Занесение жизни из космоса на Землю. (Панспермия).
Панспермия: развитие идеи.
Если попытаться кратко охарактеризовать панспермию, суть ее можно свести к следующему: существуют зародыши жизни, рассеянные по всей Вселенной и в принципе способные заселить любую планету, если условия на ней окажутся пригодными для развития жизни. Было бы крайне заманчиво объяснить происхождение жизни и на Земле именно таким образом-заражением нашей планеты микроорганизмами, либо случайно попавшими в момент наибольшего сближения с какой-то другой планетой или залетевшими с метеоритными частицами, либо специально посланными высокоразвитой цивилизацией. Идею панспермии высказывали еще Аристотель, а позднее Г. Лейбниц, но только в начале XX столетия от общефилософских рассуждений перешли к конкретным научным моделям. Но все-таки гипотеза панспермии не может, судя по всему, служить серьезным научным обоснованием происхождения жизни на Земле. Однако она может быть полезной для осуществления идей К. Э. Циолковского, связанных с расселением людей по планетам Солнечной системы.
Радиационная панспермия.
В 1908 году известный шведский физико-химик С. Аррениус разработал концепцию одной из разновидностей панспермии, названную радиационной панспермией. По мысли ученого, в результате миграции по Вселенной, вызванной давлением солнечного света (или давлением света другой звезды), споры бактерий в итоге достигали и Земли. Аррениус предполагал, что споры термостойких бактерий, к примеру, могли попасть на Землю с Венеры в момент наибольшего сближения этих планет. Незадолго до этого известный русский физик П. Н. Лебедев экспериментально доказал наличие светового давления и продемонстрировал его действие на спорах плауна (ликоподий).
Сторонниками радиационной панспермии были такие ученые, как Ферд. Кон, Ю. Либих, Г. Гельмгольц, Дж. Томсон и др. В настоящее время эту идею возрождают английские астрофизики Ф. Хойл и С. Викремасинг. Радиационную панспермию критиковали (К. Саган, И. С. Шкловский и др.) на том основании, что при длительной миграции по космосу споры бактерий должны получать дозы космических излучений, заведомо губительные для них. Сам же космический вакуум, как считалось, не препятствует пребыванию спор бактерий при температуре, близкой к абсолютному нулю, ибо в этих условиях они находятся в состоянии заторможенной жизнедеятельности (анабиоза) и оживают, лишь попав на Землю.
Хойл и Викремасинг пытаются ныне доказать, будто межзвездные пылинки не что иное, как бактерии, вирусы и водоросли, высушенные в естественных условиях (!). Правда, они не указывают, где именно в космосе такой процесс мог бы протекать. Между тем автор этой статьи вместе с микробиологом С. В. Лысенко недавно получили доказательства того, что космический вакуум также служит серьезным препятствием для миграции спор и клеток бактерий во Вселенной. Лабораторные исследования наглядно показали; в вакууме клетка взрывается, поскольку часть свободной внутриклеточной воды начинает испаряться необычайно быстро. Клеточная оболочка-мембрана" состоит в основном из веществ, не пропускающих пары воды в вакуум. Поэтому внутри клетки, помещенной в вакуум, создается разрушающее ее избыточное давление, величина которого определяется только температурой клетки. А уже в начальной" стадии космической миграции на орбите планеты клетки бактерий и их споры будут нагреваться излучением Солнца (звезды), что приведет к большим внутриклеточным давлениям, достаточным для разрушения" даже жестких оболочек бактериальных спор.
По мнению большинства ученых, радиационная панспермия не может служить обоснованием происхождения жизни на Земле. ЛИТОПАНСПЕРМИЯ (от греческого litos - камень) - это разновидность панспермии. Ее автор М. Кальвин предположил, что биологический материал мог попасть на Землю с метеоритными частицами. (Скажем, мельчайшая бактерия размером около 0,2 мкм могла бы попасть на Землю внутри микрометеорита, имеющего размер 0,6 мкм.) Изучением следов жизни в метеоритах занимались многократно. Но до сих пор никаких следов или останков живого в них достоверно не зафиксировано. Из биологически значимых обнаружили только ароматические вещества и жирные кислоты, а также другие серо- и хлоросодержащие органические вещества и различные аминокислоты. На внеземное происхождение обнаруженных аминокислот указывает тот факт, что у метеоритов Муррей и Мурчисон они состояли из равных долей аминокислот с левой и правой оптической асимметриями; у метеоритов Оргейль и Ивунни - главным образом с правой. Аминокислоты, входящие в состав всего живого на Земле, имеют только левую оптическую асимметрию. Причина такого однообразия до сих пор не разгадана, хотя именно она дала толчок возрождению старых идей панспермии. Но о возрождении чуть позже.
Разновидность литопанспермии - гипотеза пометного происхождения жизни на Земле - изложена, например, в книгах Ф. Хойла и С. Викремасинга "Облако жизни" и "Болезни из космоса", опубликованных в 1978-1979 годах. Авторы доказывают, что многие земные глобальные эпидемии вирусного происхождения-пандемии (например, пандемия гриппа в 1918 году) наиболее убедительно объясняются, если допустить их космическое (кометное) происхождение. Бактерии и вирусы, образовавшиеся внутри комет, попадали (и, как полагают авторы, продолжают попадать) на Землю внутри микрометеоритов кометного происхождения.
Против кометного происхождения вирусов и бактерий много возражений. Так, Д. Тайлер, руководитель отделения Клинического исследовательского центра (Гарроу, Англия), в рецензии на книгу Ф. Хойла и С. Викремасинга пишет в журнале "Nature", что эпидемия "гонконгского" гриппа гораздо лучше объясняется индивидуальной способностью человека передавать вирус другим людям, чем рассеянием вирусов из космоса. К сожалению, литопанспермия не позволяет объяснить, каким образом Солнечная система захватывала метеоритное вещество из планетных систем других звезд (если такие имеются). Таким образом, литопанспермия фактически ограничивает масштабы миграции биологического материала размерами Солнечной системы.
Другая разновидность панспермии.
Она связана с гипотезой, по которой Земля образовалась путем аккумуляции холодной космической пыли, в силу чего поверхность планеты не претерпевала значительного нагревания. Л. Берг, в частности, высказал предположение, что Земля "могла получить в наследство зародыши жизни или, быть может, уже готовый комплекс первичных организмов из космической пыли". Однако Л. М. Мухин и М. В. Герасимов в журнале "Доклады АН СССР" (1978 г.) убедительно показали недавно, что образование в космосе и транспортировка на Землю сложных органических молекул неповрежденными практически невероятны.
Направленная панспермия.
В 1973 году известный английский физик Ф. Крик и американский биохимик Л. Оргел выдвинули предположение, что происхождение жизни на Земле - следствие целенаправленной деятельности внеземной цивилизации, существовавшей задолго до образования нашей планеты и с помощью космического аппарата пославшей на Землю "семена" жизни (Земля и Вселенная, 1979, № 1, с. 41- 45.- Ред.). По их мнению, один из аргументов в пользу космического происхождения земной жизни - наличие во всех ее формах редких для Земли металлов (в частности, молибдена). Как справедливо указал Л. М. Мухин (Земля и Вселенная, 1979, № 1, с. 41-45.- Ред.), этот аргумент ошибочен, ибо по концентрациям в земной коре или морской воде молибден не занимает никакого привилегированного положения среди других химических элементов, В качестве другого аргумента использована универсальность генетического кода для всего живого на Земле. Поскольку теории, объясняющей возникновение генетического кода, еще не существует, авторы постулировали происхождение всех форм жизни от одного-единственного микроорганизма, привезенного на Землю из космоса. Однако серьезных доводов в пользу посещений Земли инопланетянами в настоящее время нет. Вот почему ни доказать, ни опровергнуть эту теорию пока практически нельзя.
Обратная направленная панспермия.
Интересное следствие направленной панспермии - теория обратной направленной панспермии, впервые также сформулированная Криком и Оргелом и получившая более полное развитие в работах американских ученых М. Меотнера и Дж. Матлоф-фа. Суть ее заключается в отправке земного генетического материала на планетные системы других звезд-мишеней. Основная предпосылка этого проекта, как считают его авторы, необходимость сохранить уникальный земной генетический материал, поскольку существует угроза термоядерной катастрофы на Земле. Согласно проекту, специализированные космические аппараты, использующие в качестве двигателей солнечный "парус", будут направляться с субсветовыми (от 10~4 до 10~1 с) скоростями к выбранным заранее звездам-мишеням и нести до 10 кг полезного груза каждый. Одна такая "посылка" будет содержать 10" различных земных микроорганизмов, находящихся во время полета в состоянии анабиоза. Если каждый микроорганизм весит около 10~12 г, то в сумме они составят 1 кг. Остальная масса пойдет на создание радиационной защиты микроорганизмов от космических излучений (пленки алюминия, хрома и других металлов толщиной 1000 А). Так как экспедиции продлятся в среднем 1 млн. лет, то из всех микроорганизмов придется выбрать только те виды, которые имеют радиационную стойкость примерно 10° рад. Кроме того, необходима будет полная герметичность посылки, чтобы исключить воздействие космического вакуума на микроорганизмы. Это, естественно, приведет к уменьшению полезной массы.
Все микроорганизмы можно расфасовать в замкнутые капсулы, содержащие по 103 микроорганизмов, причем в каждой капсуле, согласно предложению авторов проекта, должен быть использован набор различных видов. Тогда, попав на соответствующую планету у звезды-мишени, будут размножаться лишь те виды, для которых физические (экологические) условия окажутся наиболее подходящими. Для увеличения вероятности попадания микроорганизмов на планеты намечается распылять микроорганизмы в экзосфере звезды-мишени в виде сферического пояса толщиной 0,2 а. е. Этот проект, по нашему мнению, лишен актуальности и может быть отнесен лишь к разряду научной фантастики.
Ускоренная обратная панспермия.
В 1961 году К. Саган предложил посылать земные микроорганизмы (синезеленые водоросли) на Венеру и распылять их в ее атмосфере непосредственно под облачным слоем. Как он предполагал, в результате жизнедеятельности этих микроорганизмов климат на Венере кардинальным образом изменится и она сделается со временем пригодной для обитания человека. Исходя из новейших данных о климатических условиях на планетах земной группы, автору представляется более целесообразным в первую очередь послать земные микроорганизмы не на Венеру, а на Марс. Дело в том, что, согласно одной из гипотез (Земля и Вселенная, 1980, № 6, с. 57-60.- Ред.), условия на Марсе в настоящее время близки к тем, которые были на Земле, когда наша планета находилась лишь на пороге биологического этапа своей эволюции. На Марсе же, отстоящем от Солнца значительно дальше, этот порог вряд ли будет преодолен естественным путем. Поэтому, если люди хотят использовать Марс, его необходимо колонизовать.
Проект освоения Марса базируется на предпосылках, в корне отличающихся от пессимистических предсказаний М. Меотнера и Дж. Маттлоффа. Наряду с проектами О'Нейла (Земля и Вселенная, 1977, № 3, с. 66- 74.-Ред.) он представляет собой дальнейшее развитие идей К. Э. Циолковского о неизбежной колонизации человеком планет Солнечной системы. Начало реализации такого проекта можно было бы приурочить к завершению биологических исследований Марса в том случае, конечно, если они окончательно подтвердят, что Марс - безжизненная планета. Этот этап может наступить уже к концу XX - началу XXI века. По мнению американского ученого М. Авернера и других, синезеленые водоросли или штамм, сочетающий необходимые характеристики нескольких видов водорослей, могли бы, вероятно, успешно размножаться на Марсе. Подготовительная стадия "исправления" климата на Марсе с помощью земных микроорганизмов схематически представляется в следующем виде. Сначала на Марс должны быть направлены такие микроорганизмы, которые, питаясь неорганическими веществами грунта и обосновавшись в его подповерхностном слое, способствовали бы созданию органической биомассы. Вслед за ними на Марс будут доставлены микроорганизмы, чья жизнедеятельность обеспечит выработку аммиака и других малых газовых добавок к атмосфере планеты. Все это должно привести к усилению "парникового" эффекта в атмосфере и повышению температуры до плюсовой, при которой вода на поверхности планеты сможет устойчиво существовать в жидком состоянии.
Когда в результате жизнедеятельности микроорганизмов условия на планете приблизятся к земным, на Марс можно будет направить сине-зеленые водоросли, лишайники и те растения, которые помогут сформировать кислород, а затем и защитный озонный слой в атмосфере. В число посылаемых микроорганизмов, пожалуй, стоит включить арктические и антарктические микроорганизмы, привыкшие к наиболее суровым условиям существования. Это приведет в конце концов к тому, что климат станет более благоприятным для обитания человека. В случае дефицита углеродных соединений, используемых микроорганизмами для питания, можно, по-видимому, организовать доставку сжиженного углекислого газа из атмосферы Венеры. Сейчас трудно, конечно, точно оценить продолжительность такого подготовительного периода и стоимость проекта. Ясно одно: период этот будет весьма продолжительным (по земным меркам) - от ста до тысячи лет. Произведем сугубо ориентировочную оценку. Как показали К. Саган и Дж. Муллен, для того, чтобы аммиак оказывал "парниковое" действие, он должен составлять 10-5 объема атмосферы. Объем современной марсианской атмосферы равен 3,6*1021cм3. Следовательно, необходимая доставка аммиака в атмосферу составит 3,6*1016см3, которые будут иметь массу 2,5*1013г. Известно: производительность одного микроорганизма, вырабатывающего аммиак в земных условиях, равна примерно 10-12г/ч, или 3*10-16г/с. Следовательно, чтобы произвести заданное количество аммиака за 100 лет, необходимо послать на Марс 1020 микроорганизмов; иными словами, общая масса посылок составит около 106 кг (1000 посылок в год, то есть три посылки в день). Реально этот срок, по всей видимости, растянется на 1000 лет. Кроме того, следует учитывать нелинейный эффект возрастания температуры при увеличении содержания аммиака в атмосфере, что может привести к сокращению необходимого времени.
Для ускорения и удешевления проекта целесообразно международное сотрудничество. Но вплотную приступить к разработке отдельных вопросов следует уже теперь. Современный уровень научно-технических знаний позволяет в лабораторных модельных опытах изучить некоторые детали, необходимые для дальнейшей реализации проекта.
