«Техника-молодежи» 1976 г №4, с.52-55
| 4. Где вы, братья по разуму? |
Где искать истоки жизни во вселенной? Как выйти на связь с внеземными цивилизациями? В обсуждении этих проблем на конференции «Человек и космос» приняли участие член-корреспондент АН СССР И. ШКЛОВСКИЙ, доктора биологических наук А. РУБИН и А. РУДЕНКО, доктор физико-математических наук И. КАРДАШЕВ и другие ученые. Обзор, подготовленный по материалам конференции, знакомит читателей с гипотезами специалистов, их взглядами на обсуждавшиеся проблемы.
Есть ли у нас, у землян, где-нибудь во вселенной собратья по разуму?.. Проблема эта, оставаясь по сей день насущным хлебом для писателей-фантастов, все в большей степени становится предметом серьезного научного анализа. На поиск внеземных цивилизаций нацелены не только телескопы: тут есть где развернуться и биологам, и физикам, и лирикам (лингвистам), и химикам, короче — представителям многих земных наук.
Наш острый, все растущий интерес к загадке «Существуют ли они?» диктуется не просто любопытством. Получение принципиального (даже и негативного) ответа окажет на мировоззрение людей огромное воздействие. Мы станем по-иному смотреть на многие насущные проблемы, будь то изучение истории Земли и рода человеческого или проникновение в глубинные тайны микромира, попытка создания искусственного интеллекта или разработка стратегии освоения космического пространства...
Итак, задача чрезвычайно актуальна, хотя сложна она неимоверно. Общепризнанной отправной точкой при ее постановке служит соотношение, получившее название формулы Дрейка:
где N — число высокоразвитых цивилизаций, существующих в Галактике одновременно с нами.
Структура формулы проста. Один раз разделить, пять раз умножить — и окончательный итог у вас в кармане... Однако все на свете академики, вооружившись всеми в мире ЭВМ, не назовут и приблизительно числа наличных внеземных цивилизаций. Сомножители в правой части равенства обозначают: n — полное число звезд в Галактике, Р1 — вероятность наличия у звезды планетной системы, Р2 — вероятность возникновения жизни на планете, Р3 — вероятность того, что жизнь в процессе эволюции станет разумной, Р4 — вероятность вступления разумной жизни в технологическую эру, t — средняя продолжительность существования технологической эры, T — возраст Галактики. Так вот, из этих семи величин лишь о первой и последней сегодня мы можем судить более или менее определенно. Остальные пока что дают широчайший простор для догадок.
Какой же прок тогда от формулы? Во-первых, она ограничивает сферу поисков, к примеру, постулируя, что жизнь возможна только на планетах — ни светила, ни межзвездное пространство не могут быть колыбелью разума. Во-вторых, формула Дрейка конкретизирует проблему, заменяя большой «вопросительный знак» взаимосвязанной цепочкой более простых вопросов. А для получения ответа всего важнее умение спрашивать, во всяком случае, на начальной стадии.
Практически все современные гипотезы как раз и базируются на анализе сомножителей в формуле Дрейка. Какие же предположения высказывают ученые, чем их аргументируют?
Жизнь, возникшая на Земле 3-3,5 миллиарда лет назад, стала разумной и технологически развитой благодаря редчайшему сочетанию маловероятных обстоятельств — такова точка зрения виднейшего специалиста в области астрофизики и радиоастрономии, члена-корреспондента Академии наук СССР И. Шкловского.
Сколь велика вероятность того, что звезды «обзаводятся» планетными системами? Нашумевшее открытие американским астрономом Ван де Кампом планетной системы у одной из ближайших к Солнцу знаменитой «летящей звезды Барнарда» оказалось, по всей видимости, чисто инструментальным эффектом. Тем самым важный аргумент в пользу чрезвычайно большой распространенности планетных систем оказался, как считает И. Шкловский, скомпрометирован.
Далее, недавно выяснилось, что по крайней мере 98% звезд типа нашего Солнца входят в состав двойных (или кратных) систем. В таких условиях жизнь на гипотетических планетах развиваться не может, так как температура на их поверхности должна меняться в недопустимых пределах. Похоже на то, делает вывод ученый, что наше Солнце, эта странная одиночная звезда, окруженная семьей планет, скорее всего является редким исключением в мире.
Истоки возникновения жизни — этого качественного скачка в развитии материи — следует искать на самом примитивном доклеточном уровне. Как произошел скачок? Можно лишь предполагать, что для такого чуда необходимо редчайшее совпадение исключительно благоприятных обстоятельств.
Особо интересны дальнейшие рассуждения И. Шкловского.
Важнейшей особенностью развития разумной жизни является тенденция к неограниченной экспансии (экспоненциальному росту всех показателей). Правда, отдельные авторы на Западе выдвигают концепцию «равновесного состояния» цивилизации, когда общество направляет свои усилия на развитие качественных характеристик (искусство, спорт, научные исследования). Но можно ли запретить разумным существам освоение космического пространства для использования его практически неограниченных материальных и энергетических ресурсов? Этот процесс логически неизбежен, подобно освоению новых земель и Мирового океана в эпоху великих географических открытий. Если даже предположить, что человечество наложит в будущем какие-то ограничения на развитие производительных сил (во избежание кризисных ситуаций, связанных с перегревом поверхности Земли, катастрофическим загрязнением воздушного и водного бассейнов), то где гарантия, что в грядущие века оно не вернется к нынешней стратегии неограниченной экспансии?
Следовательно, делает вывод ученый, по крайней мере для некоторой части современных нам внеземных цивилизаций неограниченный экспоненциальный рост является нормой поведения. А это прежде всего связано с освоением космоса — процессом стремительным, несмотря на огромные трудности, его сопровождающие.
Но тогда мы вправе ожидать наблюдаемых проявлений их космической деятельности — так называемого «космического чуда».
Однако, подводит черту И. Шкловский, вся совокупность астрономических наблюдений, видимо, исключает существование где-либо во вселенной «космического чуда». А вся совокупность наук о Земле исключает возможность посещения или колонизации нашей планеты представителями каких бы то ни было внеземных цивилизаций. Окажись Земля за фронтом распространяющейся по Галактике «ударной волны» разума, она была бы радикально преобразована.
Раз мы не обнаруживаем каких-либо следов иной разумной жизни, значит, ее (по крайней мере в нашей Галактике) не существует. Такой вывод сегодня обосновывается не хуже, а значительно лучше, чем традиционная концепция множественности обитаемых миров. Если же предположить, что все без исключения цивилизации приходят к равновесной стратегии «золотого века» с полной потерей интереса к освоению космоса, то и это, по существу, равносильно нашему полному одиночеству.
Сознание того, что мы — «авангард материи» (пусть не во всей, но в огромной части вселенной), должно стать могучим творческим стимулом для каждого индивидуума и всего человечества.
Диалектический возврат к своеобразному варианту геоцентрической, точнее, антропоцентрической концепции по-новому ставит извечную проблему человечества и вселенной, заключает И. Шкловский.
Однако многие ученые придерживаются более оптимистических взглядов на возможность существования наших собратьев по разуму. Они аргументируют свою точку зрения, анализируя такие «частные» проблемы, как, например, закономерности возникновения жизни при эволюции вселенной.
Вероятнее всего, считает доктор биологических иаук А. Рудеико, жизнь будет иметь одну и ту же вещественную, структурную и функциональную основу при каждом ее независимом возникновении в любом участке вселенной.
Могут ли существовать иные, отличающиеся от земных, но столь же благоприятные для возникновения жизни условия? Ждать экспериментального ответа, видимо, придется очень долго. Однако прояснить проблему, полагает А. Руденко, можно и теоретическим путем, анализируя закономерности добиологической эволюции, приводящей к зарождению живых существ. Такая возможность появилась в связи с разработкой общей теории химической эволюции.
Космические шумы могут создавать серьезные помехи для межзвездных радиопередач. Как следует из графика, минимальные шумовые помехи приходятся на участок, соответствующий сантиметровым длинам волн. Именно в этом диапазоне и следует вести радиопередачи. В таблице приведены примерные данные потребной мощности радиопередатчика для посылки сигналов к звездам, находящимся на расстоянии R от Земли. Тут же указано и ориентировочное число звезд в сфере радиуса R. |  На рисунке изображена космическая «радиограмма», посланная американскими учеными с помощью 300-метрового радиотелескопа. Она содержит 1679 знаков (23x73). В ней зашифровано: 1. Числа от 1 до 10, написанные в двоичной системе. 2. Порядковые номера важнейших химических элементов. 3. Количество атомов в молекуле ДНК. 4. Схематическое изображение двойной спирали ДНК. 5. Число 4 миллиарда слева от фигурки человека говорит о приблизительной численности населения земного шара. Справа — число 14. Оно показывает средний рост человека, если за единицу измерения принять 12,6 см, то есть длину волны, на которой передано послание. 6. Солнечная система. Земля несколько выдвинута из ряда планет. 7. Схема радиотелескопа Аресибо и число 2430, показывающее диаметр его в радиоволнах, на которых передано послание. Для передачи инопланетянам «объемной» информации можно разложить изображение объекта по трем осям, используя в качестве координат частоту сигналов, их длительность и амплитуду радиоволны. По этим параметрам можно, как показано на верхнем рисунке, реконструировать объемное изображение. Плоскую картинку (нижний рисунок) передать еще проще. |
О космическом
будущем
человечества «Медленно начинает история свой бег от невидимой точки, вяло совершая вокруг нее свои обороты, но круги ее все растут, все быстрее и живее становится полет, наконец, она мчится подобно пылающей комете от звезды к звезде, часто касаясь старых своих путей, часто пересекая их и с каждым оборотом все больше приближаясь к бесконечности». «Скрытая сущность вселенной не обладает в себе силой, которая была бы в состоянии оказать сопротивление дерзновению познания, она должна перед ним открыться, развернуть перед его глазами богатства и глубины своей природы и дать ему наслаждаться ими». «Нельзя доказать, что земная цивилизация должна вымереть... Всего можно ожидать, а человек на то имеет разум и науку, чтобы обезопасить себя от всякого бедствия...» «Мы никогда не должны терять из виду того соображения, что, если бы мы изгнали с земной поверхности человека, т. е. мыслящее и сознающее существо, увлекательные и величественные картины природы сделались бы сценой меланхолии и молчания... Человек есть единственный пункт, от которого должно все исходить и к которому должно все возвращаться». «В биосфере существует великая геологическая, может быть, космическая сила, планетное действие которой обычно не принимается во внимание в представлениях о космосе... Эта сила есть разум человека, устремленная и организованная воля его как существа общественного... Общество становится в биосфере... единственным в своем роде агентом, могущество которого растет с ходом времени со все увеличивающейся быстротой». |
Переход от низших форм движения материи к высшим — это «последовательный, неразрывный процесс. Элементарные частицы, плазма, электромагнитные или иные поля не могут сами «по себе стать «первоосновой жизни, как ни хотели бы того писатели-фантасты. Жизнь (биологическая форма движения материи) возникает только при развитии формы химической, как более высокой по сравнению с любыми физическими формами движения.
Материальными объектами химической эволюции, способными на каком-то этапе перейти в биологическую фазу, служат открытые каталитические системы. Они могут существовать и саморазвиваться, если протекает базисная реакция:
где K1 — катализатор.
Смысл формулы в том, что система постоянно пополняется компонентами (A + B +...) и одновременно освобождается от продуктов (С+Д+...). Базисная реакция остается одной и той же. Изменяются лишь природа катализатора и механизм осуществляемого с его помощью процесса. Известно, что специфические каталитические процессы идут с достаточно большими скоростями в интервале температур от 100 до 600°К. Отсюда следует, что и возникновение жизни возможно лишь в этом температурном диапазоне. Такое ограничение резко сокращает число космических тел, исследование которых представляется не безнадежным занятием с точки зрения поиска каких-либо живых организмов.
Схема матричного синтеза белка отображает автокаталитические (репликация) и гетерокаталитические (транскрипция и трансляция) функции молекул ДНК, при реализации которых синтезируются новые молекулы белка. В самой общей форме процесс этот проходит следующие стадии: |
Обмен веществ, лежащий в основе питания современных земных организмов, связан с процессами окисления углеводов, углеводородов, водорода, сероводорода, аммиака, двухвалентного железа и т. д. В принципе каждый из этих процессов мог бы стать базисным для развития жизни. Но представляют ли собой, окажем, железобактерии пример самостоятельно развившейся формы жизни, или мы наблюдаем тут всего лишь адаптацию родственных нам первичных организмов к новой пище? Вопрос пока остается открытым, давая основание для размышлений о возможных вариантах осуществления химической эволюции и последующего ее перехода в биологическую фазу. Причем граница этого перехода определяется возникновением специфического, присущего только живой материи свойства самовоспроизведения.
Каким образом из «мертвых» органических молекул возникает высокоорганизованная, далекая от равновесия динамическая организация, которую мы называем жизнью? Здесь кроется одна из самых главных тайн природы.
Невозможность построения эволюционной схемы развития универсального генетического кода служит сегодня основным «камнем преткновения» для всей биологии, считает кандидат физико-математических наук Л. Мухин.
Фантастически сложный процесс матричного синтеза белка родился в результате длительного эволюционного процесса. Согласно теории Опарина — Холдейна, истоки жизни на стерильной Земле следует искать в постепенном развитии простых органических соединений, образовавшихся под воздействием различных источников энергии. Но каковы были условия на примитивной Земле? Реконструировать ее атмосферу дело непростое.
Л. Мухин предлагает такую модель возникновения простых органических соединений в первичном океане, где источником энергии и первичного вещества (в достаточной степени концентрированного) были подводные вулканы. Недавнее открытие в горячих лавах вулкана Алаид цианистого водорода (ключевого промежуточного продукта в синтезе биологически важных молекул) служит веским свидетельством в пользу этой гипотезы.
Однако мы сегодня практически ничего не знаем о «механизме», приведшем к появлению генетического кода, единого для всех земных организмов, имеющих в своей основе углерод и воду и использующих для передачи генетической информации одни и те же молекулы. Представить себе этот «механизм» столь трудно, что сейчас вновь и достаточно серьезно рассматриваются гипотезы о внеземном происхождении жизни на Земле. Так, относительно недавно Ф. Крик и Л. Оргел предложили модель так называемой направленной панспермии. Впервые выдвинутая Аррениусом ортодоксальная идея о том, что жизнь была занесена на нашу планету в виде спор внутри метеоритов внесолнечного происхождения, требовала счастливого стечения практически невероятных обстоятельств. В обновленном виде эта идея выглядит так, что Земля заражена микроорганизмами специально посланными высокоразвитой цивилизацией для осеменения планет, потенциально пригодных для жизни. Серьезный аргумент в пользу этой гипотезы — довольно легкое объяснение с ее помощью универсальности генетического кода: раз все формы земной жизни произошли от одного внеземного микроорганизма, то и наследственный механизм должен быть у всех одинаков. Однако проблемы зарождения жизни из неживой материи эта гипотеза не объясняет, а лишь переносит решение вопроса в места иные и иные времена.
Для поиска жизни (или хотя бы ее следов) вне Земли надо предварительно решить ряд принципиальных, философского уровня, вопросов. Проблемы сущности живого, построения моделей возможных конкретных форм жизни, выбор параметров и признаков, по которым следует вести ее поиск, приобретают сейчас первостепенное значение. Отсутствие четкости в формулировках может привести к незапланированным казусам. Скажем, люди посылают на Юпитер космический аппарат с заданной программой поиска живых организмов. Но если жизненные процессы протекают там на совершенно иной основе, чем мы предполагали, то может случиться, что некий аммиакоорганический юпитерианин будет стучать по корпусу аппарата своей дубинкой, а приборы передадут на Землю результаты физико-химических анализов, из которых со всей очевидностью будет следовать, что жизни на Юпитере нет и быть не может.
Каковы же на сегодняшний день способы поиска внеземной жизни? Условно их можно разделить на три группы:
дистанционные — регистрация изменений в спектрах поглощения, рассеивания и люминесценции и определение по этим изменениям наличия в атмосфере планеты продуктов жизнедеятельности организмов;
аналитические — комплекс исследований физико-химической природы образцов породы грунта;
функциональные — обнаружение жизни независимо от ее химической основы, а исключительно по характеру функционирования (внешней активности) исследуемых объектов.
Какой бы ни была конкретная задача исследования, технические приемы сводятся к разделению, очистке и анализу образцов. Методы разделения в основном базируются на различии молекулярных весов химических элементов. Сюда относятся центрифугирование, хроматография, электрофорез и т. д.
При электрофорезе молекулы белка под воздействием внешнего электрического поля разделяются на отдельные зоны и фракции, которые затем анализируются различными физическими методами. Весьма эффективный метод разделения, очистки и анализа органических соединений — хроматография, основанная также на разнице в молекулярных весах компонентов. Суть ее заключается в том, что после (предварительного центрифугирования вещество наносится на фильтрационный материал (например, бумагу), где оно осаждается в разных слоях. Для количественного и качественного анализа органических соединений широко применяется спектрофотометрия, основанная на изменении количества света, поглощенного или отраженного веществом.
Надо подчеркнуть, что вся информация, получаемая с помощью перечисленных и многих других приемов исследования, нуждается прежде всего в верном истолковании, которое определяется всем нашим мировоззрением, взглядами на существующие в природе закономерности, на роль и место тех или иных явлений, процессов в целостной картине мироздания.
Проблема существования жизни во вселенной весьма многогранна. И человек не ограничивается сегодня сбором информации, поиском следов «на пыльных тропинках далеких планет». Он и сам пока еще очень робко, но дает о себе знать иным мирам, где, возможно, тоже ищут контактов с разумными существами. Так, американские исследователи направили в космические дали «радиограмму» с надеждой, что через многие тысячелетия она найдет свой адресат. Поиск радиоконтактов с внеземными цивилизациями требует существенных энергетических затрат. А шансов на успех пока что очень мало. Тем более, что в случае удачи пожинать плоды предстоит нашим дальним потомкам. Однако сама деятельность человека в этом направлении свидетельствует о его огромном желании верить в то, что у нас во вселенной существуют собратья по разуму.
В обзоре мы затронули лишь крохотную часть проблем, активно разрабатываемых сегодня наукой. Большинство выдвигаемых учеными гипотез далеко не бесспорны, более того, сплошь и рядом они вступают между собой в открытое противоречие. Но утверждение, что спор рождает истину, здесь, вероятно, справедливо как нигде. Так будем спорить, размышлять, искать!
Обзор подготовили:
ученый секретарь конференции,
студент МГУ
АЛЕКСАНДР ЗЕЛЕНЦОВ
и наш спецкор АЛЕКСАНДР ЯНГЕЛЬ