Инопланетяне среди нас: мог ли Марс быть колыбелью земной жизни

Гипотезу о том, что жизнь зародилась на Марсе и лишь оттуда была занесена на Землю, можно назвать необычной, но вовсе не невероятной.

Несколько недель назад знаменитый американский популяризатор науки, глава Планетарного общества Билл Най выступил в поддержку дополнительного финансирования перспективного проекта NASA по доставке образцов с марсианской поверхности на Землю. «Если жизнь сперва началась на Марсе, будет странно, но не так уж безумно узнать, что и вы, и я — потомки марсиан, — сказал он. — На то, чтобы в корне изменить нашу историю, денег требуется не так уж много». В самом деле, гипотеза о том, что жизнь зародилась на соседней планете, и лишь затем совершила эпохальный перелет на Землю, звучит странной лишь на первый взгляд. Давайте рассуждать логически.

Нехватка времени

Жизнь на Земле не могла появиться раньше, чем появилась сама планета. Это произошло около 4,5 млрд лет назад, однако уже вскоре молодая Земля испытала столкновение с крупным небесным телом, и выброшенные ударом обломки образовали Луну. Лишь около 4,4 млрд лет назад планета более или менее остыла, у нее появилась стабильная кора и даже океаны. Однако просуществовали они недолго — да и были далеко не так велики, как сегодняшние. Большая часть воды появилась на Земле между 4,1 и 3,8 млрд лет назад, когда планета пережила бурный период Поздней тяжелой бомбардировки.

Массированный удар ледяных и каменных небесных тел снова расплавил поверхность, так что если жизнь и пробовала появиться до этого периода, то она, скорее всего, полностью погибла. Завершение астероидной бомбардировки устанавливает самую дальнюю границу времени появления жизни. А на ближнюю указывают прямые палеонтологические находки — следы первых организмов, сохранившиеся в окаменелостях. Самые надежные из таких находок были сделаны на западе Австралии и датированы возрастом примерно 3,5 млрд лет. Таким образом, мы получаем приблизительное время появления земной жизни из неживой материи — абиогенеза.

Удивительнее всего, что на весь процесс остаются лишь считанные сотни миллионов лет. Этого оказалось достаточно для превращения полностью стерильной Земли в планету, на которой жизнь уже образовала достаточно сложные сообщества «биоматов»: в австралийских окаменелостях ученые различили более десятка различных видов клеток бактерий и архей. И это только первая проблема.

Дефицит микроэлементов

Умеренно высокая температура, водная среда, большое количество органики и отсутствие кислорода, микроэлементы и приток энергии — в классических представлениях, это и формирует «первичный бульон», в котором мало-помалу возникает жизнь. Однако если мы попробуем воспроизвести этот процесс самостоятельно, то никаких прото-клеток не получим, сколько ни будем варить такую смесь. Мы найдем «в пробирке» отдельные более сложные органические соединения, которые в конечном итоге образуют смолистую смесь, похожую скорее на асфальт, чем на живую биомассу.

К этой проблеме обратился Стивен Беннер (Steven Benner) — весьма авторитетный геохимик, бывший гарвардский профессор, а ныне — глава собственного Научно-технического института Вестхаймера. В 2013 г., выступая на Гольдшмидтовской конференции, он отметил, что «правильные» абиогенные реакции требуют достаточного количества определенных минералов — прежде всего, соединений бора и молибдена, необходимых для стабилизации образующихся молекул РНК.

К сходным результатам пришла и команда Элизабет Хосрэт (Elisabeth Hausrath) из Университета Невады. В своем исследовании, представленном в журнале Nature Geoscience, ученые отметили, что фосфор — ключевой химический элемент, необходимый для образования молекул РНК и ДНК, — в земной коре находится, в основном, в форме плохо растворимых минералов. Они вряд ли могли насытить молодой океан достаточным для нужных реакций количеством фосфора.

Вместе с тем, фосфаты, идентифицированные на поверхности Красной планеты, растворяются куда легче. В лабораторных экспериментах геохимики показали, что в воде они расходятся в 45 раз быстрее. Это позволило подсчитать, что концентрации фосфора в водной среде молодого Марса могли быть в разы выше, чем на Земле. То же касается и молибдена, и бора: анализ марсианских метеоритов показывает, что около 3 млрд лет назад океаны соседней планеты были куда богаче ими, нежели земные. Кстати, об океанах.

Изобилие воды

Современный Марс практически лишен атмосферы, а его поверхность представляет собой ледяную, поливаемую космической радиацией каменистую пустыню. Текущий период геологической истории планеты называется Амазонийским, и начался он около 3 млрд лет назад, с катастрофических перемен, которыми завершились Гесперийский (3,0 — 3,7 млрд лет назад) и Нойский (3,7 — 4,1 млрд лет назад) периоды, в течение которых Марс отличался высокой геологической активностью, плотной атмосферой, изобилием воды и, возможно, достаточно комфортной температурой.

Океан и тепло, минералы и органика — все это было на соседней планете задолго до Земли, давая жизни еще пару сотен миллионов лет на развитие. По некоторым данным, даже Позднюю метеоритную бомбардировку Марса пережил куда легче, и массивные астероиды прекратили «утюжить» его поверхность раньше, чем на нашей планете. В 2019 г., изучив состав марсианских метеоритов, ученые выяснили, что условия здесь могли стать подходящими для развития жизни еще в Пре-Нойский период, около 4,48 млрд лет назад — то есть, более чем на 500 млн лет раньше Земли. Кстати, о метеоритах.

Массовый обмен

Обмен веществом между планетами внутренней Солнечной системы происходит на протяжении всей их истории — и до сих пор. Обломки, выбитые ударами метеоритов или выброшенные мощными вулканическими выбросами, спустя многие тысячи, а иногда и миллионы лет, падают на поверхности соседних массивных тел. Так, из 63,7 тыс. метеоритов, найденных и изученных геологами на настоящий момент, не менее 266 имеют марсианское происхождение. На таких «ковчегах», укрытая слоями льда и камня, ранняя жизнь вполне могла перебраться с умирающего Марса на соседнюю планету и продолжить развитие здесь.

Косвенно на это указывают и некоторые исследования самих метеоритов. Самый знаменитый пример этому дает ALH 84001, который вылетел с Марса около 4 млрд лет назад, а в 1984 г. был найден в Антарктиде. В 1996-м исследователь из NASA Дэвид Маккей (David McKay) опубликовал в Science статью, демонстрируя, что под электронным микроскопом в ALH 84001 можно различить структуры, весьма напоминающие окаменелые клетки микроорганизмов.

С сообщением о грандиозной находке собирался выступить даже тогдашний президент США Билл Клинтон, однако большинство специалистов отнеслись к ней скептически, так что и выступление было отменено. Стоит сказать, что дискуссии вокруг подобных свидетельств не прекращаются, и Маккей со своими сторонниками сдаваться пока не намерены. Тем более что в их пользу говорят и некоторые биологические эксперименты.

Немного биологии

Условия, существовавшие на древнем Марсе, можно найти и в некоторых укромных уголках современной Земли. Натали Каброль (Nathalie Cabrol) из Института SETI и ее коллеги исследовали такие экологические ниши в рамках проекта High Lakes, который был реализован при поддержке NASA. Ученые провели несколько экспедиций к высокогорным вулканическим озерам в Андах: атмосфера здесь уже далеко не такая плотная и пропускает изрядное количество ультрафиолета. На глубине кислорода практически нет, зато имеется масса растворенных солей, что делает такие озера весьма экстремальным местом для жизни.

Неудивительно, что эти водоемы не отличаются цветущими и разнообразными экосистемами. Тем не менее, во всех из них ученые обнаружили микроорганизмы-экстермофилы, сумевшие адаптироваться к подобным условиям и научившихся даже процветать. Некоторые из этих микробов выдерживают рекордно высокие дозы ультрафиолетового излучения, смертельные для всех прочих клеток, и переносят радиацию с УФ-индексом до 43 (для сравнения, УФ-индекс 6−7 считается высоким для человека, а больше 11 — экстремально высоким). Все это увеличивает шансы на существование жизни и на древнем Марсе.

Не меньшую устойчивость демонстрируют некоторые организмы и в космическом полете, и даже при экстремальных температурах и давлении, которые возникают в момент падения астероида. Анализ марсианских метеоритов показывает, что их минералы могли кратковременно испытывать давление до 50 ГПа, нагревание до 1000 К и ускорение до 3000 км/с2. Однако биологи не раз демонстрировали, что включенные в некоторые минералы микробы вполне способны пережить и резкое нагревание, и удар, а затем — и межпланетный перелет сквозь космическое пространство. Сложнее дело обстоит с последним этапом путешествия — входом в плотную земную атмосферу.

Трудности приземления

Эксперименты с прохождением «начиненных» микробами метеоритов сквозь атмосферу — пожалуй, самые простые в этом ряду. Для этого образцы поднимают в стратосферу и сбрасывают, после чего проверяют, выжили ли клетки в порах породы. Такие опыты показывают, что передняя сторона образца, которая раскаляется сильнее всего, становится полностью стерильной, однако бактериальные споры, оказавшиеся по бокам этого снаряда, сохраняются. Так что путешествие микробов с планеты на планету можно признать крайне сложным, — но отнюдь не невероятным.

Такая идея является разновидностью гипотезы панспермии — о возможности естественного переноса живых организмов через космическое пространство. Литопанспермия предполагает, что этот перенос может происходить и между литосферами не слишком далеких планет, включая Землю и Марс.

В связи с этим астрофизик из Кентского университета Дина Гаврилюк-Пасини (Dina Gavrilyuk-Pasini), выступая на конференции EPSC 2013, заключила: «Все это ставит ряд новых вопросов. Так, если мы найдем жизнь на другой планете, будет ли она полностью иной, или будет родственна нашей? А если родственна, то — она предшествовала нам, или мы предшествовали ей? Пока что ответить на них мы не можем. Но мы уже и не так далеки от ответов, как может показаться».