|
Как ученые используют Землю для поиска инопланетной жизни
|
|
|
|
Происхождение жизни на Земле до сих пор остается открытым вопросом, а ученые строят гипотезы, как именно первые микроорганизмы попали на нашу планету. Одна из таких гипотез — панспермия — говорит о возможности переноса живых организмов через космическое пространство как с астероидами и кометами, так и с космическими аппаратами. Сегодня исследователи изучают стратосферу, чтобы зафиксировать принесенных извне бактерий-экстремофилов, а заодно изучить условия, сходные с теми, что существуют на потенциально обитаемых планетах, таких как Венера, Марс или спутники Европа и Титан. «Хайтек» рассказывает, где и как Земля помогает ученым исследовать инопланетную жизнь.
|
|
|
|
Сегодня поиски инопланетной жизни ограничены только технологическими возможностями человечества. На ближайший к Земле Марс недавно отправился зонд InSight, посадку которого НАСА транслировала в прямом эфире. Астробиологов интересует в Солнечной системе не только Красная планета. В круг потенциально «обитаемых» небесных тел входит Венера, спутник Юпитера Европа, Энцелад и Титан, вращающиеся вокруг Сатурна — на них могут быть живые микроорганизмы или следы жизни, которая когда-то существовала.
|
|
|
Условия на этих далеких соседях Земли называют экстремальными. Венерианская температура не позволяет исследовать раскаленную поверхность планеты, которая прогрета до 470 °C, а труднодоступность Европы, Энцелада и Титана становится еще большим препятствием для ученых: ближайший запуск зонда к Европе запланирован на 2025 год, а вопрос аналогичных проектов для других спутников пока не решен вовсе.
|
|
|
|
Сверхмощные космические телескопы открыли человечеству планеты, существующие вне Солнечной системы. На смену знаменитому Kepler пришел усовершенствованный экзопланетный телескоп SPECULOOS, который получит детальные изображения поверхностей ближайших экзопланет и более мелких экзоспутников. Астрономические объекты этого типа находят и за пределами нашей галактики — ученые из Университета Оклахомы использовали микролинзирование, чтобы обнаружить скопления экзопланет на удалении 3,8 млрд световых лет.
|
|
|
|
Экзопланеты — планеты, вращающиеся вокруг иных светил, кроме Солнца. Сегодня ученые знают о существовании примерно 100 млрд подобных экзопланет в галактике Млечный путь, и до 20 млрд из них могут быть подобны Земле.
|
|
|
|
Несмотря на огромное количество потенциально обитаемых планет, задача по поиску внеземной жизни не облегчается. Команда астрономов Вашингтонского государственного университета во главе с Дирком Шульце-Макучем разработала специальную схему классификации экзопланет, призванную облегчить каталогизацию — формулу Индекса планетной обитаемости (PHI), учитывающую твердость поверхности планеты, ее возможную атмосферу, источник энергии и химический состав окружающей среды. Проблема в том, что ученые не могут получить данные об атмосфере экзопланеты или экзоспутника, наличии или отсутствии жидкой воды и, наконец, возможных органических элементах на поверхности объекта или под ней.
|
|
|
|
Тем не менее, астрономы настроены позитивно и выдвигают гипотезы о скорых сенсациях космического масштаба. Подобная уверенность — результат исследований не космоса, а Земли. На родной планете людей уже есть необходимые условия для имитации недружелюбных внешних сред.
|
|
|
|
Уничтожить жизнь, однажды появившуюся на планете, сложно. Требования для поддержания простейших форм просты: вода, постоянный источник энергии и нахождение в поясе планетного обитания.
|
|
|
|
Основной интерес ученых обращен к домену архей, к которым относятся живые организмы экстремофилы. Этот вид способен выживать при экстремально низких и высоких температурах, в щелочных и кислых средах. Такие бактерии обитают, например, в подледном озере «Восток», где давление и температура сравнимы с подобными показателями в океане Европы.
|
|
|
|
Выживают ли экстремофилы в космосе — открытый вопрос, но наличие воды на астрономических телах обнадеживает ученых. В ближайшее пятилетие ученые не приобретут драгоценных образцов льда или почвы с потенциально обитаемых миров, поэтому опыты по обнаружению микроорганизмов продолжаются там, где Землю легко спутать с инопланетным миром.
|
|
Джеты и стратостаты для Венеры
|
|
|
|
Ученые доказали, что бактерии способны летать или даже парить, например, во втором слое атмосферы Земли — стратосфере. Если человек окажется в подобном пространстве, вряд ли ему удастся прожить долго — холодная и сухая среда поднимается на 10–50 км от поверхности Земли. Температура –56 °C и струйные ветра скоростью 160 км/час делают стратосферу не подходящей для жизни. Дышать тоже не получится: озон укрывает весь земной мир от ультрафиолета из космоса, но выше озонового слоя, на расстоянии 32 км от поверхности планеты, соответствующей защиты уже нет. Кажется, что даже экстремофилам нечего делать в стратосфере Земли.
|
|
|
|
Биологи утверждают обратное. Исследования микроорганизмов в верхних слоях атмосферы ведутся с 30-х годов, причем ранее они требовали куда больших и денежных, и человеческих ресурсов. Пилот Чарльз Линдберг поднимался в небо над Атлантикой, чтобы брать атмосферные образцы — во время таких «вылазок» монопланом управляла жена авиатора. Самолеты хорошо подходят для верхних слоев атмосферы, но подниматься выше — в стратосферу и мезосферу — они не могут. Менее плотные потоки просто не удерживают аппараты.
|
|
|
|
В 70-х годах технологии изучения стратосферы были усовершенствованы. В небо начали запускать шары и ракеты — они буквально «брали мазки» воздушной оболочки, затем возвращая их на Землю. Ранние результаты не были достоверными: приборы не стерилизовали. Перед современными учеными стоит задача подтвердить и уточнить данные XX века.
|
|
|
|
Дэвид Смит, астробиолог из НАСА, исследует стратосферу и верхние слои атмосферы. Данные о среде собираются с помощью джета Gulfstream III, способного подниматься на высоту стратосферы. Каскадный пробоотборник пропускает воздух через тонкие ударные пластины с микроскопическими отверстиями. Принцип такого метода напоминает решето: пыль и микроорганизмы оседают на пластинах и доставляются вниз, на Землю.
|
|
|
|
Сам Смит считает, что микроорганизмы не могут расти или размножаться на высоте стратосферы: слишком холодно и сухо. Зато эта среда хорошо подходит для «консервации»: организмы выживают в 10–50 км от Земли. Оставаясь на одном месте, путешествуя в потоках разреженного воздуха, добираясь до тропосферы микроорганизмы «ждут» возвращения в комфортную среду планеты.
|
|
|
|
Исследовать верхние слои атмосферы можно и без джета. Стратостат — специальное устройство по типу аэростата, способное поднимать человека на высоту стратосферы.
|
|
|
|
Первый стратостат был спроектирован швейцарцем Огюстом Пикаром для изучения космических лучей. Ученый совершил первый полет на новом устройстве в 1931 году, но почти за 100 лет своей истории устройство до сих пор не вышло из исследовательского инструментария.
|
|
|
|
Ученые из Университета Шеффилда обнаружили микроорганизмы, принесенные на Землю из стратосферы. В 2013 году команда исследователей запустила специальный воздушный шар на высоту 27 км, причем прямо в то время, когда над Землей проходил метеоритный дождь Персеиды.
|
|
|
|
Размер принесенных стратостатом частиц оказался настолько крупным, что их обнаружение на высоте стратосферы стало неожиданностью. То, что их занесло с Земли, практически невозможно: за последние три года не происходило настолько сильных извержений вулканов. Биолог Милтон Уэйнрайт считает, что гипотеза об инопланетном происхождении этих микроорганизмов вполне возможна.
|
|
|
|
Теория панспермии — гипотеза возникновения земной жизни. Объясняет появление живого на Земле благодаря некой комете, принесшей первые микроорганизмы на планету.
|
|
|
|
Результаты, полученные командой Уэйнрайта, могли изменить представления о жизни — она продолжает прибывать на Землю из космического пространства. Итоги изотопного фракционирования не подтвердили обнадеживающих выводов: соотношение изотопов микроорганизмов оказалось таким же, как у земных образцов. И все-таки этот опыт доказывает: бактерии выживают в стратосфере.
|
|
Венерианская атмосфера
|
|
|
|
На волне всеобщей космической лихорадки в 60-х популяризатор науки и астроном Карл Саган предполагал, что верхняя атмосфера Венеры может скрывать остаточные микроорганизмы, когда-то существовавшие на прохладной поверхности планеты. Сегодня бактерии не выживут на поверхности, постоянно раскаленной из-за венерианского парникового эффекта — температура достигает 465 °С, а атмосферное давление в 92 раза больше земного.
|
|
|
|
Зато земные эксперименты в стратосфере помогают обосновать гипотезу о существовании жизни на Венере. Но в облаках. Недавнее исследование, опубликованное в журнале Astrobiology, сообщает, что температура, давление и химический состав атмосферы в 48 км от поверхности планеты подходят для выживания огромных колоний инопланетных бактерий.
|
|
|
|
Температура в стратосфере Венеры достигает 60 °C — горячо, но приемлемо для жизни. Давление останавливается на отметке в 775 мм рт. ст.
|
|
|
|
При этом химический состав верхних слоев Венеры кислотнее земного: серная кислоты, углекислый газ и капли воды. Для экстремофилов, подобных земным, даже такие условия не покажутся смертельными. Если жизнь на Земле что-то и доказала, так это то, что она выживает в самых внезапных местах — в кипящих источниках и подо льдами вечной мерзлоты. Ракеш Могул, соавтор статьи о жизни на Венере, заявляет: «На Земле жизнь может процветать в крайне кислотных условиях, может питаться углекислым газом или производить серную кислоту самостоятельно». Поэтому догадка об инопланетном происхождении прописавшихся на Земле микробов не кажется фантастикой.
|
|
|
|
Снимки Венеры показывают темные пятна в атмосфере планеты. Они меняют форму, размер и положение, но не исчезают полностью. Современные анализы показывают: пятна сделаны из точек, соответствующих земным бактериям по размеру. Спектры света, поглощаемые частицами Венеры, также похожи на спектры тех же земных бактерий.
|
|
Подводные исследования
|
|
|
|
Пользу в исследовании инопланетной жизни приносят не только антарктические подледные озера, но и ледниковые водоемы Чили. В Андах, на озерах Лагуна Негра и Ло Энкасадо, ученые тестируют устройства обнаружения микроорганизмов. В андских водах мало питательных веществ, а солнце пронизывает водоемы ультрафиолетовыми лучами. Эти озера — настоящие кладбища, потому что следы когда-то живых микроорганизмов оседают на дне как биомолекулы. Недавнее исследование, опубликованное в журнале Astrobiology, рассказывает, как микроостанки помогут обнаружить бактерии на Марсе или Титане.
|
|
|
|
Высокогорные озера Анд переносят исследователей в прошлое Марса, где, как считается, озера с жидкой водой подвергались такому же воздействию УФ-излучения. Значит, марсианские бактерии могли приспосабливаться к лучам так же, как чилийские микроорганизмы.
|
|
|
|
Для получения биомолекул используют LDChip — биосенсорный чип с 450 антителами, обнаруживающий белки или ДНК древней или современной жизни. Это основная деталь аппарата Signs of Life Detector (SOLID), собирающего до 2 г почвы и льда. Их исследуют на биоматериалы. Инструмент удобен тем, что расшифровывать результаты можно в полевых условиях.
|
|
|
|
В осадках со дна нашли сульфат-восстанавливающие бактерии, археи, образующие метан, и экзополимерные вещества — продукты гамма-протеобактерий.
|
|
|
|
|
|
Профессор Дон Коуэн, исследователь микробной экологии из Университета Претории в Южной Африке, считает: «Все результаты исследований могут помочь идентифицировать такие же элементы в астробиологических образцах с Марса, что станет доказательством инопланетной жизни». Чем шире становится библиотека биомаркеров, тем выше точность исследований инопланетных образцов. Определяются универсальные результаты: как сохраняются бактерии, как они реагируют на радиацию и окружающую среду. Новая информация используется для совершенствования тестов, обнаруживающих жизнь.
|
|
|
|
Источник
|
