Мертвые киты вдохновляют на поиски внеземной жизни на Марсе.
Ключевые выводы
- Глубокий океан негостеприимен, но "падение кита" - прибытие туши кита - открывает множество форм жизни, которые пользуются преимуществами шведского стола.
- Мы могли бы сделать что-то подобное, чтобы найти жизнь в таких местах, как Марс или Титан.
- Вместо мертвого кита мы могли бы предоставить химические питательные вещества для привлечения марсианских или титанских микробов.
С тех пор, как в 1977 году с помощью подводного аппарата было обнаружено первое «падение китов», биологи признали, что туши китов, падающие на дно океана, могут поддерживать процветающую биосферу на глубинах более 1000 метров. Организмы, питающиеся в этих глубоководных «ресторанах», включают в себя множество микробов, а также крабов, осьминогов, омаров, морских огурцов, миксин, спящих акул и даже некоторых недавно обнаруженных видов, наблюдаемых только при падениях китов.
Qihui Li и его коллеги из Технологического университета в Чэнду, Китай, доказывают биологическую важность падений китов, которые могут питать многие виды в богатой кислородом среде в течение примерно 10 лет, и еще дольше - более 50 лет - в бедной кислородом среде. На дне океана, где не хватает питательных веществ, падение китов становится биологическим очагом. В то время как некоторые виды могут уже находиться поблизости от упавшей туши, когда она падает на морское дно, другие притягиваются к ней гораздо дальше.
Какое это имеет отношение к поиску внеземной жизни? Глубокий океан крайне малонаселен. Еды не хватает, а условия в этой холодной среде с высоким давлением экстремальны. Если бы мы взяли пробу воды на таких больших глубинах, вряд ли в ней была бы обнаружена какая-либо форма жизни выше уровня обнаружения. Падение кита резко меняет ситуацию, пусть и временно, предоставляя настоящий шведский стол для всех видов существ.
Сценарий в принципе похож на некоторые благоприятные для жизни зоны в нашей собственной Солнечной системе, где условия окружающей среды или даже просто нехватка пищи препятствуют процветанию биосферы. Вместе с моими коллегами Альберто Файреном из Центра астробиологии в Мадриде, Испания, и Альфонсо Давилой, который сейчас работает в Исследовательском центре Эймса НАСА, мы использовали этот сценарий в качестве отправной точки, чтобы предложить возможный способ поиска биологических сигнатур в предстоящих космических миссиях.
От китовых водопадов до марсианских куполов
Давайте рассмотрим два места, которые считаются перспективными для поиска жизни: Марс и спутник Сатурна Титан. Ранний Марс был обитаемой планетой с большим количеством воды на поверхности. Он становился все менее и менее пригодным для жизни по мере того, как атмосфера становилась тоньше и суше, а поверхность становилась холоднее. Если жизнь все еще существует на Марсе, она, вероятно, очень редко распространена, возможно, в спящих формах, таких как споры. Жизнь вблизи поверхности будет ограничена не только отсутствием жидкой воды и высоким уровнем радиации, но и нехваткой органических питательных веществ. Недавние результаты марсоходов НАСА показывают, что органические соединения определенно существуют на Марсе, но, как правило, в форме, к которой организмы не могут получить доступ.
Помня об этих сложных марсианских условиях и нехватке продовольствия, мы с коллегами предложили упреждающую миссию, которую мы назвали КУПОЛА (Обнаружение существующей жизни на Марсе в приповерхностных слоях). Как следует из названия, мы начнем с размещения на поверхности Марса небольших прозрачных куполов. Купола, похожие на оранжереи, обеспечивают укрытие от радиации, но пропускают видимый свет, облегчая визуальный осмотр и обеспечивая возможный фотосинтез. Внутренняя часть куполов будет дополнена небольшим количеством воды и органических соединений, и они будут теплоизолированы, чтобы противостоять огромным колебаниям температуры между марсианским днем и ночью. Купола также должны были быть тщательно стерилизованы заранее, чтобы не запутать дело из-за непреднамеренного выращивания земных микробов на Марсе. Идея состоит в том, чтобы поощрить появление местной марсианской жизни (если она существует) - подобно тому, как глубоководные существа стекаются к туше кита.
Этот эксперимент будет довольно простым и может быть включен в марсианские посадочные модули или вездеходы, запущенные в следующем десятилетии. Небольшие купола можно сбрасывать в разных местах на Марсе и наблюдать в течение длительного времени на наличие каких-либо признаков биологии. Было показано, что основная идея работает в пустынях на Земле.
Титан и операция «Пушечное ядро»
Нет никаких причин, по которым тот же подход не мог бы работать в более экзотическом месте, таком как Титан. Эта покрытая облаками луна Сатурна имеет атмосферу из азота и метана, содержащую различные органические соединения. Атмосферное давление на 50% выше, чем на поверхности Земли, но вода и углекислый газ чрезвычайно редки. Вместо круговорота воды на Титане есть цикл, основанный на метане и этане, которые в этой холодной среде находятся в жидкой форме, даже образуя озера.
Вы можете подумать, что такое место будет негостеприимным. Но были предложены метаболические пути для жизни на Титане, и в отчете Национальной академии наук за 2007 год сделан вывод о том, что «окружающая среда Титана отвечает абсолютным требованиям для жизни, которые включают термодинамическое неравновесие, обилие углеродсодержащих молекул и гетероатомов и жидкую среда. Далее в отчете говорится, что «если жизнь является неотъемлемым свойством химической активности, жизнь должна существовать на Титане.”
Предположим, что да. Как мы могли бы побудить титанианских существ показать себя? Здесь мы вступаем на довольно спекулятивную территорию, поскольку жизнь на Титане, вероятно, была бы гораздо более странной и трудной для нас, чем марсианская жизнь. Скорее всего, это была бы жизнь, какой мы ее не знаем. Но мы все же можем ожидать, что для его выживания потребуются определенные химические соединения. Все основные жизненные процессы, по крайней мере на Земле, нуждаются в таких элементах, как железо, магний, кальций, калий, натрий и фосфор. Хотя в инопланетном мире это можно обойти, справедливо предположить, что определенные основные строительные блоки жизни и питательные вещества будут необходимы, по крайней мере, в некоторой степени.
Итак, мы с коллегами предложили миссию, которую мы назвали «Пушечное ядро», которая должна была доставить на поверхность Титана «питательный коктейль» из неорганических соединений, включая перечисленные выше. Пушечное ядро расколется при приземлении, чтобы облегчить доступ предполагаемой жизни на Титане к коктейлю. Бортовой передатчик будет передавать данные на Землю, что позволит ученым отслеживать питательные вещества на наличие признаков распада, соответствующих биологическим. Мониторинг должен был бы продолжаться в течение многих лет, потому что поверхность Титана очень холодная, и мы не ожидаем, что эти реакции будут происходить быстро.
Под «совместимым с биологией» мы подразумеваем скорости распада, которые превышают количество, ожидаемое от химического распада в условиях Титана. Это предполагает, что какой-то организм «поедает» или перерабатывает питательные вещества для создания необходимых биохимических соединений для своих жизненных процессов. В идеале питательный коктейль должен содержать разные изотопы тех или иных элементов, поскольку живые организмы предпочитают более легкие изотопы - еще одна диагностика, позволяющая отличить чисто химические процессы от биологических.
Хорошая новость в том, что мы уже знаем, как приземлиться на Титане. На самом деле мы отправили туда космический корабль - зонд «Гюйгенс», который приземлился в 2005 году. Но «Гюйгенс» был в основном из алюминия, который не так полезен с биологической точки зрения, как наше предполагаемое пушечное ядро. Если мы собираемся устроить шведский стол для привлечения потенциальных организмов-титанов, мы хотим, чтобы он был вкусным, как туши китов на дне океана Земли.