Антропный принцип

4. Антропный принцип.

Во Вселенной все взаимосвязано. И существование жизни обусловлено опреденными свойствами Вселенной в целом. В последние годы эта связь была тщательно изучена. Было установлено, что самые глубокие фундаментальные свойства материального мира, отражающиеся в значения фундаментальных физички констант также связанно с существованием жизни во Вселенной. Если бы значение этих констант отличалась от существующих, жизнь во вселенной не могла бы возникнуть. Эта взаимосвязь между фундоментальными свойствами материи и Вселенной в целом, с одной стороны, и существование жизни в ней – с другой получило название антропный принцип. Антропный принцип даёт новые аргументы в пользу множественности обитаемых миров.

5. Жизнь вне земли

Могла ли возникнуть жизнь на других планетах

Надо ещё раз отметить, что цетральная проблема возникновения жизни на Земле - объяснение качественного скачка от “неживого” к “живому” - всё ещё далека от ясности. Недаром один из основоположников современной молекулярной биологии профессор Крик на Бюраканском симпозиуме по проблеме внеземных цивилизаций в сентябре 1971 года сказал: “Мы не видим пути от первичного бульона до естественного отбора. Можно прийти к выводу, что происхождение жизни - чудо, но это свидетельствует только о нашем незнании”.

Волнующий вопрос о жизни на других планетах занимает умы астрономов вот уже несколько столетий. Возможность самого существования планетных систем у других звёзд только сейчас становится предметом научных исследований. Раньше же вопрос о жизни на других планетах был областью чисто умозрительных заключений. Между тем Марс, Венера и другие планеты Солнечной системы уже давно известны как несамосветящиеся твёрдые небесные тела, окружённые атмосферами. Давно стало ясно, что в общих чертах они напоминают Землю, а если так, почему бы на них не быть жизни, даже высокоорганизованной, и, кто знает, разумной?

Вполне естественно считать, что физические условия, господствовавшие на только что образовавшихся из газово-пылевой среды планетах земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс), были очень сходными, в частности их первоначальные атмосферы были одинаковы.

Основными атомами, входящими в состав тех молекулярных комплексов, из которых образовалось живое вещество, являются водород, кислород, азот и углерод. Роль последнего особенно важна. Углерод - четырёхвалентный элемент. Поэтому только углеродные соединения приводят к образованию длинных молекулярных цепей с богатыми и изменчивыми боковыми ответвлениями. Именно к такому типу принадлежат различные белковые молекулы. Часто заменителем углерода называют кремний. Кремний довольно обилен в космосе. В атмосферах звёзд его содержание лишь в 5-6 раз меньше, чем углерода, то есть достаточно велико. Вряд ли, однако, кремний может играть роль “краеугольного камня” жизни. По некоторым причинам его соединения не могут обеспечить такое большое разнообразие боковых ответвлений в сложных молекулярных цепочках, как углеродные соединения. Между тем богатство и сложность таких боковых ответвлений именно и обеспечивает огромное разнообразие свойств белковых соединений, а также исключительную “информативность” ДНК, что совершенно необходимо для возникновения и развития жизни.

Важнейшим условием для зарождения жизни на планете является наличие на её поверхности достаточно большого количества жидкой Среды. В такой среде находятся в растворённом состоянии органические соединения и могут создаваться благоприятные условия для синтеза на их основе сложных молекулярных комплексов. Кроме того, жидкая среда необходима только что возникшим живым организмам для защиты от губительного воздействия ультрафиолетового излучения, которое на начальном этапе эволюции планеты может свободно проникать до её поверхности.

Можно ожидать, что такой жидкой оболочкой может быть только вода и жидкий аммиак, многие соединения которого, кстати, по своей структуре аналогичны органическим соединениям, благодаря чему в настоящее время рассматривается возможность возникновения жизни на аммиачной основе. Образование жидкого аммиака требует сравнительно низкой температуры поверхности планеты. Вообще значение температуры первоначальной планеты для возникновения на ней жизни весьма велико. Если температура достаточно высока, например выше 100°C, а давление атмосферы не очень велико, на её поверхности не может образоваться водяная оболочка, не говоря уж об аммиачной. В таких условиях говорить о возможности возникновения жизни на планете не приходится.

Исходя из сказанного, мы можем ожидать, что условия для возникновения в отдалённом прошлом жизни на Марсе и Венере могли быть, вообще говоря, благоприятными. Жидкой оболочкой могла быть только вода, а не аммиак, что следует из анализа физических условий на этих планетах в эпоху их формирования. В настоящее время эти планеты достаточно хорошо изучены, на некоторых обнаружены сложные органические соединения, из которых, как из строительных белков стоится живая система, живая клетка. Многие этапы этого удивительного сложного процесса воспроизведены в лаборатории. Однако пока ещё далеко не всё в нём ясно. Но это не указывает на присутствие даже простейших форм жизни ни на одной из планет солнечной системы, не говоря уже о разумной жизни. Однако получить явные указания на наличие жизни на той или иной планете путём астрономических наблюдений очень трудно, особенно если речь идет о планете в другой звёздной системе.

До этого мы только определили самые общие условия, при которых во Вселенной может (не обязательно должна) возникнуть жизнь. Такая сложная форма материи, как жизнь, зависит от большого числа совершенно не связанных между собой явлений. Но все эти рассуждения касаются только простейших форм жизни. Когда мы переходим к возможности тех или иных проявлений разумной жизни во Вселенной, мы сталкиваемся с очень большими трудностями.

Жизнь на какой-нибудь планете должна проделать огромную эволюцию, прежде чем стать разумной. Движущая сила этой эволюции - способность организмов к мутациям и естественный отбор. В процессе такой эволюции организмы всё более и более усложняются, а их части - специализируются. Усложнение идёт как в качественном, так и в количественном направлении. Например у червя имеется всего около 1000 нервных клеток, а у человека около десяти миллиардов. Развитие нервной системы существенно увеличивает способности организмов к адаптации, их пластичность. Эти свойства высокоразвитых организмов являются необходимыми, но, конечно, недостаточными для возникновения разума. Последний можно определить как адаптацию организмов для их сложного социального поведения. Возникновение разума должно быть теснейшим образом связано с коренным улучшением и усовершенствованием способов обмена информацией между отдельными особями. Поэтому для истории возникновения разумной жизни на Земле возникновение языка имело решающее значение. Можем ли мы, однако, такой процесс считать универсальным для эволюции жизни во всех уголках Вселенной ? Скорее всего - нет ! Ведь в принципе при совершенно других условия средством обмена информацией между особями могли бы стать не продольные колебания атмосферы (или гидросферы), в которой живут эти особи, а нечто совершенно другое. Почему бы не представить себе способ обмена информацией, основанный не на акустических эффектах, а, скажем, на оптических или магнитных ? И вообще - так ли уж обязательно, чтобы жизнь на какой-нибудь планете в процессе её эволюции стала разумной ?

Между тем эта тема с незапамятных времён волновала человечество. Говоря о жизни во Вселенной, всегда, прежде всего, имели в виду разумную жизнь. Одиноки ли мы в безграничных просторах космоса ? Философы и учёные с античных времён всегда были убеждены, что имеется множество миров, где существует разумная жизнь. Никаких научно обоснованных аргументов в пользу этого утверждения не приводилось. Рассуждения, по существу, велись по следующей схеме: если на Земле - одной из планет Солнечной системы есть жизнь, то почему бы ей не быть на других планетах ? Этот метод рассуждения, если его логически развивать, не так уж плох. И вообще страшно себе представить, что из 10²⁰ - 10²² планетных систем во Вселенной, в области радиусом в десяток миллиардов световых лет разум существует только на нашей крохотной планетке... Но может быть, разумная жизнь - чрезвычайно редкое явление. Может быть, например, что наша планета как обитель разумной жизни единственная в Галактике, причем далеко не во всех галактиках имеется разумная жизнь. Можно ли, вообще, считать работы о разумной жизни во Вселенной научными ? Вероятно, всё-таки, при современном уровне развития техники можно, и необходимо заниматься этой проблемой уже сейчас, тем более она может вдруг оказаться чрезвычайно важной для развития цивилизации...

Обнаружение любой жизни, особенно разумной представляет могло бы иметь огромное значение. Поэтому уже давно предпринимаются попытки обнаружить и установить контакт с другими цивилизациями. В 1974 году в США была запущена автоматическая межпланетная станция “Пионер-10”. Несколько лет спустя она покинула пределы солнечной системы, выполнив различные научные задания. Есть ничтожно малая вероятность того, что когда-нибудь, через многие миллиарды лет, неведомые нам высоко цивилизованные инопланетные существа обнаружат “Пионер-10” и встретят его как посланца чужого, неведомого нам, мира. На этот случай внутри станции заложена стальная пластинка с выгравиранными на ней рисунком и символами, которые дают минимальную информацию о нашей земной цивилизации. Это изображение составлено таким образом, чтобы разумные существа, нашедшие его, смогли определить положение солнечной системы в нашей Галактике, догадались бы о нашем виде и, возможно, намерениях. Но конечно внеземная цивилизация имеет гораздо больше шансов обнаружить нас на Земле, чем найти “Пионер-10”.

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.