Разумеется, никаких подтверждений описанной выше картине нет, но она не противоречит имеющимся у нас представлениям об эволюции суперземель. А значит, возможна если не на Kepler-186 f, то на какой-нибудь другой суперземле.
Рисунок 26. Плакат NASA с приглашением на Kepler-186 f
Ваш звездолет садится в прибрежной полосе какого-то острова, в небе оранжевая звезда, навечно застывшая возле горизонта. Под ногами хлюпает черное болото из незнакомой жизни, расцветшей в теплых прибрежных водах. Эксперименты эволюции с химией и благоприятнейшие условия привели к тому, что на планете возникло несколько принципиально разных типов жизни. После такого жизнь на Земле кажется невероятно скучной. Эти существа знают о фотосинтезе, но кто-то из них стал полностью черным, чтобы не потерять ни фотона тусклого света, а кто-то предпочел красный цвет, улавливая излучение звезды в диапазоне его максимальной мощности. Пока ученые не нашли многоклеточных существ, но кто знает, что таит в себе толща океана.
Немного поодаль разгружают ящики с находками члены экспедиции, вернувшиеся с ночной стороны планеты. Что они там увидели, что нашли?..
Глава 15. Жизнь и история Земли
Раньше мы считали, что наша судьба написана на звездах. Сегодня мы знаем, что наша судьба в большей степени написана в наших генах.
На страницах этой книги то и дело появлялись фантастические формы жизни: трисоляриане с пугающими жизненными циклами, жители подводных океанов спутников Юпитера и Сатурна с космологиями, чем-то напоминающими науку средневековой Европы, зеленая слизь суперземель. Конечно, все это – лишь игра ума, Вселенная устрашающе молчалива. Если где-то в Галактике и есть жизнь, пока она не дает о себе знать. Все, чем мы располагаем, это лишь одна форма жизни – земная. Насколько распространена жизнь в нашей Галактике? Похожа ли внеземная жизнь на то, что мы видим вокруг себя, или она принципиально иная? Сможем ли мы когда-нибудь поговорить с инопланетянами? Ответов на эти вопросы до сих пор нет, мы можем только строить гипотезы или сочинять фантастические рассказы. Но ведь с чего-то нужно начинать поиски. Самый логичный первый шаг – попытаться понять, почему жизнь возникла именно на Земле. Другими словами, определить, какие из условий, сложившихся на Земле, оказались необходимыми для того, чтобы здесь зародилась и развилась жизнь. Когда мы это поймем, мы сможем найти во Вселенной места, лучше всего приспособленные для жизни, и, быть может, встретим там инопланетян. Разве эти условия так уж уникальны? Ведь Земля кажется ничем не примечательной планетой у рядовой звезды в случайном месте Галактики.
Для начала нам стоит договориться о том, что мы считаем жизнью. Ведь действительно, если мы попадем на другую планету, как мы узнаем, что эта зловонная дергающаяся субстанция и есть первая внеземная жизнь, обнаруженная людьми? Было бы здорово иметь ясное определение, с которым согласились бы все. Да, было бы здорово, но его нет. Вселенная – слишком интересное место, чтобы разбрасываться простыми ответами. Хотя мне лично нравится другая мысль, высказанная, к сожалению, неизвестным мне человеком: «Природа проста. Вся сложность от нашего непонимания».
В древности верили, что что-то является живым благодаря наличию у этого чего-то некой нематериальной субстанции – души. С XVII века под эти представления неоднократно пытались подвести научную основу. Однако корень непонимания явления жизни состоит в том, что жизнь нельзя измерить – приписать ей какую-то числовую характеристику. Жизнь – это процесс, протекающий в материальных объектах. Она подобна огню. И как бы ни было сложно дать определение огню, дать определение жизни еще сложнее.
Какими свойствами, как мы ожидаем, должно обладать нечто, чтобы мы посчитали это нечто живым? Во-первых, живой организм отделен от внешней среды. Наименьшей структурной единицей организма является клетка – изолированный кусочек пространства, окруженный мембраной и заполненный содержимым клетки – цитоплазмой. Мембрана делит весь мир клетки на две неравные части, на свое и чужое. Это главное предназначение мембраны. То, что является своим, работает на благо всей клетки, «тащит» все ее содержимое из прошлого в будущее, не позволяет распасться. С чужим надо как-то взаимодействовать: получать от него энергию или защищаться. Каких бы примитивных существ мы ни рассматривали, мы неизменно обнаруживаем клеточную структуру.
Во-вторых, живой организм преобразовывает один вид энергии в другой. Клетки вашего организма поглощают кислород, который вступает в окислительную реакцию с глюкозой в митохондриях ваших клеток, и в результате образуется кислота АТФ – основной источник энергии для всех внутриклеточных биохимических процессов.
Третье свойство любых живых организмов состоит в том, что они способны воспроизводить свои копии или потомков, похожих на себя. Было бы ошибочным считать, что воспроизводство себе подобных – цель любого живого организма. Просто так сложилось, что те, кто делали это, дожили до наших дней, а остальные нет.
Чтобы выживать в постоянно меняющейся среде, у живых организмов должен быть механизм, позволяющий их потомкам приспосабливаться к окружающим условиями. Эту задачу природа решила, придумав половое и бесполое размножение. При бесполом размножении клетка делится на две части – точные копии исходной клетки. Иногда, в результате какого-то сбоя, эти новые клетки могут отличаться от исходной клетки. При половом размножении потомки наследуют случайные признаки обоих родителей, что создает уникальных организм. Если определенный признак дает живому организму преимущество, у него больше шансов оставить потомство, нежели у тех, у кого этого признака нет. Изменчивость организмов – краеугольный камень естественного отбора, пресловутого закона, согласно которому выживает наиболее приспособленный. Подверженность отбору и есть четвертое и последнее свойство живого организма.
Первое и второе из выделенных свойств имеют непосредственное отношение к метаболизму, процессу индивидуального существования живого организма, а третье и четвертое свойства – к истории коллективов организмов.
Если однажды исследователи найдут нечто инопланетное, обладающее метаболизмом, использующее внешние источники энергии и вещества для борьбы с беспорядком, контролирующее и управляющее потоками энергии и веществ внутри себя на благо самого себя и при этом проявляющее способность к эволюции, адаптации к внешним условиям, то бесспорно, мы вправе будем назвать это инопланетное нечто живым организмом.
В качестве отступления замечу, что, перечислив свойства живого организма, я неявно предположил наличие на обитаемой планете трех обязательных компонентов: источника энергии для метаболизма, жидкого растворителя, чтобы поддерживать химию метаболизма, и набора питательных веществ, необходимых для наращивания биомассы110. Источником энергии могут быть звезды или геотермальные источники; растворителем, скорее всего, является вода (с одной стороны, в силу распространенности во Вселенной, а с другой – благодаря уникальным свойствам, которые мы обсудим чуть позже); питательные вещества и минералы могут поступать из недр планеты, с метеоритами или производиться другими организмами на более низкой ступени пищевой цепочки. Эти неявные предположения полезно держать в уме, рассуждая о разных экзотических формах жизни.
Наследственность и изменчивость, те свойства, в силу которых организмы Земли подвержены эволюции, реализуются благодаря одной макромолекуле – дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК)[74]. ДНК представляет собой длинную спираль, состоящую из четырех типов специальных молекул – нуклеотидов: аденина, гуанина, тимина и цитозина. Каждый наследственный признак организма кодируется определенными участками ДНК, которые называют генами. Все разнообразие жизни на Земле и все индивидуальные отличительные признаки обязаны бесчисленным вариациям генов – взаимному расположению нуклеотидов.
Спонтанное изменение, или мутация, генов при размножении обеспечили жизни поразительную приспосабливаемость. Ученые находят живые организмы практически везде, даже в местах с самыми экстремальными условиями: в самой глубокой точке земного шара – на дне Марианской впадины, в самой засушливой пустыне мира – пустыне Атакама, во льдах Антарктики и возле жерл вулканов. Кажется, на Земле не осталось ни одного места, где бы отсутствовала жизнь.
Генетическая информация, закодированная в ДНК, реализуется посредством белков, состоящих, в свою очередь, из аминокислот. Из всех возможных аминокислот, а их насчитывается около 400, в составе белков присутствуют только 20. Почему-то природа из всего разнообразия аминокислот выбрала лишь эти. Отматывая пленку жизни назад, мы видим перед собой все более и более простые организмы, пока в конечном счете не приходим к первой клетке. Именно от нее произошла вся жизнь на Земле. Эту первую клетку ученые называют «последний универсальный общий предок»[75].
Почему ученые уверены, что вся жизнь на Земле произошла от одной клетки, а не от двух, например, появившихся независимо в разных точках планеты? Эта уверенность основана на поразительном наблюдении. Несмотря на кажущиеся различия в формах, которые может принимать жизнь, от плесени до осьминогов, на молекулярном уровне все биологические организмы демонстрируют поразительное биохимическое единство: помимо общего набора аминокислот и использования ДНК в качестве наследственного материала, все они кодируют информацию сходным образом и у каждого из них проявляются вариации одних и тех же энергетических механизмов111.
ДНК и белки по большому счету представляют собой длинные углеродные цепочки с включением некоторых других элементов. Углерод не случайно оказался каркасом всей живой материи на Земле. Главной его отличительной чертой является способность образовывать множественные и прочные химические связи. Он это делает эффективнее, чем любой другой элемент во Вселенной (с оговоркой на то, что мы рассматриваем температуры, лежащие недалеко от температур кипения жидкости). Соединения на основе углерода могут быть окислителями, восстановителями, кислотами и основаниями. Кроме того, углерод превосходно образует связи с другими химическими элементами, облегчая метаболизм живых организмов.