№08 август 2022

Портал функционирует при финансовой поддержке Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций.

Марс, древняя жизнь и… утки

Кандидат химических наук Максим Абаев

Представьте, что прогуливаясь по парку, вы увидели в пруду что-то, внешне очень похожее на утку. Это что-то плавало, как утка, и крякало, как самая настоящая утка. Какова вероятность того, что в пруду действительно была утка? Скорее всего, довольно большая. Конечно, теоретически именно в этом пруду, именно в этот день и в этот час кто-то мог испытывать новую модель утинообразного дрона. Но вероятность такого события, скорее всего, не очень велика, и вам действительно повстречалась самая обычная утка.

Биоморфные карбонатно-силикатные образования могут принимать различные формы: сферические, плоские, в виде спиралей или даже похожие на ветвистые деревья. На микрофотографии (нижнее фото) — увеличенный фрагмент, выделенный белой рамкой на снимке вверху. Для сравнения масштабов: толщина человеческого волоса примерно 100 мкм, длина бактерии кишечной палочки 1—3 мкм. Иллюстрация: P. Knoll and O. Steinbock (Florida State University) via Journal of the Geological Society, 2021.
Механизм роста классического «химического сада». Сначала в раствор, содержащий анионы кремниевой, фосфорной или некоторых других кислот, должна попасть крупинка соли какого-нибудь металла, например кобальта. Соль начинает растворяться, ионы металла реагируют с раствором и образуют вокруг крупинки полупроницаемую оболочку или мембрану. Состав раствора снаружи и внутри мембраны отличается по ряду параметров, что создаёт осмотическое давление. В результате мембрану прорывает, новая порция ионов металла реагирует с анионами раствора, образуется нерастворимый осадок и новая оболочка — замысловатый химический сад растёт, пока на это хватает химических ресурсов в пробирке. Фото: Neda Glisovic/Wikimedia Commons/CC BY-SA 4.
Строматолиты — морские отложения, которые возникают из плёнок или матов микроорганизмов, например цианобактерий. Одни из самых древних строматолитов возрастом 3,5 млрд лет были найдены на западе Австралии и в Южной Африке. В 2016 году в Гренландии на месте формации Исуа группа учёных обнаружила (по крайней мере, они так посчитали) ещё более древние строматолиты возрастом 3,7 млрд лет. Правда, другие учёные с этим не согласились, и в последующие годы на страницах научных изданий стали регулярно появляться статьи то с подтверждением, то с опровержением биологического происхождения гренландских находок. На фото: разрез горной породы с похожими на строматолиты образованиями из формации Исуа. Фото: A. P. Nutman et al. Nature 1—4 (2016).
На Земле тектоническая активность «перемешала» поверхность, стерев большую часть структур старше 3 млрд лет. На Марсе тектонического движения плит не было (или оно было крайне небольшим). Поэтому нашего ближайшего соседа по Солнечной системе можно считать своего рода резервной копией Земли, в которой хранится история ранней эволюции нашей планеты. А если там была ещё и жизнь, то были и свидетельства её зарождения и раннего развития. Фото сделано 1 декабря 2021 года марсоходом «Персеверанс». Фото: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS.

Так называемый утиный тест — довольно популярный в англоязычном мире способ протестировать очевидность происходящего. Видимо, прибегнуть к помощи утки куда проще и дешевле, чем каждый раз вызывать Капитана Очевидность или рисковать порезаться бритвой Оккама. Однако тест на «кря-кря» не даст вам 100-процентной гарантии, что то, что по ряду признаков похоже на «что-то», это на самом деле это «что-то» и есть. Например, трудности могут возникнуть, когда вы отправитесь на Марс искать там следы жизни.

Сейчас у жизни на Марсе должны быть большие проблемы: на поверхности Красной планеты очень холодно, очень сухо, и вдобавок из космоса прилетает много радиации. Поэтому, если что-то живое на планете и осталось, то оно должно было уже миллиард лет назад забраться глубоко под землю. Однако если бы мы перенеслись во времени на два, а лучше на три миллиарда лет назад, то Марс предстал бы перед нами совсем в другом обличии. Как минимум, мы нашли бы на нём целый океан! И если на Земле в это время в древних морях уже во всю резвились цианобактерии, то плавал ли тогда кто-то в марсианском океане?

Получить ответ на этот вопрос сложно, даже очень-очень сложно. Нам предстоит иметь дело с окаменелостями возрастом от одного до четырёх миллиардов лет, притом разглядывать их придётся под микроскопом. Дело в том, что на Земле что-то трилобитоподобное, что может хорошо и красиво окаменеть на морском дне, появилось лишь в Кембрийском периоде, а это всего-навсего около 500 миллионов лет назад. О том, как выглядели живые организмы в более ранние периоды, например так называемая эдиакарская биота, мы практически ничего не знаем. А с учётом того, что к этому времени «сладкая жизнь» на Марсе закончилась уже почти как 500 миллионов лет назад, искать остаётся только следы примитивных одноклеточных организмов или их скоплений.

Следы эти обычно косвенные, то есть в большинстве случаев мы можем увидеть не окаменелую бактерию, а различные биомаркеры (следы жизнедеятельности живых организмов). Например, нехарактерное для минералов в данной горной породе распределение химических элементов или изотопные аномалии. Изотопы — это атомы одного химического элемента, у них одинаковое число протонов и электронов, но разное количество нейтронов в ядре, поэтому единственное, чем они отличаются, — это масса ядра. Химические свойства у них практически одинаковые, разница только в чуть-чуть отличающейся скорости химических реакций с участием разных изотопов. Биохимические процессы в любом организме, будь то человек или цианобактерия, в основном «любят» более лёгкие изотопы — реакции с ними идут быстрее. Это приводит к тому, что изотопный состав живого организма немного отличается от изотопного состава окружающей среды.

Для наглядности можно привести такой пример. Представьте, что вы пришли в чистое поле с большой корзиной теннисных мячей, поставили её на зелёную травку и начинаете кидать мячики по одному, стараясь метнуть их как можно дальше. Но мячи в вашей корзине отличаются друг от друга массой на пару граммов. Кидая каждый конкретный мяч, вы вряд ли сможете определить, «лёгкий» он или «тяжёлый». Но если смотреть статистику дальности бросков сотни, а лучше тысячи мячей, то уже начнут прослеживаться определённые закономерности. Например, лёгкие мячи будут в среднем лететь на пару десятков сантиметров дальше тяжёлых, или наоборот (в вопросы описания траекторий летающих мячей мы сейчас погружаться не будем). Поэтому если какой-нибудь пытливый археолог, спустя много веков откопает на поле россыпь теннисных мячей, взвесит каждый и долгими зимними вечерами будет сопоставлять массу мячей с тем, как они лежали на поле, то он вполне может написать статью о том, что, скорее всего, мячи раскидал вручную какой-то странный древний человек (а, к примеру, не ураган), рассчитать точку, откуда он этим занимался, узнать, правша он или левша и т. д.

Примерно так же химики исследуют древние горные породы, изучая, какие химические элементы и как в них распределены, чтобы попытаться понять: это следы жизнедеятельности каких-нибудь древних микроорганизмов или же следствие геологических или климатических процессов, которые тоже могут оставлять свои специфические химические следы. Эти следы легко можно спутать с «живыми» следами, поэтому в научных журналах нередко возникают растянутые на годы дискуссии между разными группами учёных: одни обнаружили интересную химическую аномалию в древних камнях и предположили, что она имеет биологическое происхождение, другие — предложили небиологическое объяснение аномалии, третьи — выдвинули ещё одну гипотезу...

И это при том, что на Земле раздобыть любые образцы в принципе не проблема, и их можно изучить вдоль и поперёк в самых современных лабораториях. А что на Марсе? В арсенале астробиологов пока есть только пара марсоходов с весьма ограниченными возможностями по исследованию добытых образцов. Доставка марсианских камней на Землю пока только в планах, поэтому искать следы древней жизни чаще приходится по фотографиям, благо их марсоходы делают очень красивыми и подробными. Но если мы смотрим на интересную марсианскую окаменелость, похожую на следы каких-то микроорганизмов, значит ли это, что перед нами она и есть? В недавно опубликованной статье в «Журнале географического общества» (Journal of the Geological Society) группа исследователей показала, что «утиный тест» в марсианской биологии — штука весьма ненадёжная.

Исследователи собрали вместе примеры химических, но не биологических, процессов, которые могут оставить в горных породах следы, крайне похожие на следы деятельности микроорганизмов. Похожие не только по форме, например, как сферические образования, нити, цепочки микросфер или микротрубки, но и своим химическим и даже изотопным составом.

Один из таких классических примеров — «химический сад», впервые описанный ещё в XVII веке. Так называют эксперимент, в котором соль металла, например хлорид кобальта, специфическим образом реагирует с раствором силиката натрия, образуя замысловатые древоподобные структуры. Силикатное дерево в прямом смысле растёт, но только за счёт неравномерного образования нерастворимых силикатов металла, а не сложных биохимических процессов. Однако окаменелые результаты биологического и небиологического роста будут весьма похожи друг на друга, и их можно легко спутать.

Ещё один пример мимикрии неживой химии под «живое» — это органоминеральные образования или биоморфы. Внешне они напоминают различные микробы и грибы сферической или вытянутой формы и состоят из серы и органических молекул. Они могут спонтанно образовываться в водном растворе, где присутствует сероводород и есть простые органические молекулы вроде аминокислот. Сероводород окисляется до элементарной серы, которая собирается в микроскопический шарик, и тот, в свою очередь, обрастает «шубой» из органических молекул. Внешне он вполне сойдёт за полноценного микроба, а если не разрушится и удачно окаменеет — то подавно. Подобные образования регулярно находят в древних архейских и протерозойских породах. Яблоком раздора в научных спорах регулярно становятся и окаменевшие слоистые структуры, напоминающие строматолиты — остатки древних цианобактериальных матов. И если раньше практически любую подобную находку считали за окаменевшую жизнь, то сейчас исследователи стали намного более «привередливыми» и только на внешний вид находок уже давно не смотрят.

Авторы статьи обратили внимание и на то, что «биоподобную» химию часто можно встретить там, где есть какие-то ярко выраженные неоднородности среды. Например, гидротермальный источник, который выносит на поверхность концентрированные и горячие потоки химических веществ, тут же вступающих в серию химических реакций. Проблема в том, что уже настоящая, биологическая жизнь тоже любит подобные места, где есть источники тепла или питательных веществ. То есть там, где наиболее вероятно образование псевдобиологических структур, велика вероятность существования и жизни. Вот только отличить одно от другого будет сложно. Здесь даже получается немного парадоксальная ситуация — искать следы жизни проще там, где этой жизни было труднее всего и где её сложнее найти. Но если уж найдём — то больше шансов, что это именно следы жизни.

С поиском жизни на Марсе точно будет не просто. Весьма вероятно, что если не «Кьюриосити» с «Персеверансом», так «Розалинд Франклин» или другой будущий ровер найдёт что-то похожее на следы древних марсианских организмов.

Интернет, конечно, в тот же день взорвётся от новостей с заголовками «На Марсе нашли жизнь!». Но вот будет ли это фактом или всего лишь очередным предположением — большой вопрос. Учёные, возможно, не один год будут проверять и перепроверять находку десятки раз, строя всевозможные гипотезы, как эти следы могли бы образоваться без участия жизни. И только если все они окажутся опровергнутыми, только тогда можно будет с уверенностью сказать, что на Марсе была жизнь.

Другие статьи из рубрики «Наука. Поиск истины»

Портал журнала «Наука и жизнь» использует файлы cookie. Продолжая пользоваться порталом, вы соглашаетесь с хранением и использованием порталом и партнёрскими сайтами файлов cookie на вашем устройстве. Подробнее