Поиск внеземных форм жизни

ультрафиолетовых лучей, очевидно, является в эволюционном отношении древним

процессом, возникшим в то время, когда первичные живые системы выработали

механизмы защиты от деструктивного действия падавшего на Землю

ультрафиолетового света.

Следует отметить, что свет мог и не являться единственным источником

энергии на ранних этапах эволюции органических соединений. Эту роль могла

выполнять и химическая энергия, освобождаемая, например, в реакциях

конденсации в неорганический полифосфат или в реакциях окисления,

впоследствии составивших энергетическую основу хемосинтеза. Однако в целом

жизнь для своего возникновения и развития требует, очевидно, постоянного

внешнего притока свободной энергии, роль которого на Земле и выполняет

солнечный свет. Поэтому свет и играет важную роль на всех этапах эволюции

жизни, начиная с абиотического синтеза первичных живых систем и кончая

современным фотосинтезом, обеспечивающим образования органических веществ

на Земле.

Очевидно, существование фотосинтеза в той или иной форме как процесса

полезной утилизации энергии в биологических системах является важным

критерием существования развитой жизни.

Можно заключить, что независимо от конкретной химической структуры

фотосинтетического аппарата общим свойством фотобиологических процессов

утилизации световой энергии является наличие такой последовательности

реакций: поглощение света и возбуждение молекул пигментов - делокализация

электрона (дырки) - перенос электрона (дырки) по открытой цепи окислительно

- восстановительных соединений - образование конечных продуктов с

запасанием в них энергии света. Существование такой фотосинтетической цепи

является общим для большинства фотобиологических процессов и может

рассматриваться в качестве необходимого условия существования жизни.

Можно выдвинуть общие принципы, которыми следует руководствоваться при

определении критериев существования и поиска внеземной жизни:

1. Основным свойством живой материи является ее существование в виде

открытых самовоспроизводящихся систем, которые обладают структурами для

сбора, хранения, передачи и использования информации.

2. Углеродосодержащие органические соединения и вода как растворитель

составляют химическую основу жизни.

3. Необходимым условием жизни является утилизация энергии света, ибо прочие

источники энергии обладают на несколько порядков меньшей мощностью.

4. В живых системах протекают сопряженные химические процессы, в которых

происходит передача энергии.

5. В биологических системах могут преобладать асимметрические молекулы,

осуществляющие оптическое вращение.

6. Различные организмы, существующие на планете, должны обладать рядом

сходных основных черт.

1.2. 1.Методы обнаружения внеземной жизни.

Как уже говорилось, наиболее сильным доказательством присутствия жизни

на планете будет, конечно, рост и развитие живых существ. Поэтому, когда

сравниваются и оцениваются различные методы обнаружения жизни вне Земли,

преимущество отдается тем методам, которые позволяют с достоверностью

установить размножение клеток. А поскольку наиболее распространенными в

природе являются микроорганизмы, при поиске жизни вне Земли прежде всего

следует искать микроорганизмы. Микроорганизмы на других планетах могут

находиться в грунте, почве или атмосфере, поэтому разрабатываются различные

способы взятия проб для анализов. В одном из таких приборов - “Гулливере” -

предложено остроумное приспособление для взятие пробы для посева. По

окружности прибора расположено три небольших цилиндрических снаряда, к

каждому снаряду прикреплена липкая силиконовая нить. Взрыв пиропатронов

отбрасывает снаряды на несколько метров от прибора. Затем силиконовая нить

наматывается и, погружаясь при этом в питательную среду, заражает ее

частицами прилипшего к ней грунта.

Размножение организмов в питательной среде может быть установлено с

помощью различных автоматических устройств, одновременно регистрирующих

нарастание мутности среды (нефелометрия), изменение реакции питательной

среды (потенционометрия), нарастание давления в сосуде за счет

выделяющегося газа (манометрия).

Очень изящный и точный способ основан на том, что в питательную среду

добавляют органические вещества (углеводы, органические кислоты и другие),

содержащие меченный углерод.

Размножающиеся микроорганизмы будут разлагать эти вещества, а

количество выделившегося в виде углекислоты радиоактивного углерода

определит миниатюрный счетчик, прикрепленный к прибору. Если питательная

среды будет содержать различные вещества с меченным углеродом (например,

глюкозу и белок), то по количеству выделившейся углекислоты можно составить

ориентировочное представление о физиологии размножающихся микроорганизмов.

Чем больше разнообразных методов будет использовано для выявления

обмена веществ у размножающихся микроорганизмов, тем больше шансов получить

достоверные сведения, так как некоторые методы могут подвести, дать

ошибочные данные. Например, питательная среда может помутнеть и от попавшей

в нее пыли (как, возможно, было с “Викингами” в 1976 г., см. выше).

Когда клетки микроорганизмов размножаются, интенсивность всех

регистрируемых и передаваемых на Землю показателей непрерывно нарастает.

Динамика всех этих процессов хорошо известна, а она надежный критерий

действительного роста и размножения клеток. Наконец, на борту

автоматической станции может быть два контейнера с питательной средой, и

как только в них начинается нарастание изменений, в один из них

автоматически будет добавлено сильнодействующее ядовитое вещество,

полностью прекращающее рост. Продолжающееся изменение показателей в другом

контейнере будет надежным доказательством биогенного характера наблюдаемых

процессов.

Конструируемые приборы не должны быть чрезмерно чувствительными, так

как перспективы “открыть” жизнь там, где ее нет весьма неприятна.

С другой стороны, прибор не должен дать отрицательный ответ, если

жизнь действительно существует на исследуемой планете. Именно поэтому

надежность и чувствительность предполагаемой аппаратуры усиленно

обсуждается и уже претворяется в жизнь.

Хотя размножение микроорганизмов и является единственным бесспорным

признаком жизни, это не значит, что не существует иных приемов, позволяющих

получить ценную информацию. Некоторые краски, соединяясь с органическими

веществами, дают комплексы, легко обнаруживаемые, так как они обладают

способностью к адсобции волн строго определенной длины. Один из

предложенных методов основан на применении масс - спектрометра, который

устанавливает обмен изотопа кислорода О18, происходящий под влиянием

ферментов микробов у таких соединений, как сульфаты, нитраты или фосфаты.

Особенно хорошо и, главное, разнообразно применение люминесценции.

С ее помощью не только констатируют энзиматическую активность, но при

применении некоторых люминофоров возможно свечение ДНК, содержащейся в

клетках бактерий.

Следующий этап в исследованиях - применение портативного микроскопа,

снабженного поисковым устройством, способным отыскивать в поле зрения

отдельные клетки.

Обсуждается также возможность использования электронного микроскопа

для изучения структурных элементов микробной клетки, не видимых в

оптический микроскоп. Применение электронного микроскопа в сочетании с

портативным может чрезвычайно расширить возможности морфологических

исследований, что, как мы знаем из современной биологии, особенно важно для

изучения внутренней молекулярной структуры составных элементов живого.

Важной электронной особенностью является возможность сочетания ее с

телевизионной техникой, поскольку они имеют общие элементы (источник

электронов, электромагнитные фокусирующие линзы, видиконы).

Специальные устройства будут передавать на Землю (в общем этот принцип

уже использовался на практике) видимые микроскопические картины. Здесь

уместно отметить, что в задачи экзобиологии входит обнаружение не только

существующей теперь жизни, но также палеобиологические исследования. АБЛ

должна уметь обнаружить возможные следы бывшей жизни. В методическом

отношении эта задача будет облегчена применением микроскопов с различным

увеличением.

Самым сложным вопросом в методическом отношении будет возможность

существования форм жизни, более просто организованных, чем микроорганизмы.

Действительно, эти находки, вероятно, представят гораздо больший интерес

для решения проблемы возникновения жизни, чем обнаружение таких

относительно живых существ, как микроорганизмы.

В методическом отношении экзобиология находится в более трудном

положении (несмотря на небольшой опыт запусков АБЛ), чем другие дисциплины,

изучающие планеты с других точек зрения. Эти дисциплины имеют возможность

изучать планеты на расстоянии с помощью различных физических методов и

получать очень ценную информацию о свойствах планет.

До сих пор мало методов, позволяющих аналогичным образом получить

сведения о внеземной жизни. Для этого АБЛ должна находиться на поверхности

планеты. Мы приближаемся к такой возможности. И трудно будет переоценить

значение тех данных, которые мы тогда получим.

В заключение можно условно разделить все методы на три группы:

1. Дистанционные методы наблюдения определяют общую обстановку на планете с

точки зрения наличия признаков жизни. Дистанционные методы связаны с

использованием техники и приборов, расположенных как на Земле, так и на

космических кораблях и искусственных спутниках планеты.

2. Аналогичные методы призваны произвести непосредственный физико -

химический анализ свойств грунта и атмосферы на планете при посадке АБЛ.

Применение аналитических методов должно дать ответ на вопрос о

принципиальной возможности существование жизни.

3. Функциональные методы предназначаются для непосредственного обнаружения

и изучения основных признаков живого в исследуемом образце. С их помощью

предполагается ответить на вопрос о наличии роста и размножения,

метаболизма, способности у усвоению питательных веществ и других

характерных признаков жизни.

1.3. 1.АБЛ для экзобиологических исследований.

Хотя о пилотируемых полетах на другую планету в данное время вопрос не

стоит (где человек уже вплотную визуально смог бы провести исследования),

АБЛ вполне (хотя и не полностью) могут уже заменить человека сегодня:

рассмотренные методы обнаружения жизни вполне осуществимы в настоящее время

с технической точки зрения. Именно с их помощью можно рассчитывать не

только на обнаружение инопланетных живых форм, но и на получение их

определенных характеристик.

Однако очевидно, что в отдельности ни одни из предложенных методов

обнаружения не дает данных, допускающих однозначную интерпретацию с точки

зрения наличия жизни.

Это отличается от методических экспериментов, предназначенных для

измерения тех или иных физических параметров других небесных тел или

межпланетного пространства.

Многое показывает, что единственным подходом в проведении

экзобиологических исследований является создание АБЛ, в которой отдельные

методы по обнаружению жизни могли бы конструктивно объединены, а их

применение регламентировано единой программой функционирования АБЛ.

В настоящее время технически неосуществимо создание таких АБЛ, в

которых были бы представлены все известные методы обнаружения. Поэтому в

зависимости от конкретных целей, сроков запуска и времени жизни космических

станций на поверхности планеты конструкции АБЛ имеют различный приборный

состав.

Пока еще биологические лаборатории предназначены для ответа на

основной вопрос о самом существовании жизни, и поэтому все предлагаемые

проекты АБЛ имеют целый ряд общих черт. В конструктивном отношении АБЛ

должна иметь собственное заборное устройство или обеспечиваться образцами

за счет заборного устройства, общего для всей космической станции, частью

которой является АБЛ. После забора образца он поступает в дозатор

распределитель, а затем в инкубационное отделение, где при определенной

температуре и освещении происходит выращивание микрофлоры и обогащение

материала образца. Эти процессы можно вести в различных режимах,

начиная от полного сохранения первоначальных планетных условий и кончая

созданием температуры, давления и влажности, близких к земным.

В связи с этим в конструкции АБЛ предусматривается существование

систем, наполняющих емкости под определенным давлением, систему вакуумных

клапанов для отделения АБЛ от наружной атмосферы после забора пробы.

Необходимым элементом является и устройство для поддержания

определенной температуры как в блоке выращивания микроорганизмов, так и

непосредственно в измерительной ячейке, где производится снятие оптических

параметров образца.

Через определенный промежутки времени, по мере развития микрофлоры,

материал образца в твердом и растворенном виде анализируется с помощью

функциональных, а также некоторых аналитических методов. При этом

предполагается, что информация о наличии на планете общих предпосылок для

существования жизни (температура, состав атмосферы, присутствие

органических веществ) должна быть получена с помощью дистанционных и

аналитических методов.

Трудно переоценить тот вклад, который будет сделан в случае

обнаружения инопланетных форм жизни. Однако отсутствие жизни на планетах

Солнечной системы не исключает развития экзобиологии как науки, как не

является препятствием на пути дальнейшего совершенствования методов

автоматического обнаружения и снятия характеристик живых систем. Результаты

этой области, являющейся частью биологического приборостроения, несомненно,

найдут широкое применение как в современной биологической науке, так и в

других областях человеческой деятельности, не говоря уже о задачах освоения

космического пространства и необходимости в связи с этим автоматического

контроля за состоянием живых систем в этих условиях.

2. Основы планетарного карантина.

Еще с древних времен человечество привлекала перспектива открытия и

изучения внеземных форм жизни. Теперь, когда исследование космического

пространства стало обыденностью, обнаружение инопланетной жизни или

установление ее предшественников является одной из важных целей

национальных программ исследований планет многих стран.

Однако успешному исследованию космического пространства угрожает

возможность заноса человеком при полете от одной планеты к другой

инопланетных форм жизни, что может привести к самым неожиданным

последствиям. Занесение и размножение земных форм жизни может уничтожить

раз и навсегда благоприятную возможность изучить планеты в присущих им

условиях. Планетарный карантин осуществляется для сохранения этой

возможности.

В настоящее время осуществление планетарного карантина необходимо по

трем причинам:

1. Земная микрофлора, занесенная на планету автоматическими аппаратами или

пилотируемыми космическими кораблями, может размножатся и распространяться

на ней, что станет препятствием для дальнейших исследований и замаскирует

или совсем разрушит жизнь, характерную для данной планеты. Природные

условия при этом могут так изменяться, что эта планета уже не будет

представлять значительного научного интереса для последующих поколений.

2. Автоматический космический аппарат, предназначенный для определения

признаков жизни на планете, не должен быть загрязнен земной микрофлорой; в

противном случае приборы будут обнаруживать в первую очередь земную

микрофлору, а не внеземную.

3. Земля может быть загрязнена опасными для нее организмами или веществами,

занесенными с другой планеты или из космического пространства.

Хотя упомянутые причины, обуславливающие необходимость осуществления

карантина, в основном связаны с микроорганизмами как наиболее простым

источником заражения в силу того, что они обладают способностью выдерживать

воздействие экстремальных факторов окружающей среды и быстро размножаться,

интересы науки в области внеземной жизни не ограничиваются только этими

живыми формами. Например, обнаружение органических молекул, которые могут

быть предшественниками жизни или ее остатками, представляло бы огромную

научную значимость.

Одним из наиболее ярких примеров успешного проведения планетарного

карантина было проведение карантина при пилотируемых полетах на Луну.

Лунная приемная лаборатория обеспечила карантин возвратившихся космонавтов

и проб лунного грунта. По мере накопления информации об условиях на Марсе

определяется целесообразность изоляции и обеззараживания кораблей, которые

будут совершать полеты на эту планету. Поэтому при составлении программы

таких полетов надо исходить из необходимости предупреждения загрязнения

Земли внеземными формами жизни. Методы такого карантина существенно

отличаются от метод предупреждения загрязнения других планет земными

организмами.

Один из возможных приемов предотвращения заражения для непилотируемых

кораблей включает предварительное исследование возвращаемых образцов на

околоземной орбите. Карантин снимается, и образцы доставляются на Землю

Страницы: 1, 2, 3, 4