Детонатор

Если мы поймем, каким образом земная жизнь "обустроила" нашу планету, сделав ее такой подходящей для нас с вами, это даст хороший толчок мыслям о возможных технологиях переделки климата тех планет Вселенной, куда рано или поздно доберется человек и захочет жить в привычных комфортных условиях.

Если мы поймем, каким образом земная жизнь "обустроила" нашу планету, сделав ее такой подходящей для нас с вами, это даст хороший толчок мыслям о возможных технологиях переделки климата тех планет Вселенной, куда рано или поздно доберется человек и захочет жить в привычных комфортных условиях.

Неплохо подумать и о том, что специально разработанные, сконструированные на Земле формы жизни могут оказаться полезными (если не единственными) инструментами колонизации планет и даже малых небесных тел, от которых нам, людям, что-то нужно. Например, полезные ископаемые…

Неласковая Земля-матушка

Давно это было… 2,5 млрд. лет назад. Земля была, а жизни не было. И условия на ней были отвратительные. Кислород отсутствовал. В воздухе воняло аммиаком и формальдегидом… И хотя солнце светило не так ярко, как сейчас, из-за парникового эффекта, вызываемого аммиаком, было в общем-то тепло. Гипотезу "аммиачного подогрева" в 70-х годах прошлого века активно разрабатывали Карл Саган (Carl Sagan) и Джордж Маллен (George H. Mullen) из Корнеллского университета, пока не стало ясно, что в атмосфере, лишенной кислорода, аммиак недолговечен - он разрушается потоками ультрафиолетовых лучей от Солнца.

Нет аммиака, значит, нет и "парника". На планете должен царить холод, а вот его-то и не было. Во всяком случае, данные геологии не указывают на существование льда на Земле вплоть до 2,3-миллиардолетнего возраста.

Кто же "укрыл" планету? Рассмотрели в качестве кандидата двуокись углерода, углекислый газ (СО2) - его "производили" вулканы. Мимо! Группа исследователей из Годдарда в 1995 году убедительно доказала, что углекислого газа в те времена в атмосфере было недостаточно для оказания необходимого эффекта.

Наконец, в конце 80-х годов стало ясно, что, пожалуй, единственным оставшимся кандидатом на роль "покрывала" является… болотный газ, метан (СН4). Уточнение его свойств показало, что при равных концентрациях с углекислым газом в атмосфере метан поглощает более широкий спектр солнечного излучения, вызывая гораздо более сильный парниковый эффект, чем углекислота.

Вот тут настало время призадуматься.

Метан возникает лишь в процессе жизнедеятельности анаэробных организмов. Следовательно… Следовательно, в этот период своей истории Земля уже была обитаемым миром. Кислорода, напомню, не было, а жизнь таки была! И метан, спасающий Землю от оледенения, вырабатывался метаногенами - первобытными микроорганизмами, для которых условия, существовавшие в те времена на планете (заметьте: жара, кислородом и не пахнет, свирепствуют ураганы, бьют молнии, грохочут вулканы, облака пепла… жуть!) очень подходили [Кстати, современные бактерии-метаногены способны жить только в бескислородной среде. Все они - строгие анаэробы]. Водород и углекислый газ атмосферы служили им пищей. Выделяющийся метан рассеивался ветром, что создавало необходимый градиент концентраций.

В общем, эта идиллия продолжалась, пока микробы не "съели" весь атмосферный водород. Расчеты показывают, что имевшиеся в скальных породах соединения фосфора, азота и ряда других необходимых для микробов веществ могли поддерживать процесс "утилизации" атмосферного водорода вплоть до его полного исчезновения. Этот процесс, кроме того, "был охвачен" положительной обратной связью - метаногены весьма теплолюбивы, а по мере насыщения атмосферы метаном температура среды росла, что способствовало усилению их жизнедеятельности.

Все это время на Земле мало-помалу развивались и другие формы первобытной жизни, основной "пищей" для которых являлся углекислый газ, а "отходами жизнедеятельности" - кислород. Но для их неторопливого эволюционного развития требовалось время, стабильный климат, тепло…

Необходимый запас времени обеспечили труженики-метаногены.

И вдруг случилось вот что: концентрация кислорода в атмосфере превысила опасный для жизни анаэробных микроорганизмов порог, и они стали погибать. Выработка метана резко пошла на убыль, "парник" "выключился", и повеяло стужей.

Первое известное нам оледенение было названо гуронским - о нем мы узнали, изучая отложения пород в районе озера Гурон, что в Канаде. Так вот, ледниковые пласты оказались покрытыми слоем песчаника, щедро сдобренного гематитом - минералом, который мог образоваться лишь в богатой кислородом атмосфере. Под ним - уранит и пирит, минералы, которые формируются без кислорода. Следовательно… Ну конечно! Кислородная атмосфера не обеспечивала парникового эффекта, к тому же она губила метаногенов. Охлаждение еще больше подавляло их деятельность - включилась обратная связь, теперь уже отрицательная. Мгновенно - в геологических масштабах времени - наступили холода. Да еще какие! Анализируя те отложения гурона, ученые поняли: оледенение было глобальным, поскольку из данных геодинамики материков известно, что в описываемый период территория нынешней Канады находилась гораздо южнее.

Одна форма жизни передала эстафету "ухода за планетой" другой…

Как выключить холодильник?

В 2003 году в калифорнийском Университете Риверсайда, пишет New Scientist, группа исследователей уточнила теорию формирования на Земле благоприятных для жизни климатических условий.

По существующим представлениям, нужный обитателям нашей планеты температурный режим атмосферы поддерживается благодаря наличию в ней углекислого газа в определенной концентрации. Следует отметить, что животные не могут обеспечить этой концентрации углекислоты, а наземные растения аккумулируют ее, превращая в строительный материал для стволов, стеблей, листвы…

Согласно уточненной теории, сегодняшним уровнем температуры и его устойчивостью мы обязаны крошечным морским организмам (планктону), обитающим в верхних слоях Мирового океана. В эпоху неопротеозоя (500 млн. - 1 млрд. лет назад) планктона в нынешнем виде в океане еще не было, а первобытные организмы, способные связывать углекислоту и строить известковые (карбонат кальция) панцири, уже жили на мелководье, постепенно образуя известняковые холмы и тем самым уменьшая площадь Мирового океана. В результате объем солнечной энергии, поглощаемой водным зеркалом, сократился, и океан перестал играть роль всепланетного "термостата". Это привело к резкому возрастанию разброса сезонных температур, и на поверхности Земли стремительно стали образовываться ледяные шапки, которые еще больше затрудняли нагрев планеты Солнцем. Наступил ледниковый период, в котором повинен первобытный "недопланктон".

Ситуацию разрядила бурная вулканическая деятельность. Вулканы выбросили в атмосферу много пыли, пепла и углекислоты, которые повысили коэффициент поглощения света атмосферой, а значит, и ее нагрев. Одновременно в океане стал возникать планктон "нового поколения" - живущий в приповерхностном слое воды, которая в большей степени соприкасалась с теплеющей атмосферой. Соответственно, известняковые отложения стали образовываться в глубоководных местах, что не вызывало сокращения площади океанов и морей.

Энди Риджвелл, один из членов группы исследователей, прямо заявил, что, по их мнению, именно планктон обеспечивает устойчивость круговорота углерода в природе, благодаря чему его избыток быстро выводится из атмосферы. А Дэвид Арчер с факультета геофизики Чикагского университета прокомментировал сообщение New Scientist так: "О роли планктона в формировании донных отложений карбоната кальция стало известно не сегодня, однако идея о том, что именно планктон поддерживает стабильность всей экосистемы планеты, высказывается впервые".

Засланный казачок

Все вышесказанное иллюстрирует следующую мысль: жизнь является мощным фактором формирования физических условий обитания в масштабах планет. Одно время, когда речь заходила о масштабных природных катаклизмах, в печати было модно подсчитывать "тротиловый эквивалент" задействованной в них энергии. Или количество атомных электростанций, потребное для выработки той же мощности. Так вот задачка для энтузиастов: попробуйте-ка прикинуть, во сколько мега (или гига? тера?..) ватт энергии нам обошлось бы подобное "кондиционирование" климата, буде мы решили бы чуть-чуть "проветрить помещение"?

А ведь такие инженерные задачи, вполне возможно, встанут перед человечеством по мере выхода на просторы галактики. Как мы думаем осваивать негостеприимные (горячие, холодные, ядовитые и пр.) планеты? Отправлять туда вереницы звездолетов с холодильниками, нагревателями, электростанциями, вентиляторами?! Да ни в коем случае!

Контейнер со "стартовым набором" для начала биологической, а может, и добиологической эволюции жизни. Искусственной. Созданной нами и засланной на планету с единственной целью - благоустроить.

Про добиологическую эволюцию живого я упомянул не ради красного словца. В самом простом варианте жизнеподобное поведение присуще сложным химическим (вернее, автокаталитическим) системам, которые уже способны к самоорганизации и эволюционированию, производя заготовки для более привычных форм жизни.

Конкретизирую: для функционирования привычных нам форм жизни нужны, как известно, молекулы РНК и ДНК. Однако у них есть более простые функциональные аналоги, которые, тем не менее, способны эволюционировать - это во-первых, а во-вторых, способны в процессе "функционирования" продуцировать компоненты РНК и ДНК.

Что же это за аналоги? Это вышеупомянутые автокаталитические системы, то есть такие, в которых скорость реакции ускоряется продуктами реакции. В этих системах идут процессы размножения (репликации) молекул с одновременным "потреблением" молекул сырья, или "пищи". При достаточном количестве "пищи" и подходящих условиях реакция протекает лавинообразно. Между прочим, структура или состав молекулы автокатализатора могут меняться. При этом каждой модификации ("штамму") молекулы будет соответствовать своя критическая концентрация "пищи". При снижении ее концентрации ниже критической выработка соответствующего "штамма" прекратится. И даже если "еды" снова станет хватать, исчезнувшие "штаммы" не восстановятся, так как некого будет реплицировать. Аналог естественного отбора? В определенной степени…

Одной из таких реакций является реакция бутлерова синтеза сахаров из - внимание! - молекул формальдегида, которого в атмосферах многих "диких" планет предостаточно. На выходе эта реакция дает целый набор молекул различных сахаров, а не какой-нибудь отдельный вид, но главное не в этом. Главное в том, что и РНК, и ДНК содержат рибозу - разновидность сахара, состоящую из пяти атомов углерода. Собственно, нуклеотиды РНК и ДНК - это сахара, дополненные фосфатными группами и азотистыми цепочками.

Таким образом, наш "засланный казачок" - автокаталитическая система Бутлерова -способен в чудовищных условиях бескислородных, формальдегиднасыщенных атмосфер начать заготовку ценного строительного сырья для грядущих форм жизни.
Ну а дальше все зависит от нас…