Что такое генезис космоса
Человечество всегда ставит перед собой амбициозные задачи. И сегодня одна из них – распространить жизнь на другие планеты. Кто знает, возможно, от этого когда-нибудь будет зависеть само выживание человечества. Правда, если в пределах Солнечной системы это сделать хотя бы теоретически возможно, то о большем пока никто не задумывался. Но недавно смелые мечты о распространении жизни за пределы Земли получили возможность стать реальностью. Команда специалистов из Франкфуртского университета предложила начать с малого: заселить подходящие для этого планет за пределами Солнечной системы семенами жизни – простейшими микроорганизмами и бактериями. Этот смелый проект получил название «Генезис».
Мечты об обитаемом космосе
Вот уже более 30 лет астрономия и астрофизика вступили в так называемую эпоху активного поиска экзопланет. Экзоплонеты – это планеты, находящиеся вне Солнечной системы и вращающиеся вокруг далеких звезд. Долгое время такие поиски были практически невозможны: если яркие звезды еще можно было увидеть в телескоп, то рассмотреть более мелкие тела, вращающиеся вокруг них, несовершенные инструменты не позволяли. Долгие годы ученые могли лишь предполагать их наличие по косвенным признакам – например, по временному изменению яркости какой-то из звезд из-за наложения на нее силуэта планеты, движущейся по орбите, или по гравитационным воздействиям, которые она оказывала на другие объекты в своей звездной системе.
Однако сегодня новейшая сверхчувствительная техника позволяет ученым не только легко находить, но и тщательно исследовать далекие планеты. Уже к 2016 году они смогли достоверно подтвердить существование 3517 экзопланет, а потенциально им предстоит открыть еще миллионы и миллиарды таких объектов. Но и уже известных более чем достаточно для изучения. И хотя судить о точных характеристиках экзопланет можно лишь косвенно, астрономы уже сейчас могут довольно достоверно просчитать не только их размеры и удаленность от звезд, но и предположить химический состав, агрегатное состояние и даже климатические условия.
Но едва ли не больше всего остального ученых интересует главный вопрос: есть ли жизнь на этих далеких планетах и пригодны ли они вообще для существования на них жизни? И если ответа на первый вопрос ученые пока так и не нашли, то планет, условно подходящих для существования живых организмов, открыто уже несколько. Более того, некоторые из них вполне подходят для того, чтобы на них развивалась жизнь, сходная с земной. Разумеется, эта новость не могла не подогреть мечту человечества освоить и заселить далекий космос.
Например, проект «Блю» предполагает создание новейшего сверхмощного космического телескопа. Единственной задачей этого чуда техники станет тщательнейшее изучение всех планет, которых ученым удастся обнаружить в тройной звездной системе Альфа Центавра. Ведь именно она, наша ближайшая соседка, станет первой целью межзвездных полетов, которые еще только предстоят человечеству. Похожие цели преследует и инициатива знаменитого физика-теоретика Стивена Хокинга и российского миллиардера Юрия Мильнера, названный Breakthrough Starshot. В рамках этого проекта планируется отправка к Альфе Центавра межзвездного космического наноспутника. Благодаря лазерным парусам крошечный космический аппарат, отправленный в полет на очень мощном лазерном луче, должен долететь до далекой звездной системы всего за 15 – 20 лет.
Однако куда больше занимает ученых мысль об отправке в далекие звездные системы людей или хотя бы каких-то форм жизни. Долгое время эти проекты казались утопией, и любые попытки переместить жизнь с Земли на другие планеты, тем более те, что находятся за пределами Солнечной системы, казались идеей из области научной фантастики. И вес же нашлись те, кто поверил в невозможное. Среди них – ученые из Франкфуртского университета имени Иоганна Вольфганга Гете.
Ученые из Франкфурта
Команда ученых под руководством доктора Клаудиуса Гроса, физика-теоретика из Института теоретической физики при Франкфуртском университете, давно лелеяла мысль распространения земной жизни за пределы нашей планеты.
Внимание этой группы ученых привлекли экзопланеты, расположенные рядом со звездами класса М, или красными карликами. Дело в том, что тела, вращающиеся вокруг таких звезд, подвержены действию очень высоких температур и долгое время после своего появления остаются горячими. Мощное ультрафиолетовое излучение красных карликов расщепляет всю воду, находящуюся на поверхности и в атмосфере этих планет, на кислород и водород. Большая часть этих элементов потом улетучивается в открытый космос, но если более летучий и легкий водород делает это почти сразу же, то кислород нередко задерживается у поверхности планеты. Однако здесь в большом количестве кислорода есть и свои минусы: например, он вызывает парниковый эффект и делает планету еще более жаркой и непригодной для зарождения жизни.
Кроме того, звезды класса М остаются горячими очень долго, а на то, чтобы такая звезда остыла, достигла необходимых кондиций и начала термоядерные реакции для производства энергии, уходит от 100 млн. до 1 млрд. лет. А вот наше Солнце проделало все это всего за 10 млн. лет, так что Земля стала пригодной для жизни довольно рано – и у ее обитателей было достаточно времени для эволюции.
А вот планеты, вращающиеся вокруг медленно остывающих красных карликов, только сейчас постепенно становятся пригодными для зарождения жизни. Однако миллионы лет воздействия сверхвысоких температур сделали их стерильными: жизнь на этих насыщенных кислородом планетах вполне могла бы существовать – но не смогла самостоятельно зародиться. Из-за этой особенности ученые назвали их частично обитаемыми экзопланетами. И их в нашей галактике теоретически сотни и тысячи. Именно они привлекли внимание доктора Гроса и его коллег. «Очевидно, что мы обнаружим большое число экзопланет, которые становятся непригодными для жизни лишь на какое-то время, но не навсегда. Жизнь на таких планетах могла бы появиться, но у нее просто нет времени на то, чтобы возникнуть и эволюционировать самостоятельно», – считает ученый.
Теперь коллектив из Франкфурта решил помочь этим планетам стать обитаемыми. Ученые разработали проект, названный «Генезис», который позволил заселить пригодные для жизни кислородные экзопланеты, доставив на них жизненные формы с Земли. «Экзопланет великое множество. Каждая обладает своим размером, температурой и потенциалом обитаемости. Многие из этих планет могут стать обитаемыми через какое-то время, возможно, через миллиард лет. Однако у жизни, возможно, просто не хватит времени для того, чтобы развиться в сложные формы. Перед нами стоит выбор: оставить все как есть или попытать удачу и постараться помочь сложной жизни там появиться», – пишет Гросс.
Конечно, проект не предполагает заселения далеких планет развитыми формами жизни вроде людей или животных – это было бы слишком сложно, а на данном этапе развития науки и техники и вовсе невозможно. Ученые предлагают отправить в сверхдальний космический перелет простейшие микроорганизмы, которые они называют семенами жизни. Теоретически этого должно быть достаточно, чтобы начать процесс заселения космоса – ведь все многообразие жизни на Земле действительно когда-то начиналось с одноклеточных организмов.
О том, как именно может быть осуществлен проект «Генезис», ученые подробно рассказали в своей статье, опубликованной в 2016 году.
Проект «Генезис»
Итак, цель проекта «Генезис» – отправка земной жизни на далекие экзопланеты. Это даст простейшим микроорганизмам возможность пройти новыми альтернативными эволюционными путями и развиться в новые, адаптированные к жизни на иных планетах виды.
Первыми на необитаемые, но пригодные для жизни планеты будут отправлены одноклеточные автотрофы, такие, как цианобактерии и эукариоты, способные к фотосинтезу и переработке неорганических веществ в органические. Именно они со временем смогут синтезировать достаточно органики в биосфере не освоенных пока планет и подготовят их к заселению другими микроорганизмами. Кроме того, они являются необходимым первым звеном во многих пищевых цепочках, так что их присутствие в биосфере жизненно важно.
Вторым этапом на уже освоенные автотрофами планеты будут отправлены гетеротрофы. Эти простейшие микроорганизмы питаются другими одноклеточными и смогут выжить в новом мире только после того, как там приживутся и освоятся автотрофы. Микроорганизмы построят новые связи, вступят в симбиоз, станут паразитировать друг на друге и постепенно начнут эволюционировать. Правда, пока ученые не могут даже предположить, каким путем пойдет их эволюция и какие виды из них в итоге разовьются.
Однако если отобрать необходимые наборы автотрофов и гетеротрофов, которые смогут гармонично сочетаться и выживать во внеземных условиях, специалисты могут уже сегодня, то вот отправить эти семена жизни к далеким мирам пока не представляется возможным. Для осуществления проекта «Генезис» ученым предстоит решить ряд сложнейших технических задач.
Для начала необходимо спроектировать миниатюрный корабль, который отправится в далекий космос. Пока планируется использовать для его создания ту же технологию светового паруса, над которой работает Юрий Мильнер в рамках проекта Breakthrough Starshot. Для отправки космических кораблей «Генезис» будет использовать такую же систему направленного энергетического запуска на лазерном луче. Правда, чтобы воспользоваться этой технологией, кораблики с бактериями на борту должны весить всего около 1 – 2 граммов. А сконструировать такой аппарат – задача не из легких. Ведь при столь малом весе и миниатюрных размерах он все равно должен вмещать в себя атомный реактор, продвинутую систему искусственного интеллекта, систему связи с Землей, генетическую лабораторию для жизни бактерий, разгонную и тормозную системы и многое-многое другое. Многие из этих столь необходимых для осуществления проекта «Генезис» технологий пока относятся скорее к разряду научной фантастики, чем к категории реальных научно-технических открытий. Например, над созданием миниатюрного атомного реактора человечество бьется уже десятки лет, но пока практически не продвинулось. Да и материалы, из которых будут сделаны крошечные летательные аппараты, находятся еще на стадии разработки и тестирования. Они должны быть сверхлегкими и при этом очень прочными, чтобы выдерживать столкновения с космической пылью на скоростях, минимум в 55 раз превосходящих скорость звука.
Но если ученым все же удастся завершить этот проект, крошечный космический корабль будет запущен с Земли на направленном мощном луче, который сгенерируют сразу несколько лазерных установок. Чтобы разогнать всего один из миниатюрных космических кораблей при помощи подобной лазерной установки, понадобится колоссальное количество энергии, обеспечить которое смогут примерно 100 работающих одновременно атомных электростанций. Зато запущенные таким образом корабли всего за несколько минут могут разогнаться до 20% скорости света. А разогнанные до 60 000 км/с корабли уже через 20 лет смогут достигнуть ближайшей к нам звездной системы, Альфы Центавра, и расположенных там экзопланет. Чтобы долететь до следующей звезды, понадобится еще несколько десятилетий.
Но разогнать летательный аппарат до высоких скоростей, чтобы он поскорее долетел до точки назначения – это лишь полдела. Ученым придется сконструировать и систему торможения для миниатюрного космического корабля. Ведь когда он прибудет к выбранной учеными планете, ему предстоит сбросить скорость и аккуратно выйти на ее низкую орбиту.
В этот момент начнется второй этап проекта, ничуть не менее важный, чем межзвездный перелет. Оснащенный всем необходимым кораблик начнет тщательное изучение планеты, которую ученые сочли пригодной для жизни. После сбора и анализа данных искусственный интеллект корабля должен будет определить, не ошиблись ли ученые в своих расчетах и можно ли запускать программу распространения микроорганизмов по исследованной экзопланете.
Третьим и последним этапом после серии дополнительных исследований станет высадка бактерий на поверхности планеты. Чтобы приступить к этому этапу, искусственный интеллект корабля должен будет предварительно определить идеальное место для высадки и последующей жизни земных микроорганизмов. В этот момент сотни находящихся на орбите экзопланеты крошечных кораблей начнут бомбардировать планету привезенными микроорганизмами. Сначала произойдет высадка первой волны автотрофов, которые за пару десятилетий успеют подготовить почву и атмосферу для принятия второй волны «первопоселенцев» – гетеротрофов.
А еще через несколько лет, исчерпав все ресурсы и рассредоточившись над выбранными заранее подходящими для этого точками, космические аппараты, доставившие бактерии к далеким мирам, упадут на поверхность экзопланеты и создадут в местах падения новые довольно крупные очаги распространения микроорганизмов. Таким образом, проект «Генезис» предполагает, что всего за каких-то пару десятков лет, что по космическим меркам срок несущественный, можно заселить планету земными микроорганизмами. После этого семена жизни будут предоставлены сами себе и станут эволюционировать и развиваться без вмешательства человека.
Но для этого предстоит решить еще одну проблему. Существенной трудностью, с которой столкнулись ученые, является создание самого главного элемента комического корабля проекта «Генезис» – носителя для микроорганизмов, которые отправятся в далекий космос. Уже сейчас существует несколько проектов такого носителя, однако какой из них ученые сочтут более подходящим вариантом и какой из них в итоге смогут сконструировать, пока до конца не ясно. К тому же за те годы, что проект «Генезис» будет готовиться к старту, физики, биохимики и инженеры могут придумать и новые варианты доставки семян жизни в далекие уголки космоса.
Пока одним из самых перспективных вариантов специалистам видится создание миниатюрной генной лаборатории. Тогда в полет будет отправлен целый банк разнообразных геномов микроорганизмов. Исследовав планету, которую предстоит заселить бактериями, искусственный интеллект такой лаборатории сможет сам подобрать оптимальные сочетания и воспроизвести нужные микроорганизмы в необходимом количестве. Такая фабрика бактерий, имеющая достаточно обширную базу данных, стала бы идеальным решением. Ведь точно предсказать все нюансы и особенности условий жизни на других планетах с Земли практически невозможно, и все подсчеты ученых пока находятся в области теорий.
Не менее перспективной кажется исследователям идея не просто снабдить миниатюрную генную лабораторию базой данных с запрограммированными геномами земных микроорганизмов, но и добавить в нее отдельные гены и их сочетания. Тогда генная фабрика сможет не только воспроизвести какие-то из земных микробов и бактерий, но и создать новые, не существующие пока виды, которые при этом будут более приспособлены для жизни во внеземных условиях в экосистемах самых разных экзопланет. Сегодня так называемая синтетическая биология – новое и активно развивающееся направление науки. Так что не исключено, что совсем скоро ученые смогут с легкостью перепрограммировать генетический код и создавать живых существ с заданными характеристиками. И если для земной экосистемы такие новые формы жизни могут оказаться опасны, нарушая создававшийся миллионы лет баланс, то для заселения других планет они будут просто бесценны.
Впрочем, эта задача даже сложнее создания миниатюрной фабрики микроорганизмов, ведь помимо технических сложностей ученые столкнутся еще и с необходимостью запрограммировать искусственный интеллект космического корабля так, чтобы он сам смог принимать очень непростые решения и выбирать, каким же должен быть генокод самых разнообразных организмов, которым предстоит заселить необитаемые миры.
Если же эти задачи так и не будут решены к моменту старта проекта «Генезис», у ученых есть и запасной вариант. Все просто – к далеким планетам отправятся крошечные контейнеры с миллиардами замороженных, но все еще жизнеспособных микроорганизмов.
Осуществима ли мечта?
Конечно у проекта «Генезис», как и практически у любого смелого и амбициозного начинания, появились свои противники. Есть среди них и те, кто попросту не видит в нем пользы, считая его просто причудой ученых, и те, кто сомневается в осуществимости самого проекта, и те, кто категорически против его воплощения в жизнь.
Среди последних распространено мнение, что ученые не должны брать на себя роль создателей жизни. Религиозные противники проекта «Генезис» упирают на то, что никто не вправе присваивать обязанности Бога. Однако ученые из Франкфуртского университета стоят на том, что они вовсе не пытаются создать жизнь, они лишь намерены распространить уже существующую жизнь по Галактике. То есть просто дать земной жизни чуть больше возможностей и вариантов для развития.
Другие противники «Генезиса» спрашивают, что будет, если на экзопланетах, которые группа Гроса решит заселить земной микрофлорой, уже будет существовать собственная, пусть и примитивная, жизнь. Эти сторонники идеи планетарной защиты считают, что человечество не вправе вторгаться в уже сформировавшуюся экосистему и искажать ее. Ведь это может помешать уникальной местной жизни со временем развиться в самостоятельные полноценные виды, никакого отношения к земным не имеющие.
Однако у других ученых столь сильное желание защищать альтернативные формы жизни, существование которых пока даже не доказано, вызывает лишь недоумение. Ведь, к примеру, на Марсе тоже могла когда-то существовать жизнь, а может, и сейчас там все еще обитают некоторые виды простейших и бактерий. Теоретически они не менее ценны и важны для потенциального развития иных форм жизни, чем те, что могут гипотетически встретиться на далеких экзопланетах. Однако человечество все же не отменяет своих планов отправить на Марс первых колонистов и со временем освоить и заселить его.
Впрочем, сами авторы проекта «Генезис» всецело поддерживают идею защиты альтернативных видов жизни на экзопланетах. Они не собираются заселять земными микроорганизмами ни планеты, на которых уже будут существовать сложные формы жизни, ни планеты, где такие формы смогут когда-нибудь сформироваться и развиться. Их целью станут только те объекты, где жизнь не сможет появиться самостоятельно. «Проект «Генезис» — это проект о жизни, а не о ее уничтожении. Поэтому мы, конечно, хотели бы избежать такого развития событий. Перед отправленными зондами будет поставлена задача сначала выйти на орбиту нужных планет. С орбиты мы сможем уже точно выяснить, имеются ли на той или иной планете сложные формы жизни. Проект «Генезис» в первую очередь направлен на планеты, которые всегда оставались необитаемыми. Земля обитаема миллиарды лет, но по поводу экзопланет мы совсем не уверены» – говорит сам Грос.
Еще одним аргументом против реализации проекта «Генезис» является отсутствие видимой пользы для человечества. Ведь этот проект принесет свои плоды лишь через десятки, а то и сотни миллиардов лет – именно столько понадобится простейшим на далеких экзопланетах, чтобы эволюционировать в высшие формы жизни. А вот финансовых затрат и технических мощностей «Генезис» потребует уже сейчас. Так стоит ли тратиться на столь отдаленную перспективу?
Однако ученые предлагают не мыслить категориями «здесь» и «сейчас». Ведь плодами проекта «Генезис», возможно, когда-нибудь смогут воспользоваться наши потомки, отправившись в космическое путешествие не к пустынным планетам, а к населенным и подготовленным для жизни далеким мирам. «Миссия типа «Генезис» не принесет очевидных плодов современному человечеству. Их, возможно, смогут оценить лишь наши далекие потомки», – пишут ученые. Кроме того, некоторые экзопланеты будут обладать характеристиками, отличающимися от земных в лучшую сторону, что сможет существенно ускорить течение эволюционных процессов, а значит, и появление сложной многоклеточной жизни там произойдет гораздо раньше.
Так что, несмотря на все сложности, ученые из Франкфуртского университета не собираются прекращать работу над проектом «Генезис». К сожалению, они не уверены, что лично доведут ее до конца, ведь с технической точки зрения такая миссия может стать возможной только через несколько десятков лет. Но прогресс не стоит на месте, и за это время группа Гроса как раз успеет воспитать себе достойную замену из числа молодых ученых, которые и реализуют, наконец, проект «Генезис», отправив крошечные семена жизни на далекие пока еще необитаемые планеты.
Источник