Узнаем ли мы, что нашли новую жизнь, когда встретим ее?

Что интересного нашло NASA в канадском озере? Для экзотической среды озеро Павильон в Британской Колумбии довольно ординарно. Да, оно далеко: ближайший крупный город — это Ванкувер, далеко за горами. Ближайшие города представлены легкими домиками на сухих склонах, их разделяют десятки километров пустой засушливой сельской местности. Самое озеро пролегает вдоль асфальтированной дороги, и если смотреть с дороги, оно ничем не будет отличаться от других горных озер на западе Северной Америки.


Погода солнечная и приветливая, но Тайлер Маки и Фрэнсис Ривера-Хернандес одеты для холодных температур. Они в костюмах, готовые погрузиться в холодные воды озера, пока проверяют, работает ли все необходимое для проведения научных работ оборудование.

Маки будет изучать, как микробы формируют и формируются своим окружением и как эти взаимодействия могли бы отразиться в палеонтологических летописях на Земле. Большая часть его работы проводилась в полярных озерах Антарктики. Ривера-Хернандес работает на команду Mars Science Laboratory, которая занимается марсоходом «Кьюриосити», в настоящее время исследующим поверхность Марса. Ей интересно увидеть, разделяют ли озера на Земле геологические особенности с ныне сухими озерами на Марсе, которые в далеком прошлом могли быть покрытыми льдом водоемами.

О Марсе на озере Павильон говорят много. Водолазы не только собирают научные данные о микробиалитах: они тестируют программное обеспечение и протоколы для проведения похожих работ на поверхности Красной планеты. На смену водолазам придут будущие астронавты на Марсе; лодка, с которой они ныряют, является их «командным центром» (как тот, что однажды может разместиться на марсианской луне Фобос), а большой трейлер NASA на берегу — это центр управления полетом.

Чтобы приблизить моделирование к реальности еще больше, в программное обеспечение встроена пятиминутная задержка на пути между центром управления полетом и лодкой, чтобы сымитировать время, необходимое сигналу для преодоления 55 миллионов километров от Марса до Земли в момент их наибольшего приближения. С такой задержкой водолазы не могут получить инструкции напрямую с «Земли», а, значит, большинство действий, которые они предпринимают, должны быть тщательно спланированы заранее. (У астронавтов «Аполлона» была менее существенная задержка в одну секунду в каждую сторону).

Будущие космонавты на Марсе вряд ли найдут что-то такое же живое, как бактерии в Павильоне, но могут найти останки мертвых микробиалитов. Палеонтологи обнаружили окаменелости слоистых микробиалитов, известных как строматолиты, в Австралии, Гренландии, Антарктике и за ее пределами. В западной Австралии нашли останки возрастом 3,5 миллиарда лет, которые образовались вскоре после того, как расплавленная Земля затвердела. Если бы похожие на земные микробы возникли на Марсе в аналогичный период времени, но вымерли (или переместились в подполье), когда планета высохла, там могут быть похожие окаменелости.

В настоящее время поверхностная вода на Марсе кажется эфемерной и очень соленой, но так было не всегда. «Если на Марсе когда-то было изобилие воды — чему есть множество подтверждений на поверхности — она, наверное, была заморожена», — говорит Ривера-Хернандес. Это делает холодные озера на Земле особенно интересными для кого-то, кто находится в поисках жизни на Марсе. Павильон замерзает каждую зиму, а во время последнего ледникового периода его мог покрывать слой годового льда. Некоторые структуры микробиалитов кажутся достаточно старыми, чтобы пережить это замерзание.

Нет однозначного ответа

За 71 год после выхода книги Шредингера ученые прошли длинный путь, пытаясь понять, как работает жизнь, но к окончательному и ясному определению, что такое жизнь, так и не пришли. Эволюция — ее часть, как и связанное с ней понятие передачи генетической информации от одного поколения следующему. Метаболизм — ее часть, он изменяет химический баланс ее окружающей среды так, как он не мог бы измениться без метаболизма. Но даже если существуют вещи, которые точно не являются живыми, и вещи, которые определенно живы, между ними есть темный непознанный регион.

Это царство вирусов и изгоев-белков под названием прионы — печально известных за вызов губчатой энцефалопатии у крупного рогатого скота. У вирусов есть ДНК или РНК, но для воспроизводства им нужно проникнуть в клетку. Прионы известны тем, что могут передавать информацию и воспроизводиться без ДНК, взламывая другие белки, что наносит особенный вред тканям мозга. Вирусы и прионы зачастую вредоносны, но некоторые виды дрожжей извлекают выгоды из прионов, а млекопитающие используют ДНК вируса, чтобы плод не погиб в утробе матери. Ни те ни другие не являются живыми в строгом смысле — они не растут и не множатся, не подсоединяя себя к организмам — но могут мутировать и эволюционировать под давлением естественного отбора.

«Очевидно, у вируса есть возможность следовать дарвиновским эволюционным принципам, но не без клетки-хозяина, — говорит Дэвид Линн из Университета Эмори. Для него жизнь и не-жизнь лежат на континууме: «Существует некоторый переход, после которого мы можем отличить что-то, что способно эволюционировать на химическом уровне, и что-то, что способно на биологическом». Другими словами, существует размытое разделение между тем, что требует внешнего катализатора — клетки-хозяина, ткани мозга — для эволюции, и тем, что может эволюционировать и воспроизводиться самостоятельно. В какой-то момент безжизненные химические процессы преодолевают это разделение и становятся узнаваемо живыми.

Линн много думает о биохимической информации, содержащейся в сложных молекулах, и как понять эволюцию в этом контексте. Вместе с коллегами он исследует, могут ли белки (которые в химическом смысле являются относительно длинными цепочками органических молекул, используемых в строительстве клетки) хранить и передавать ту же информацию, что и генетические молекулы, без необходимости подключать ДНК или РНК. Но как ДНК белки являются сложными, поэтому вопросом остается, было ли в истории жизни на Земле что-то еще, что пришло первым и подготовило почву для обоих этих сложных химических веществ.

Небольшое канадское озеро Павильон является одним из мест, которое может подсказать нам ответы на эти вопросы. Различные исследователи Павильона, биохимики, работающие с XNA, и астробиологи, осмысляющие жизнь на других мирах — все они пытаются понять адаптации жизни, используя химические вещества и материалы на своих местах.

Бактерии вроде тех, что живут в озере Павильон, сегодня редко строят структуры микробиалитов; хотя Павильон немного более щелочное, чем другие озера поблизости, и имеет более высокое содержание минералов, нет никаких очевидных причин для существования таких структур. «Что позволяет этим микробиалитам существовать в этом озере? Что может быть такого особенного в этом озере? — задается вопросом Дарлин Лим, ведущий исследователь Павильона. — Это довольно сложная задача для решения, и она требует множества различных точек зрения под разными углами».

Вся жизнь на Земле связана с общим предком глубоко в геологическом прошлом. Но, возможно, известная нам жизнь однажды сосуществовала с другой биохимией. Если это правда, со временем наш общий предок оказался более успешным, чем организмы, основанные на альтернативных молекулярных структурах, используя и изменяя окружающую среду, пока другие формы жизни не вымерли. Эта мысль отрезвляет: смерть засилья видов, которые могли вырасти и доминировать на планете, если бы история пошла другим путем.

Конечно, эти «может быть» остаются в области размышлений. С Марсом, с Европой, с тысячей попавших в каталоги экзопланет, диапазон химических возможностей может быть огромным. Мы даже не можем допустить, что вся жизнь должна идти той же дорожкой, что пошла на Земле, биологически или химически.

«Что такое жизнь?» — это далеко не один вопрос и не должен быть одним-цельным. Возможно, его и задавать не стоит. Мудрые умы вроде Чарльза Дарвина огибали эти философские подводные камни.

По материалам Mosaic