Scientific American: ученые выяснили, что жизнь на Марсе могла уничтожить сама себя

Хотя нам уже известно, что прежде Марс был более влажным, теплым и пригодным для жизни местом, чем та высушенная пустыня, коей он является сегодня, исследователям еще только предстоит найти убедительные доказательства того, что когда-то на этой планете была жизнь. Если жизнь там действительно была, то перед нами встают важные вопросы: каким образом живые существа влияли на планету, и где мы можем обнаружить доказательства их существования? Данные нового исследования, призванного ответить на эти вопросы, показывают, что вопреки здравому смыслу биосфера Марса – если таковая действительно существовала, – могла внести существенный вклад в переход планеты в ее нынешнее необитаемое состояние. Данные исследования также позволяют выделить некоторые регионы – в том числе кратер Езеро, где сейчас работает марсоход НАСА Perseverance, – которые наилучшим образом подходят для поисков следов жизни. Однако они также свидетельствуют о том, что жизнь на Марсе могла оказаться худшим врагом для самой себя.

Применив климатические модели и модели рельефа местности, чтобы воссоздать облик Марса, каким он был четыре миллиарда лет назад, французские исследователи пришли к выводу, что в тот период микроорганизмы, возможно, благополучно существовали всего в нескольких сантиметрах под поверхностью Красной планеты, и от сильной космической радиации их защищал слой почвы. Однако эта подземная биосфера в какой-то момент на свою беду стала уходить все глубже, к чему ее подталкивали низкие температуры, ставшие следствием ее жизнедеятельности. Авторы исследования, опубликованного в журнале Nature Astronomy, предположили, что эти гипотетические древние микроорганизмы поглощали водород и углерод из атмосферы Марса и вырабатывали метан. Все эти три вещества действуют как удерживающие тепло парниковые газы, то есть изменения в концентрации каждого из них может оказывать существенное влияние на температуру на поверхности планеты. В данном случае снижение в атмосфере Марса уровня парниковых газов, вырабатываемых этими гипотетическими "метаногенными" микроорганизмами, спровоцировало глобальное охлаждение, в результате чего большая часть планеты покрылась льдом, и она в конце концов превратилась в необитаемую пустыню.

"Фактически мы утверждаем, что жизнь, появляющаяся на планете в ее определенном виде, может оказаться самоуничтожающейся, – сказал Борис Сотерей (Boris Sauterey), научный сотрудник Сорбоннского университета в Париже и ведущий автор исследования. – Именно эта склонность к самоуничтожению, возможно, и ограничивает возможности жизни возникать повсеместно во Вселенной".

В 1965 году покойный химик Джеймс Лавлок (James Lovelock), в то время работавший в Лаборатории реактивных двигателей НАСА, сформулировал вполне реализуемую стратегию обнаружения жизни на других планетах. Лавлок и его коллеги-исследователи утверждали, что определенные химические соединения в атмосфере планеты выполняют роль как так называемых биосигнатур, которые указывают на присутствие жизни. К примеру, на Земле сосуществование метана (вырабатываемого метаногенами) и кислорода (который вырабатывают фотосинтезирующие организмы) представляет собой мощную биосигнатуру. Всё дело в том, что в условиях окружающей среды оба газа устраняют один другого, поэтому постоянное присутствие обоих указывает на их непрерывное восполнение, которое происходит в том числе из биологических источников. Работа Лавлока легла в основу научных поисков инопланетной жизни в других мирах, которые продолжаются и сегодня.

Идея о том, что живые организмы непосредственным образом повлияли на химический состав атмосферы Земли, стала основой для того, что Лавлок назвал своей "гипотезой Геи", которую он разрабатывал вместе с микробиологом Линн Маргулис (Lynn Margulis) в 70-х годах. Гипотеза Геи, названная в честь древнегреческой богини земли, гласит, что жизнь – это саморегулирующаяся система. Земные организмы коллективно взаимодействуют со своим окружением таким образом, что обитаемость их среды — в данном случае самой планеты – сохраняется. К примеру, повышение глобальных температур из-за избытка углекислого газа в атмосфере также может стимулировать рост растений, которые, в свою очередь, забирают больше парниковых газов из воздуха, в конечном счете охлаждая планету.

В 2009 году палеонтолог Питер Уорд (Peter Ward) из Вашингтонского университета высказал менее оптимистичную точку зрения. В масштабах планеты, утверждал ученый, жизнь носит скорее саморазрушительный, чем саморегулируемый характер, и в конце концов сама себя уничтожает. В противовес гипотезе Геи он назвал свою идею в честь другого персонажа из греческой мифологии – Медеи, матери, которая убивает собственных детей. Чтобы аргументировать "гипотезу Медеи", Уорд привел в пример несколько эпизодов массового вымирания на Земле, которые могут указывать на самоуничтожающую природу жизни. В преддверии Великой кислородной катастрофы более двух миллиардов лет назад фотосинтезирующие цианобактерии выбрасывали огромное количество кислорода в атмосферу Земли, в которой до этого практически не было этого высокоактивного газа. Это неизбежно привело к вымиранию прежних хозяев планеты – метаногенов и других "бескислородных" организмов, для которых кислород был ядовит. "Просто посмотрите на историю Земли, и вы увидите периоды, когда жизнь оказывалась злейшим врагом для самой себя, – сказал Уорд, комментируя очевидную связь между своей гипотезой Медеи и исследованием Сотерея и его коллег. – Полагаю, что та же история могла иметь место и на Марсе".

И в духе гипотезы Геи это событие, ставшее совершенно катастрофическим для бескислородных форм жизни на Земле, послужило катализатором для расцвета других микроорганизмов: приток атмосферного кислорода сыграл ключевую роль в обеспечении биологического разнообразия нашей планеты и в появлении многоклеточных предков нашей современной биосферы. Таким образом, определение того, следует ли жизнь по траектории Геи или Медеи, возможно, является лишь вопросом точки зрения и требует более широкого – межпланетного – угла обзора. Но, пока ученые не обнаружат жизнь на других планетах, мы можем опираться лишь на умозрительные сравнения, полученные с помощью теоретических исследований, таких как работа Сотерея.

Каве Пахлеван (Kaveh Pahlevan), научный сотрудник Института SETI, утверждает, что исследование Сотерея, в котором он не участвовал, "действительно расширяет наши представления о влиянии биосферы на обитаемость". Но он также отметил, что в рамках исследования рассматривалось влияние только одного типа метаболизма на планету. К примеру, в нем не учитывается вся сложность таких событий, как Великая кислородная катастрофа, которая произошла в результате конфликтующего влияния метаногенов и цианобактерий. Сотерей признает этот возможный недостаток: "Можно предположить, что более сложная, более разнообразная биосфера [на Марсе] не оказала бы такого негативного влияния на обитаемость планеты, как то воздействие, которое могли бы оказать только метаногены", – отметил он.

Тем не менее, эта ограниченность выводов исследователей может сама по себе указывать на одну фундаментальную истину. Изобилие разнообразных микроорганизмов на древней Земле – и вытекающая из этого эволюционная гибкость, позволяющая восстанавливаться после катастрофических изменений окружающей среды, – вероятно, и является причиной того, что сложная земная биосфера сумела сохраниться, тогда как предположительно более простая биосфера на Марсе попросту исчезла. По мнению Уорда, увеличение разнообразия, вероятно, и помогло биосфере избежать печальной участи проклятия Медеи. "Я искренне верю, что единственный выход – единственный способ сохранить жизнь на планете, когда она там появляется, – это развитие разумных форм жизни", – сказал Уорд. Только тогда, по его словам, могут появиться технологические решения, которые позволят смягчить "медейскую" склонность жизни разрушать собственную среду обитания.

В рамках своего исследования ученые не рассматривали возможность существования современных метаногенов, скрывающихся в марсианских недрах. Их вероятное присутствие могло бы помочь объяснить загадочные шлейфы метана, которые ученые неоднократно регистрировали в атмосфере планеты (хотя причиной их появления могут быть и процессы неживой природы).

Что касается древнего Марса, то в рамках исследования ученые отметили те места на планете, где гипотетические микроорганизмы могли жить ближе к поверхности (то есть оказаться в зоне досягаемости совершенных устройств, позволяющих обнаруживать их следы). Эти "горячие точки" совпадают с теми редкими областями Марса, которые могли оставаться свободными ото льда на протяжении значительной части истории планеты, несмотря на почти глобальное оледенение в результате всемирного похолодания. Одним из таких мест является кратер Езеро – место древнего озера и обширной дельты, где могут оставаться окаменелости. По счастливому стечению обстоятельств, именно там сейчас работает марсоход НАСА Perseverance, который извлекает материалы, потенциально содержащие биосигнатуры, для последующего анализа в лабораториях на Земле. Однако неясно, можно ли будет обнаружить там следы древних метаногенов. Они могут быть погребены под глубокими слоями отложений, через которые марсоход Perseverance не сумеет пробиться.

Помимо кратера Езеро ученые называют два еще более многообещающих участка, где, возможно, удастся обнаружить следы древних метаногенов: это Равнина Эллада и Равнина Исиды. Такое увеличение числа вероятных целей указывает на рост интереса к поверхности Марса, который может привести к расширению масштабов поисков жизни на этой планете. Об этом рассказывает Виктория Орфан (Victoria Orphan), геолог из Калифорнийского технологического института, не принимавшая участие в исследовании. По ее словам, работа Сотерея – "это отправная точка, которая помогает стимулировать дебаты и глубже продумывать будущие миссии".

"Однако, разумеется, все это лишь гипотезы, и потому все неоднозначно, – признал Сотерей. – Мы можем лишь сказать, что с некоторой долей вероятности в этом конкретном регионе Марса его кора была обитаемой". По его словам, тот факт, что Марс когда-то был обитаемым, вовсе не значит, что на этой планете действительно кто-то обитал.

Жили на Марсе древние метаногены или нет, результаты нового исследования служат напоминанием о том, что живые организмы могут создавать условия для собственного процветания – или вымирания. Даже одноклеточные организмы обладают способностью превращать вполне обитаемую планету в непригодное для жизни место. И, как мрачно добавил Сотерей, "имея в своем распоряжении современные технологические средства, люди способны сделать это гораздо быстрее".