Инопланетная жизнь может процветать без родной планеты
Исследование, проведенное учеными из Гарварда и Эдинбургского университета, бросает вызов традиционным представлениям о внеземной обитаемости, предполагая, что самоподдерживающиеся среды обитания могут позволить инопланетной жизни выживать и даже процветать без планеты земного типа, которую можно было бы назвать домом, при соответствующих условиях. Эта новая перспектива выходит за рамки идеи о размещении жизни на планетах, подобных Земле, и предлагает самоподдерживающиеся среды обитания, способные поддерживать жизнь на небольших небесных телах или даже свободно парящих в космосе.
“Стандартные определения обитаемости предполагают, что жизнь требует наличия планетарных гравитационных колодцев для стабилизации жидкой воды и регулирования температуры поверхности”, - пишут исследователи. “[Однако] поскольку эволюция жизни в других местах, возможно, шла по совершенно иным путям, чем на Земле, места обитания живых существ могли также существовать за пределами традиционных обитаемых сред вокруг других звезд, где они имели бы необычные, но потенциально обнаруживаемые биосигналы”. В поисках внеземного разума (SETI) астробиологи в основном сосредоточились на окружающей среде, подобной Земной, как на предпосылке для жизни. Такой подход имеет смысл: Земля - наша единственная проверенная модель условий для поддержания жизни, с ее умеренными температурами, жидкой водой и стабильным составом атмосферы.
Однако доктор Робин Вордсворт из Гарвардского университета и доктор Чарльз С. Кокелл из Эдинбургского университета утверждают, что этот фокус внимания оставил неизученными возможности для жизни в окружающей среде, которая не похожа на нашу собственную. В препринтной статье, принятой к публикации в журнале Astrobiology, исследователи бросают вызов общепринятым представлениям о внеземной жизни и исследуют возможность существования жизни в структурах, созданных самими живыми организмами.
Как предполагают исследователи, условия для поддержания жизни, создаваемые исключительно биологическими структурами, действительно могут существовать, что делает вполне возможным процветание некоторых форм жизни в космических средах обитания, значительно отличающихся от тех, что существуют на Земле.
“Большинство астробиологических исследований за последние несколько десятилетий были сосредоточены на расширении нашего понимания разнообразия и эволюции жизни на Земле и поиске похожих на Землю сред (в прошлом или настоящем) в Солнечной системе и за ее пределами”, - пишут исследователи. “Один очевидный, но часто игнорируемый факт в этой дискуссии заключается в том, что у нас уже есть прямые доказательства существования жизни за пределами Земли в виде космических полетов человека”.
“Однако люди - это просто особенно сложная форма жизни, поэтому интересно рассмотреть, насколько сложная система на самом деле необходима для поддержания жизни за пределами Земли”.
Доктор Вордсворт и доктор Кокелл описывают, как определенные биологические структуры могут преодолевать неблагоприятные условия в космосе, включая экстремальные температуры, перепады давления, радиацию и недостаток необходимых питательных веществ.
Ключом к этому видению является идея “живых сред обитания” — экосистем, которые поддерживают жизнь внутри себя и регулируют условия для собственного выживания. Эти структуры могут напоминать биополимеры или биогенные среды обитания, которые пропускают свет, блокируя вредные ультрафиолетовые лучи и задерживая летучие газы, такие как водяной пар.
Например, кремнеземные аэрогели — синтетические легкие материалы с исключительными теплоизоляционными свойствами — могут повышать внутреннюю температуру на целых 50 градусов, что достаточно для поддержания жидкой воды в условиях замерзания.
Несмотря на то, что аэрогели из диоксида кремния в настоящее время производятся промышленным способом, исследователи отмечают, что биогенные материалы с аналогичными свойствами уже существуют. Диатомовые водоросли, разновидность водорослей, естественным образом образуют оболочки из диоксида кремния в наноскопическом масштабе, демонстрируя биологический путь к высокоэффективной изоляции в холодных условиях.
Одной из самых серьезных проблем для жизни за пределами планетарных атмосфер является поддержание стабильного давления и температуры для поддержания воды в жидком виде, что необходимо для большинства известных форм жизни.
Исследование предполагает, что биологически созданные барьеры могут поддерживать внутреннее давление около 10 кПа, чего достаточно для простых организмов. Это свойство относительно распространено в природе; например, морские водоросли могут выдерживать аналогичное внутреннее давление из-за накопления кислорода.
Кроме того, создание парникового эффекта с использованием твердотельной изоляции, такой как аэрогели из диоксида кремния или другие материалы, может помочь сохранить тепло в этих местах обитания. Благодаря концепции, известной как “твердотельный парниковый эффект”, видимый свет проникает в среду обитания, поглощается, а затем повторно испускается в виде теплового излучения, помогая поддерживать температуру, пригодную для жизни.
Исследователи отмечают, что такие места обитания потенциально могут поддерживать стабильные температуры на расстоянии от 1 до 5 астрономических единиц (AU) от Солнца, что делает их жизнеспособными в диапазоне орбитальных расстояний и солнечного воздействия.
Радиация, особенно ультрафиолетовые (UV) и космические лучи, являются еще одной серьезной угрозой для жизни в космосе. Однако исследователи подробно описывают, как природные структуры из кремнезема или биопластика могут защитить эти места обитания от вредного излучения, пропуская только видимый свет, необходимый для фотосинтеза.
На самом деле, изучение микробной жизни на Земле дает представление о том, как это может работать: цианобактерии и некоторые водоросли процветают в условиях низкой освещенности и могут расти даже в условиях с минимальным количеством солнечного света, например, под арктическими льдами.
Доктор Вордсворт и доктор Кокелл утверждают, что внеземные среды обитания могли бы использовать аналогичные механизмы для эффективного использования света, превращая его в энергию и блокируя вредное излучение. Это может быть жизнеспособной стратегией выживания, особенно для фотосинтезирующих организмов, которые могли бы стать основой самоподдерживающейся экосистемы.
Пространство также является источником постоянного истощения ресурсов, особенно таких летучих элементов, как вода и углекислый газ. Хотя стены жилых помещений могут задерживать некоторые газы, долгосрочное удержание летучих веществ необходимо для поддержания жизни.
По мнению исследователей, стены, изготовленные из определенных биологических материалов, могут уменьшить утечку летучих соединений. Стена из биогенного материала толщиной в один сантиметр может удерживать необходимые газы в течение тысяч лет, обеспечивая необходимый период времени для эволюционных процессов и стабильности экосистемы.
Поддержание и рост также имеют решающее значение для среды обитания, которая должна восстанавливаться под воздействием микрометеоритов, космической радиации и деградации с течением времени. Исследования показывают, что биологически самовосстанавливающиеся среды обитания находятся в пределах досягаемости, и микробные сообщества могут перерабатывать материал стен или создавать новые секции.
В природе биопластики, например, изготовленные из водорослей и бактерий, уже обладают сходными свойствами, что позволяет предположить, что космические экосистемы могут полагаться на эти материалы для поддержания своей целостности.
Особенно интригующий вопрос исследования заключается в том, могла ли жизнь эволюционировать таким образом, чтобы создать такие самоподдерживающиеся среды обитания без вмешательства человека.
Хотя земные формы жизни адаптировались к экстремальным условиям, ни одна из них естественным образом не создала среду обитания, способную выжить в космическом вакууме. Однако исследователи утверждают, что окружающая среда вокруг определенных звезд, таких как красные карлики, где атмосферная эрозия является обычным явлением, может стимулировать эволюционное развитие защитных барьеров, потенциально подготавливая почву для форм жизни, которые создают свои собственные среды обитания.
Хотя эта концепция носит умозрительный характер, она открывает захватывающие возможности для будущих исследований. Она может даже изменить наш подход к обнаружению внеземной жизни. Если биогенные среды обитания являются самоподдерживающимися и выделяют биосигналы - газы или материалы, указывающие на существование жизни, — их можно обнаружить удаленно, во многом подобно эффекту “красной границы” хлорофилла, обнаруженному в растительности Земли из космоса.
Идея самоподдерживающихся биогенных сред обитания имеет значительные последствия не только для астробиологии. Эти среды обитания могут стать основой для будущих технологий поддержания жизни человека за пределами Земли, устраняя необходимость в постоянном пополнении запасов с Земли.
“Наиболее часто предлагаемое для Марса терраформирование определяется как глобальное изменение климата с помощью промышленных технологий с целью создания условий, пригодных для жизни, подобной земной. Это противоречиво и потребует феноменальных затрат ресурсов, поскольку предполагает глобальную, необратимую модификацию всей планеты”, - пишут исследователи. “Напротив, биологически созданные среды обитания будут представлять не большую экологическую проблему, чем любая миссия человека”.
“Учитывая эффективность биологических систем при переработке отходов, адаптивная биология может предложить наиболее устойчивый и экологически безопасный способ поддержания долгосрочного присутствия людей и других сложных форм жизни за пределами Земли в будущем”.
Способность создавать среды обитания, которые регулируют свои условия с помощью биологических процессов, ознаменовала бы собой грандиозный шаг на пути к устойчивому освоению космоса, что имело бы глубокие последствия для нашего будущего как космического вида.
Новый подход доктора Вордсворта и доктора Кокелла также смещает фокус поиска внеземной жизни. Вместо того, чтобы искать исключительно планеты с условиями, подобными земным, астробиологи могли бы расширить свой поиск, включив в него потенциальные биосигналы из этих биологически созданных мест обитания.
Будущие телескопы могли бы искать специфические признаки фотосинтетической активности, такие как эффект красного края или необычные газы, такие как метан, которые могли бы указывать на жизнеобеспечивающие структуры за пределами планетарного гравитационного колодца.
В конечном счете, возможности существования жизни за пределами Земли могут быть гораздо шире, чем мы себе представляли. Недавно ученые обнаружили процветающие экосистемы под подводным дном глубоких гидротермальных источников, что расширило прежние представления о жизни в, казалось бы, негостеприимных условиях.
Исследователи полагают, что, освободившись от ограничений, связанных с обитаемостью на Земле, это может открыть новую главу в поисках инопланетной жизни, где биология приспосабливается к выживанию даже в самых негостеприимных уголках космоса.
Автор: Тим Макмиллан - отставной сотрудник правоохранительных органов, журналист-расследователь и один из основателей журнала The Debrief. Его статьи обычно посвящены обороне, национальной безопасности, разведывательному сообществу и темам, связанным с психологией.
