Сказ о том, как кремниевые пришельцы жизнь на Землю заносили
Спикер: Михаил Никитин - старший научный сотрудник НИИ физико-химической биологии имени Белозерского, автор книги “Происхождение жизни: от туманности до клетки”.
Доклад прозвучал 30 апреля 2023 г. на форуме «Ученые против мифов. Ищи на третьей планете» (организатор АНТРОПОГЕНЕЗ.РУ).
Стенограмма: Маграрита Оробец, Екатерина Тигры.
Александр Соколов: Здравствуйте, Михаил!
Михаил Никитин: Здравствуйте!
Александр Соколов: Предлагаю проголосовать. Жизнь на основе какой альтернативной биохимии наиболее реальна? Пожалуйста, воспользуйтесь QR-кодом или перейдите по ссылке в чате, друзья, и проголосуйте.
Михаил, а вот эти пришельцы на кремниевой основе могли в принципе занести жизнь на Землю?
Михаил Никитин: Отличный вопрос! В двух словах не ответишь. Придётся отвечать по частям по порядку. Итак, я начинаю.
Могли ли кремниевые или какие-то другие пришельцы занести жизнь на нашу Землю? Вопрос распадается на две части: могла ли наша земная жизнь быть как-то занесена со стороны с участием пришельцев или нет, и возможна ли разумная жизнь или вообще жизнь на основе кремния или какой-то другой химической основе, не похожей на нашу. Давайте на это посмотрим.
Идея панспермии - заноса жизни на нашу планету - достаточно старая. Она была очень популярно в XIX веке. Существует множество вариантов. Панспермию различают естественную и направленную. Естественная - это без участия разумных существ, направленная - это то, что делают разумные существа. Панспермия в принципе могла бы происходить внутри Солнечной системы между её планетами или на больших, межзвёздных расстояниях. К панспермии прилегают гипотезы о происхождении жизни вообще не на планетах, а на астероидах, метеоритах или прямо на межзвёздных газопылевых облаках.
Про направленную панспермию сказать мне проще всего. Вся жизнь на нашей планете имеет общее происхождение - от нас с вами до каких-нибудь самых экстремофильных микробов. У всех нас был общий предок, который жил порядка 4 миллиардов лет назад. Ископаемые следы жизни практически такого возраста существуют, то есть занос чего-то другого должен был произойти раньше этого времени, более чем 4 миллиарда лет назад. Это очень давно, следы заноса, естественно, были бы стерты, кроме самой жизни. Но проблема вот в чём: это время довольно большое даже по сравнению с возрастом Вселенной. Возраст Вселенной - около 13,5, максимум - 14 миллиардов лет. И у предполагаемых пришельцев, которые бы заносили жизнь на возникающую Землю, было бы не сильно больше времени, чем у нас, эволюционировать от примитивных форм жизни до космической цивилизации. И, естественно, эволюция жизни не могла начаться с самого момента Большого взрыва, должны были пройти сотни миллионов, а то и миллиарды лет на синтез элементов тяжелее гелия, на образование из них планет с какой-то твёрдой поверхностью, на образование жизни и так далее. А если эти ребята успели проэволюционировать, то мы чем хуже? Почему мы не могли?
Естественная панспермия - перелёты жизни, каких-нибудь её устойчивых форм, например, спор бактерий в каменных и ледяных космических объектах. Межзвёздная панспермия маловероятна, потому что даже в идеальном случае перелёт естественных объектов, как этот межзвёздный астероид Оумуамуа, занимают десятки тысяч лет. Даже между ближайшими звёздами. Даже с поправкой на сверхнизкие температуры, криоконсервацию, за это время несчастные споры бактерий получат слишком большую дозу радиации, чтобы сохранить жизнеспособность. А если они по каким-то причинам находятся не в покое, а каким-то образом поддерживают жизнеспособность, репарируют свою ДНК или что там у них вместо неё, то откуда они возьмут себе питание на эти десятки и сотни тысяч лет? Это всё очень сомнительно. А внутри Солнечной системы, конечно, всё с панспермией проще. Внутри Солнечной системы расстояния меньше, лететь не так долго, между Землёй и Марсом возможны перелёты выбитых камней за десятки и сотни лет, поэтому панспермия по маршруту Марс - Земля, Земля - Марс наиболее вероятна. Поэтому сейчас признаётся учёными.
Почему интересен именно вариант панспермии с Марса на Землю, интереснее, чем с Земли на Марс? Вот почему. Эти планеты когда-то были более похожи, чем сейчас. На Марсе тоже было тепло, на Марсе был океан и были пригодные для жизни условия. Более того, на Марсе более пригодные для жизни условия настали раньше, чем на Земле. Планеты Солнечной системы родились горячими, родились в результате столкновения более мелких тел - планетарных зародышей. Столкновения происходили на скоростях, составляющих километры в секунду, на космических скоростях. Естественно, при этом выделялось очень много энергии. В случае Земли с её второй космической скоростью 11 км/сек выделяемой энергии хватало на то, чтобы расплавить всю её поверхность до состояния океана магмы, то есть, до почти 1500 градусов. Остывание Земли из состояния океана магмы до чего-то пригодного для жизни, то есть хотя бы кипятка, занимало, по разным оценкам, от 100 до 300 миллионов лет, довольно долго. Марс меньше. Столкновения в истории Марса были не такими жёсткими. И из-за маленьких размеров Марс остывал быстрее. Поэтому Марс, образовавшись, остыл до пригодных для жизни температур скорее всего уже через 20 миллионов лет. То есть, у Марса была фора примерно в 200 миллионов лет на то, чтобы там могла возникнуть жизнь. Марс стал пригодным для жизни раньше Земли. Поэтому нельзя исключать. Этому нет подтверждения, но против этого нет возражений внятных. Марс мог быть колыбелью жизни в Солнечной системе. Может оказаться так, ещё раз говорю, что этому нет подтверждений, но возможно, что мы все с вами марсиане. Мы все с вами - потомки микробов, прилетевших с Марса на Землю в выбитых ударами астероидов марсианских метеоритах. Чтобы это подтвердить или опровергнуть, надо лететь на Марс с серьёзной буровой установкой, искать там бактерий, которые, если живы и есть, то только в толще марсианской коры, на глубине сотни, а то и тысячи метров, и сравнивать их с нашими.
Примыкают к панспермии идеи о жизни за пределами планет, прежде всего в метеоритах, активнее всего развивает эту идею палеонтолог академик Розанов. Вот обложка его книги с окаменевшими микробами, по его мнению, найденными в метеорите Оргей. То есть, в метеоритах семейства углистых хондритов действительно можно найти множество микроструктур, которые он интерпретирует как окаменелые остатки микробов, сходных с разными группами земных микробов. К сожалению, я не настоящий палеонтолог, поэтому не могу это ни обоснованно подтвердить, ни опровергнуть, поэтому могу только честно сказать, что другие палеонтологи это встречают в штыки. Никакого консенсуса по поводу этой идеи нет. Но если эти структуры действительно являются остатками окаменелых микробов, то это означает, что жизнь действительно старше Земли. Потому что этот метеорит Оргей, вообще этот класс метеоритов, на десятки миллионов лет старше Земли. Чтобы это достоверно подтвердить или опровергнуть, нужны образцы хондритных астероидов, принесённые космическими зондами стерильно, без загрязнения земными микробами при входе в атмосферу Земли, при лежании в пустыне или в Антарктиде и так далее. То есть сейчас главная надежда на японские образцы астероида Рюгу, привезённые зондом “Хаябуса-2”.
И ещё один вариант теории панспермии, который называется “мягкая панспермия” или “молекулярная панспермия”, о том, что на Землю были занесены не живые организмы, но какие-то органические вещества, которые приняли важную роль в процессе абиогенеза, в процессе происхождения жизни уже на Земле. Ну или на Марсе, если это произошло там. И вот этот вариант теории панспермии мне нравится больше всего. Вот почему. Одна из важных особенностей земной жизни и, наверное, жизни вообще - хиральная чистота. Молекулы аминокислот и молекулы сахаров в принципе могут существовать в двух вариантах, которые похожи друг на друга как левая и правая рука или как предмет и зеркальное отражение. В обычном химическом синтезе аминокислоты получаются “левые” и “правые” в равном соотношении. В составе наших белков встречаются только “левые” аминокислоты. “Правые” аминокислоты в наших клетках в принципе бывают, но не в составе белков, гораздо меньше и в другом контексте. Белки только из “левых” аминокислот. Помимо земной жизни только в составе метеоритной органики есть что-то похожее на хиральную чистоту. То есть полной хиральной чистоты нет, но в составе хондритных метеоритов, таких как Оргей, Мурчисон и других, есть аминокислоты, и “левых” изомеров аминокислот там на несколько процентов больше, чем правых. И выпадение этой метеоритной органики с избытком “левых” аминокислот могло сдвинуть равновесие “левых” и “правых” аминокислот уже в каких-то земных средах и привести к тому, что наши белки построены в итоге из “левых” аминокислот. В этом смысле метеоритная органика путём мягкой панспермии могла иметь решающее значение для того, как наша жизнь устроена сейчас.
Теперь вторая часть вопроса. Кремниевые пришельцы: бывают ли они? А также фтороводородные пришельцы, аммиачные пришельцы и многие другие. Альтернативная биохимия.
Тут, конечно, научные фантасты по этой поляне оттоптались за десятки лет. И большинство возможных вариантов придумали. Я попытался рассортировать эти варианты по убыванию “чуждости”. Совсем экзотика - это жизнь не на химической основе: какие-нибудь плазмоиды, вихри тока в сверхпроводнике. Я в этому ничего не понимаю, про это спрашивайте физиков. Про это я говорить не буду. Чуть менее экзотика - это жизнь на совсем другой химической основе с другими основными элементами типа кремния или бора вместо углерода. Ещё чуть более похожа на нас жизнь на основе углерода, но совсем других его соединений и, возможно, в другом растворителе, не в воде. Потом жизнь из белков и нуклеиновых кислот, но не совсем такая как наша, например, с чуть-чуть другим аминокислотным набором. И совсем, с одной стороны, близкий к нам, с другой стороны, всё-таки несовместимый вариант - это “зазеркальная” жизнь из “правых” аминокислот в белках и “зазеркальная” ДНК. Про это мы точно можем сказать, что такая жизнь возможна, потому что она по всем химическим параметрам не отличается от нашей. Но, с другой стороны, она будет с нами несовместима. Например, вирусы такой жизни нас не заразят. А наши вирусы не заразят её. И работы по получению такой “зазеркальная” жизни в лаборатории уже идут.
На какой химической основе живое может строиться? Все наши основные биомолекулы - белки, ДНК, липиды, составляющие клеточные мембраны - состоят, в первом приближении, из цепочек атомов углерода. Они основаны на том, что атомы углерода образуют прочные цепочки. Связь “углерод-углерод” довольно прочная.
На что углерод в принципе можно заменить? Тут нам сразу можно таблицу Менделеева довольно жёстко отфильтровать по этому графику: графику распространённости химических элементов во Вселенной. Этот график не имеет никакого отношения к химии, он отражает ядерную физику, результаты термоядерных процессов в звёздах, при которых одни элементы синтезируются хорошо, другие - плохо. И красными кружочками обведены 7 из топ-10 - элементы, используемые земной жизнью: водород, углерод, кислород, азот, сера, магний и железо. 7 из первой десятки наша жизнь использует, все эти элементы, включая серу, магний и железо, имеют важнейшие функции в нашей биохимии. То есть, с точки зрения использования самого доступного, наша жизнь выглядит довольно оптимально. Что из этого топ-10 не выбрано: не выбраны два инертных газа - гелий и неон - и не выбран тот самый любимый научными фантастами кремний. Почему? Давайте посмотрим.
Ах да, что ещё по этому графику сразу же можно отбросить? Фтор можно отбросить. Океаны из плавиковой кислоты, которые были у Ефремова в “Сердце змеи”, кажется, это антинаучная фантастика. Фтора во Вселенной слишком мало, его на 5 порядков меньше, чем кислорода. И это не особенность Земли, это во всей нашей Галактике так, фтору не повезло со стабильностью его атомного ядра. Он плохо образуется в звёздах.
Бор - элемент с очень интересной химией, образующий сложные молекулы с цепочками и кольцами своих атомов. Но его ещё меньше, в миллион раз меньше, чем углерода. Поэтому искусственную лабораторную жизнь на основе бора может быть когда-нибудь и создадут, а вот естественной возникшей борной жизни во Вселенной мы не найдём никогда, я в этом уверен.
А вот кремния много. Тем не менее, кремний в базовой универсальной основе биохимии нашей не встречается. В научной фантастике встречается, например, Хорта из “Стартрека”, но только в фантастике.
Кремний образует цепочки из своих атомов не хуже углерода и вообще образует сложные молекулы. Но вот эти сложные кремнийорганические молекулы, которые химики получают, синтезируются, как правило, в безводной среде.
В присутствии воды, или кислорода, или чего-нибудь ещё кислородсодержащего кремний в конечном итоге превращается в SIO2 - твёрдые устойчивые кристаллы, такие как кварц или опал. То есть оксид кремния - твёрдые устойчивые кристаллы, а вот диоксид углерода - это газ, достаточно химически активный, который даже при комнатной температуре растения успешно используют в фотосинтезе. То есть проблема с кремнием основная в том, что он слишком охотно и слишком прочно связывается с кислородом. И когда он связался с кислородом, его из этих соединений уже практически не достать и ничего с ним уже не сделать. Это относится не только к Земле, но и к космическим условиям.
Радиоастрономы своими спектроскопическими методами могут определять разные молекулы, присутствующие в газовых туманностях. Для углерода сотни разных органических молекул в космосе найдено, в том числе такие привычные биохимикам, как уксусная кислота, мочевина и глицин. А для кремния молекул найдено гораздо меньше, и это, в основном, прочные, устойчивые соединения кремния либо с углеродом, либо с кислородом, либо с азотом - оксиды, карбиды, нитриды кремния. Карбид кремния ещё устойчивее, чем оксид. Он по твёрдости вообще мало уступает алмазу. Всё это, конечно, не очень удобно для биохимии.
Собственно, единственное, на что кремний пустила земная жизнь в виде оксида - так это на скелеты в некоторых группах одноклеточных, таких как радиолярии и диатомовые водоросли. Это красивые ажурные структуры, очень прикольные, но химически инертные. Кроме как на скелеты, кремний ни на что не пошёл.
Чуть менее экзотический вариант - жизнь на основе углерода, но в его совсем других соединениях и, возможно, совсем другим растворителем. В научной фантастике, я уже говорил, были варианты жизни во фтороводороде, в аммиаке. Есть ещё несколько жидкостей, составляемых из доступных в космосе элементов, например, диоксид серы, но лично мне больше всего нравится вариант с диоксидом углерода, который в фантастике не всплывал. Потому что в привычных условиях диоксид углерода жидким не бывает, он сжижается только при повышенных давлениях, выше нашего земного атмосферного. При нашем давлении он либо газ, либо твёрдое вещество - сухой лёд. Но при 100 атмосфер он жидкий в широком диапазоне температур, жидкий CO2 используется в химической промышленности как растворитель, например, бескофеиновый кофе делают путём экстракции кофеина жидким CO2 под давлением. Растворитель этот очень хороший, ещё лучше, чем вода. Он совместим с белками, белковые ферменты в нём сохраняют структуру, и многие даже работают гораздо активнее, чем в воде. Жидкий CO2 имеет гораздо меньшую вязкость, чем вода, поэтому в нём быстрее диффузия, быстрее двигаются молекулы, быстрее идут химические реакции. Более того, на Земле есть места, где жидкий CO2 встречается, и в нём живут микробы. Обычные наши земные микробы с белками и ДНК.
Эти места находятся на океанском дне, на больших глубинах, потому что только там достаточное давление. Вот это видео с подводного робота японских океанологов в Окинавском желобе на глубине около 1400 метров. Там, в этом желобе, есть гидротермальные источники - чёрные курильщики, которые были в начале видео, а в стороне от них - робот сейчас отплывает от чёрных курильщиков - под слоем глины находится озеро жидкого CO2, который там медленно просачивается из глубин земной коры. Вот этот робот ковыряет глину пробоотборником - это не пузыри, это капли жидкой углекислоты, всплывающей вверх. Она менее плотная, чем вода. То есть вот это самое близкое и реальное, что можно найти на Земле к альтернативной биохимии. В этом жидком CO2 живут микробы, бактерии и археи, вполне родственные остальным живым микробам. И для такого образа жизни им пришлось перестроить только клеточные мембраны, потому что стандартные бактериальные мембраны жидкий CO2 растворяет. Поэтому его, кстати, используют для мягкой стерилизации в промышленности. Но к этому микробы могут приспособиться. Белки с жидким CO2 совместимы, но вот что с ним несовместимо, так это ДНК. У микробов, живущих в этой среде, внутри клетки всё-таки вода. Двойные спирали ДНК не образуются в среде CO2, только одиночные цепи. Поэтому у жизни в такой среде, если она там образовалась с самого начала, если у неё CO2 внутри клеток, белки могут быть, а вот вместо ДНК явно будет что-то другое.
Ну и, наконец, интересный вариант - “зазеркальная” жизнь. Я уже упоминал про хиральную чистоту, только “левые” варианты аминокислот в наших белках. И в принципе возможно полное зеркальное отражение нашей жизни. С правохиральными аминокислотами в белках и с “левой” ДНК. В лабораториях это уже пытаются создать. В научной фантастике у Лема были пришельцы, которые вылили протухший бульон на безжизненной Земле, перемешали его поварёшкой в левую сторону, и из-за этого мы все получились левохиральными. В научной фантастике это лучше всего раскрыто не в книгах и фильмах, а в играх.
В играх серии “Mass Effect” есть два правоаминокислотных вида: турианцы и кварианцы. И часть игрового процесса включает в себя подбор левоаминокислотных и правоаминокислотных пайков для вашего разношёрстного экипажа, состоящего из представителей разных разумных видов. И с перепутыванием лево- и правоаминокислотной еды есть некоторые свои приколы. В этой игре преувеличена ядовитость еды не той хиральности. Смертельно отравиться этим на самом деле нельзя. “Правые” аминокислоты некоторые синтезируются даже в нашем собственном организме: правый мерин и правый аспартат в мозге. “Правые” аминокислоты синтезируются микробами, наш организм их умеет переваривать, но, как минимум, может получать из них калории. “Правые” белки мы переваривать действительно не можем, нам нечем. Но они нетоксичны, для нас это как кусок полиэтилена съесть, наверное, по последствиям. То есть какая-то гибкая, но неперевариваемая абсолютно хрень в пищеварительном тракте. Наверное, понос будет, но не смертельно. Зато какую еду мы можем разделить с правоаминокислотными пришельцами? Ну, не совсем еду. Есть некоторые важные в кулинарии и в биохимии вещества нехиральные, действующие похожим образом на самый широкий спектр земных организмов и, скорее всего, так же действующий и на правохиральных.
Это прежде всего этиловый спирт. Он нехирален. Он действует похожим образом на самые разные земные организмы. Например, я напаивал спиртом ракообразных. Они тоже сначала веселеют, а потом засыпают. И подозреваю, что на правоаминокислотных товарищей он тоже должен действовать похожим образом. Я предупреждаю о вреде неумеренного потребления этилового спирта, но для правоаминокислотных пришельцев вред и другие последствия будут примерно такими же, как для нас. Если вы потерпели кораблекрушение на планете с правоаминокислотной жизнью, вам придётся с помощью местных дрожжей делать брагу и питаться ей. Тренируйте печень. Шутка.
Александр Соколов: Мы против употребления алкоголя инопланетянами и жителями планеты Земля. А пока что посмотрим на результаты опроса. Какая там наиболее реальная жизнь?
Получилось, что побеждает жизнь из белков и ДНК другой хиральности. Михаил, прокомментируйте. На втором месте, если я не ошибаюсь, получается жизнь на основе кремния.
Михаил Никитин: Ну, а как это прокомментировать, кроме как повторить весь доклад? Я могу сказать, что жизнь другой хиральности совершенно точно реальна, и отдельные её куски уже в лаборатории получены. А вот насчёт кремниевой: должна быть какая-то жуткая экзотика, существующая в очень странных условиях: либо при высокой температуре, либо в совершенно неводных средах. Всё это мало реально в космосе и организуемо, по-моему, только в лаборатории.
Александр Соколов: Спасибо! А сейчас вам предстоит противостоять земной форме жизни.
Спикер: Готовы ли вы ответить за свои слова? На сцене вредный оппонент!
Александр Соколов: Итак, с нами на связи Валерий Снытников, ведущий научный сотрудник Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН, редактор книги “Проблемы происхождения жизни”. Валерий, здравствуйте!
Валерий Снытников: Здравствуйте! Как вы меня слышите?
Александр Соколов: Я слышу вас хорошо. У вас 10 минут.
Валерий Снытников: Отлично. У меня несколько вопросов к докладчику. Я попытаюсь пройти прямо по докладу. Первый вопрос, который у меня есть, состоит в том, что в первые 200 миллионов лет от сотворения Вселенной у нас не было элементов жизни. Тогда, по вашему мнению, существует ли общий механизм, в рамках которого жизнь создавалась в первый миллиард лет и была зарождена в Солнечной системе?
Михаил Никитин: Я слишком плохо знаю, какие условия были во Вселенной в первый миллиард лет, и подозреваю, что астрономы тоже не очень хорошо это знают.
Валерий Снытников: Нет, это очень хорошо знают, потому что уже есть хорошие наблюдательные данные. После первого миллиарда лет уже появилось много звёзд.
Михаил Никитин: Звёзды с солнечной металличностью уже были?
Валерий Снытников: Да, потому что первые самые крупные звёзды жили очень коротко, и они и создали вот эти элементы жизни. Элементообразование было примерно 200-400 миллионов лет от сотворения Вселенной.
Михаил Никитин: Значит, могло быть так же, как и у нас, да.
Валерий Снытников: А если они были уже тогда, то всё-таки в их времена не было, наверное, пришельцев. Или были какие-то очень быстро эволюционирующие - меньше чем за миллиард лет - пришельцы. Тогда каков же всё-таки механизм появления этой самой панспермии с пришельцами? Каков механизм возникновения пришельцев, как они могут быть созданы?
Михаил Никитин: Честно говоря, либо так же, как мы, либо другие варианты, ещё более гипотетические, о которых мы вообще ничего сказать не можем. Если у вас претензии к тому, что я упоминаю в докладе пришельцев, то в этом запрос Георгия и состоял.
Валерий Снытников: Нет, у меня нет никаких претензий, у меня просто вопрос относительно панспермии, распространения жизни. И в этом плане у меня тогда второй вопрос. Вы достаточно скептично отнеслись к возможности межзвёздного переноса каких-то биоценозов внутри комет, внутри астероидов. Казалось бы, метровый слой грунта и криогенные температуры, при которых в земных условиях хорошо хранится биологический материал. И от космического излучения метровый слой грунта защитит. И замечательно могут летать такого сорта астероиды, по крайней мере по Галактике, и переносить какие-то биоценозы. Разве не так?
Михаил Никитин: Для ответа на этот вопрос, по-хорошему, надо поймать межзвёздный астероид и проанализировать его. С метровым слоем грунта не знаю, но десятиметровый - ладно, от гамма-излучения защитит, если уж земная атмосфера защищает, которая эквивалентна 10 метрам воды. Ладно, с этим согласен. Но вот криоконсервация, которая используется на Земле, это либо искусственная криоконсервация в каких-нибудь специальных средах с веществами типа формамида, защищающими мембраны, либо естественная, то, что из вечной мерзлоты выковыривают, там, по-моему, ещё не удалось воскресить никого старше полумиллиона лет.
Валерий Снытников: Насколько я понимаю, биологические материалы хранятся - яйцеклетки, сперматозоиды - при азотных температурах, при температурах жидкого азота, и они сохранят очень длительно свою жизнеспособность.
Михаил Никитин: 10 лет только они сохраняют.
Валерий Снытников: 10 лет, а дальше? И это только с точки зрения человеческого материала, а бактерии? А те же самые споры? В космосе температура 4 кельвина. Может быть, они лучше будут сохраняться при таких, ещё более низких температурах? Там же не будут действовать никакие химические реакции практически. Есть конечно, но не совсем.
Михаил Никитин: Это проверять надо. Потому что с яйцеклетками точно экспериментировали. Для них жидкий гелий ничуть не лучше жидкого азота, оказывается.
Валерий Снытников: Понятно. Спасибо! Второй момент: вы затронули жизнь в метеоритах. И засомневались относительно надёжности того, что там с современным засорением земными бактериями упавших метеоритов. Но дело-то в том, что достаточно легко по электронной микроскопии можно различить современные бактерии с их элементным составом, в который входит, в основном, углерод, и окаменевшие бактерии, который сохраняют свою форму, но у которых уже произошло замещение на тот же самый кремний. И возраст этих окаменелостей легко определяется, как и возраст метеоритов.
Михаил Никитин: Я уже в лекции сказал, что я не настоящий палеонтолог и, наверное, настоящие палеонтологи будут бить меня тапками. Можно показать обратно презентацию, там дополнительный слайд был примерно для этого заготовлен.
В метеоритах обнаруживается очень много всяких микроструктур самого разного происхождения. Из последнего, совсем странного, метеоритный белок - гемолитин - явно неземной. Он состоит всего из двух аминокислот: глицина и гидроксиглицина, которого в наших белках нет. Изотопный состав указывает на внеземное происхождение, причём абиогенное, в очень холодных процессах при температуре жидкого гелия. И он образует всякие трёхмерные матрицы, в том числе в виде трубочек микронного размера, которые дальше инкрустируются кремнием. Всё это в метеоритах есть. С одной стороны, это что-то с участием белков, с другой стороны, без клеток и без преемственности с земной жизнью, скорее всего.
Так, можно вернуть вредного оппонента обратно на экран, спасибо. То есть что там происходило при рождении метеоритов, на этих родительских телах хондритов, какие морфоструктуры могли остаться, я боюсь, что мы и сотой доли процента не знаем. У палеонтологов известно много примеров того, как упорядоченные маленькие структуры, которые считались остатками каких-то мелких живых организмов, потом оказывались появившимися абиогенно. Иногда даже получалось их воспроизвести в лаборатории.
Валерий Снытников: Как, впрочем, и наоборот. Те, которые считались абиогенными ранее, оказывались биогенными.
Михаил Никитин: Чем более мелкие микрофоссилии и большие промежутки времени мы берём, тем проще на эти грабли наступить. Давайте оставим эти грабли настоящим палеонтологам, которые тоже на “Учёных против мифов” выступают регулярно. Я упомянул про эти микрофоссилии, чтобы никто на меня не ругался за замалчивание, но тут, извините, за что купил, за то продал.
Валерий Снытников: Дело здесь куда более серьёзное. Возражение возникает. Если мы всё-таки принимаем, что жизнь возникла в Солнечной системе и принадлежала к какому-то из ваших типов, то это означает, что она могла зародиться только лишь на стадии формирования Солнечной системы. То есть в том же самом протопланетном диске. И те химические и химикобиологические процессы, которые могут проходить в околозвёздном диске на стадии так называемого астрокатализа, вполне укладываются в те 10-60 миллионов лет, которые нужны для формирования планет Солнечной системы.
Александр Соколов: У нас время вышло, но возразите.
Михаил Никитин: Я, правда, не увидел тут вопроса.
Валерий Снытников: Хорошо, спасибо!
Александр Соколов: Спасибо большое, Валерий! Коллеги, теперь я прошу проголосовать, как вы оцениваете вредность Валерия. И это, кстати, на сегодня был последний вредный оппонент, так что скоро нам предстоит узнать, кто самый вредный оппонент сегодняшнего дня.
А мы продолжаем отвечать на вопросы, теперь уже зрителей. И вопрос, присланный Виктором Загребневым, звучит так: “Я читал, что сжатые азотоводороды могут давать гораздо более разнообразную химию, нежели углеводороды. Так может, будущее не за кремнием, и “средневековые” цивилизации Урана и Нептуна только и ждут, пока мы их откроем?”
Михаил Никитин: Так, про интересную химию азота при высоких давлениях: это известно не из экспериментов, это известно только из квантово-механического моделирования. Этим занимается группа Артёма Оганова, например, в Сколтехе, и про азотоводороды это их история. Молекулы, которые в их моделировании выглядят очень красиво и интересно, и сравнимо по сложности с углеродной биохимией, существуют только при чудовищных давлениях. При попытке перенести их в какие-то более “комнатные” условия всё это взорвётся с превращением в газообразный азот. На планетах ледяных гигантов, таких как Уран и Нептун, давление достаточное, много азота и водорода, поэтому исключать существование там такой жизни нельзя. Но судьба такой жизни незавидна. Она заперта на своей родной планете. Абсолютно без шанса выхода в космос, потому что там нет материалов таких, чтобы сохранить внутри космического корабля нужное давление, чтобы не взорваться. И мы к ним полететь тоже не сможем, потому что нас раздавит гораздо раньше. Может быть, какими-то косвенными методами получится установить с ними связь, но не более того. Это очень грустная история.
Александр Соколов: Спасибо. Поскольку вы согласились на блиц…
Михаил Никитин: Давайте блиц.
Александр Соколов: 3 минуты блиц. Посмотрим, удастся ли вам побить предыдущий рекорд. Это будет непросто. Поехали. Итак, Михаил, как вы оцениваете возможность переноса жизни в породах, отколотых от обитаемых планет в результате глобального катаклизма (столкновения)?
Михаил Никитин: Оцениваю как вполне возможную.
Александр Соколов: Проводились ли моделирования того, как выглядел облик нашей планеты, если б на ней не зародилась жизнь?
Михаил Никитин: Да, конечно, проводились.
Александр Соколов: Смогли бы мы взаимодействовать с “зеркальными” пришельцами или мы бы, например, аннигилировали, как материя-антиматерия?
Михаил Никитин: Нет, материя с антиматерией и хиральность - это абсолютно разные вещи. С правохиральными можно нормально взаимодействовать. Только есть друг друга не надо пытаться.
Александр Соколов: Не столкнёмся ли мы сами с собой в поисках и исследовании жизни в нашей Солнечной системе?
Михаил Никитин: Ну, в фильме “Солярис” примерно так и произошло. Но, я думаю, именно вашей точной копии вы во Вселенной не найдёте.
Александр Соколов: Фильм такой был, кстати. Как насчет жизни из антиматерии?
Михаил Никитин: Найдите сначала во Вселенной планету или звезду из антиматерии. Насколько я понимаю, у астрономов на эту тему консенсус, что их не бывает.
Александр Соколов: Смогут ли люди сами стать источником панспермии на другой планете?
Михаил Никитин: Легко! И могли уже стать. Мы накидали уже достаточно железок на Марс, если хоть одну из них плохо простерилизовали…
Александр Соколов: Возможна ли теоретически неорганическая жизнь, в которой скорость жизненных процессов во много раз медленнее органической?
Михаил Никитин: Наверное, возможна, но это медленно и печально.
Александр Соколов: Почему в белках нет аминокислот, где радикал имел бы более чем один уровень ионизации?
Михаил Никитин: В стандартном генетическом коде нет, а с модификациями гаммакарбоксиглутамат, пожалуйста, есть.
Александр Соколов: А РНК в углекислоте тоже не строится?
Михаил Никитин: Она не разрывается, но расплетаются двуспиральные участки.
Александр Соколов: Насчёт нетоксичности еды с другой хиральностью: а не может ли это в итоге вызвать проблемы, похожие на те, что приносят прионы?
Михаил Никитин: Не знаю. Кстати, прионы другой хиральности в принципе, наверное, могут быть опасны. Особенно, если их специально на это отбирать.
Александр Соколов: Если ты хочешь выпить с правоаминокислотным другом, чем можно закусить?
Михаил Никитин: Уксусом занюхивать. Уксусная кислота тоже нехиральная.
Александр Соколов: Из азотистых оснований аденин - самый устойчивый к ультрафиолету. Это может быть причиной почему АТФ - основная энергетическая валюта?
Михаил Никитин: Они все весьма хорошо устойчивы. Гуанин почти не хуже. Почему из этой четвёрки выбрался именно аденин - возможно потому, что аденин чуть проще и с большим выходом синтезируется из синильной кислоты абиогенно.
Александр Соколов: Так, время вышло. 12 вопросов. Неплохо! А мы продолжаем. И дальше вопросы уже в более спокойном режиме от наших зрителей. Вон там кто-то светит каким-то мобильным устройством. Скорее дайте микрофон.
Анастасия, Ростов-на-Дону: Первый вопрос, чисто формата “да-нет”: если человек попробует правохиральную пиццу, почувствует ли он её вкус?
Михаил Никитин: Вкус точно почувствует. Из экспериментов на счёт вкуса правых аминокислот и левых сахаров про левые сахара больше. Из левых сахаров пытаются сделать подсластитель сладкий, но некалорийный. Но большинство правых аминокислот имеют слабенький сладкий вкус. Наши левые аминокислоты - это либо умами, либо горькие, либо сладкие, а правые почти всегда сладковатые. Так что правохиральная пицца какой-то вкус иметь будет, это точно.
Александр Соколов: Вопрос задаёт наш зритель Идалтыч. Если кремниевая жизнь была бы возможна, она была бы клеточной или что-то вроде вирусов, либо что-то совсем принципиально иное?
Михаил Никитин: Ну, наверное, клеточной, потому что вирусы могут жить только паразитируя на клетках. Клеточная жизнь в широком смысле - это как-то отделённая от внешней среды каким-то барьером типа нашей клеточной мембраны. Мне кажется, это довольно универсальный признак любой жизни, осваивающей хоть сколько-нибудь новые среды обитания. Наши микробы могут жить и в море, и в щелочных озёрах, и в кислой воде, и при этом поддерживают внутри клетки нейтральную кислотность, потому что клеточная мембрана помогает им изолироваться от наружной воды.
Александр Соколов: Так, пожалуйста, давайте микрофончик вот сюда.
Роберт, Владикавказ: Вопрос следующий: проводились ли какие-то эксперименты, которые хотя бы косвенно доказывали, что жизнь может зародиться из “ничего”? Чтобы из неживого получилось что-то живое. Есть ли примеры экспериментов, которые это доказывают хотя бы косвенно?
Михаил Никитин: Таких экспериментов проведено, естественно, много тысяч, которые с разным успехом моделируют разные предполагаемые этапы этого процесса. То есть образование таких молекул как аминокислоты и нуклеотиды из более простых химических предшественников, самосборку РНК из нуклеотидов, размножение этих молекул РНК, с которых, скорее всего, началась биологическая эволюция, и так далее. Чтобы воспроизвести полный процесс, скорее всего, эксперимент должен продолжаться миллионы лет, нужна лаборатория масштаба если не Земли, то стокилометровая. А денег никто на такое не даст. Поэтому приходится этого “слона” есть по частям, дробить процесс предполагаемого абиогенеза на маленькие этапы, которые по отдельности моделируются все. Но по отдельности.
Александр Соколов: У Михаила есть об этом книжка.
Михаил Никитин: Да.
Александр Соколов: Вопрос задаёт ShiperMusic. К какому типу альтернативной жизни отнести живой океан из “Соляриса” Станислава Лема?
Михаил Никитин: Мне кажется, это относится не к альтернативной биохимии, а к - как там называется наука, которая галлюциногены изучает?.. В общем, туда. Биосфера в виде единственного живого организма невозможна. Нужно много видов, много организмов каждого вида, чтобы система была как-то устойчива, как-то эволюционировала.
Александр Соколов: А можно туда, на балкончик, дать микрофон кому-то с планшетом?
Зритель: У вас в презентации был график распространённости разных элементов во Вселенной. Это на настоящее время или на время формирования Земли? Или разница не принципиальна?
Михаил Никитин: Это на настоящее время, но, как упомянул вредный оппонент, примерно такой же эта ситуация была уже через миллиард лет после Большого взрыва. То есть, за последний десяток миллиардов лет этот график существенно не изменился.
Александр Соколов: Вопрос задаёт Карл-Август Аванти. Вредит ли зацикленность на поиск пригодных для возникновения жизни планет и внеземного разума изучению многообразия небесных тел?
Михаил Никитин: Нет, конечно, не вредит, потому что многообразие небесных тел всё равно изучать приходится. Большинство планет, найденных телескопом “Кеплер”, заведомо слишком горячие для жизни, но тем не менее их наоткрывали тысячи. Для понимания того, как получаются планетные системы, это было очень важно.
Александр Соколов: Так, пожалуйста, сюда микрофон, в серединку.
Сергей, Москва: Если у Марса была такая фора в образовании жизни, столько лет, почему же там не прижилось, а у нас прижилось?
Михаил Никитин: Потому что дальше на Марсе стали портиться условия. У Марса из-за малых размеров и малого содержания железа быстрее затухла геологическая активность, исчезло магнитное поле, с него начало солнечным ветром сдувать атмосферу, он стал холодным и сухим, каким мы видим его сейчас. Миллиард или полтора миллиарда лет условия на поверхности были для жизни пригодны. Сейчас на поверхности Марса в более благоприятных местах холодно, как в Норильске, сухо, как в пустыня Намиб, плюс ещё и радиация. Это в более пригодных для жизни местах. В менее пригодных ещё хуже.
Александр Соколов: Вопрос от Ir Ra: Почему вы земную форму жизни считаете правилом, а не допускаете, что она исключение?
Михаил Никитин: Ну, принесите нам правило, если земная форма жизни - исключение. Понятно, что по одной точке графика не построишь, но по одной точке можно хотя бы понять, что так бывает. А других вариантов мы ещё не видели. Или не сделали.
Александр Соколов: Давайте, пожалуйста, сюда микрофон, там рука с буклетиком. Прошу!
Константин, Нягань: Вы говорили, что панспермия межзвёздная невозможна из-за того, что нечего будет есть заселенцам. А если вспомнить наши родные организмы, такие как маты и строматолиты, которым удалось построить энергетически замкнутый цикл, может быть, такие смогли бы, особенно если бы, как вы сказали вредному оппоненту, залегли на десять метров внутрь грунта?
Михаил Никитин: У строматолитов, во-первых, замкнутость геохимических циклов несколько преувеличены. Потери вещества были и там. Во-вторых, строматолиты вообще-то питались солнечным светом. Они были в основном построены на основе цианобактерий или каких-то ещё фотосинтезирующих микробов. В условиях какого-то астероида или кометы, летящего через межзвёздную среду, естественно, света там никто не даст. Существует некоторый выход: среди грибов на Земле есть приспособленные к высокому уровню радиации штаммы, накапливающие огромное количество меланина. Они просто чёрные, как хороший чёрный бархат. Их сначала нашли в чернобыльском саркофаге, очень испугались, а потом нашли такие же штаммы в дикой природе, во всяких местах типа гималайских высокогорий, где ультрафиолета много. В лабораториях показали, что они отчасти могут использовать ионизирующее излучение, жёсткий ультрафиолет, рентген и даже гамма-излучение как источник энергии. Не как единственный, но ускоряющий их рост раза в три, если на бедной питательной среде. Наверное, на этой основе можно сделать какую-то форму жизни, которая будет питаться только радиацией, но тут нужно либо чтобы ей этот источник радиации был не слишком сильный и не слишком слабый на все эти сотни тысяч лет, либо с питанием и температурным градиентом, как вы сказали. Вот это мне уже совсем трудно представить. Я не говорю, что межзвёздная панспермия в принципе совсем невозможна, я говорю, что она гораздо менее вероятна, чем внутри одной звёздной системы. В конце концов, сколько метеоритов падает на Землю каждый год, и сколько объектов в Солнечной системе мы вообще видели? Совершенно разные количества, на порядки.
Александр Соколов: Вопрос задаёт Олег Нечибыло. А жизнь на Земле один раз зародилась, и все существа, в принципе, друг другу родственники? Или было несколько независимых случаев появления жизни?
Михаил Никитин: Если было несколько независимых случаев, то от них не осталось никаких следов. Всё, что мы видим сейчас - следы одной попытки. Может быть, она была единственной, может, она съела конкурентов, мы видим следы только одной попытки.
Александр Соколов: Так, давайте на балкон дадим микрофон, в левое крыло, пожалуйста.
Марина, Москва: Здравствуйте! Спасибо большое, во-первых, за доклад. Я бы хотела уточнить по поводу последнего, дополнительного слайда. Вы сказали про инкрустацию кремнием. А он инкрустируется, выполняя какую-то функцию? Для чего он там?
Михаил Никитин: Не похоже, чтобы он там выполнял какую-то функцию. Сейчас это уже давно мёртвые структуры, которые не реплицируются. Предполагается, что там была репликация, когда эти метеориты только возникали, когда это было в условиях межпланетного облака пылевого.
Александр Соколов: Следующий вопрос задаёт Ирина Тохадзе. А не опасно ли отправлять человека не Марс? Ведь тогда мы занесём туда бактерии.
Михаил Никитин: Если ходить только по поверхности Марса, то занесённое, скорее всего, там же и погибнет. На поверхности Марса всё же жестковато для размножения, для выживания. А вот если бурить, то да, надо, конечно, соблюдать осторожность.
Зритель: Благодарю за лекцию, хотела бы задать следующий вопрос. Я нашла сведения о том, что на спутнике Сатурна - Титане - были найдены озёра из углерода. То есть, из жидкого метана и этана. Вопрос вот в чём. Стоит ли рассматривать Титан как возможное место, откуда жизнь могла теоретически “панспермироваться” на Землю? Или же место, где, возможно, когда-нибудь зародится жизнь? Насколько жизнеспособна эта теория? Спасибо.
Михаил Никитин: Очень вряд ли, что с Титана происходит наша Земная жизнь. Потому что жизнь, которая живёт при температуре -170 градусов в жидком метане, перенести в жидкую воду при температуре градусов на 200 больше очень сомнительно, это какой-то очень резкий переход. На Титане пытаются найти жизнь на какой-то другой химической основе, то есть, явно углеродную, с использованием азота, но при низких температурах и вот в этом другом растворителе. Проблема в том, что жидкий метан - это довольно плохой растворитель. Во-первых, в принципе, чем ниже температура, тем хуже все крупные молекулы растворяются в жидкостях. Во-вторых, конкретно метан - это неполярная молекула. В нём нет местных положительных и отрицательных зарядов., которые есть в молекуле воды, молекуле аммиака, углекислого газа, диоксида серы. А вот в метане их нет. Поэтому, из-за неполярности - метан ещё более плохой растворитель. То есть, там почти ничего, кроме других углеводородов, и то не слишком тяжёлых, растворяться не будет. Химическое разнообразие того, что там возможно в жидкой фазе, как-то маловато.
Александр Соколов: Вопрос задаёт наш зритель Имре ач. Есть же такое слово “флуктуация”. То есть, ничего же не мешает фтору или бору иметь высокую концентрацию локально. Если взглянуть на элементы с этой стороны, есть иные перспективные претенденты?
Михаил Никитин: Свойство образовывать длинные прочные цепочки из своих атомов в таблице Менделеева вообще бывает очень редко. Это умеют углерод, кремний, бор, при некоторых условиях умеет фосфор. Возможно, при высоких давлениях, это умеет азот, но это ещё экспериментально не проверено. И, собственно, всё. То есть вариантов там немного.
Ксения, Химки: Спасибо большое за лекцию! У меня такой вопрос: есть ли какие-то факторы в зарождающейся звёздной системе, которые могут повлиять на хиральность аминокислот потенциальной жизни, которая там может зародиться? Спасибо!
Михаил Никитин: О, это отличный вопрос! Откуда вообще в метеоритах взялся перекос хиральности аминокислот, это большая загадка. Там есть две основных группы гипотез, одна из которых связана с астрофизикой, а другая - с физикой элементарных частиц вообще. Во-первых, про астрофизику: есть оптические процессы, в которых аминокислоты одной хиральности могут разрушаться ультрафиолетовым излучением сильнее, чем другой. Для этого нужно излучение с так называемой спектральной поляризацией. Это не обычный ультрафиолет, испускаемый по тепловому механизму, это, например, какое-нибудь синхротронное излучение, которое излучается из мест с сильными магнитными полями. Есть сильномагнитные белые карлики, которые испускают его довольно много. Проблема в том, что белые карлики - это трупы звёзд, конечная стадия жизненного цикла. Они находятся не там, где новые звёзды зарождаются. В газопылевых облаках, где рождаются новые звёзды, есть другие источники спирально поляризованного ультрафиолета, связанные с рассеиванием его на магнитных пылинках, но это ещё более сложные вещи. В общем, главное, что про астрофизические механизмы надо понимать - в туманности образуются зоны, где преобладают аминокислоты одной хиральности и зоны, где преобладают аминокислоты другой хиральности. И в среднем по туманности и тех, и других будет поровну. И в среднем тогда по Галактике мы будем находить поровну планет с лево- и правоаминокислотной жизнью.
А с физикой элементарных частиц история совершенно другая. В физике вообще есть гравитационное взаимодействие, электромагнитное, сильное ядерное и слабое ядерное. Четыре фундаментальных взаимодействия. Так вот, слабое ядерное взаимодействия, в отличие от трёх других, различает право и лево. И в процессах с участием слабого ядерного взаимодействия, например, в бета-распаде происходит нарушение право-левой симметрии. Бета-частица, то есть, вылетающий из ядра при бета-распаде электрон, обладает, насколько я помню, правой поляризацией, и если его аккуратно замедлить, то он будет лучше разрушать правые аминокислоты, чем левые. В молодой Солнечной системе было очень много короткоживущих бета-активных изотопов типа алюминия-26 и железа-60, и продуктов их бета-распада тоже могла хватить для объяснения той хиральности аминокислот, которую мы видим в метеоритах. При этом слабое ядерное взаимодействие одинаково работает во всей Вселенной. Если дело в нём, то во всей Вселенной должна быть левоаминокислотная жизнь. Нигде не должно быть “правой”. То есть, сидя в Солнечной системе, мы эти две ситуации различить не можем. Надо либо лететь к другим звёздам, либо как минимум ловить межзвёздные астероиды, смотреть в них органику. Будут ли в каких-то преобладать “правые” аминокислоты или везде будут преобладать “левые”? Вот в чём вопрос.
Александр Соколов: Теперь, Михаил, вам предстоит выбрать, кому достанется книга “Путеводитель зоолога по Галактике” издательства “Альпина нон-фикшн” за лучший вопрос. Возможно, у вас уже есть свой.
Михаил Никитин: Напомните, пожалуйста, список вопросов, потому что их было очень много.
Александр Соколов: А вот да, это правда. Так, про азотоводороды, про правохиральную пиццу, про эксперимент, доказывающий зарождение жизни “из ничего”, про график распространённости элементов, почему на Марсе не образовалась жизнь, про организмы с энергетически замкнутым циклом, про инкрустацию кремния, флуктуацию, жизнь на Титане, про факторы хиральности, про вред изучению многообразия небесных тел, какой была бы кремниевая жизнь, возможность переноса жизни в породах, отколотых от обитаемых планет, проводились ли моделирования облика нашей планеты, смогли бы мы взаимодействовать с зеркальными пришельцами, не столкнёмся ли мы с самими собой, как насчёт жизни из антиматерии, смогут ли сами люди стать источником панспермии, возможна ли неорганическая жизнь, в которой скорость процессов будет медленной, почему в белках нет чего-то там, РНК в углекислоте не строится, насчёт нетоксичности еды другой хиральности и прионов, чем закусить с правоаминокислотным другом, кто там самый устойчивый к ультрафиолету из азотистых оснований, к какой альтернативной жизни относится жизнь из “Соляриса”.
Михаил Никитин: Так, давайте блиц не трогать, потому что туда были выбраны более короткие и менее интересные вопросы. Из этого списка сейчас я разрываюсь между факторами хиральности и жизнью на Титане.
Александр Соколов: Я за Титан!
Михаил Никитин: Да, давайте всё-таки за Титан.
Александр Соколов: Жизнь на Титане! Итак, автору вопроса про жизнь на Титане уходит книжка “Путеводитель зоолога по Галактике”. Сейчас мы увидим результаты оценки вредного оппонента нашими зрителями. Покажите, пожалуйста.
Распределились примерно голоса между тремя вариантами.
Михаил Никитин: Достойная конкуренция Гельфанду!
Александр Соколов: Спасибо вам, Михаил! От нас много подарков и традиционный скетч нашей художницы. Я знаю, что наши рисунки вам всегда нравятся.
===================================================================