Страница:
Допустим теперь (хотя это и представляется нам крайне маловероятным), что отпечатки микроорганизмов в метеоритах действительно имеют космическое происхождение. Мы не будем обсуждать здесь первую гипотезу Бернала, которая нам кажется столь же маловероятной, как и тривиальной. Значительно больший интерес представляет вторая его гипотеза.
Можно ли представить выбрасывание из Земли в космическое пространство отдельных зародышей жизни? Совершенно очевидно, что этот вопрос имеет самое прямое отношение к гипотезе панспермии. Поэтому мы коротко коснемся современного состояния этой гипотезы.
Как известно, еще в 1907 г. известный шведский химик Сванте Аррениус высказал предположение, что жизнь на Земле не возникла из неживой субстанции, а была занесена в виде спор микроорганизмов из других миров. Такие споры могут как угодно долго выносить холод космического пространства. Для них не страшен господствующий там высокий вакуум. Под воздействием светового давления споры могут совершать грандиозные космические путешествия - or планеты к планете и от звезды к звезде. Попадая при благоприятных условиях на какую-нибудь подходящую планету, они оживают и дают начало жизни на ней.
Против гипотезы панспермии в том виде, в каком она была сформулирована, выдвигался ряд возражений преимущественно философского характера. Между тем сама по себе эта идея никоим образом не противоречит философии материализма. Почему обязательно надо считать, что жизнь на Земле возникла из неживой субстанции, а не была занесена в виде спор? Более того, исходя из представления о множественности обитаемых миров, вполне логично исследовать вопрос об обмене живыми организмами между планетами, об "опылении" одной планеты другой. Только научный анализ этой проблемы с привлечением новейших результатов, полученных в астрономии, биологии и сопредельных с ними науках, позволит отмести или "утвердить в правах гражданства" гипотезу панспермии.
Попытка такого анализа была сделана Саганом. Он считает, что отдельные микроорганизмы могут быть выброшены за пределы планеты электрическими силами. В случае если размеры микроорганизмов находятся в пределах 0,2-0,6 мкм (т. е. близки к длинам волн видимого света), давление излучения звезды выбросит их за пределы данной планетной системы. Такие малые размеры имеют споры и вирусы. Световое давление от звезды не сможет "выталкивать" организмы как больших, так и меньших размеров. В конечном итоге, из-за совместного действия гравитационного притяжения и светового давления звезды такие организмы выпадут на ее поверхность (это известное "явление Пойнтинга - Робертсона"). (Вследствие аберрации света сила светового давления на движущееся тело будет иметь составляющую, направленную против движения, что приведет к непрерывному торможению сил. Это и есть эффект Пойнтинга - Робертсона. По этой причине, например, обращающиеся вокруг Солнца пылинки, размеры которых больше 0,5 мкм, будут непрерывно выпадать на Солнце. Для частиц, размеры которых меньше 0,5 мкм (но больше 0,2 мкм), сила светового давления превышает силу гравитационного притяжения. Такие частицы будут выталкиваться за пределы Солнечной системы.)
Согласно вычислениям Сагана, выброшенные из Земли споры могут достигнуть орбиты Марса уже через несколько недель, орбиты Нептуна - через несколько лет, а до ближайших к нам звезд они долетят за несколько десятков тысяч лет. Чтобы пересечь Галактику, им потребуется несколько сотен миллионов лет. Мы полагаем, однако, что в последнем случае сроки будут значительно больше вычисленных Саганом. Он исходит из того, что споры в межзвездном пространстве движутся почти прямолинейно со средней скоростью в несколько десятков километров в секунду. В действительности споры должны двигаться так же, как и частицы межзвездной пыли, к которым они близки по размерам и массе.
Межзвездные пылинки движутся вместе с межзвездным газом, плотность которого примерно в 100 раз больше, чем пыли. Движение же облаков межзвездного газа носит беспорядочный, нерегулярный характер. Такие облака, продвинувшись, на расстояние в несколько десятков световых лет, могут резко изменить направление своего движения и даже слиться с другими облаками. В таких условиях движение спор (так же как и межзвездных пылинок) будет похоже на беспорядочное движение малых частиц в некоторых растворах (так называемое "броуновское движение"). Вычисления показывают, что для того, чтобы переместиться на расстояние 1000 световых лет (это примерно 1/20 размеров Галактики), споре потребуется несколько сотен миллионов лет, а для перемещения через всю Галактику - сотни миллиардов лет, что в ~ 10 раз превышает возраст нашей звездной системы.
Спорам, путешествующим по межпланетным и межзвездным пространствам, грозят большие опасности. Аррениус не учитывал, например, радиационную опасность, что вполне естественно для его времени. Между тем этот вопрос для всей концепции панспермии может иметь решающее значение. В пределах планетных систем основной опасностью является ультрафиолетовое излучение центральной звезды, длина волны которого меньше 0,3 мкм. Такое излучение губительно для микроорганизмов. Подсчеты, аналогичные выполненным в гл. 13, показывают, что микроорганизмы получат смертельную дозу излучения еще задолго до того, как они достигнут орбиты Марса. Исходя из этих соображений. Саган приходит к любопытному выводу, что обмен живыми микроорганизмами может быть только между планетами, достаточно удаленными от их солнца. Например, в нашей Солнечной системе живые споры могут переноситься от Урана к Нептуну.
Что касается выбрасывания спор за пределы планетных систем, то разные звезды в этом отношении имеют весьма различную эффективность. Например, у карликовых сравнительно холодных звезд световое давление совершенно недостаточно для того, чтобы выбросить микроорганизмы в межзвездное пространство. С другой стороны, имеются основания полагать (см. гл. 10), что около сравнительно горячих массивных звезд планетных систем нет. Таким образом, "активные" звезды заключены в довольно узких спектральных пределах приблизительно от F2 до G5.
Из-за губительною ультрафиолетового излучения Солнца в настоящее время живые споры космическою происхождения не могут, по-видимому, выпадать на Землю. (Следует заметить, однако, что если спора попадет в какую-нибудь расщелину на пылинке, она будет надежно "забронирована" от губительного воздействия ультрафиолетовых лучей. Такую естественную возможность всегда надо учитывать.) Можно, однако, предположить, что в первоначальный период существования нашей планеты ультрафиолетовое излучение Солнца имело значительно меньшую интенсивность, чем сейчас. Выдвинув такую гипотезу, Саган получил интересный результат. Чтобы в течение первого миллиарда лет своей истории Земля получила только одну спору из космоса, нужно считать, что каждая из звезд Галактики (а их примерно 1011) имеет обитаемую планету и что за миллиард лет каждая планета выбрасывает в космос 1 т спор. Разумеется, эти числа можно варьировать. Например, если обитаемых планет во Вселенной 108, то каждая из них должна выбрасывать в космос за 1 млрд. лет 1000 т спор.
Сейчас совершенно ничего нельзя сказать о том, сколько может выбрасывать в космос спор такая обитаемая планета, как наша Земля. Поэтому, полагает Саган, в настоящее время гипотезу панспермии нельзя считать заведомо ошибочной, хотя аргументов в ее пользу также нет. По его мнению, наиболее вероятно найти следы живой субстанции на спутниках внешних планет, особенно на довольно крупном спутнике Нептуна - Тритоне.
Можно, однако, выдвинуть несколько возражений против выводов Сагана. Во-первых, ультрафиолетовое излучение Солнца в течение первых сотен миллионов лет существования нашей планеты было примерно таким же, как и сейчас. Даже в начале этого периода, когда Солнце было еще сжимающейся звездой, его температура не очень сильно отличалась от современной. Это следует хотя бы из рассмотрения рис. 14, где приведены эволюционные треки звезд на диаграмме "спектр - светимость". Во-вторых, Саган почему-то забывает, что споры из межзвездного пространства будут выталкиваться давлением солнечного света за пределы Солнечной системы. Ведь с самого начала предполагается, что такие споры выталкиваются световым давлением за пределы тех планетных систем, где они зародились. Наконец, за сотни миллионов лет блужданий в межзвездной среде они могут получить смертельную дозу радиации, которая присутствует в форме космических лучей. Ведь поток первичных космических лучей там практически такой же, как и на Земле. За это время через такую спору размером в 10 мкм пройдет примерно 10 млрд. частиц сверхвысоких энергий, из которых добрая сотня тысяч будет поглощена веществом споры. Это соответствует дозе излучения в несколько миллиардов рентген. Последствия такой "бомбардировки" могут быть только летальными. (Необходимо заметить, что споры некоторых микроорганизмов и вирусы не гибнут даже при дозах жесткого излучения, достигающих 1 млн. рентген. Все же, как показывают оценки, дозы радиации, полученные вирусами и спорами при "межзвездных путешествиях", значительно больше.)
Большую опасность для спор, блуждающих в межзвездном пространстве, могут представлять горячие звезды, которые на огромные расстояния, исчисляемые сотнями световых лет, ионизуют и сильно нагревают межзвездный газ. В таких обширных областях межзвездной среды, окружающих горячие звезды, космические пылинки, в том числе и споры, могут быть полностью разрушены.
Крик и Оргелл приводят два чисто биологических аргумента в пользу гипотезы "направленной панспермии". Они полагают, что химический состав живых организмов в какой-то степени должен отражать химический состав среды, в которой проходила их эволюция. Поэтому присутствие в составе организмов элементов, исключительно редких на Земле, может служить "намеком" на то, что жизнь зародилась далеко за пределами нашей планеты, где химический состав среды совсем иной. Почему, например, довольно важное место в жизнедеятельности клеток занимает молибден, в то время как гораздо более обильные и химически сходные с ним хром и никель заметной роли в биохимических процессах не играют? Между тем известны очень редкие звезды с аномально высоким содержанием молибдена. Может быть, они окружены богатыми молибденом планетами?
Другим аргументом в пользу этой гипотезы является универсальность генетического кода (см. гл. 12). В самом деле, почему все живущие организмы от простейших до человека - используют совершенно одинаковый генетический код? Ведь мыслимо множество модификаций такого кода. Панспермия непринужденно объясняет эту удивительную особенность; хотя, конечно, это можно объяснить "борьбой за существование" организмов с разными генетическими кодами.
В общем, доводы Крика и Оргелла нельзя считать очень серьезными, но внимания они заслуживают. В высшей степени неожиданную и беспрецедентно смелую гипотезу выдвинули Хойл и Викрамасинг. Довольно давно известную широкую полосу поглощения, наблюдаемую в спектрах инфракрасных галактических источников и обычно приписываемую межзвездным частицам льда, они предложили считать обусловленной находящимися в межзвездной среде бактериями, сходными со спорами! Единственным основанием для столь смелой гипотезы является значительно лучшее совпадение профилей полосы поглощения, обусловленной бактериями, чем при поглощении межзвездными льдинками подходящих размеров (рис. 78). Такой аргумент, однако, представляется совершенно недостаточным. Например, можно подобрать такое распределение размеров льдинок, которое даст лучшее совпадение наблюдаемого и теоретического профилей. Наконец, любое "загрязнение" межзвездного льда, ожидать которое вполне естественно, может изменить профиль полосы поглощения. Похоже на то, что эта гипотеза пробует подвести "научную базу" под знаменитый фантастический роман "Черное облако", написанный одним из авторов этой экстравагантной гипотезы - профессором Хойлом...
# Карим, Хойл и Викрамасинг нашли большое сходство спектра ультрафиолетового излучения шести звезд со спектром, возникающим при поглощении света бактериями. Более поздние детальные исследования, однако, не подтвердили этого открытия. Они исключают отождествление деталей спектра с поглощением или рассеянием в ультрафиолетовой, видимой или инфракрасной области спектра с триптофаном (гетероциклическая аминокислота, используемая клетками организмов для биосинтеза), протеинами, вирусами, диатомовыми водорослями или другими живыми или высушенными земноподобными биологическими клетками. #
Возвратимся теперь к вопросу о природе отпечатков водорослей, найденных в некоторых метеоритах. Разумеется, трудно согласиться с гипотезой Бернала в том виде, как она сформулирована, так как нельзя себе представить, что при вулканическом взрыве веществу сообщается вторая космическая скорость. Может быть, что отдельные микроорганизмы выбрасываются за пределы Земли другими силами, например электрическими. Двигаясь в межпланетном пространстве, они могли "прилипнуть" к какому-нибудь малому космическому телу, которое потом выпало на Землю как метеорит. Однако эта гипотеза встречается с большими трудностями, и было бы важно исследовать этот вопрос во всех деталях. Но прежде всего нужно доказать космическое происхождение метеорных отпечатков микроорганизмов. Существующие пока "доказательства" в высшей степени сомнительны.
До сих пор мы обсуждали возможность существования жизни на различных планетах, в том числе и таких, где физические условия резко отличаются от земных. В связи с этим любопытно заметить, что на Бюраканском симпозиуме 1971 г., посвященном различным аспектам проблемы связи между внеземными цивилизациями, вполне серьезно обсуждался вопрос о возможности возникновения и развитии жизни в... атмосферах очень холодных звезд. Тем самым была пробита первая брешь в "планетном шовинизме", характерном для проблемы внеземной жизни. ("Планетный шовинизм" - это представление о том, что жизнь во Вселенной может возникнуть и развиваться только на планетах.) Дискуссия показала, что хотя жизнь (если она есть) на холодных звездах в принципе и возможна, ее развитие встречается там с огромными трудностями, прежде всего энергетическими. Забавно, что можно было наблюдать своеобразный возврат к старинным, бесконечно наивным воззрениям знаменитого английского астронома Гершеля, Последний вполне серьезно считал, что Солнце - обитаемо, его поверхность довольно холодна и только плавающие над ней облака очень горячи... Об этом уже речь шла во введении к этой книге. Развитие физики и астрофизики объяснило в XX в. природу Солнца и звезд и камня на камне не оставило от взглядов Гершеля. Новое возрождение концепции "звездной жизни" произошло, конечно, на совершенно другой основе. Автору этой книги, однако, идеи возникновения жизни на звездах представляются бесперспективными.
На том же Бюраканском симпозиуме известный физик Дайсон (о его идеях по проблеме внеземных цивилизаций будет рассказано в последней части этой книги) выступил с исключительно смелым утверждением, что основным обиталищем жизни в Галактике могут быть не планеты, а... кометы! Дело в том, что число комет в нашей Галактике должно на много порядков превышать число звезд и планет.
Существенно, что жизнь, по существу, есть "поверхностный" феномен. Например, биосфера Земли может быть рассматриваема как тонкий шаровой слой, радиус которого равен радиусу Земли (т. е. 6370 км), а толщина - всего лишь несколько километров. Оказывается, что хотя массы комет ничтожно малы по сравнению с массами планет, суммарная поверхность всех комет в Галактике на много порядков больше, чем суммарная поверхность планет. Центральные области комет могут быть богаты сложными органическими соединениями и там в принципе возможна пребиологическая эволюция вещества. Все же мы весьма скептически относимся к возможности возникновения и развития жизни на кометах. Там нет сколько-нибудь заметной силы тяжести; там в огромных пределах меняется температура - ибо большинство комет движутся по сильно вытянутым орбитам. Под воздействием всякого рода возмущений кометы вблизи Солнца распадаются на метеорные потоки - это происходит буквально на наших глазах. Все это делает кометы в высшей степени неподходящим, местом для возникновения и развития жизни.
И, наконец, еще одно замечание. Предметом этой книги является, если можно так выразиться, "астрономический шовинизм". Это означает, что до сих пор всегда обсуждалась проблема возникновения и развития жизни на тех или иных астрономических объектах (планеты, звезды, кометы). Но ведь жизнь в принципе может быть и на совершенно другом уровне! Лет 10 назад итальянский физик-теоретик Коккони выдвинул необычайно смелую гипотезу. Суть этой гипотезы сводится к следующему. Уже сейчас известно свыше 200 элементарных частиц, большая часть которых нестабильна вне ядер атомов. Можно себе представить, рассуждает Коккони, что где-то на субъядерном уровне элементарные частицы находятся в весьма сложных и пока еще не познанных взаимоотношениях. Здесь в принципе возможна некая "химия" на ядерном уровне и - кто знает - могут возникнуть исключительно сложные, способные к репликации системы. Жизнь на ядерном уровне! Разумеется, пока еще мы ничего больше по этому увлекательному сюжету сказать не можем. Пусть это будет - пока - иллюстрацией безмерных возможностей полета мысли. Но кто знает, как эта проблема будет выглядеть через несколько веков!
Наконец, стоит сказать об идее нашего выдающегося физика-теоретика М. А. Маркова, рассматривавшего "почти замкнутые" (в космологическом смысле) миры, которые для "внешнего" наблюдателя могут выглядеть как очень маленькие, может быть, даже элементарные заряженные частицы. Такие гипотетические объекты Марков называет "фридмонами" в честь замечательного советского космолога А. А. Фридмана. В принципе, конечно, возможно, что внутри некоторых "фридмонов" и существуют какие-то живые и даже разумные существа... Самое любопытное удивительная идея Маркова совершенно не противоречит фундаментальным законам физики! Все же не следует забывать, что пока нет никаких указаний на возможность реализации этой красивой идеи "на самом деле".
Часть третья
РАЗУМНАЯ ЖИЗНЬ ВО ВСЕЛЕННОЙ
Жить на такой планете
зря время терять!
И. Ильф, "Записные книжки"
18. Общие замечания.
В первой части этой книги мы рассказывали о строении Вселенной и об эволюции составляющих ее различных космических объектов. Задачей этой части было установление самых общих условий, при которых во Вселенной может (но не обязательно должна) возникнуть жизнь. Было показано, что такая "деликатная" форма движения материи, как жизнь, зависит от большого числа совершенно не связанных между собой явлений. Так, например, явление "красного смещения" в спектрах далеких галактик оказывается, по-видимому, обязательным условием для возникновения и развития жизни на какой-нибудь планете. Так же необходимы для этого вспышки сверхновых звезд, в процессе которых образуются тяжелые элементы, без которых немыслима живая субстанция. Кроме того, образующиеся после такой вспышки ударные волны в межзвездной среде могут стимулировать процесс образования звезд (см. гл. 4). Наконец, необходимо, чтобы в достаточно большом количестве образовывались "подходящие" планеты. Этому вопросу в первой части было уделено особое внимание. Вся первая часть построена на основе надежно установленных фактов и вполне обоснованных теорий и гипотез.
Значительно сложнее обстоит с центральной проблемой возникновения живой субстанции из неживой, которой посвящена вторая часть книги. Эта проблема решается совместными усилиями молекулярной биологии, кибернетики и космогонии. "Штурм" этой твердыни непознанного, по существу, начинается только сейчас. Тем не менее уже в настоящее время намечаются пути решения этой проблемы. Во второй части проведен также анализ возможности жизни на соседних с нами планетах Солнечной системы. Увы, выдающиеся успехи космонавтики позволили получить данные о планетах, практически исключающие возможность каких бы то ни было форм жизни на них. Между тем планеты около других звезд пока еще недоступны для наших исследований.
Переходя к обсуждению вопросов, связанных с возможностью тех или иных проявлений разумной жизни во Вселенной, мы сталкиваемся с очень большими трудностями.
Жизнь на какой-нибудь планете должна проделать огромную эволюцию, прежде чем стать разумной. Движущая сила этой эволюции - способность организмов к мутациям и естественный отбор. В процессе такой эволюции организмы все более и более усложняются, а их части - специализируются. Усложнение организмов идет как в качественном, так и в количественном направлении. Например, у червя имеется всего лишь около 1000 нервных клеток, а у человека около десяти миллиардов. Развитие нервной системы существенно увеличивает способности организмов к адаптации, их пластичность. Эти свойства высокоразвитых организмов являются необходимыми, но, конечно, недостаточными для возникновения разума. Последний можно определить как адаптацию организмов для их сложного социального поведения.
На протяжении этой части книги мы неоднократно будем применять термин "разумная жизнь", считая его элементарным, т. е. не требующим специального определения. Между тем это далеко не так. В самом деле, что такое "разумное существо"? На этот вопрос можно попытаться ответить так: разумным мы называем такое существо, которое обладает способностью к мышлению. Ну, а что такое мышление? Здесь мы сталкиваемся с теми же трудностями в определении этого понятия, что и в случае определения понятия "жизнь". Ведь единственно известной нам формой мышления является мышление человека. Определение понятий "мышление" и "разумная жизнь" неявно всегда сводилось к описанию конкретных особенностей человеческого мышления, представляющего собой специфическую деятельность мозга.
Но, как подчеркивал А. Н. Колмогоров, в настоящее время такое определение уже не является удовлетворительным по двум причинам. Во-первых, в наше время интенсивного развертывания космических исследований имеется принципиальная возможность встречи с такими формами существования высокоорганизованной материи, которые обладают всеми основными свойствами не только живых, но и мыслящих существ и которые могут существенно отличаться от земных форм. Во-вторых, бурное развитие кибернетики открыло в принципе ничем не ограниченную возможность моделирования любых, сколь угодно сложных материальных систем.
По этим двум причинам в настоящее время имеется острая необходимость дать такое определение понятия "мышление", которое было бы связано с какими бы то ни было конкретными представлениями о физической природе процессов, лежащих в основе мышления. Следовательно, так же как и в случае понятия "жизнь", необходимо функциональное определение понятия "мышление".
Последовательное развитие "функциональной" точки зрения на жизнь и мышление приводит к удивительному выводу, имеющему, на наш взгляд, исключительно большое значение для проблемы развития разумной жизни во Вселенной. Как указывает А. Н. Колмогоров, "...моделирование способа организации материальной системы не может заключаться ни в чем ином, как в создании из других материальных элементов новой системы, обладающей в существенных чертах той же организацией, что и система моделируемая. Поэтому достаточно полная модель живого существа по справедливости должна называться живым существом, модель мыслящего существа - мыслящим существом". (Колмогоров А. Н. Жизнь и мышление с точки зрения кибернетики.- М., 1961. Все дальнейшие цитаты приводятся из этого источника.) Таким образом, кибернетика обосновывает принципиальную возможность создания искусственных живых и даже мыслящих существ,
Этот вопрос настолько важен, что мы на нем остановимся немного подробнее. Лучше всего будет, если мы процитируем соответствующие высказывания А. Н. Колмогорова:
"Общеизвестен интерес к вопросам:
Могут ли машины воспроизводить себе подобных и может ли в процессе такого самовоспроизведения происходить прогрессивная эволюция, приводящая к созданию машин, существенно более совершенных, чем исходные?
Могут ли машины испытывать эмоции? Могут ли машины хотеть чего-либо и сами ставить перед собой новые задачи, не поставленные перед ними их конструкторами?
Иногда пытаются обосновать отрицательный ответ на подобные вопросы при помощи:
а) ограничительного определения понятия "машина",
б) идеалистического толкования понятия "мышление", при котором легко доказывается неспособность к мышлению не только машин, но и человека...
...Однако важно отчетливо понимать, что в рамках материалистического мировоззрения не существует никаких состоятельных принципиальных аргументов против положительного ответа на наши вопросы. Этот положительный ответ является современной формой положения о естественном возникновении жизни и материальной основе создания...
Принципиальная возможность полноценных живых существ, построенных полностью на дискретных (цифровых) механизмах переработки информации и управления, не противоречит принципам материалистической диалектики. Противоположное мнение может возникнуть у специалистов по философии математики лишь потому, что они привыкли видеть диалектику лишь там, где появляется бесконечное. При анализе явлений жизни существенна не диалектика бесконечного, а диалектика большого (чисто арифметическая комбинация большого числа элементов создает и непрерывность, и новые качества) ".
Можно ли представить выбрасывание из Земли в космическое пространство отдельных зародышей жизни? Совершенно очевидно, что этот вопрос имеет самое прямое отношение к гипотезе панспермии. Поэтому мы коротко коснемся современного состояния этой гипотезы.
Как известно, еще в 1907 г. известный шведский химик Сванте Аррениус высказал предположение, что жизнь на Земле не возникла из неживой субстанции, а была занесена в виде спор микроорганизмов из других миров. Такие споры могут как угодно долго выносить холод космического пространства. Для них не страшен господствующий там высокий вакуум. Под воздействием светового давления споры могут совершать грандиозные космические путешествия - or планеты к планете и от звезды к звезде. Попадая при благоприятных условиях на какую-нибудь подходящую планету, они оживают и дают начало жизни на ней.
Против гипотезы панспермии в том виде, в каком она была сформулирована, выдвигался ряд возражений преимущественно философского характера. Между тем сама по себе эта идея никоим образом не противоречит философии материализма. Почему обязательно надо считать, что жизнь на Земле возникла из неживой субстанции, а не была занесена в виде спор? Более того, исходя из представления о множественности обитаемых миров, вполне логично исследовать вопрос об обмене живыми организмами между планетами, об "опылении" одной планеты другой. Только научный анализ этой проблемы с привлечением новейших результатов, полученных в астрономии, биологии и сопредельных с ними науках, позволит отмести или "утвердить в правах гражданства" гипотезу панспермии.
Попытка такого анализа была сделана Саганом. Он считает, что отдельные микроорганизмы могут быть выброшены за пределы планеты электрическими силами. В случае если размеры микроорганизмов находятся в пределах 0,2-0,6 мкм (т. е. близки к длинам волн видимого света), давление излучения звезды выбросит их за пределы данной планетной системы. Такие малые размеры имеют споры и вирусы. Световое давление от звезды не сможет "выталкивать" организмы как больших, так и меньших размеров. В конечном итоге, из-за совместного действия гравитационного притяжения и светового давления звезды такие организмы выпадут на ее поверхность (это известное "явление Пойнтинга - Робертсона"). (Вследствие аберрации света сила светового давления на движущееся тело будет иметь составляющую, направленную против движения, что приведет к непрерывному торможению сил. Это и есть эффект Пойнтинга - Робертсона. По этой причине, например, обращающиеся вокруг Солнца пылинки, размеры которых больше 0,5 мкм, будут непрерывно выпадать на Солнце. Для частиц, размеры которых меньше 0,5 мкм (но больше 0,2 мкм), сила светового давления превышает силу гравитационного притяжения. Такие частицы будут выталкиваться за пределы Солнечной системы.)
Согласно вычислениям Сагана, выброшенные из Земли споры могут достигнуть орбиты Марса уже через несколько недель, орбиты Нептуна - через несколько лет, а до ближайших к нам звезд они долетят за несколько десятков тысяч лет. Чтобы пересечь Галактику, им потребуется несколько сотен миллионов лет. Мы полагаем, однако, что в последнем случае сроки будут значительно больше вычисленных Саганом. Он исходит из того, что споры в межзвездном пространстве движутся почти прямолинейно со средней скоростью в несколько десятков километров в секунду. В действительности споры должны двигаться так же, как и частицы межзвездной пыли, к которым они близки по размерам и массе.
Межзвездные пылинки движутся вместе с межзвездным газом, плотность которого примерно в 100 раз больше, чем пыли. Движение же облаков межзвездного газа носит беспорядочный, нерегулярный характер. Такие облака, продвинувшись, на расстояние в несколько десятков световых лет, могут резко изменить направление своего движения и даже слиться с другими облаками. В таких условиях движение спор (так же как и межзвездных пылинок) будет похоже на беспорядочное движение малых частиц в некоторых растворах (так называемое "броуновское движение"). Вычисления показывают, что для того, чтобы переместиться на расстояние 1000 световых лет (это примерно 1/20 размеров Галактики), споре потребуется несколько сотен миллионов лет, а для перемещения через всю Галактику - сотни миллиардов лет, что в ~ 10 раз превышает возраст нашей звездной системы.
Спорам, путешествующим по межпланетным и межзвездным пространствам, грозят большие опасности. Аррениус не учитывал, например, радиационную опасность, что вполне естественно для его времени. Между тем этот вопрос для всей концепции панспермии может иметь решающее значение. В пределах планетных систем основной опасностью является ультрафиолетовое излучение центральной звезды, длина волны которого меньше 0,3 мкм. Такое излучение губительно для микроорганизмов. Подсчеты, аналогичные выполненным в гл. 13, показывают, что микроорганизмы получат смертельную дозу излучения еще задолго до того, как они достигнут орбиты Марса. Исходя из этих соображений. Саган приходит к любопытному выводу, что обмен живыми микроорганизмами может быть только между планетами, достаточно удаленными от их солнца. Например, в нашей Солнечной системе живые споры могут переноситься от Урана к Нептуну.
Что касается выбрасывания спор за пределы планетных систем, то разные звезды в этом отношении имеют весьма различную эффективность. Например, у карликовых сравнительно холодных звезд световое давление совершенно недостаточно для того, чтобы выбросить микроорганизмы в межзвездное пространство. С другой стороны, имеются основания полагать (см. гл. 10), что около сравнительно горячих массивных звезд планетных систем нет. Таким образом, "активные" звезды заключены в довольно узких спектральных пределах приблизительно от F2 до G5.
Из-за губительною ультрафиолетового излучения Солнца в настоящее время живые споры космическою происхождения не могут, по-видимому, выпадать на Землю. (Следует заметить, однако, что если спора попадет в какую-нибудь расщелину на пылинке, она будет надежно "забронирована" от губительного воздействия ультрафиолетовых лучей. Такую естественную возможность всегда надо учитывать.) Можно, однако, предположить, что в первоначальный период существования нашей планеты ультрафиолетовое излучение Солнца имело значительно меньшую интенсивность, чем сейчас. Выдвинув такую гипотезу, Саган получил интересный результат. Чтобы в течение первого миллиарда лет своей истории Земля получила только одну спору из космоса, нужно считать, что каждая из звезд Галактики (а их примерно 1011) имеет обитаемую планету и что за миллиард лет каждая планета выбрасывает в космос 1 т спор. Разумеется, эти числа можно варьировать. Например, если обитаемых планет во Вселенной 108, то каждая из них должна выбрасывать в космос за 1 млрд. лет 1000 т спор.
Сейчас совершенно ничего нельзя сказать о том, сколько может выбрасывать в космос спор такая обитаемая планета, как наша Земля. Поэтому, полагает Саган, в настоящее время гипотезу панспермии нельзя считать заведомо ошибочной, хотя аргументов в ее пользу также нет. По его мнению, наиболее вероятно найти следы живой субстанции на спутниках внешних планет, особенно на довольно крупном спутнике Нептуна - Тритоне.
Можно, однако, выдвинуть несколько возражений против выводов Сагана. Во-первых, ультрафиолетовое излучение Солнца в течение первых сотен миллионов лет существования нашей планеты было примерно таким же, как и сейчас. Даже в начале этого периода, когда Солнце было еще сжимающейся звездой, его температура не очень сильно отличалась от современной. Это следует хотя бы из рассмотрения рис. 14, где приведены эволюционные треки звезд на диаграмме "спектр - светимость". Во-вторых, Саган почему-то забывает, что споры из межзвездного пространства будут выталкиваться давлением солнечного света за пределы Солнечной системы. Ведь с самого начала предполагается, что такие споры выталкиваются световым давлением за пределы тех планетных систем, где они зародились. Наконец, за сотни миллионов лет блужданий в межзвездной среде они могут получить смертельную дозу радиации, которая присутствует в форме космических лучей. Ведь поток первичных космических лучей там практически такой же, как и на Земле. За это время через такую спору размером в 10 мкм пройдет примерно 10 млрд. частиц сверхвысоких энергий, из которых добрая сотня тысяч будет поглощена веществом споры. Это соответствует дозе излучения в несколько миллиардов рентген. Последствия такой "бомбардировки" могут быть только летальными. (Необходимо заметить, что споры некоторых микроорганизмов и вирусы не гибнут даже при дозах жесткого излучения, достигающих 1 млн. рентген. Все же, как показывают оценки, дозы радиации, полученные вирусами и спорами при "межзвездных путешествиях", значительно больше.)
Большую опасность для спор, блуждающих в межзвездном пространстве, могут представлять горячие звезды, которые на огромные расстояния, исчисляемые сотнями световых лет, ионизуют и сильно нагревают межзвездный газ. В таких обширных областях межзвездной среды, окружающих горячие звезды, космические пылинки, в том числе и споры, могут быть полностью разрушены.
Крик и Оргелл приводят два чисто биологических аргумента в пользу гипотезы "направленной панспермии". Они полагают, что химический состав живых организмов в какой-то степени должен отражать химический состав среды, в которой проходила их эволюция. Поэтому присутствие в составе организмов элементов, исключительно редких на Земле, может служить "намеком" на то, что жизнь зародилась далеко за пределами нашей планеты, где химический состав среды совсем иной. Почему, например, довольно важное место в жизнедеятельности клеток занимает молибден, в то время как гораздо более обильные и химически сходные с ним хром и никель заметной роли в биохимических процессах не играют? Между тем известны очень редкие звезды с аномально высоким содержанием молибдена. Может быть, они окружены богатыми молибденом планетами?
Другим аргументом в пользу этой гипотезы является универсальность генетического кода (см. гл. 12). В самом деле, почему все живущие организмы от простейших до человека - используют совершенно одинаковый генетический код? Ведь мыслимо множество модификаций такого кода. Панспермия непринужденно объясняет эту удивительную особенность; хотя, конечно, это можно объяснить "борьбой за существование" организмов с разными генетическими кодами.
В общем, доводы Крика и Оргелла нельзя считать очень серьезными, но внимания они заслуживают. В высшей степени неожиданную и беспрецедентно смелую гипотезу выдвинули Хойл и Викрамасинг. Довольно давно известную широкую полосу поглощения, наблюдаемую в спектрах инфракрасных галактических источников и обычно приписываемую межзвездным частицам льда, они предложили считать обусловленной находящимися в межзвездной среде бактериями, сходными со спорами! Единственным основанием для столь смелой гипотезы является значительно лучшее совпадение профилей полосы поглощения, обусловленной бактериями, чем при поглощении межзвездными льдинками подходящих размеров (рис. 78). Такой аргумент, однако, представляется совершенно недостаточным. Например, можно подобрать такое распределение размеров льдинок, которое даст лучшее совпадение наблюдаемого и теоретического профилей. Наконец, любое "загрязнение" межзвездного льда, ожидать которое вполне естественно, может изменить профиль полосы поглощения. Похоже на то, что эта гипотеза пробует подвести "научную базу" под знаменитый фантастический роман "Черное облако", написанный одним из авторов этой экстравагантной гипотезы - профессором Хойлом...
# Карим, Хойл и Викрамасинг нашли большое сходство спектра ультрафиолетового излучения шести звезд со спектром, возникающим при поглощении света бактериями. Более поздние детальные исследования, однако, не подтвердили этого открытия. Они исключают отождествление деталей спектра с поглощением или рассеянием в ультрафиолетовой, видимой или инфракрасной области спектра с триптофаном (гетероциклическая аминокислота, используемая клетками организмов для биосинтеза), протеинами, вирусами, диатомовыми водорослями или другими живыми или высушенными земноподобными биологическими клетками. #
Возвратимся теперь к вопросу о природе отпечатков водорослей, найденных в некоторых метеоритах. Разумеется, трудно согласиться с гипотезой Бернала в том виде, как она сформулирована, так как нельзя себе представить, что при вулканическом взрыве веществу сообщается вторая космическая скорость. Может быть, что отдельные микроорганизмы выбрасываются за пределы Земли другими силами, например электрическими. Двигаясь в межпланетном пространстве, они могли "прилипнуть" к какому-нибудь малому космическому телу, которое потом выпало на Землю как метеорит. Однако эта гипотеза встречается с большими трудностями, и было бы важно исследовать этот вопрос во всех деталях. Но прежде всего нужно доказать космическое происхождение метеорных отпечатков микроорганизмов. Существующие пока "доказательства" в высшей степени сомнительны.
До сих пор мы обсуждали возможность существования жизни на различных планетах, в том числе и таких, где физические условия резко отличаются от земных. В связи с этим любопытно заметить, что на Бюраканском симпозиуме 1971 г., посвященном различным аспектам проблемы связи между внеземными цивилизациями, вполне серьезно обсуждался вопрос о возможности возникновения и развитии жизни в... атмосферах очень холодных звезд. Тем самым была пробита первая брешь в "планетном шовинизме", характерном для проблемы внеземной жизни. ("Планетный шовинизм" - это представление о том, что жизнь во Вселенной может возникнуть и развиваться только на планетах.) Дискуссия показала, что хотя жизнь (если она есть) на холодных звездах в принципе и возможна, ее развитие встречается там с огромными трудностями, прежде всего энергетическими. Забавно, что можно было наблюдать своеобразный возврат к старинным, бесконечно наивным воззрениям знаменитого английского астронома Гершеля, Последний вполне серьезно считал, что Солнце - обитаемо, его поверхность довольно холодна и только плавающие над ней облака очень горячи... Об этом уже речь шла во введении к этой книге. Развитие физики и астрофизики объяснило в XX в. природу Солнца и звезд и камня на камне не оставило от взглядов Гершеля. Новое возрождение концепции "звездной жизни" произошло, конечно, на совершенно другой основе. Автору этой книги, однако, идеи возникновения жизни на звездах представляются бесперспективными.
На том же Бюраканском симпозиуме известный физик Дайсон (о его идеях по проблеме внеземных цивилизаций будет рассказано в последней части этой книги) выступил с исключительно смелым утверждением, что основным обиталищем жизни в Галактике могут быть не планеты, а... кометы! Дело в том, что число комет в нашей Галактике должно на много порядков превышать число звезд и планет.
Существенно, что жизнь, по существу, есть "поверхностный" феномен. Например, биосфера Земли может быть рассматриваема как тонкий шаровой слой, радиус которого равен радиусу Земли (т. е. 6370 км), а толщина - всего лишь несколько километров. Оказывается, что хотя массы комет ничтожно малы по сравнению с массами планет, суммарная поверхность всех комет в Галактике на много порядков больше, чем суммарная поверхность планет. Центральные области комет могут быть богаты сложными органическими соединениями и там в принципе возможна пребиологическая эволюция вещества. Все же мы весьма скептически относимся к возможности возникновения и развития жизни на кометах. Там нет сколько-нибудь заметной силы тяжести; там в огромных пределах меняется температура - ибо большинство комет движутся по сильно вытянутым орбитам. Под воздействием всякого рода возмущений кометы вблизи Солнца распадаются на метеорные потоки - это происходит буквально на наших глазах. Все это делает кометы в высшей степени неподходящим, местом для возникновения и развития жизни.
И, наконец, еще одно замечание. Предметом этой книги является, если можно так выразиться, "астрономический шовинизм". Это означает, что до сих пор всегда обсуждалась проблема возникновения и развития жизни на тех или иных астрономических объектах (планеты, звезды, кометы). Но ведь жизнь в принципе может быть и на совершенно другом уровне! Лет 10 назад итальянский физик-теоретик Коккони выдвинул необычайно смелую гипотезу. Суть этой гипотезы сводится к следующему. Уже сейчас известно свыше 200 элементарных частиц, большая часть которых нестабильна вне ядер атомов. Можно себе представить, рассуждает Коккони, что где-то на субъядерном уровне элементарные частицы находятся в весьма сложных и пока еще не познанных взаимоотношениях. Здесь в принципе возможна некая "химия" на ядерном уровне и - кто знает - могут возникнуть исключительно сложные, способные к репликации системы. Жизнь на ядерном уровне! Разумеется, пока еще мы ничего больше по этому увлекательному сюжету сказать не можем. Пусть это будет - пока - иллюстрацией безмерных возможностей полета мысли. Но кто знает, как эта проблема будет выглядеть через несколько веков!
Наконец, стоит сказать об идее нашего выдающегося физика-теоретика М. А. Маркова, рассматривавшего "почти замкнутые" (в космологическом смысле) миры, которые для "внешнего" наблюдателя могут выглядеть как очень маленькие, может быть, даже элементарные заряженные частицы. Такие гипотетические объекты Марков называет "фридмонами" в честь замечательного советского космолога А. А. Фридмана. В принципе, конечно, возможно, что внутри некоторых "фридмонов" и существуют какие-то живые и даже разумные существа... Самое любопытное удивительная идея Маркова совершенно не противоречит фундаментальным законам физики! Все же не следует забывать, что пока нет никаких указаний на возможность реализации этой красивой идеи "на самом деле".
Часть третья
РАЗУМНАЯ ЖИЗНЬ ВО ВСЕЛЕННОЙ
Жить на такой планете
зря время терять!
И. Ильф, "Записные книжки"
18. Общие замечания.
В первой части этой книги мы рассказывали о строении Вселенной и об эволюции составляющих ее различных космических объектов. Задачей этой части было установление самых общих условий, при которых во Вселенной может (но не обязательно должна) возникнуть жизнь. Было показано, что такая "деликатная" форма движения материи, как жизнь, зависит от большого числа совершенно не связанных между собой явлений. Так, например, явление "красного смещения" в спектрах далеких галактик оказывается, по-видимому, обязательным условием для возникновения и развития жизни на какой-нибудь планете. Так же необходимы для этого вспышки сверхновых звезд, в процессе которых образуются тяжелые элементы, без которых немыслима живая субстанция. Кроме того, образующиеся после такой вспышки ударные волны в межзвездной среде могут стимулировать процесс образования звезд (см. гл. 4). Наконец, необходимо, чтобы в достаточно большом количестве образовывались "подходящие" планеты. Этому вопросу в первой части было уделено особое внимание. Вся первая часть построена на основе надежно установленных фактов и вполне обоснованных теорий и гипотез.
Значительно сложнее обстоит с центральной проблемой возникновения живой субстанции из неживой, которой посвящена вторая часть книги. Эта проблема решается совместными усилиями молекулярной биологии, кибернетики и космогонии. "Штурм" этой твердыни непознанного, по существу, начинается только сейчас. Тем не менее уже в настоящее время намечаются пути решения этой проблемы. Во второй части проведен также анализ возможности жизни на соседних с нами планетах Солнечной системы. Увы, выдающиеся успехи космонавтики позволили получить данные о планетах, практически исключающие возможность каких бы то ни было форм жизни на них. Между тем планеты около других звезд пока еще недоступны для наших исследований.
Переходя к обсуждению вопросов, связанных с возможностью тех или иных проявлений разумной жизни во Вселенной, мы сталкиваемся с очень большими трудностями.
Жизнь на какой-нибудь планете должна проделать огромную эволюцию, прежде чем стать разумной. Движущая сила этой эволюции - способность организмов к мутациям и естественный отбор. В процессе такой эволюции организмы все более и более усложняются, а их части - специализируются. Усложнение организмов идет как в качественном, так и в количественном направлении. Например, у червя имеется всего лишь около 1000 нервных клеток, а у человека около десяти миллиардов. Развитие нервной системы существенно увеличивает способности организмов к адаптации, их пластичность. Эти свойства высокоразвитых организмов являются необходимыми, но, конечно, недостаточными для возникновения разума. Последний можно определить как адаптацию организмов для их сложного социального поведения.
На протяжении этой части книги мы неоднократно будем применять термин "разумная жизнь", считая его элементарным, т. е. не требующим специального определения. Между тем это далеко не так. В самом деле, что такое "разумное существо"? На этот вопрос можно попытаться ответить так: разумным мы называем такое существо, которое обладает способностью к мышлению. Ну, а что такое мышление? Здесь мы сталкиваемся с теми же трудностями в определении этого понятия, что и в случае определения понятия "жизнь". Ведь единственно известной нам формой мышления является мышление человека. Определение понятий "мышление" и "разумная жизнь" неявно всегда сводилось к описанию конкретных особенностей человеческого мышления, представляющего собой специфическую деятельность мозга.
Но, как подчеркивал А. Н. Колмогоров, в настоящее время такое определение уже не является удовлетворительным по двум причинам. Во-первых, в наше время интенсивного развертывания космических исследований имеется принципиальная возможность встречи с такими формами существования высокоорганизованной материи, которые обладают всеми основными свойствами не только живых, но и мыслящих существ и которые могут существенно отличаться от земных форм. Во-вторых, бурное развитие кибернетики открыло в принципе ничем не ограниченную возможность моделирования любых, сколь угодно сложных материальных систем.
По этим двум причинам в настоящее время имеется острая необходимость дать такое определение понятия "мышление", которое было бы связано с какими бы то ни было конкретными представлениями о физической природе процессов, лежащих в основе мышления. Следовательно, так же как и в случае понятия "жизнь", необходимо функциональное определение понятия "мышление".
Последовательное развитие "функциональной" точки зрения на жизнь и мышление приводит к удивительному выводу, имеющему, на наш взгляд, исключительно большое значение для проблемы развития разумной жизни во Вселенной. Как указывает А. Н. Колмогоров, "...моделирование способа организации материальной системы не может заключаться ни в чем ином, как в создании из других материальных элементов новой системы, обладающей в существенных чертах той же организацией, что и система моделируемая. Поэтому достаточно полная модель живого существа по справедливости должна называться живым существом, модель мыслящего существа - мыслящим существом". (Колмогоров А. Н. Жизнь и мышление с точки зрения кибернетики.- М., 1961. Все дальнейшие цитаты приводятся из этого источника.) Таким образом, кибернетика обосновывает принципиальную возможность создания искусственных живых и даже мыслящих существ,
Этот вопрос настолько важен, что мы на нем остановимся немного подробнее. Лучше всего будет, если мы процитируем соответствующие высказывания А. Н. Колмогорова:
"Общеизвестен интерес к вопросам:
Могут ли машины воспроизводить себе подобных и может ли в процессе такого самовоспроизведения происходить прогрессивная эволюция, приводящая к созданию машин, существенно более совершенных, чем исходные?
Могут ли машины испытывать эмоции? Могут ли машины хотеть чего-либо и сами ставить перед собой новые задачи, не поставленные перед ними их конструкторами?
Иногда пытаются обосновать отрицательный ответ на подобные вопросы при помощи:
а) ограничительного определения понятия "машина",
б) идеалистического толкования понятия "мышление", при котором легко доказывается неспособность к мышлению не только машин, но и человека...
...Однако важно отчетливо понимать, что в рамках материалистического мировоззрения не существует никаких состоятельных принципиальных аргументов против положительного ответа на наши вопросы. Этот положительный ответ является современной формой положения о естественном возникновении жизни и материальной основе создания...
Принципиальная возможность полноценных живых существ, построенных полностью на дискретных (цифровых) механизмах переработки информации и управления, не противоречит принципам материалистической диалектики. Противоположное мнение может возникнуть у специалистов по философии математики лишь потому, что они привыкли видеть диалектику лишь там, где появляется бесконечное. При анализе явлений жизни существенна не диалектика бесконечного, а диалектика большого (чисто арифметическая комбинация большого числа элементов создает и непрерывность, и новые качества) ".