марса, Земли и других планет выбрасывалась в космос и превращалась в новые астероиды. По мнению Беннера, один из них и принес марсианский бор и молибден на Землю. Свидетельством в пользу этого служит то, что изученные его научной группой фрагменты марсианских метеоритов содержат в себе оба элемента в больших количествах.

«Если вы считаете, что молекулы РНК появились первыми, то вам нужна рибоза. Как ее получить? Для этого вам понадобятся мои дурацкие химические уравнения, и если вы с ними согласны, то вам придется искать борные и молибденовые минералы. По мнению геологов, они не могут формироваться на Земле, и таким образом, если вы со всем этим согласны, то можно считать всех нас сегодня марсианами», — подытожил биохимик.

Стоит подчеркнуть, что Беннер говорил в своей лекции о традиционных формах жизни, построенных на базе углерода, кислорода, азота и других базовых элементов, встречающихся в нашем теле. Корреспондент «РП» побеседовал с Беннером о других, более экзотических вариантах, которые могут существовать в экстремальных условиях на других планетах.

— В своей лекции вы говорили о жизни, которая могла бы теоретически существовать на Марсе или, например, в подводных океанах Европы, крупнейшего спутника Юпитера. Сегодня многие астробиологи говорят о возможности существования непривычных для нас форм жизни на Титане, спутнике Сатурна, самой землеподобной по своему облику и поведению «луне» Солнечной системы. Возможно ли это с точки зрения синтетической биологии?

— Сотрудники моей лаборатории и я сам долго работали над проблемой существования жизни на Титане. Мы попытались создать необычную генетическую систему, которая могла бы работать на Титане, с его углеводородными дождями, озерами и реками, в «водах» которых ничего не растворяется (метан — плохой растворитель). В принципе, нам удалось это сделать, но все же жизнь на Титане не может существовать. Проблема номер один заключается в том, что на Титане очень холодно — 93 градуса Кельвина (-180 °С). Наша система работала при 250 Кельвинах (-23 °С), 200 Кельвинах (-73 °С), но ниже этой отметки все начинает падать на дно пробирки и перестает работать.

— Буквально несколько месяцев назад в журнале Science была опубликованалюбопытная статья, в которой американские физики заявили о создании некоего подобия живой клетки на базе жидких кристаллов, жира и некоторых других веществ. Эта конструкция ведет себя примерно так же, как и микробы: она обладает полупроницаемой мембраной, умеет самостоятельно двигаться, поглощает «топливо» в виде молекул АТФ и выделяет отходы. Можно ли ее называть жизнью, и если нет, то как отличить ее от реальной жизни во время исследований в космосе?

— Я думаю, что такую конструкцию все же нельзя считать жизнью. Я воспользуюсь определением жизни, которое дал Карл Саган: «Любая химическая система, которая может поддерживать себя и способна эволюционировать в дарвинском смысле этого слова, является жизнью вне зависимости от того, сложная она или простая». Другой вопрос, насколько мы можем отличить подобный конструкт от живого организма. Мне кажется, что это сделать будет невероятно сложно, но в принципе эта задача реализуема.

— Перейдем к более привычным для нас формам жизни. Два года назад научная команда марсохода Curiosity заявила, что им удалось обнаружить следы пресноводного озера на Марсе, в котором были все условия для зарождения и существования жизни. Повышает ли это открытие шансы на то, что нам удастся найти следы жизни на Красной планете?

— Да, несомненно. Я считаю, что даже сегодня в глубинных слоях почвы Марса должна присутствовать жидкая вода. Львиная доля микробов и более высокоорганизованных форм жизни на Земле прячется под поверхностью, и мне кажется, что у нас есть большие шансы на то, что, если жизнь на поверхности Красной планеты существовала, она могла спрятаться в глубинах почвы. Сегодня у Марса нет ни атмосферы, ни магнитного поля, и недра являются единственной точкой, где жизнь может выжить.

Александр Телишев

Подробнееhttp://rusplt.ru/world/vse-myi-marsiane-13537.html