Н Хоровиц - Поиски жизни в Солнечной системе

Современные исследования показали, что столь необыч ные свойства воды обусловлены способностью ее молекул образовывать водородные связи между собой и с другими молекулами, содержащими атомы кислорода или азота. В действительности жидкая вода состоит из агрегатов, в кото рых отдельные молекулы соединены вместе водородными связями. По этой причине при обсуждении вопроса о том, какие неводные растворители могли бы использоваться жи выми системами в других мирах, особое внимание уделяется аммиаку (МНд), который также образует водородные связи и по многим свойствам сходен с водой. Называются и другие вещества, способные к образованию водородных связей, в частности фтористоводородная кислота (HF) и цианистый водород (HCN). Однако последние два соединения-малове роятные кандидаты на эту роль. Фтор относится к редким

элементам: на один атом фтора в наблюдаемой Вселенной приходится 10000 атомов кислорода, так что трудно пред ставить на любой планете условия, которые благоприятство вали бы образованию океана, состоящего из HF, а не из Н^О. Что касается цианистого водорода (HCN), составля ющие его элементы в космическом пространстве встречают ся в изобилии, но это соединение термодинамически недоста точно устойчиво. Поэтому маловероятно, чтобы оно могло в больших количествах когда-либо накапливаться на какой-то планете, хотя. как мы говорили раньше. HCN представляет собой важное (хотя и временное) промежуточное звено в предбиологическом синтезе органических веществ.

Аммиак состоит из довольно распространенных элемен тов и. хотя он менее стабилен, чем вода, все же достаточно устойчив, чтобы его можно было рассматривать как возмож ный биологический растворитель. При давлении в 1 атм он находится в жидком состоянии в интервале температур -78 - -33"С. Этот интервал (45'') намного уже соответству ющего интервала для воды (100"С), но он охватывает ту область температурной шкалы, где вода не может функцио нировать как растворитель. Рассматривая аммиак. Гендер сон указывал, что это единственное из известных соединений. которое как биологический растворитель приближается по своим свойствам к воде. Но в конце концов ученый отказался от своего утверждения по следующим причинам. Во-первых, аммиак нс может накопиться в достаточном количестве на поверхности какой-либо планеты; во-вторых, в отличие от воды он не расширяется при температуре, близкой к точке замерзания (вследствие чего вся его масса может целиком остаться в твердом, замороженном состоянии), и наконец, выбор его как растворителя исключает выгоды от использо вания кислорода в качестве биологического реагента. Ген дерсон не высказал определенного мнения о причинах, кото рые помешали бы аммиаку накапливаться на поверхности планет, но тем не менее он оказался прав. Аммиак разруша ется УФ-излучением Солнца легче, чем вода, т. е. его молеку лы расщепляются под воздействием излучения большей длины волны, несущего меньше энергии, которое широко представлено в солнечном спектре. Образующийся в этой реакции водород улетучивается с планет (за исключением самых больших) в космическое пространство, а азот остает ся. Вода также разрушается в атмосфере под действием солнечного излучения, но только гораздо более коротковол нового, чем то, которое разрушает аммиак, а выделяющиеся

при этом кислород (Од) и озон (Оз) образуют экран, очень эффективно защищающий Землю от убийственного УФ-из лучения. Таким образом происходит самоограничение фото деструкции атмосферных паров воды. В случае аммиака подобное явление не наблюдается.

Эти рассуждения неприменимы к планетам типа Юпите ра. Поскольку водород в изобилии присутствует в атмосфере этой планеты, являясь ее постоянной составляющей, разумно предполагать наличие там аммиака. Эти предположения подтверждены спектроскопическими исследованиями Юпи тера и Сатурна. Вряд ли на этих планетах имеется жидкий аммиак, но существование аммиачных облаков, состоящих из замерзших кристаллов, вполне возможно.

Рассматривая вопрос о воде в широком плане, мы не вправе априори утверждать или отрицать, что вода как биологический растворитель может быть заменена другими соединениями. При обсуждении этой проблемы нередко проявляется склонность к ее упрощению, поскольку, как правило, учитываются лишь физические свойства альтерна тивных растворителей. При этом приуменьшается или сов сем игнорируется то обстоятельство, которое отмечал еще Гендерсон, а именно: вода служит не только растворителем, но и активным участником биохимических реакций. Элемен ты, из которых состоит вода, "встраиваются" в вещества живых организмов путем гидролиза или фотосинтеза у зеленых растений (см. реакцию 4). Химическая структура живого вещества, основанного на другом растворителе, как и вся биологическая среда, обязательно должны быть иными. Другими словами, замена растворителя неизбежно влечет за собой чрезвычайно глубокие последствия. Никто всерьез не пытался их себе представить. Подобная попытка вряд ли разумна, ибо она представляет собой ни больше ни меньше, как проект нового мира, а это занятие весьма сомнительное. Пока мы не в состоянии ответить даже на вопрос о возмож ности жизни без воды, и едва ли что-нибудь узнаем об этом, пока не обнаружим пример безводной жизни.

Итак, поскольку вода-единственное из известных нам соединений, способное действовать в качестве биологическо го растворителя, мы будем придерживаться взгляда, что именно на этом растворителе, по-видимому, основаны лю бые формы внеземной жизни, за исключением тех случаев, когда на изучаемой планете имеется другая жидкость, спо собная выполнять эту роль.

Мир без воздуха

Таким образом, мы приходим к выводу, что жизнь не может существовать ни на Луне, ни на большинстве спутни ков других планет Солнечной системы, ни на Меркурии, ни на астероидах, так как ни один из этих объектов не способен удержать значительную атмосферу. (Астероиды представля ют собой множество маленьких тел-самое большое из которых имеет в диаметре около 1000 км,-вращающихся по орбитам вокруг Солнца; они образуют так называемый пояс астероидов, расположенный между орбитами Марса и Юпи тера. Пояс астероидов и "поставляет" многие из метеоритов, бомбардирующих Землю.)

Однако в начале 1960-х годов некоторые научные кон сультанты НАСА* не были убеждены в том, что Луна безжизненна. Полагая, что "вредные чужеродные организ мы" могут находиться под лунной поверхностью, они убеди ли руководителей полетов в необходимости подвергнуть карантину вернувшихся из лунной экспедиции астронавтов, космический корабль и образцы грунта. Столкнувшись с противоречивыми мнениями по этому вопросу, НАСА заня ло если не наиболее разумную, то во всяком случае безопас ную позицию, приняв специальные меры для защиты Земли от того, что стали в дальнейшем называть "обратным загрязнением". К числу таких мер относилось создание Лабо ратории по приему лунного грунта в Хьюстоне, куда доставля лись лунные образцы. Астронавты, вернувшиеся с Луны, подвергались трехнедельному карантину в целях предотвра щения возможного занесения на Землю неизвестной инфек ции. Кое-кто счел эти меры необходимыми и отвечающими здравому смыслу, другие восприняли это как комедию.