лекулы типа окиси титана или циркония, но, безусловно, не сложные органические вещества.
Заметим, что сверхвысокие температуры о которых шла речь, - даны не приблизительно, они точно вычислены с использованием научных методов. В основе их - простой принцип: так кузнец определяет по цвету температуру железной поковки. Если металл темно-красного цвета значит, температура 520° С, если вишневого - 620° С. Железо, достигшее ослепительно-белого цвета, раскалено до 1050° С.
С помощью спектрального анализа - все того же! - астрономы строго разделили звезды на различные классы в зависимости от цвета и, следовательно, температуры. Эти спектральные классы обозначаются, в порядке .уменьшения температуры, буквами: О, В, А, F, G, К, М, R, N, S, что гарвардские студен-, ты расшифровали как: "О Be A Fine Girl, Kiss Me Right Now, Sweetheart".
Спектры звезд так чувствительны-к малейшим нюансам, что десять основных классов пришлось разделить - каждый на десять подклассов, пронумерованных от 0 до 9, причем звезда класса F8 окажется ближе к классу GO, чем FI. Наше Солнце - весьма заурядная желтая звезда - в этой классификации значится как G2.
Изучение температуры звезд дает основание считать, что жизни на них не существует. По всей вероятности, не существует ее и в межзвездном пространстве. Правда, английский астроном Фред Хойл изобразил ее в фантастическом романе "Черное облако". Но трудно понять, как может зародиться жизнь в среде столь малой плотности - в царстве вакуума более полного, чем когда-либо удавалось получить в земных условиях. Известные астрономам "облака" состоят из невероятно разреженной материи. Говоря попросту, куб со
ной десять километров в космосе содержит столько же атомов, сколько один кубический сантиметр воздуха! В такой среде не может происходить никаких химических реакций: атомы там просто не встречаются друг с другом. Даже расхожий образ "ледяные пространства" в этой молекулярной пустыне не имеет смысла...
Впрочем, теперь известно, что в космическом пространстве существует немало молекул. Уже давно наблюдается и изучается радикал ОН. Позднее там открыли воду (Н^О), аммиак (NHg), а в 1969 году даже формальдегид (НСНО). С помощью 36-футового радиотелескопа на Китт Пик (Аризона) за десять дней наблюдений две группы американских ученых обнаружили шесть новых молекул. Сейчас в космосе найдено больше двадцати молекул, среди которых такие относительно сложные, как формамид HCONH.
Эти открытия не опровергают всего ранее сказанного - ведь плотность этих молекул по земным меркам все равно исключительно низка. Зато образование даже в вакууме таких молекул может служить убедительным доказательством того, что в более плотной среде - планетной атмосфере - возможен синтез органических молекул.
Очевидно, для возникновения жизни на звездах и в межзвездном пространстве должны присутствовать два основных условия, касающиеся плотности и температуры среды.
Первое условие: среда должна быть достаточно плотной (концентрированной); это ограничивает пределы поиска планетами и звездами. Второе: температура не должна быть ни слишком высокой, ни слишком низкой. При слишком высокой вещества не могут быть устойчивы это мы видели на примере звезд. А если слишком низкая? Тогда не идут никакие химические реакции. Ведь скорость
ции между двумя любыми веществами зависит от температуры, причем весьма сильно: скорость удваивается с повышением температуры на десять градусов. Низкие температуры не убивают живое вещество (наоборот, они используются, чтобы его сохранить), но приостанавливают жизнь. При абсолютном нуле (-273° С) все реакции останавливаются, хотя ни одна молекула не разрушается. Короче говоря, развитию жизни благоприятствуют только умеренные температуры.
Кроме того, для жизни необходим источник энергии. Как машина не может ехать без горючего, так и организм не может двигаться, расти и размножаться, не потребляя энергии. Но в космосе энергии очень мало. Она есть только вблизи звезд, которые друг от друга весьма отдалены: считается, что в нашей Галактике расстояние между самыми близкими звездами достигает нескольких световых лет.
Одним словом, проанализировав необходимые условия - плотность среды, температуру и энергию, - можно сделать вывод: поиски жизни надо сосредоточить на таких небесных телах, где плотность высока, температура умеренна и где получается энергия от одной из звезд. Нам известен лишь один тип таких тел: родственницы Земли - планеты различных систем.
ЖИЗНЬ И ХИМИЯ УГЛЕРОДА
Известные нам на Земле формы жизни весьма разнообразны: от бактерий одноклеточных организмов размером в один микрон - через растения к высшим животным, сложнейшее из которых - человек. Но в действительности все они состоят из одних и тех же клеток и химических веществ. Природа словно пользовалась небольшим числом заранее заготовленных кирпичиков, чтобы создать
множество конструкций: простых и сложных, прекрасных и безобразных.
Ее высшие создания - растения и животные - состоят из множества клеток, преимущественно специализирующихся на тех или иных определенных функциях. Одни клетки, к примеру, служат для пищеварения, другие - для размножения. Хотя они тесно связаны между собой, но настолько автономны, что можно выращивать культуры ткани, растить кусочки кожи и костей, отделенных от родного тела. Это поистине можно назвать "независимостью во взаимозависимости". Но природа породила и многочисленные низшие одноклеточные существа: микробы, амебы, бактерии, водоросли, грибки.
Все живые существа на Земле состоят из органических химических веществ, то есть веществ, содержащих углерод. Здесь необходимо сделать отступление,
...В конце XVIII в. Лавуазье и Бертолле выявили, что так называемые органические вещества непременно содержат углерод, как правило, кислород и азот, иногда серу, в то время как неорганические вещества гораздо более разнообразны по составу.
Химики не раз пытались создать органические вещества на основе неорганических, но тщетно. Этому словно сопротивлялось что-то непонятное, названное тогда "жизненной силой".
В 1828 году немецкий химик Фридрих Велер впервые осуществил органический синтез, получив мочевину. Это было сенсацией в мире химиков. Но лишь в конце века Марсель Бертло в работе "Органическая химия, основанная на синтезе" окончательно опроверг догму о "жизненой силе", осуществив полный синтез метана, метилового спирта, этилена, ацетилена, этилового спирта и бензола. Он утверждал, что ничто вг&
может препятствовать синтезу любого органического вещества. Теперь известно, что синтез самых сложных органических веществ до сих пор не осуществлен только из-за технических сложностей, а не потому, что этому препятствует какое-то "витальное первоначало".
Органическая химия - это химия углерода, удивительного элемента, способного соединяться с четырьмя атомами других элементов и, в частности, образовывать длинные цепи атомов. Тлков, например, ряд, начинающийся с метана (бплотного газа), состоящего из одного атома углерода и четырех водорода (СН^), далее этан (два атома углерода и шесть водорода), пропан (3 атома углерода), бутан (4), октан (8) и т.д.
Некоторые из таких цепей чрезвычайно длин ны: они состоят из десятков тысяч атомов, обр^ - зуя естественные (например, хлопковые) или л,кусственные волокна.
Конечно, в состав живых организмов входят и другие, не углеродистые, вещества, например вода или фосфаты. Но лишь немногие из ш:х вполне необходимы для жизни, а без соединении углерода жизни не бывает. На Земле и, насколько мы знаем сейчас, вобще жизнь - это химия ' углерода. На этом основании мы с большой точно-; стью можем установить пределы температуры, при которых возможно существование жизни. :
При высоких температурах углеродистые co-j единения малоустойчивы. Все они разлагаются при^ 1000° С, лишь некоторые в течение короткого^ времени выдерживают температуру 800° С и несколько сот остаются стабильными при 500° С. Но, по-видимому, все молекулы, из которых состоит все живое на Земле, разлагаются уже при 100°. Всем известно, что вареное мясо не стано- j вится опять сырым и что болезнетворные мик-; робы уничтожаются стерилизацией в автоклаве. 1
Некоторые организмы выдерживают температуру до 70-80°, комары живут в исландских гейзерах при температуре +55°.
Напротив, при низких температурах проблемы стабильности не существует. Холод не убивает жизнь. Открытия, сделанные в этой области имеют такие важные для будущего следствия, что о них надо рассказать хотя бы для того, чтобы устранить распространенные заблуждения, касающиеся проблем сохранения жизни.
БЕССМЕРТИЕ НЕДАЛЕКО
Можно ли прерывать жизнь? И можно ли вернуть признаки жизни, на какое-то время приостановив ее? Еще Клод Бернар доказал, что реанимация высушенных простых организмов - не "воскрешение", как тогда думали, а просто следствие "химико-витально безразличного состояния", которым можно объяснить многие мнимые чудеса природы. Он сначала погружал в состояние "латентной жизни", а затем реанимировал дрожжи, яйца шелкопряда, семена растений.
Теперь доказано, что в латентном состоянии жизнь не прерывается. Она лишь замедляется, ослабевает, но какой-то обмен веществ между организмом и средой по-прежнему существует.
Много лет широкая публика верила в то, что семена пшеницы из пирамид фараонов после столетий видимой смерти прорастают вновь. Но все дело в том, что предприимчивые арабы - гиды при гробницах фараонов придумали продавать туристам зерна, будто бы обнаруженные при раскопках. Семена и в самом деле прорастали. Все шло гладко, пока Гастон Масперо не поинтересовался, почему зерна, найденные в гробницах им самим, никогда не всходят. Выяснилось, что гиды ночью тайком подбрасывают зерна в гробницу.
4 Досье внеземных цивилизаций
да же в одном очень древнем некрополе обнаружили зерна кукурузы (происходящей, как известно, из Америки), которые никак не могли попасть в гробницу до Колумба, - обмен стал очевиден...
Итак, в нормальных условиях зерна со временем умирают. Но нельзя ли найти условия, при которых они будут сохраняться в состоянии приостановленной жизни? В 1950 году Поль Беккерель опубликовал сенсационные результаты своих работ на эту тему.
Зерна, споры мха, бактерии, жгутиконосцы и тихоходки были помещены в температуру, близкую к абсолютному нулю (-273" С), в условиях возможно полного вакуума. Затем, перенесенные в нормальные условия, зерна проросли, споры мха дали изобильную культуру, простейшие тоже ожили*.
Дальнейшие работы позволили установить степень замедления жизненных процессов при различных температурах: при -100" С химические реакции протекают в 85 тысяч раз медленней, чем при температуре +20°, при -200" замедление идет в 5 миллионов раз, при абсолютном нуле - реакции останавливаются.
Таким образом, мы приходим к идее консервации, которую так любят писатели-фантасты, но которая основана на самых серьезных научных исследованиях. "Удивительней всего, - пишет Поль Беккерель, - что семя, которое при температуре 10-20 градусов тепла живет всего год, теоретически может, будучи законсервировано при температуре -270", прорасти через 71 триллион 300 миллиардов лет". Значит, холод может
* В ноябре 1969 г. экипаж "Аполлона-12" обнаружил и камере, оставленной спутником "Сервейер-З", стрептококк, два года находившийся в лунных условиях: при перепадах температур от -150 до +120° С.
дать бессмертие? Видный специалист Леон Рей подтверждает это: "Есть весьма серьезные причины полагать, что будущие исследования позволят найти оптимальное сочетание температуры предварительной заморозки, консервирующих жидкостей, температуры и степени обезвоживания тканей и способа реконструкции, чтобы обеспечить возможность консервации жизни. Таким образом мы перейдем пропасть, отделяющую высшие организмы от жгутиконосцев и тихоходок, и сможем приостанавливать жизненную активность на сколь угодно продолжительный срок".
Не приходится сомневаться, что именно этим путем можно решить, если не проблему бессмертия - до этого еще далеко, - то длительных космических путешествий. Умеренное охлаждение тела при определенных условиях может сильно замедлить жизненные процессы в организме человека, погруженного как бы в глубокий сон.
Искусственное замораживание уже сейчас используется в медицине. Известен даже один случай непроизвольного замораживания. 3 июня 1969 года молодой кубинец Армандо Сокаррас Рамирес, весьма легко одетый, уцепился за шасси взлетающего реактивного самолета испанской авиакомпании. По счастливой случайности самолет набирал высоту как раз с такой скоростью, что постепенное понижение температуры и содержания кислорода в воздухе привели к настоящему замораживанию. Через несколько часов полета на высоте 8000 м при температуре -41° С Рамирес оказался в Мадриде, а несколько дней спустя был уже на ногах.
Но активную жизнь большая часть земных существ ведет лишь при относительно высокой температуре. Пределы допустимых перепадов температур весьма ограниченны: для большинства ^кивых существ они соответствуют колебаниям
среднегодовых температур от 0 до 5" С. Такие примерно условия и существуют на Земле. Можно предположить, что жизнь просто приспособилась к этим условиям. Так приспосабливаются некоторые человеческие органы. Например, глаз воспринимает волны длиной от 0,4 до 0,8 микрон - как раз те, которые пропускаются земной атмосферой (так называемое "оптическое окно"). Но здесь дело в другом. Замечено, что в холодных областях земного шара жизнь гораздо менее обильна, а между арктическими и тропическими видами нет никакого соответствия значит, и никакого естественного отбора. Напрашивается вывод, что наилучшими условиями для органической жизни являются температуры от 20 до 40", то есть несколько выше среднегодовой на Земле.
Вокруг любой звезды существует зона с подходящей температурой - так называемая "биотермическая". В нашей Солнечной системе в ней находятся три планеты: у внутренней границы - Венера, у внешней - Марс, а посередине движется Земля.
Итак, мы установили температурные условия жизни углеродных соединений. Рассмотрим теперь и другие необходимые компоненты. Очевидно, что одно из них - наличие воды. В самом деле, все живые организмы содержат много воды; вероятно, жизнь и зародилась в водной среде. Пустыни, то есть недостаточно увлажненные пространства, бесплодны, в то время как реки, моря и океаны представляют собой наилучшую среду обитания для всех форм жизни.
Есть и другие условия -Х побочные или, во всяком случае, менее важные: это границы допустимого давления и интенсивности излучения. Атмосферное давление на планете зависит от силы тяжести на ее поверхности. Верхняя его планка, по-видимому, весьма высока, так как
рые живые организмы - например, глубоководные рыбы - приспосабливаются к давлению порядка 1000 кГ/см^, то_есть в тысячу раз больше, чем на уровне моря (1033 Г/см^. Но слишком низкое давление для жизни губительно, поскольку не позволит воде оставаться в жидком состоянии. Вот почему Луна совершенно потеряла свою воду. При температуре 20° С нижний предел допустимого давления составляет 1/40 давления земной атмосферы.
Что касается космического излучения, оно опасно для высокоорганизованных организмов, но не для низших. Есть насекомые, выдерживающие большие дозы радиации, а некоторые бактерии превосходно устраиваются в охлаждающих бассейнах ядерных реакторов.
Все эти условия и ограничения относятся к жизни углеродных соединений, подобных известным на земле. Давайте попытаемся представить себе жизнь, существующую на иной - не углеродной - основе, оставаясь, впрочем, в пределах таблицы известных элементов.
Химические элементы и законы универсальны: все простые вещества, открытые во Вселенной, известны жителям Земли и по большей части есть на Земле. В этой ^Сйязи особенно поразительно, что метеориты, падающие на Землю, состоят из таких вполне ^земных веществ, как железо и силикаты, хотя их внеземное происхождение несомненно.
Правда, гелий был обнаружен на Солнце раньше, чем на Земле, - отсюда и его название*. Но другие "открытия" такого рода не состоялись. Так, "небулий", обнаруженный в туманностях, и "короний"; найденный в Солнечной короне, оказались на деле просто полосами давно известных элементов, существующих в необычных условиях.
* Helios (греч.) - Солнце. - Прим. пер.
В природе не может быть элемента ни проще водорода, ни сложнее урана, поскольку последний был бы нестабилен*. Но в этих пределах все элементы уже известны, и опыты на ядерных установках подтверждают верность этой так называемой "менделеевской" классификации. Лишь кремний может, подобно углероду, создавать сложные соединения. Но его химия несравненно менее богата. Соединения кремния представляют огромный практический интерес и широко разрабатываются. Например, силиконовые "жиры" устойчивы к высоким температурам. Хотя в земной коре кремния (в виде силикатов) очень много - больше, чем углерода, жизнь для своего формирования выбрала углерод.
Кроме этого веского аргумента недавно появился еще один. Соединений углерода в космосе выявлено несколько. Среди них неустойчивый на Земле радикал СН и, самое главное, фор- ' мальдегид (СНОН) - его молекула уже достаточно сложная. В то же время из соединений кремния был обнаружен лишь окисел Si0, причем в крайне малых количествах.
Можно также представить себе вариант, в котором место воды займет аммиак (NHД) - их свойства похожи. При этом как раз аммиак в больших количествах находится в атмосферах планет-гигантов! Но и тут, как в случае с кремнием, получающиеся соединения и менее многочисленны, и менее сложны, так что развитие живых существ на их основе представляется весьма маловероятным.
В общем, при нынешнем состоянии наших знаний химия углерода - и ничто другое! - остается ключом жизни в природе.
* Впрочем, известно до двенадцати элементов тяжелее урана - так называемые "трансураниды". Один из них, плутоний, даже производится в значительных количествах на ядерных реакторах. Но все эти элементы радиоактивны, и "жизнь" самых тяжелых из них очень коротка.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС ЖИЗНИ
Другой важный источник жизни на Земле - кислород. Вот почему его так настойчиво разыскивают на других планетах. И отрицательные результаты, полученные при исследованиях Венеры и Марса, привели ученых к пессимистическим выводам.
На Землю вся энергия поступает от Солнца, причем в больших количествах: мощность солнечного света - 1,2 кВт на квадратный метр! Иначе обстоит дело на других планетах. На некоторых большое количество тепла происходит от радиоактивности горных пород. Например, энергия, излучаемая Юпитером, наполовину получена от Солнца, а наполовину - от какого-то другого, мало исследованного источника.
До 1942 года все виды энергии, получаемой человеком, были солнечного происхождения. Используя воду, которая, испаряясь под действием Солнца, поднимается вверх, человек построил водяные мельницы и гидроэлектростанции. Добытые из недр каменный уголь и нефть не могли бы появиться без Солнца. Из-за создаваемой Солнцем разницы атмосферных температур дуют ветры, энергию которых также можно поставить на службу людям.
Затем человечество научилось использовать два новых, не связанных с Солнцем источника энергии - энергию атомного ядра и приливноотливную. Последняя как раз компенсирует кинетическую энергию вращения Земли. Потому следует относиться к этому направлению осторожно - ведь приливно-отливные электростанции тормозят саму Землю. И если бы вся потребляемая жителями планеты энергия поступала бы в этой форме, через 840 миллионов лет Земля остановилась бы. Но при том фантастическом росте потребления энергии, который существует сейчас,
на это ушло бы всего пятьсот лет! В 2470 году Земля просто перестала бы вращаться...
Жизнь на Земле устроена весьма сложно, но схематически ее можно уподобить двухтактному поршневому двигателю на "солнечном горючем".
В течение первого такта растения прямо потребляют солнечную энергию и используют ее на свои химические реакции. Они поглощают углекислый газ из воздуха, чтобы при посредстве взятой из почвы воды построить углеродистые вещества своей ткани, а обратно в атмосферу выбросить кислород. В этой операции (фотосинтез) главную роль играют не укорененные в земле растения, а морской фитопланктон, производительность которого составляет 150 миллиардов тонн в год.
Первый такт цикла приводит к тому, что вступившие в контакт соединения углерода (горючее) и кислород (зажигательная смесь) освобождают энергию (сгорание). Таким образом, растения накапливают солнечную энергию и создают неустойчивую систему, являющуюся источником энергии.
Чрезвычайно важно, что почти весь кислород, содержащийся в атмосфере, выработан в результате этого процесса. На Земле встречаются чрезвычайно древние неокисленные минералы, что неопровержимо доказывает, что во времена их образования кислорода еще не было. Если же на Земле исчезнет жизнь, вслед за ней вскоре исчезнет и кислород.
Следовательно, если на планете обнаруживается углекислый газ, но нет свободного кислорода, это может значить одно из двух: либо на этой планете жизнь еще не возникла, либо уже угасла. Но из этого не следует, что на ее почве не может возникнуть растительной жизни. Вот почему американский ученый Саган выдвинул оригинальный и дерзкий проект, предложив "осеменить"
Венеру микроорганизмами, которые будут потреблять углекислый газ и вырабатывать кислород. Парниковый эффект уменьшится, температура понизится, и Венера станет пригодна для жизни... Как видите, есть астрономы, для которых не существует ничего невозможного и невыполнимого, по крайней мере в мечтах.
В ходе второго такта цикла животные поедают растения, служащие вместилищем концентрированной энергии. Например, человек в покое потребляет 100 Вт энергии (базовый метаболизм), а активная физическая деятельность требует 300 Вт. Солнечной энергии ему для жизни не хватает, и он пополняет ее за счет растений. Пятьсот граммов фасоли дают человеку запас энергии, необходимой на день.
На самом деле жизнь на Земле устроена сложнее. Существуют растения, паразитирующие на других растениях или животных, некоторые животные питаются своими сородичами и т.п. Можно, конечно, вообразить и другие схемы устройства жизни. Например, чисто растительная жизнь могла бы развиться до гораздо более высоких форм, чем на Земле. Эта тема занимает многих научных фантастов. Но серьезным препятствием для этого служит недостаток запасов энергии. Ведь энергетическая отдача растений очень слаба: целое поле ржи, например, дает всего 0,3%. А у животных такой отдачи вообще нет: ведь они не потребляют солнечной энергии непосредственно. Однако они используют ее косвенно, через посредство растений, концентрирующих ее на территории, площадь которой весьма велика по сравнению с площадью их тела.
Упомянем еще один факт, немаловажный для существования жизни на Марсе. Солнечное излучение может непосредственно разлагать углекислый газ (СОд), целиком составляющий марсианскую
мосферу, на окись углерода (СО) и свободный кислород, которые, вновь соединяясь, выделяют энергию. Таким образом, и без растений в атмосфере могут существовать топливо и зажигательная смесь, дающие запас энергии для высших форм жизни. Значит, она может возникнуть на планетах, богатых углекислым газом?
Еще одна интересная гипотеза: существование живых организмов, потребляющих другие формы энергии, например радиоактивность. Это не умозрительная теория, и на Земле с помощью радиоактивности создают подобия активных существ. Таковы изотопные генераторы, используемые в спутниках. Существуют даже устройства (фотореакторы), которые получают энергию прямо от Солнца и ведут себя подобно растениям.
Двухтактная система земной жизни весьма эффективна. Далее мы постараемся доказать, что ее самозарождение неизбежно и предсказуемо.
Документ 2 ЖИЗНЬ КАК НЕИЗБЕЖНОЕ ЯВЛЕНИЕ
ИЗМЕРЕНИЕ ВРЕМЕНИ
История возникновения жизни до сих пор является загадкой. Откуда взялся человек, все еще так плохо нами изученный? Какие этапы проходила его эволюция? Почему и как он стал таким, каков он сейчас? Почему по одним критериям все люди одинаковы, по другим - столь различны?
В научной истории возникновения человека и его эволюции еще множество белых пятен. Вид Homo sapiens появился довольно недавно - около тридцати тысяч лет назад, но первые гоминиды (дриопитеки) жили на Земле миллионов пятнадцать лет тому назад. Изучение других существ и видов на планете от самого зарождения жизни показало, что этот период исчисляется шестьюстами миллионами лет. Сколько понадобилось исследований, усилий, накопления знаний, чтобы установить это! Долгое время люди, на основании книги Бытия, исчисляли возраст Земли в шесть тысяч лет. В XVIII веке Бюффон предположил, что это слишком мало, и назвал другую цифру - семьдесят пять тысяч лет. Когда же несколько лет спустя аббат Жиро-Сулави заговорил о миллионах лет, церковное начальство сделало ему строгое внушение.
Общепринятый теперь срок - шестьсот миллионов лет - это лишь одна восьмая возраста Земли, причем подавляющую его часть составляет докембрий.
Измерение геологического времени, имеющее для интересующей нас проблемы жизни первостепенное значение, стало точной наукой. Бюффон в своих подсчетах использовал метод, основанный на изучении осадочных пород. Жиро-Сулави производил расчеты с учетом времени эрозии. Теперь, чтобы установить геохронологию, используются самые разнообразные методы. Прежде всего - дендрохронология. Под этим трудным названием скрывается простая, в принципе, методика. Всем известно, что возраст дерева можно установить, сосчитав годовые кольца. Сопоставляя чередование широких (соответствующих благоприятным для роста годам) и узких колец, можно сравнивать друг с другом срезы разных деревьев, время жизни которых частично совпадает. Так, шаг за шагом, можно датировать останки деревьев в возрасте до десяти тысяч лет.
Заметим, что сверхвысокие температуры о которых шла речь, - даны не приблизительно, они точно вычислены с использованием научных методов. В основе их - простой принцип: так кузнец определяет по цвету температуру железной поковки. Если металл темно-красного цвета значит, температура 520° С, если вишневого - 620° С. Железо, достигшее ослепительно-белого цвета, раскалено до 1050° С.
С помощью спектрального анализа - все того же! - астрономы строго разделили звезды на различные классы в зависимости от цвета и, следовательно, температуры. Эти спектральные классы обозначаются, в порядке .уменьшения температуры, буквами: О, В, А, F, G, К, М, R, N, S, что гарвардские студен-, ты расшифровали как: "О Be A Fine Girl, Kiss Me Right Now, Sweetheart".
Спектры звезд так чувствительны-к малейшим нюансам, что десять основных классов пришлось разделить - каждый на десять подклассов, пронумерованных от 0 до 9, причем звезда класса F8 окажется ближе к классу GO, чем FI. Наше Солнце - весьма заурядная желтая звезда - в этой классификации значится как G2.
Изучение температуры звезд дает основание считать, что жизни на них не существует. По всей вероятности, не существует ее и в межзвездном пространстве. Правда, английский астроном Фред Хойл изобразил ее в фантастическом романе "Черное облако". Но трудно понять, как может зародиться жизнь в среде столь малой плотности - в царстве вакуума более полного, чем когда-либо удавалось получить в земных условиях. Известные астрономам "облака" состоят из невероятно разреженной материи. Говоря попросту, куб со
ной десять километров в космосе содержит столько же атомов, сколько один кубический сантиметр воздуха! В такой среде не может происходить никаких химических реакций: атомы там просто не встречаются друг с другом. Даже расхожий образ "ледяные пространства" в этой молекулярной пустыне не имеет смысла...
Впрочем, теперь известно, что в космическом пространстве существует немало молекул. Уже давно наблюдается и изучается радикал ОН. Позднее там открыли воду (Н^О), аммиак (NHg), а в 1969 году даже формальдегид (НСНО). С помощью 36-футового радиотелескопа на Китт Пик (Аризона) за десять дней наблюдений две группы американских ученых обнаружили шесть новых молекул. Сейчас в космосе найдено больше двадцати молекул, среди которых такие относительно сложные, как формамид HCONH.
Эти открытия не опровергают всего ранее сказанного - ведь плотность этих молекул по земным меркам все равно исключительно низка. Зато образование даже в вакууме таких молекул может служить убедительным доказательством того, что в более плотной среде - планетной атмосфере - возможен синтез органических молекул.
Очевидно, для возникновения жизни на звездах и в межзвездном пространстве должны присутствовать два основных условия, касающиеся плотности и температуры среды.
Первое условие: среда должна быть достаточно плотной (концентрированной); это ограничивает пределы поиска планетами и звездами. Второе: температура не должна быть ни слишком высокой, ни слишком низкой. При слишком высокой вещества не могут быть устойчивы это мы видели на примере звезд. А если слишком низкая? Тогда не идут никакие химические реакции. Ведь скорость
ции между двумя любыми веществами зависит от температуры, причем весьма сильно: скорость удваивается с повышением температуры на десять градусов. Низкие температуры не убивают живое вещество (наоборот, они используются, чтобы его сохранить), но приостанавливают жизнь. При абсолютном нуле (-273° С) все реакции останавливаются, хотя ни одна молекула не разрушается. Короче говоря, развитию жизни благоприятствуют только умеренные температуры.
Кроме того, для жизни необходим источник энергии. Как машина не может ехать без горючего, так и организм не может двигаться, расти и размножаться, не потребляя энергии. Но в космосе энергии очень мало. Она есть только вблизи звезд, которые друг от друга весьма отдалены: считается, что в нашей Галактике расстояние между самыми близкими звездами достигает нескольких световых лет.
Одним словом, проанализировав необходимые условия - плотность среды, температуру и энергию, - можно сделать вывод: поиски жизни надо сосредоточить на таких небесных телах, где плотность высока, температура умеренна и где получается энергия от одной из звезд. Нам известен лишь один тип таких тел: родственницы Земли - планеты различных систем.
ЖИЗНЬ И ХИМИЯ УГЛЕРОДА
Известные нам на Земле формы жизни весьма разнообразны: от бактерий одноклеточных организмов размером в один микрон - через растения к высшим животным, сложнейшее из которых - человек. Но в действительности все они состоят из одних и тех же клеток и химических веществ. Природа словно пользовалась небольшим числом заранее заготовленных кирпичиков, чтобы создать
множество конструкций: простых и сложных, прекрасных и безобразных.
Ее высшие создания - растения и животные - состоят из множества клеток, преимущественно специализирующихся на тех или иных определенных функциях. Одни клетки, к примеру, служат для пищеварения, другие - для размножения. Хотя они тесно связаны между собой, но настолько автономны, что можно выращивать культуры ткани, растить кусочки кожи и костей, отделенных от родного тела. Это поистине можно назвать "независимостью во взаимозависимости". Но природа породила и многочисленные низшие одноклеточные существа: микробы, амебы, бактерии, водоросли, грибки.
Все живые существа на Земле состоят из органических химических веществ, то есть веществ, содержащих углерод. Здесь необходимо сделать отступление,
...В конце XVIII в. Лавуазье и Бертолле выявили, что так называемые органические вещества непременно содержат углерод, как правило, кислород и азот, иногда серу, в то время как неорганические вещества гораздо более разнообразны по составу.
Химики не раз пытались создать органические вещества на основе неорганических, но тщетно. Этому словно сопротивлялось что-то непонятное, названное тогда "жизненной силой".
В 1828 году немецкий химик Фридрих Велер впервые осуществил органический синтез, получив мочевину. Это было сенсацией в мире химиков. Но лишь в конце века Марсель Бертло в работе "Органическая химия, основанная на синтезе" окончательно опроверг догму о "жизненой силе", осуществив полный синтез метана, метилового спирта, этилена, ацетилена, этилового спирта и бензола. Он утверждал, что ничто вг&
может препятствовать синтезу любого органического вещества. Теперь известно, что синтез самых сложных органических веществ до сих пор не осуществлен только из-за технических сложностей, а не потому, что этому препятствует какое-то "витальное первоначало".
Органическая химия - это химия углерода, удивительного элемента, способного соединяться с четырьмя атомами других элементов и, в частности, образовывать длинные цепи атомов. Тлков, например, ряд, начинающийся с метана (бплотного газа), состоящего из одного атома углерода и четырех водорода (СН^), далее этан (два атома углерода и шесть водорода), пропан (3 атома углерода), бутан (4), октан (8) и т.д.
Некоторые из таких цепей чрезвычайно длин ны: они состоят из десятков тысяч атомов, обр^ - зуя естественные (например, хлопковые) или л,кусственные волокна.
Конечно, в состав живых организмов входят и другие, не углеродистые, вещества, например вода или фосфаты. Но лишь немногие из ш:х вполне необходимы для жизни, а без соединении углерода жизни не бывает. На Земле и, насколько мы знаем сейчас, вобще жизнь - это химия ' углерода. На этом основании мы с большой точно-; стью можем установить пределы температуры, при которых возможно существование жизни. :
При высоких температурах углеродистые co-j единения малоустойчивы. Все они разлагаются при^ 1000° С, лишь некоторые в течение короткого^ времени выдерживают температуру 800° С и несколько сот остаются стабильными при 500° С. Но, по-видимому, все молекулы, из которых состоит все живое на Земле, разлагаются уже при 100°. Всем известно, что вареное мясо не стано- j вится опять сырым и что болезнетворные мик-; робы уничтожаются стерилизацией в автоклаве. 1
Некоторые организмы выдерживают температуру до 70-80°, комары живут в исландских гейзерах при температуре +55°.
Напротив, при низких температурах проблемы стабильности не существует. Холод не убивает жизнь. Открытия, сделанные в этой области имеют такие важные для будущего следствия, что о них надо рассказать хотя бы для того, чтобы устранить распространенные заблуждения, касающиеся проблем сохранения жизни.
БЕССМЕРТИЕ НЕДАЛЕКО
Можно ли прерывать жизнь? И можно ли вернуть признаки жизни, на какое-то время приостановив ее? Еще Клод Бернар доказал, что реанимация высушенных простых организмов - не "воскрешение", как тогда думали, а просто следствие "химико-витально безразличного состояния", которым можно объяснить многие мнимые чудеса природы. Он сначала погружал в состояние "латентной жизни", а затем реанимировал дрожжи, яйца шелкопряда, семена растений.
Теперь доказано, что в латентном состоянии жизнь не прерывается. Она лишь замедляется, ослабевает, но какой-то обмен веществ между организмом и средой по-прежнему существует.
Много лет широкая публика верила в то, что семена пшеницы из пирамид фараонов после столетий видимой смерти прорастают вновь. Но все дело в том, что предприимчивые арабы - гиды при гробницах фараонов придумали продавать туристам зерна, будто бы обнаруженные при раскопках. Семена и в самом деле прорастали. Все шло гладко, пока Гастон Масперо не поинтересовался, почему зерна, найденные в гробницах им самим, никогда не всходят. Выяснилось, что гиды ночью тайком подбрасывают зерна в гробницу.
4 Досье внеземных цивилизаций
да же в одном очень древнем некрополе обнаружили зерна кукурузы (происходящей, как известно, из Америки), которые никак не могли попасть в гробницу до Колумба, - обмен стал очевиден...
Итак, в нормальных условиях зерна со временем умирают. Но нельзя ли найти условия, при которых они будут сохраняться в состоянии приостановленной жизни? В 1950 году Поль Беккерель опубликовал сенсационные результаты своих работ на эту тему.
Зерна, споры мха, бактерии, жгутиконосцы и тихоходки были помещены в температуру, близкую к абсолютному нулю (-273" С), в условиях возможно полного вакуума. Затем, перенесенные в нормальные условия, зерна проросли, споры мха дали изобильную культуру, простейшие тоже ожили*.
Дальнейшие работы позволили установить степень замедления жизненных процессов при различных температурах: при -100" С химические реакции протекают в 85 тысяч раз медленней, чем при температуре +20°, при -200" замедление идет в 5 миллионов раз, при абсолютном нуле - реакции останавливаются.
Таким образом, мы приходим к идее консервации, которую так любят писатели-фантасты, но которая основана на самых серьезных научных исследованиях. "Удивительней всего, - пишет Поль Беккерель, - что семя, которое при температуре 10-20 градусов тепла живет всего год, теоретически может, будучи законсервировано при температуре -270", прорасти через 71 триллион 300 миллиардов лет". Значит, холод может
* В ноябре 1969 г. экипаж "Аполлона-12" обнаружил и камере, оставленной спутником "Сервейер-З", стрептококк, два года находившийся в лунных условиях: при перепадах температур от -150 до +120° С.
дать бессмертие? Видный специалист Леон Рей подтверждает это: "Есть весьма серьезные причины полагать, что будущие исследования позволят найти оптимальное сочетание температуры предварительной заморозки, консервирующих жидкостей, температуры и степени обезвоживания тканей и способа реконструкции, чтобы обеспечить возможность консервации жизни. Таким образом мы перейдем пропасть, отделяющую высшие организмы от жгутиконосцев и тихоходок, и сможем приостанавливать жизненную активность на сколь угодно продолжительный срок".
Не приходится сомневаться, что именно этим путем можно решить, если не проблему бессмертия - до этого еще далеко, - то длительных космических путешествий. Умеренное охлаждение тела при определенных условиях может сильно замедлить жизненные процессы в организме человека, погруженного как бы в глубокий сон.
Искусственное замораживание уже сейчас используется в медицине. Известен даже один случай непроизвольного замораживания. 3 июня 1969 года молодой кубинец Армандо Сокаррас Рамирес, весьма легко одетый, уцепился за шасси взлетающего реактивного самолета испанской авиакомпании. По счастливой случайности самолет набирал высоту как раз с такой скоростью, что постепенное понижение температуры и содержания кислорода в воздухе привели к настоящему замораживанию. Через несколько часов полета на высоте 8000 м при температуре -41° С Рамирес оказался в Мадриде, а несколько дней спустя был уже на ногах.
Но активную жизнь большая часть земных существ ведет лишь при относительно высокой температуре. Пределы допустимых перепадов температур весьма ограниченны: для большинства ^кивых существ они соответствуют колебаниям
среднегодовых температур от 0 до 5" С. Такие примерно условия и существуют на Земле. Можно предположить, что жизнь просто приспособилась к этим условиям. Так приспосабливаются некоторые человеческие органы. Например, глаз воспринимает волны длиной от 0,4 до 0,8 микрон - как раз те, которые пропускаются земной атмосферой (так называемое "оптическое окно"). Но здесь дело в другом. Замечено, что в холодных областях земного шара жизнь гораздо менее обильна, а между арктическими и тропическими видами нет никакого соответствия значит, и никакого естественного отбора. Напрашивается вывод, что наилучшими условиями для органической жизни являются температуры от 20 до 40", то есть несколько выше среднегодовой на Земле.
Вокруг любой звезды существует зона с подходящей температурой - так называемая "биотермическая". В нашей Солнечной системе в ней находятся три планеты: у внутренней границы - Венера, у внешней - Марс, а посередине движется Земля.
Итак, мы установили температурные условия жизни углеродных соединений. Рассмотрим теперь и другие необходимые компоненты. Очевидно, что одно из них - наличие воды. В самом деле, все живые организмы содержат много воды; вероятно, жизнь и зародилась в водной среде. Пустыни, то есть недостаточно увлажненные пространства, бесплодны, в то время как реки, моря и океаны представляют собой наилучшую среду обитания для всех форм жизни.
Есть и другие условия -Х побочные или, во всяком случае, менее важные: это границы допустимого давления и интенсивности излучения. Атмосферное давление на планете зависит от силы тяжести на ее поверхности. Верхняя его планка, по-видимому, весьма высока, так как
рые живые организмы - например, глубоководные рыбы - приспосабливаются к давлению порядка 1000 кГ/см^, то_есть в тысячу раз больше, чем на уровне моря (1033 Г/см^. Но слишком низкое давление для жизни губительно, поскольку не позволит воде оставаться в жидком состоянии. Вот почему Луна совершенно потеряла свою воду. При температуре 20° С нижний предел допустимого давления составляет 1/40 давления земной атмосферы.
Что касается космического излучения, оно опасно для высокоорганизованных организмов, но не для низших. Есть насекомые, выдерживающие большие дозы радиации, а некоторые бактерии превосходно устраиваются в охлаждающих бассейнах ядерных реакторов.
Все эти условия и ограничения относятся к жизни углеродных соединений, подобных известным на земле. Давайте попытаемся представить себе жизнь, существующую на иной - не углеродной - основе, оставаясь, впрочем, в пределах таблицы известных элементов.
Химические элементы и законы универсальны: все простые вещества, открытые во Вселенной, известны жителям Земли и по большей части есть на Земле. В этой ^Сйязи особенно поразительно, что метеориты, падающие на Землю, состоят из таких вполне ^земных веществ, как железо и силикаты, хотя их внеземное происхождение несомненно.
Правда, гелий был обнаружен на Солнце раньше, чем на Земле, - отсюда и его название*. Но другие "открытия" такого рода не состоялись. Так, "небулий", обнаруженный в туманностях, и "короний"; найденный в Солнечной короне, оказались на деле просто полосами давно известных элементов, существующих в необычных условиях.
* Helios (греч.) - Солнце. - Прим. пер.
В природе не может быть элемента ни проще водорода, ни сложнее урана, поскольку последний был бы нестабилен*. Но в этих пределах все элементы уже известны, и опыты на ядерных установках подтверждают верность этой так называемой "менделеевской" классификации. Лишь кремний может, подобно углероду, создавать сложные соединения. Но его химия несравненно менее богата. Соединения кремния представляют огромный практический интерес и широко разрабатываются. Например, силиконовые "жиры" устойчивы к высоким температурам. Хотя в земной коре кремния (в виде силикатов) очень много - больше, чем углерода, жизнь для своего формирования выбрала углерод.
Кроме этого веского аргумента недавно появился еще один. Соединений углерода в космосе выявлено несколько. Среди них неустойчивый на Земле радикал СН и, самое главное, фор- ' мальдегид (СНОН) - его молекула уже достаточно сложная. В то же время из соединений кремния был обнаружен лишь окисел Si0, причем в крайне малых количествах.
Можно также представить себе вариант, в котором место воды займет аммиак (NHД) - их свойства похожи. При этом как раз аммиак в больших количествах находится в атмосферах планет-гигантов! Но и тут, как в случае с кремнием, получающиеся соединения и менее многочисленны, и менее сложны, так что развитие живых существ на их основе представляется весьма маловероятным.
В общем, при нынешнем состоянии наших знаний химия углерода - и ничто другое! - остается ключом жизни в природе.
* Впрочем, известно до двенадцати элементов тяжелее урана - так называемые "трансураниды". Один из них, плутоний, даже производится в значительных количествах на ядерных реакторах. Но все эти элементы радиоактивны, и "жизнь" самых тяжелых из них очень коротка.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС ЖИЗНИ
Другой важный источник жизни на Земле - кислород. Вот почему его так настойчиво разыскивают на других планетах. И отрицательные результаты, полученные при исследованиях Венеры и Марса, привели ученых к пессимистическим выводам.
На Землю вся энергия поступает от Солнца, причем в больших количествах: мощность солнечного света - 1,2 кВт на квадратный метр! Иначе обстоит дело на других планетах. На некоторых большое количество тепла происходит от радиоактивности горных пород. Например, энергия, излучаемая Юпитером, наполовину получена от Солнца, а наполовину - от какого-то другого, мало исследованного источника.
До 1942 года все виды энергии, получаемой человеком, были солнечного происхождения. Используя воду, которая, испаряясь под действием Солнца, поднимается вверх, человек построил водяные мельницы и гидроэлектростанции. Добытые из недр каменный уголь и нефть не могли бы появиться без Солнца. Из-за создаваемой Солнцем разницы атмосферных температур дуют ветры, энергию которых также можно поставить на службу людям.
Затем человечество научилось использовать два новых, не связанных с Солнцем источника энергии - энергию атомного ядра и приливноотливную. Последняя как раз компенсирует кинетическую энергию вращения Земли. Потому следует относиться к этому направлению осторожно - ведь приливно-отливные электростанции тормозят саму Землю. И если бы вся потребляемая жителями планеты энергия поступала бы в этой форме, через 840 миллионов лет Земля остановилась бы. Но при том фантастическом росте потребления энергии, который существует сейчас,
на это ушло бы всего пятьсот лет! В 2470 году Земля просто перестала бы вращаться...
Жизнь на Земле устроена весьма сложно, но схематически ее можно уподобить двухтактному поршневому двигателю на "солнечном горючем".
В течение первого такта растения прямо потребляют солнечную энергию и используют ее на свои химические реакции. Они поглощают углекислый газ из воздуха, чтобы при посредстве взятой из почвы воды построить углеродистые вещества своей ткани, а обратно в атмосферу выбросить кислород. В этой операции (фотосинтез) главную роль играют не укорененные в земле растения, а морской фитопланктон, производительность которого составляет 150 миллиардов тонн в год.
Первый такт цикла приводит к тому, что вступившие в контакт соединения углерода (горючее) и кислород (зажигательная смесь) освобождают энергию (сгорание). Таким образом, растения накапливают солнечную энергию и создают неустойчивую систему, являющуюся источником энергии.
Чрезвычайно важно, что почти весь кислород, содержащийся в атмосфере, выработан в результате этого процесса. На Земле встречаются чрезвычайно древние неокисленные минералы, что неопровержимо доказывает, что во времена их образования кислорода еще не было. Если же на Земле исчезнет жизнь, вслед за ней вскоре исчезнет и кислород.
Следовательно, если на планете обнаруживается углекислый газ, но нет свободного кислорода, это может значить одно из двух: либо на этой планете жизнь еще не возникла, либо уже угасла. Но из этого не следует, что на ее почве не может возникнуть растительной жизни. Вот почему американский ученый Саган выдвинул оригинальный и дерзкий проект, предложив "осеменить"
Венеру микроорганизмами, которые будут потреблять углекислый газ и вырабатывать кислород. Парниковый эффект уменьшится, температура понизится, и Венера станет пригодна для жизни... Как видите, есть астрономы, для которых не существует ничего невозможного и невыполнимого, по крайней мере в мечтах.
В ходе второго такта цикла животные поедают растения, служащие вместилищем концентрированной энергии. Например, человек в покое потребляет 100 Вт энергии (базовый метаболизм), а активная физическая деятельность требует 300 Вт. Солнечной энергии ему для жизни не хватает, и он пополняет ее за счет растений. Пятьсот граммов фасоли дают человеку запас энергии, необходимой на день.
На самом деле жизнь на Земле устроена сложнее. Существуют растения, паразитирующие на других растениях или животных, некоторые животные питаются своими сородичами и т.п. Можно, конечно, вообразить и другие схемы устройства жизни. Например, чисто растительная жизнь могла бы развиться до гораздо более высоких форм, чем на Земле. Эта тема занимает многих научных фантастов. Но серьезным препятствием для этого служит недостаток запасов энергии. Ведь энергетическая отдача растений очень слаба: целое поле ржи, например, дает всего 0,3%. А у животных такой отдачи вообще нет: ведь они не потребляют солнечной энергии непосредственно. Однако они используют ее косвенно, через посредство растений, концентрирующих ее на территории, площадь которой весьма велика по сравнению с площадью их тела.
Упомянем еще один факт, немаловажный для существования жизни на Марсе. Солнечное излучение может непосредственно разлагать углекислый газ (СОд), целиком составляющий марсианскую
мосферу, на окись углерода (СО) и свободный кислород, которые, вновь соединяясь, выделяют энергию. Таким образом, и без растений в атмосфере могут существовать топливо и зажигательная смесь, дающие запас энергии для высших форм жизни. Значит, она может возникнуть на планетах, богатых углекислым газом?
Еще одна интересная гипотеза: существование живых организмов, потребляющих другие формы энергии, например радиоактивность. Это не умозрительная теория, и на Земле с помощью радиоактивности создают подобия активных существ. Таковы изотопные генераторы, используемые в спутниках. Существуют даже устройства (фотореакторы), которые получают энергию прямо от Солнца и ведут себя подобно растениям.
Двухтактная система земной жизни весьма эффективна. Далее мы постараемся доказать, что ее самозарождение неизбежно и предсказуемо.
Документ 2 ЖИЗНЬ КАК НЕИЗБЕЖНОЕ ЯВЛЕНИЕ
ИЗМЕРЕНИЕ ВРЕМЕНИ
История возникновения жизни до сих пор является загадкой. Откуда взялся человек, все еще так плохо нами изученный? Какие этапы проходила его эволюция? Почему и как он стал таким, каков он сейчас? Почему по одним критериям все люди одинаковы, по другим - столь различны?
В научной истории возникновения человека и его эволюции еще множество белых пятен. Вид Homo sapiens появился довольно недавно - около тридцати тысяч лет назад, но первые гоминиды (дриопитеки) жили на Земле миллионов пятнадцать лет тому назад. Изучение других существ и видов на планете от самого зарождения жизни показало, что этот период исчисляется шестьюстами миллионами лет. Сколько понадобилось исследований, усилий, накопления знаний, чтобы установить это! Долгое время люди, на основании книги Бытия, исчисляли возраст Земли в шесть тысяч лет. В XVIII веке Бюффон предположил, что это слишком мало, и назвал другую цифру - семьдесят пять тысяч лет. Когда же несколько лет спустя аббат Жиро-Сулави заговорил о миллионах лет, церковное начальство сделало ему строгое внушение.
Общепринятый теперь срок - шестьсот миллионов лет - это лишь одна восьмая возраста Земли, причем подавляющую его часть составляет докембрий.
Измерение геологического времени, имеющее для интересующей нас проблемы жизни первостепенное значение, стало точной наукой. Бюффон в своих подсчетах использовал метод, основанный на изучении осадочных пород. Жиро-Сулави производил расчеты с учетом времени эрозии. Теперь, чтобы установить геохронологию, используются самые разнообразные методы. Прежде всего - дендрохронология. Под этим трудным названием скрывается простая, в принципе, методика. Всем известно, что возраст дерева можно установить, сосчитав годовые кольца. Сопоставляя чередование широких (соответствующих благоприятным для роста годам) и узких колец, можно сравнивать друг с другом срезы разных деревьев, время жизни которых частично совпадает. Так, шаг за шагом, можно датировать останки деревьев в возрасте до десяти тысяч лет.