Зачем нужна астробиология?
О том, чем занимается астробиология, когда и как она выделилась в самостоятельную науку, мы говорим с Валерием Ивановичем Шематовичем, заведующим отделом исследований Солнечной системы Института астрономии РАН, доктором физико-математических наук.
«Знание – сила»: Валерий Иванович, наряду с астрохимией не так уж и давно стала самостоятельной наукой астробиология. Рассказывая об астрохимии, частично вы коснулись этой темы, заговорив о сложных органических молекулах. В чем разница между астрохимией и астробиологией?
Валерий Шематович: Готовясь к нашей встрече, я в интернете набрал слово «астробиология» и нашел ссылку на книгу с таким названием, которая вышла в 1953 году. Автор Гавриил Тихов1, был такой астроном в СССР. Конечно, в книге были еще те фантазии – рукотворные каналы на Марсе и прочее такое. Я сам в пятом или шестом классе написал сочинение о том, какие богатые могут быть джунгли на Венере. Тогда ведь считалось, если Венера ближе к Солнцу, на ней должно быть теплее, чем на Земле, должно быть много воды, как у нас где-то в тропиках. А потом, когда началась космическая эра, наши аппараты слетали туда, мы увидели, что Венера – совсем адский мир. Температура в 400—500 градусов Цельсия на поверхности, огромное давление в 90 атмосфер и атмосфера из СО2. Марс – другая крайность. Это холодный мир, если ранее там была вода, то она вымерзла. Мы знаем, что его масса меньше массы Земли, что он практически потерял атмосферу и сейчас на нем пустынные пейзажи. Но мы все же надеемся найти там признаки жизни. Скорее всего, той, которая была на Марсе. Все эти среды с точки зрения поиска внеземной жизни изучает сейчас астробиология.
1Тихов Гавриил Адрианович (1875—1960) – российский и советский астроном, пионер астробиологии и отец астроботаники. Работал наблюдателем в Пулковской обсерватории с 1906 по 1941 год. Член-корреспондент Академии наук СССР и академик АН Казахской ССР. Автор книг «Астроботаника» (1949), «Астробиология» (1953).
Астробиология. Формально ее можно определить по-разному. Мне кажется наиболее полным такое определение: это наука о том, как образовалась жизнь, как она эволюционирует и как она распространяется во Вселенной. Астробиология добилась значительного прогресса в решении вопросов о том, где и как могла возникнуть внеземная жизнь; неоткрытие внеземной жизни на данный момент – это не неудача, а важный научный факт.
«ЗС»: Имеется в виду любая жизнь? Разумная – это как бы вершина.
В. Ш.: Просто жизнь. Но данное определение меня не полностью устраивает. Все дело в том, что мы знаем только одну жизнь. Ту, которая существует на Земле. Это углеродная жизнь. И как только мы куда-то в сторону делаем шаг, на Венеру или куда-то еще, она там становится невозможной. Там могут существовать какие-то иные формы жизни, например, на основе кремния или азота. Но когда астробиология начала формироваться и закладывались ее научные основания, было решено: чтобы искать жизнь или что-то ей подобное на других космических объектах, давайте «танцевать от печки». От того, что есть у нас на Земле. Мы знаем четыре основных критерия существования жизни. Должна быть жидкая вода, самый идеальный растворитель. Должно быть химическое разнообразие среды, то есть шесть химических элементов, из которых наша земная жизнь состоит: водород, углерод, кислород, азот, еще сера и фосфор. Вся наша жизнь на молекулярном уровне, который мы знаем на Земле, как раз включает эти элементы. Еще есть малые примеси всяких тяжелых элементов, магния, например, но они обеспечивают каталитические функции, в РНК, ДНК они не присутствуют. Говорят же, что для здоровья человеку необходимы микроэлементы – магний, калий. Они катализаторы, которые способствуют протеканию химических реакций, полезных или, наоборот, неполезных. А в принципе весь мир РНК, ДНК, сахара, белки и так далее, то, на чем построена жизнь на Земле, вся эта углеродная структура жизни содержат шесть основных химических элементов. Это второе. Третье условие: должен быть источник энергии. На Земле это кислород, но раньше не было кислорода. Он появился только два с небольшим миллиарда лет назад. Это кислород, который накопился в атмосфере за счет биологических процессов. То есть должен быть источник энергии, у нас это Солнце, должен идти процесс фотосинтеза, который приводит к образованию кислорода в атмосфере. И четвертое условие, о котором часто забывают, это стабильность системы. Иными словами, должны быть астрономические масштабы времени. И это то, на чем погорели все эксперименты, призванные установить, как зарождалась жизнь на Земле. Все попытки Опарина2, Миллера, Юри3 и других образовать жизнь в лаборатории. Потому что не хватает времени. Хотя есть разные теории возникновения жизни, в том числе предполагающие, что жизнь довольно быстро может возникнуть. Но быстро, опять же, на каких масштабах времени? Астрономические масштабы сильно отличаются.
2Академик Александр Иванович Опарин (1894—1980) создал теорию возникновения жизни на Земле из абиотических компонентов, То есть возникших в результате химических, а не биологических реакций.
3Имеется в виду эксперимент, проведенный в 1953 году, в котором американские биохимики Стэнли Миллер и Гарольд Юри получили аминокислоты из простейших соединений – воды, аммиака, угарного газа и метана. Однако выяснилось, что такая система не может сама себя воспроизводить.
«ЗС»: Вы упомянули шесть элементов в качестве второго условия, но среди них нет кальция. Однако благодаря ему наши кости крепкие.