Одна з найвідоміших в історії наукових фотографій – зображення телескопа «Габбл», яке називається Extreme Deep Field («Наддалека зона огляду "Габбла"»). За цією фотографією можна собі уявити розміри Всесвіту. На ній зафіксована ділянка неба, що становить лише 1/150 Місяця, але у ній можна розгледіти аж 5 500 галактик! Помножте це на розміри нічного неба і спробуйте уявити, що у Всесвіті існує десь 150 млрд. галактик! А в кожній з них, своєю чергою, мільярди зірок!
Кожному, хто замислювався над гігантськими розмірами Всесвіту, мабуть, приходила до голови думка, що десь у ньому можуть повзати, плавати, літати або навіть ставити перед собою такі самі запитання якісь інші форми життя. Людство поки що не знає відповіді. Але у 1961 р. американський астроном Френк Дрейк запропонував ориґінальний спосіб, як треба мислити про цю проблему. Він виступив з математичним обґрунтуванням тези, що кількість планет, на яких теоретично може існувати життя, є функцією від таких показників, як кількість зірок, що утворюються в нашій галактиці; частка зірок, що мають біля себе планети; середнє число планет, що потенційно здатні підтримувати життя, на зірку; ймовірність зародження життя на кожній планеті з відповідними умовами і под.
Фізичні складові цього рівняння досить легко визначити. Завдяки фотографіям, зокрема Extreme Deep Field, дослідникам досить добре відомо, скільки в нашій галактиці існує зірок і якими темпами вони народжуються. Дослідження екзопланет, тобто планет, які обертаються навколо інших зірок, ніж Сонце, надавно озброїло астрономів даними про те, скільки існує планет за межами Сонячної системи. Ґрунтуючись на інформації про близько 2 000 відомих сьогодні екзопланет, можна зробити висновок, що у більшості зірок вони є. Підрахунки того, скільки з них придатні для життя, на жаль, менш певні, адже є різні погляди на те, що таке «придатні для життя». Проте навіть якщо виходити з найсуворішої дефініції, у самому лишень Чумацькому шляху має бути мільярди таких планет.
Заповнення біологічних складових рівняння є набагато складнішим. Науці відомий лише один приклад життя, за яким вона може висновувати про його позаземні форми, – життя на Землі. Якщо вчені зможуть достеменно визначити, як формується життя, вони отримають вказівку на те, з якою ймовірністю цей процес може відбутися десь у Всесвіті та якого набору умов він потребує.
Є два способи, як відповісти на це запитання. Перший – індуктивний – полягає в тому, щоб, відштовхуючись від базових хімічних речовин, встановити, чи здатна їх взаємодія породжувати найпростіші форми життя. Суть другого – дедуктивного – у тому, щоб, виходячи із живих клітин, розгадати процес їх походження.
Як відомо, базовими компонентами життя у клітинах є довгі ділянки ДНК, які закодовують генетичну інформацію; коротші ділянки РНК, які передають цю інформацію, а також білки, які формуються на її основі. Зовсім неправдоподібно, що така складна система утворилась вже сформованою. Один з її компонентів – РНК – давніший і передує іншим. Як і ДНК, РНК зберігає генетичну інформацію у послідовності А-, Ц-, Т- і Г- елементів. Крім того, як і білки, ДНК здатна каталізувати хімічні реакції, зокрема власне подвоєння.
Окремі компоненти сучасних клітин можуть справді свідчити, що вони походять від життя на основі РНК. Майже у кожній клітині існують рибосоми – молекулярні утворення, які здійснюють біосинтез білків. Отже, рибосоми можна назвати фабриками, що виготовляють білки, а також посередником між білками і генетичним кодом. Їхні «робочі кінцівки» – частки, що, власне, й здійснюють синтез, – це єдині довгі ділянки РНК. Цілком ймовірно, що настільки фундаментальні для життя структури збереглися без змін протягом мільярдів років.
Усе перелічене ще у 1980-х рр. породило гіпотезу, названу «світом РНК». Згідно з тією гіпотезою, первинні форми життя існували на основі самих невеликих ділянок РНК, які копіювали самі себе й іноді мутували. Але це зумовлює наступне запитання: звідки походить сама РНК? Щоб відповісти на це запитання, інші дослідники пішли протилежним шляхом, а саме почали з хімічних сполук, щоб визначити, що і за яких умов з них може виникнути.
Найвідоміший з таких експериментів здійснили у 1952 р. Стенлі Міллер та Гарольд Юрі. Вони наповнили колбу водою, воднем, аміаком та метаном. Це – хімічні сполуки, які, на думку більшості науковців, були присутні на ранній Землі. Електрична іскра, імітуючи блискавку, змусила ці хімікати єднатися у довші, складніші сполуки, що покрили дно колби густим, смолянистим нальотом. Як виявилося, в тому осаді утворились амінокислоти – мономерні одиниці білків.
А втім, сьогодні гіпотеза «первісного супу», з якого утворилося життя, що її тестували Міллер та Юрі, втратила симпатію вчених. Її критикують за те, що навіть за величезної кількості блискавок темп хімічного синтезу мав бути надто повільний, щоб з нього могло утворитися життя.
Є й інші ідеї про те, як могло розпочатися життя. На думку американського науковця Майкла Рассела, воно могло зародитися біля підводних гідротермальних гейзерів, які називаються «білими курцями». «Білі курці» – це нагріті від вулканів, насичені мінералами води, які виходять у вигляді бульбашок з океанічного дна. Такі «курці» мають структуру бджолиного стільника. Експерименти Ніка Лейна з Університетського коледжу Лондона вказують, що пори у тому стільнику могли виконувати роль примітивних клітин, концентруючи в собі органічні матеріали й навіть започатковуючи електрохімічні ґрадієнти, які живлять клітини.
Оскільки скам'янілостей з найбільш ранньої ери життя не залишилося, ці теорії є лишень припущеннями. Єдине, що дасть надійні відповіді, то це спроби самостійно створити життя в лабораторії. Джек Шостак, біолог з Гарвадського університету, саме це й прагне зробити. Поєднуюючи дедуктивний та індуктивний підходи, він намагається отримати протоклітини, які могли сформуватися з простих хімічних речовин. На сьогодні йому вже вдалося створити протоклітини з крапель різних видів маслянистих молекул, що називаються ліпідами й утворюють зовнішні мембрани живих клітин. Ці протоклітини досить міцні, щоб захистити розміщену всередині РНК від впливу навколишнього середовища.
Ще один спосіб виявити, як життя почалось на Землі, – пошукати за ним десь-інде. 50 років тому британський науковець Джеймс Лавлок опублікував у Nature статтю з назвою «Фізична основа експериментів з пошуку життя». Це була перша здогадка, як провадити здалеку такі пошуки, акцентуючи на пошуку нестабільних сполук в атмосферах планет.
У 1970-х рр. пара американських зондів «Вікінгів» виявили якусь дивну хімію, але жодних слідів життя на Марсі. Щоправда, деякі дослідники й далі вірили, що на Марсі може існувати життя. Хоча рідка вода – ключовий компонент будь-якої форми життя, а сучасний Марс – це замерзла пустеля, проте в далекому минулому Марс був теплим та вогким. Цілком можливо, що воно там досі є, заховане у недоступних місцях, де зберігаються резервуари рідкої води.
Мисливці за позаземним життям можуть спробувати удачу і в інших місцях Сонячної системи, де існує рідка вода води. Два таких об'єкти – супутники Юпітера і Сатурна Європа та Енцелад. На обох небесних тілах з великою ймовірністю існують великі океани, сховані під шаром криги. На Енцеладі, скажімо, прямо у космос б'ють гейзери. У 2008 р. зонд НАСА «Кассіні», пролітаючи біля цих гейзерів, встановив, що вони містять органічні молекули (молекули на основі вуглецю). Енцелад, отже, має усі необхідні компоненти для виникнення життя – воду, енергію та органічні молекули.
Але якщо наша Сонячна система й виявиться позбавленою життя пустелею, то цілком можливо, що воно існує на інших планетах за її межами. Більшість екзопланет відкрили т. зв. транзитним способом, тобто за затемненням світла від зірки, яке виникає тоді, коли між нею і спостерігачем проходить планета. Під час цього затемнення атмосфера планети поглинає деякі ділянки спектру, залишаючи прогалини у вигляді чорних ліній. За цими лініями можна визначити її склад.
Особливий інтерес для вчених становить собою кисень. У Сонячній системі тільки атмосфера Землі має багато вільного кисню. Оскільки лише життя, принаймні бактерії та рослини, що беруть участь у фотосинтезі, продукує достатньо кисню, здатного поповнювати його витрати внаслідок реакцій з іншими хімічними речовинами, зокрема метаном, велика кількість кисню – правдива його ознака. Досі не виявлено інших чинників, окрім фотосинтезу, які були б здатні ґенерувати велику кількість вільного кисню протягом довшого часу.
А втім, єдиний переконливий доказ існування позаземного життя – безпосереднє його виявлення або ж контакт з розумними позаземними цивілізаціями. Проект, названий Пошуком позаземного розуму (Search for Extraterrestrial Intelligence), до речі, триває вже десятиліттями й досі безуспішно.
Можливо, Земля справді унікальна. Неймовірне поєднання умов зумовило неймовірні хімічні процеси, що не мало аналогів в жодному іншому місці у Всесвіті. Але з того, що позаземного життя досі не виявили, не випливає, що його взагалі не існує. Можливо, воно приховане у якійсь зоряній системі, яку ще не вивчали. А можливо, прийшовши одного дня в лабораторію, Др. Шостак виявить на дні своєї колби щось таке, чого там раніше ще не було...
The Economist
Life story, 8/08/2015
Зреферував Євген Ланюк
09.08.2015