Код жизни. Как случайность стала биологией: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Наконец, последнюю подсказку дали весьма изобретательные измерения магнитного поля. Магнитометр (прибор для регистрации изменений магнитного поля) на борту «Галилео» обнаружил, что Европа действует как слабый стержневой магнит, чей магнетизм индуцируется магнитным полем Юпитера. Говоря простыми словами, у Юпитера есть сильное магнитное поле, которым он обязан вращающемуся ядру из металлического водорода. Магнитная ось Юпитера не вполне совпадает с его осью вращения (как и у Земли), поэтому магнитное поле Европы при вращении Юпитера вокруг своей оси периодически меняется (как будто ее освещает магнитный «маяк»). Электромагнетизм устроен так, что, когда электрический проводник – материал, через который может течь электрический ток – помещен в переменное магнитное поле, он сам превращается в магнит. Иначе говоря, из того, что «Галилео» обнаружил, что у Европы есть индуцированное магнитное поле, следует, что в недрах Европы есть слой электропроводящего материала. На основании тщательных измерений индуцированного магнитного поля Маргарет Кивелсон, Кришан Курана и их коллеги из магнитометрической команды Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе смогли показать, что наблюдаемую проводимость может давать соленый подповерхностный океан.

Итогом этого сложнейшего геркулесова труда было то, что исследователи, проделав целый ряд тщательных остроумных измерений, сумели показать, что толстый слой поверхностного льда на Европе, скорее всего, скрывает под собой соленый океан объемом примерно вдвое больше Мирового океана Земли.

Глубина подповерхностного океана Европы, по оценкам, составляет около ста километров, у него каменистое дно, и он покрыт слоем льда, толщину которого точно измерить не удалось, но она составляет где-то от 10 до 30 километров. Любопытно, что Космический телескоп имени Хаббла тоже подтверждает наличие такого океана. На одном изображении Европы, снятом им в 2012 году, видно нечто вроде тонкого фонтана водяного пара, поднимающегося на высоту около 200 километров. Исследователи, изучающие данные Хаббла, сообщают о предположительном обнаружении таких фонтанов в 2016 и 2017 годах. Более того, астрономы, пересмотревшие данные «Галилео», в 2018 году сделали вывод, что этот космический аппарат, вероятно, пролетел сквозь такой фонтан при облете Европы в 1997 году. Наконец, группа исследователей, работавших в обсерватории Кека на Гавайях, в ноябре 2019 года сообщила, что обнаружила водяной пар над поверхностью Европы. Эти фонтаны, если удастся окончательно подтвердить их наличие (к осени 2023 года Космический телескоп им. Уэбба их еще не обнаружил), вероятно, исходят прямо из подповерхностного океана (и вырываются из трещин во льду) либо из каких-то жидких озер в толще внешнего льда. Главное – что эти фонтаны позволяют проанализировать состав океанской воды без необходимости бурить многокилометровые скважины во льду. Какой-нибудь космический аппарат может пролететь сквозь фонтан, взять пробы и проанализировать их прямо на орбите. В 2023 году астрономы обнаружили еще одну любопытную черту, которая указывает на связь между поверхностью Европы и подповерхностным океаном. На основании данных телескопа им. Уэбба ученые обнаружили углекислый газ в конкретной области на ледяной поверхности Европы. Подробный анализ показал, что углерод, скорее всего, произошел из подповерхностного океана, а не был принесен извне, например, метеоритами. Более того, оказалось, что с геологической точки зрения это достаточно недавние отложения.

Ответ на вопрос, может ли соленый океан Европы послужить колыбелью жизни, – всего лишь «вероятно», но это означает, что нам нужно досконально исследовать такую версию. Оптимисты основывают надежды на данных о некоторых подледниковых озерах на Земле, в которых, невзирая на экстремальные условия, существуют разнообразные экосистемы. Самое известное из этих озер – озеро Восток в Антарктиде.

Озеро Восток залегает под слоем льда толщиной более четырех километров, отрезанное от любых контактов с атмосферой или светом. По оценкам, оно пребывает подо льдом вот уже около 15 миллионов лет. По размерам и объему озеро Восток – одно из величайших пресноводных озер на Земле. Учитывая такие уникальные условия, ученые из Великобритании, России, Франции и США сделали несколько попыток пробурить лед почти до поверхности озера. В 2013 году рабочая группа, которую возглавлял Скотт Роджерс из Государственного университета в Боулинг-Грин, провела секвенирование ДНК и РНК[39] из нижнего слоя льда, покрывающего озеро (так называемого аккреционного льда). Этот лед собрали при разведывательном бурении в девяностые годы прошлого века. Роджерс и его коллеги выявили тысячи последовательностей генов, в основном бактерий и эукариотов (организмов, чьи клетки содержат ядро), а следовательно, в озерной воде есть жизнь. Некоторые микробиологи отнеслись к результатам скептически, указав на то, что находки могут объясняться контаминацией в процессе бурения, а не принадлежать живым организмам из озера. Однако эти сомнения, по-видимому, удалось развеять, когда эколог-микробиолог Джон Приску из Университета Монтаны получил очень похожие результаты при исследовании другого подледникового антарктического озера – Уилланс, пробурив 800 метров льда. Скотт Роджерс и сам подкрепил достоверность своих находок в 2020 году, когда совместно с биологом Колби Гурой опубликовал новый анализ биоразнообразия в озере Восток, подтвердивший первоначальные результаты Роджерса. Свою статью ученые заключили так: «Следовательно, озеро Восток, вероятно, содержит функционирующую экосистему, получающую химические и энергетические ресурсы из покрывающего озеро ледника и, возможно, из геотермальных источников».

При оценке потенциальной обитаемости Европы нам нужно учитывать и другой интересный аспект. Как мы знаем из глав 3–5, эксперименты по созданию живой материи в лаборатории показали, что путь от химии к биологии (если он вообще существует) требует высоких концентраций необходимых молекул, чтобы запустить и поддерживать необходимые химические реакции. Океанские просторы не очень подходят для создания таких концентраций. Это соображение привело к гипотезе, о которой мы говорили в главе 6, что жизнь на Земле зародилась не в океане, а в относительно маленьких водоемах на суше. Если это так, следует ли из этого, что на Европе не может быть жизни? Необязательно, но это может означать, что жизнь на Европе (если она там есть) зародилась не там, а где-то еще. Как мы уже отметили, вполне может быть, скажем, что на Европу попали метеориты, выбитые при столкновении с астероидом или кометой с Марса, где жизнь (в принципе) могла зародиться. Если в этих метеоритах были живые микроорганизмы, они могли (опять же, в принципе) сохраниться и даже эволюционировать в подповерхностном океане Европы. Несколько более пессимистично настроены авторы исследования, вышедшего в марте 2024 года, где говорится, что заряженные частицы, бомбардирующие поверхность Европы, производят меньше кислорода (высвобождая его изо льда), чем считалось раньше.

Данные, которые получил во время недавних пролетов аппарат «Джуно», помогают и ученым, планирующим миссию «Европа Клиппер». «Европа Клиппер» – это миссия НАСА, запуск которой намечен на октябрь 2024 года. Этот аппарат должен прибыть к Юпитеру в 2030 году. Ожидается, что при движении по орбите вокруг Юпитера он несколько раз пролетит мимо Европы и даже приблизится к ней на расстояние немногим более 20 км. Главная цель этой миссии – подтвердить, что на Европе есть подповерхностный океан, и помочь в выборе места для посадки спускаемого аппарата в будущем.

Однако Европа – не единственный спутник в Солнечной системе, который хотя бы теоретически мог бы быть обитаемым. Некоторые ученые полагают, что и у других спутников есть такие же, а может быть, и более высокие шансы.

Крошка-гигант, который смог

Шестой по величине спутник Сатурна называется Энцелад и назван в честь гиганта из греческой мифологии. Гиганты сражались с греческими богами за владычество над миром и не обязательно отличались высоким ростом, однако славились силой. В частности, на одном блюде, созданном в Аттике в VI веке до н. э., Энцелад изображен сражающимся с самой Афиной (теперь это блюдо хранится в Лувре). Что касается Энцелада – спутника Сатурна, то его открыл астроном Уильям Гершель в 1789 году, а название ему дал сын Уильяма Джон Гершель в 1847 году. Казалось бы, такой невзрачный спутник, занимающий скромное шестое место по размерам даже среди спутников Сатурна, не должен привлекать особого внимания. Ведь его диаметр едва достигает 500 км, так что едва ли он сохраняет хоть какое-то тепло. Однако Энцелад с ходу загадал астрономам загадку. Изображения спутника, которые получил в 1981 году «Вояджер-2», пусть и сделанные с большого расстояния, показали, что южное полушарие Энцелада довольно гладкое, почти без кратеров, зато в северном кратеров гораздо больше. Поскольку спутники Сатурна подвергаются постоянной бомбардировке метеоритами, такая конфигурация указывает, что область вокруг южного полюса Энцелада каким-то образом восстановила гладкость. Кроме того, астрономы знали, что Энцелад покрыт льдом, поскольку, как выразился Морган Кейбл, ученый из Лаборатории реактивного движения НАСА, Энцелад – «один из самых белых и ярких объектов в Солнечной системе».

Космические исследования – дело сложное, требующее терпения и довольно дорогостоящее. Вот почему после «Вояджера-2» исследователи прождали больше двадцати лет, прежде чем сделали следующий шаг в исследованиях Энцелада. Космический зонд НАСА «Кассини» целых 23 раза пролетел мимо Энцелада в 2015–2017 годах – и изображения и данные, полученные в результате этих пролетов, были так восхитительны, что их стоило ждать. При первом пролете «Кассини» подошел к спутнику на расстояние всего 1200 км, и его магнитометр зарегистрировал искажение магнитного поля Сатурна над южным полюсом Энцелада. Возможно, это вызвано извержением из Энцелада какого-то вещества, поскольку установленный на борту зонда анализатор космической пыли зарегистрировал много частиц размером с пылинку.

Результаты последующих пролетов были по меньшей мере головокружительны. Во-первых, на полученных изображениях видно множество гейзероподобных фонтанов в окрестностях южного полюса Энцелада. Кроме того, стало ясно, что эти гейзеры питают одно из колец Сатурна – так называемое кольцо Е. Во-вторых, когда «Кассини» пролетел сквозь гейзеры и проанализировал их химический состав, исследователи обнаружили, что они содержат водяной пар, углекислый газ, угарный газ, метан, азот, аммиак и другие углеродные компоненты, которые обычно находят в кометах, однако их много и в гидротермальных источниках на Земле. Третьим потрясающим открытием было то, что на южном полюсе Энцелада теплее, чем на экваторе, хотя туда попадает меньше солнечного света. Более того, температура в трещинах на поверхности в районе южного полюса (их стали называть «тигриными полосками») на 39 °С выше, чем на экваторе – а значит, в этом регионе идет какая-то геологическая активность.

На основании первых же результатов все ученые, участвовавшие в наблюдениях, сразу предположили, что гейзеры исходят из подповерхностного жидкого океана. Однако уже тогда возникло неприятное подозрение, что возможно и альтернативное толкование: не исключено, что водяной пар образуется на поверхности непосредственно изо льда в процессе сублимации. Такой процесс наблюдают на кометах (однако в случае Энцелада источником тепла служит не Солнце).

На этом этапе настал звездный час двух научных групп, работавших с двумя анализаторами химического состава на борту «Кассини». Первым был анализатор космической пыли, которым управляли ученые из Штутгартского университета. Они обнаружили в кольце Е Сатурна (том самом, которое создают гейзеры Энцелада) соли натрия. Сочетание данных «Кассини» и Космической обсерватории имени Гершеля показало, что и торообразное облако ледяных частичек, окружающее Сатурн, тоже образовано из водяной пыли из гейзеров Энцелада. Учитывая, откуда взялись соли натрия в кольце Е, это означает, что они содержатся и в гейзерах. На кометах такого никогда не наблюдалось, а значит, сценарий сублимации на поверхности становится гораздо менее вероятным. Вдобавок анализатор космической пыли зарегистрировал специфические частицы оксида кремния, которые на Земле обычно находят в гидротермальных источниках на океанском дне. Кристаллы оксида кремния, найденные в гейзерах Энцелада, были диаметром от двух до восьми нанометров, а зерна такого размера из чистого оксида кремния формируются в соленой океанской воде при температуре около 93 °С, характерной для гидротермальных источников. Однако в некоторых гидротермальных источниках на Земле вырабатывается еще и молекулярный водород, причем довольно активно. Поэтому можно было сделать осторожное предсказание, что в гейзерах Энцелада будет содержаться и молекулярный водород. Ко всеобщему восторгу, масс-спектрометр ионизированного и нейтрального вещества, с которым работают ученые из Юго-Западного исследовательского института в Техасе, и в самом деле показал, что в гейзерах содержится гораздо больше молекулярного водорода, чем можно было бы объяснить распадом более сложных молекул.

Однако даже после таких успешных наблюдений оставались без ответа еще два дополнительных важных вопроса. Во-первых, распространяется ли подповерхностный океан на Энцеладе на весь спутник или же он региональный и ограничен окрестностями южного полюса. Во-вторых, достаточно ли древний этот океан, чтобы жизнь в нем не только поддерживалась, попав туда извне, но и успела эволюционировать.

К счастью, «Кассини» передал нам целую сокровищницу данных, которые еще только предстоит проанализировать. Изучив сотни фотографий, сделанных на всем протяжении пролетов «Кассини», ученые сумели точно картировать все особенности поверхности Энцелада и в 2015 году обнаружили, что этот спутник еще и колеблется на орбите. Важность этого открытия для выявления внутренней структуры Энцелада трудно переоценить. Энцелад находится в состоянии приливного захвата с Сатурном, как и Луна с Землей. Это означает, что Энцелад совершает оборот вокруг своей оси за то же время, за которое совершает круг по орбите вокруг Сатурна, поэтому он всегда обращен к Сатурну одной и той же стороной, точно так же как наша Луна всегда являет нам один и тот же лик. Легкие колебания из стороны в сторону, так называемая геометрическая либрация по долготе, происходит, когда форма спутника не идеально сферична, поэтому гравитационное притяжение как бы слегка сбивается с прицела. Амплитуда колебаний подсказывает, вращается ли спутник как сплошное твердое тело или же его кора на самом деле плавает поверх слоя жидкости. В последнем случае амплитуда либрации больше. Сравнив либрацию Энцелада с теоретическими моделями, ученые, работающие с «Кассини», с уверенностью заключили, что на Энцеладе есть глобальный океан, заключенный между слоем льда на поверхности и каменным ядром.

В 2023 году были опубликованы статьи о трех новых поразительных открытиях, касающихся Энцелада. Во-первых, рабочая группа под руководством Джеронимо Вильянуэва из Центра космических полетов имени Годдарда, входящего в состав НАСА, обнаружила на Энцеладе фонтан водяного пара высотой более 10 тысяч километров! Во-вторых, Франк Постберг из Свободного университета в Берлине и его коллеги проанализировали отдельные крупинки льда, выброшенные с Энцелада, и обнаружили, что в океане на Энцеладе содержание фосфатов как минимум в сто раз больше, чем в земных океанах. Вспомним, что фосфор в форме фосфатов необходим для жизни на Земле. Он формирует часть цепочки ДНК, а кроме того, входит в состав молекул клеточных мембран. Это исследование впервые установило наличие фосфора в океане на другом небесном теле, помимо Земли. В-третьих, анализируя данные «Кассини» десятилетней давности по одному из гейзеров Энцелада, ученые еще на шаг продвинули гипотезу его пригодности для обитания. Они обнаружили там циановодород, то есть синильную кислоту – молекулу, которая, как мы знаем из глав 3–5, необходима для создания живой материи.

Таким образом, подробная картина, которая сложилась в результате всех пролетов «Кассини», превратила Энцелад из маленького и не особенно интересного далекого спутника, не имевшего никакого отношения к поискам внеземной жизни, в один из самых перспективных объектов для астробиологических исследований в Солнечной системе. Сейчас считается, что на Энцеладе есть подповерхностный соленый океан, под которым залегает активное дно с гидротермальными источниками. В этих источниках, по-видимому, полным ходом идут самые разнообразные химические реакции, дающие молекулярный водород, а значит, там складываются условия, в которых на Земле бурно процветает жизнь. Как мы уже неоднократно отмечали, есть основания полагать, что жизнь зародилась, скорее всего, в озерцах на суше, но гидротермальный источник, безусловно, прекрасное место для ее поддержания. Данные о существовании гидротермальных источников, кстати, подкрепляются и открытием органических молекул, присутствие которых ожидается в таких источниках.

Особенный интерес вызвала и еще одна находка «Кассини». Анализ состава гейзера, сквозь который пролетел «Кассини», показал неожиданно высокое содержание метана. Группа исследователей во главе с Антонином Аффхолдером из Высшей нормальной школы в Париже в 2021 году продемонстрировала, что такое большое количество метана не мог обеспечить самый вероятный абиотический процесс – серпентинизация, реакция минералов в горных породах с CO₂ и горячей водой. Напротив, ученые показали, что столько метана можно получить благодаря деятельности метаногенов – микроорганизмов, которые поглощают водород и углекислый газ и вырабатывают метан. Однако радоваться преждевременно. Исследователи быстро признали, что у загадки метана есть и другие решения, не имеющие отношения к живой материи. Например, избыток первичного метана, оставшегося после формирования Энцелада, или другой, еще не известный абиотический процесс.

Подповерхностная экосистема Энцелада, если она и вправду существует, явно не похожа на какую-нибудь тихую и мирную земную экосистему. Скорее она будет похожа на среду, где обитают экстремофилы – микроорганизмы, приспособленные к самым жестким условиям. В частности, это наверняка анаэробы, которые обходятся без фотосинтеза. Вероятно, ближайший земной аналог – подледниковые антарктические озера и некоторые места в Исландии, где идет бурная гидротермальная активность и извергаются гейзеры.

Вызывает споры и вопрос о возрасте океана на Энцеладе. В статье, опубликованной в 2017 году, группа ученых во главе с Лучано Иессом из Университета Сапиенца в Риме, попыталась определить возраст колец Сатурна. Оценки ученых основывались на сегодняшнем объеме пыли в кольцах и на средней скорости накопления этой пыли. Исследователи предположили, что пыль поступает в форме микрометеороидов из пояса Койпера – зоны ледяных объектов, находящейся за орбитой Нептуна. Оценка возраста, которую получили Иесс с коллегами, стала неожиданностью для многих астрономов и планетологов: всего около ста миллионов лет! Иначе говоря, если это так, кольца Сатурна не просто моложе остальной Солнечной системы – к тому времени, когда они возникли, эволюция жизни на Земле зашла уже так далеко, что в разгаре была эра динозавров. Это важно с точки зрения перспектив обнаружить жизнь на Энцеладе, поскольку один из сценариев формирования колец предполагает, что Энцелад возник одновременно с кольцами Сатурна в результате столкновения планеты или какого-то из ее более старых спутников с относительно крупным небесным объектом.

Не все исследователи согласны с выводом о возрасте колец, который делают Иесс и его коллеги. Точнее говоря, целый ряд планетологов указывают, что оценки скорости, с которой кольца загрязнялись пылью, были весьма приблизительными. Кто-то утверждает, что кольца не могли сформироваться за такое короткое время. В сущности, планетологи обсуждают механизм формирования колец Сатурна уже много лет. Одна из последних моделей этого процесса была представлена в сентябре 2022 года планетологом Джеком Уиздомом из Массачусетского технологического института и его коллегами. Согласно их теории, кольца возникли около 160 миллионов лет назад, когда один из спутников Сатурна (получивший название Кризалис) был разорван приливными силами. Еще более свежее исследование Саши Кемпфа и его коллег из Колорадского университета в Боулдере позволило определить поток микрометеороидов на кольца Сатурна и задать верхнюю границу их возраста – не более 400 миллионов лет. Так что, при всей неопределенности ситуации, для многих астробиологов, ищущих внеземную жизнь в Солнечной системе, Энцелад остается одним из самых привлекательных объектов.

Maria и Lacus

По-латински maria означает «моря», а lacus – «озера». Кроме Земли, в Солнечной системе есть лишь один объект, на котором существуют устойчивые моря и озера, сезоны дождей и даже система рек на поверхности, совсем как на Земле. Это Титан – самый большой спутник Сатурна. Когда «Кассини» сфотографировал второй по величине водоем на Титане, море Лигеи, полученные изображения вполне можно было бы принять за какое-то море или озеро на Земле, снятое с большой высоты. Восьмого июля 2009 года «Кассини» даже уловил блик (видимое зеркальное отражение) солнечного света, отраженный в море Кракена на Титане, и тем самым подтвердил наличие жидкостей в озерной зоне Титана. Атмосфера Титана плотнее земной и так же, как и земная, богата азотом. Но не стоит заблуждаться – эти якобы земные свойства не означают, что на поверхности Титана можно ожидать наличия земной биосферы. Характерная температура на поверхности Титана чудовищно низка, –179 °С, а значит, реки, моря и озера состоят там не из жидкой воды, а в основном из жидкого метана, этана и азота. Иногда выпадающий на Титане дождь тоже состоит из капель жидкого метана. У атмосферы Титана тоже есть свои странности. Она состоит из азота (более 95 %), метана (менее 3 %), водорода (доля процента) и следов других углеводородов (органических веществ, состоящих из углерода и водорода). Мало того, в ней постоянно висит густая оранжевая дымка из органических веществ.

Наличие метана в атмосфере изначально считалось неожиданностью, поскольку все считали, что метан должен был быть полностью уничтожен ультрафиолетовым излучением Солнца менее чем за сто миллионов лет. Поэтому предполагается, что метан каким-то образом восполняется – либо постоянно, либо в результате периодических выбросов из-под ледяной поверхности Титана. Эта гипотеза нашла веское подтверждение благодаря замечательным наблюдениям космического аппарата «Гюйгенс», запущенного Европейским космическим агентством. В 2005 году он был спущен на парашюте с «Кассини» на поверхность Титана. Во время спуска «Гюйгенс» обнаружил в атмосфере Титана изотоп благородного газа аргона, который вырабатывается при радиоактивном распаде изотопа калия. Поскольку этот изотоп калия, вероятнее всего, содержится в горных породах, наличие аргона в атмосфере Титана явно указывает, что из недр Титана и в самом деле вырываются газы. Как ни удивительно, у Титана есть и другие интересные особенности, помимо уникальной поверхности и свойств атмосферы. Еще одна черта, которая делает Титан кандидатом на обитаемость, – соленый подповерхностный океан жидкой воды. Первые намеки на существование такого океана ученые получили, когда обнаружили некоторые, на первый взгляд, загадочные электромагнитные явления. Зонд «Гюйгенс» зарегистрировал в атмосфере Титана крайне низкочастотные радиоволны, а также ненулевое электрическое поле у самой поверхности спутника. Вероятно, вы помните, что в случае Европы, спутника Юпитера, обнаружение индуцированного магнитного поля указывало на существование проводящего вещества в ее недрах. Подобным же образом подробные модели Титана, которые создали планетолог Кристиан Бегин из Орлеанского университета и его коллеги, показали, что низкочастотные радиоволны требуют наличия проводящего слоя под поверхностью, причем с такими свойствами, какие лучше всего обеспечил бы соленый океан. Затем, точно рассчитав орбиту «Кассини» в период с 2006 по 2011 год, исследователи смогли охарактеризовать и картировать гравитационное поле Титана, измерив его деформации, возникающие в результате изменений приливных сил Сатурна. На этом основании они показали, что Титан реагирует на эти силы не как твердое тело, а так, словно под коркой льда у него скрывается слой жидкости, что опять же указывает на наличие жидкого океана. Мы даже приблизительно не знаем ни глубины океана, ни толщины льда, однако, по оценкам аэрокосмического инженера и члена команды «Кассини» Лучано Иесса и его коллег, оба эти размера составляют примерно по 80–100 км.

Есть очень заманчивая гипотеза, согласно которой на Титане, по крайней мере теоретически, возможно сосуществование двух совершенно разных типов жизни. Один из них – жизнь в привычном нам виде в подповерхностном океане Титана. Другой – жизнь в непривычном для нас виде в озерах жидкого метана и этана на поверхности спутника. Таким образом, Титан противоречит принципу, что жизнь должна быть там, где вода, поскольку этот принцип базируется исключительно на биохимии, для которой требуются свойства воды и водяных растворов.

Однако стоит отметить, что наше представление о необходимости воды как растворителя для создания живой материи основаны совсем не на том, что мы считаем Землю центром мироздания. У этого представления есть веские биологические, химические и физические причины. Во-первых, молекула воды полярна, то есть обладает небольшим электрическим зарядом, положительным и отрицательным, на водородном и кислородном конце соответственно. Полярные растворители растворяют полярные вещества, а многие составляющие живой материи (в привычном нам смысле) включают в себя полярные вещества. Напротив, жидкий метан и этан – довольно плохие растворители. Они неполярны, и хотя они способны растворять другие неполярные соединения вроде ацетилена и других углеводородов, но если речь идет об обычных компонентах углеродной жизни, неполярный растворитель оказывается бесполезен. Во-вторых, вода играет важную роль в самых разнообразных жизненных процессах – от обеспечения структурной стабильности белков и ДНК до сворачивания белков. В-третьих, клетки известной нам живой материи в основном состоят из воды.

И все же существует будоражащая воображение вероятность, что на Титане обитает совершенно иной тип живых существ – поистине «второе творение». Астробиолог Крис Маккей из Исследовательского центра Эймса при НАСА полагает, что такая жизнь вполне реализуема. Он утверждает, что «свободные» органические вещества, обнаруженные в атмосфере Титана (например, фотохимически образующийся углеводород ацетилен) потенциально способны поставлять химическую энергию (в первую очередь в ходе реакций с водородом, дающих метан и этан). Однако остается под вопросом, способна ли жидкость, состоящая из метана и этана, заменить воду в качестве растворителя для молекул живой материи. Как мы уже писали, нет никаких сомнений, что жидкий метан с его невероятно низкой температурой, мягко говоря, проигрывает по сравнению с водой. Поэтому совсем не очевидно, что в подобной среде могут идти сколько-нибудь интересные химические реакции. Тем не менее сценарий Маккея позволяет сделать одно интересное, хоть и спекулятивное, предсказание: если в озерах Титана и есть жизнь и она и в самом деле предполагает потребление водорода, следует ожидать снижения уровня водорода в атмосфере у поверхности Титана. Любопытно, что, как обнаружил планетолог Даррелл Стробел из Университета Джонса Хопкинса в 2010 году, данные «Кассини» и в самом деле указывают на то, что в атмосфере Титана есть нисходящий поток водорода, а у поверхности он практически исчезает. Еще одна научная группа под руководством Роджера Кларка из Геологической службы США в Денвере составила карту углеводородов на поверхности Титана и обнаружила недостаток ацетилена, что опять же согласуется со спекулятивным предположением Маккея. И все же большинство исследователей, в том числе сам Маккей, предупреждают, что эти результаты – и по водороду, и по ацетилену – могут объясняться и без гипотезы о живой материи. В частности, оценки плотности гипотетической биомассы на Титане (плотности массы живых организмов) – разумеется, со множеством неясностей и допущений – указывают на то, что снижение уровня ацетилена едва ли вызвано процессами с участием живых организмов. По выражению Марка Аллена, научного руководителя рабочей группы, которая занимается Титаном, при Астробиологическом институте НАСА, «научный консерватизм требует обращаться к биологическому объяснению в последнюю очередь, исчерпав все небиологические… Эти результаты с большей вероятностью объясняются химическим процессом без участия биологии, например реакциями с участием минеральных катализаторов». Однако Маккей справедливо подчеркнул, что даже открытие небиологического катализатора, который действовал бы при низких температурах на Титане, само по себе произвело бы сенсацию.

Неудивительно, что Титан с его уникальностью вызвал целый ряд спекуляций. Например, планетологи Ральф Лоренц из Лаборатории прикладной физики университета Джонса Хопкинса, Джонатан Луни2н из Корнельского университета и Кэтрин Ниш из Университета Западного Онтарио предположили, что растворяющая способность веществ в озерах Титана была бы гораздо больше, если бы они содержали хотя бы немного циановодорода. Имеющиеся наблюдения не могут исключить такую вероятность, поскольку доступные на сегодня данные не позволяют точно определить относительное количество циановодорода. Дело в том, что, поскольку молекула циановодорода полярна, исследователи предположили, что содержимое озер Титана может сольватировать (то есть растворять)[40] даже полярные молекулы вроде воды. Если эта спекулятивная идея найдет подтверждение (прежде всего в результате точных лабораторных экспериментов), у сторонников потенциальной обитаемости поверхности Титана (в той или иной форме) появится лишний довод. Следует отметить, что циановодород на Титане определенно есть. Когда «Гюйгенс» спускался сквозь атмосферу Титана, он обнаружил следы льда из циановодорода примерно в ста километрах над поверхностью. Кроме того, в 2014 году планетолог из Лейденского университета Ремко де Кок и его команда проанализировали данные инфракрасного спектрометра на борту «Кассини» и заметили несколько спектральных линий над южным полюсом Титана. Ученые заключили, что эти линии дает лед из циановодорода. Интересно, что циановодород, который, скорее всего, сыграл важнейшую роль в зарождении жизни на Земле, мог в принципе поспособствовать и существованию жизни на Титане.

Титан и сегодня постоянно обеспечивает плодородную почву для догадок. Например, химики-теоретики Мартин Рамм и Хильда Сандстрем из Технического университета Чалмерса в Швеции предположили, что клеточные мембраны (одна из основных черт привычной нам жизни) в условиях Титана, вероятно, совсем не нужны гипотетическим астробиологическим организмам. Ученые утверждают, что биологические молекулы, чтобы держаться вместе, вполне могут рассчитывать на лед, которого на Титане так много. Возможно, такие молекулы крепятся к камням, а питательные вещества просто плывут в их сторону, снабжая их «бесплатными обедами».

[39] Определение последовательности нуклеотидов.

[40] В общем случае сольватация – любое взаимодействие молекул растворенного вещества и молекул растворителя. В нашем случае циановодород может обеспечивать сольватацию молекул воды в неполярной среде за счет электростатических взаимодействий и образования водородных связей. Интересно, что даже при превышении порога растворимости воды в озерах Титана она могла бы образовывать обратные эмульсии, стабилизированные циановодородом и другими полярными веществами, т. е. своеобразные модели протоклеток.