Текст книги "Инопланетяне глазами науки (ЛП)"

Автор книги: Клиффорд Пиковер

сообщить о нарушении

Текущая страница: 9 (всего у книги 21 страниц)

Грейс под давлением

Отсутствие света в диапазоне от фиолетового до красного не стало бы серьёзной проблемой для развития жизни в тёмных мирах. У существ могли бы развиться глаза или фоторецепторы, функционирующие в инфракрасном диапазоне. Эти рецепторы могут отдалённо напоминать наши глаза, или же могут быть совершено иного устройства – например, набор волосистых нитей, текстурированные участки кожи или термочувствительные мембраны, которые мы никогда бы не связали со зрением.

Такие структуры существуют на Земле. У змеи в углублении под каждым из её глаз есть мембрана в форме отражателя. Каждая мембрана состоит из 150 000 нервных клеток, чувствительных к теплу, размещённых в области, в которой у человека было бы всего три тепловых датчика. Даже если ямкоголовая змея ослеплена, ей не составит труда напасть на мышь, находящуюся в нескольких футах от неё, используя свои тепловые рецепторы. Словно камера, тепловые детекторы змеи способны выявить местонахождение существа, которое может быть теплее окружающей среды лишь на долю градуса. Инопланетянин, обладающий подобными способностями, благодаря тепловому «зрению» имел бы чёткое представление о недавнем прошлом, подобно тому, как раскрывает информацию о прошлом обоняние. Если бы инопланетянин с развитыми тепловыми рецепторами разглядывал мою кровать через 30 секунд после того, как я из неё вылез, он (или она) всё равно продолжал бы видеть меня. В мирах с высокой гравитацией, где мало солнечного света или его вообще нет, но есть почва,{33} вероятно, количество почвенных видов было бы больше, чем наземных. Возможно, существовало бы гораздо больше разновидностей червеобразных существ, чем водится на Земле, а также больше роющих видов, похожих на наших мышей, кроликов и кротов. Под землёй могут обитать ещё более крупные животные. И если наши лисы строят логова лишь для того, чтобы выращивать детёнышей, в тёмных инопланетных мирах животные могут проводить под землёй большую часть своей жизни.

Если высокая гравитация приводит к уплотнению почвы, то животным нужны более эффективные методы рытья. Роющие существа могут выглядеть как бронированные кроты. На Земле есть примеры кротов, ведущих общественный образ жизни и образующих колонии.[15]15
  Голый землекоп – не крот, а грызун. – прим. перев.


[Закрыть] В мире с высокой гравитацией ведущие общественную жизнь инопланетные кроты могут создавать колонии, объединённые вокруг источников тепла или подземных корней.

Некоторым формам жизни было бы нелегко существовать в мирах с очень высокой гравитацией. Муравьи могут поднимать груз, в сотни раз превышающий их собственный вес, но я сомневаюсь, что муравьи смогли бы процветать в мире с гравитацией, в 100 раз превышающей нашу. Тем не менее, некоторые насекомые могут выживать в условиях суровых нагрузок. Насекомые вроде краснохвостого щелкуна (Athous haemorrhoidalis), испытывают нагрузку в среднем 400 g, когда «подскакивают» в воздух, спасаясь от хищников (1 g соответствует силе, которую мы ощущаем на Земле). Это означает, что они могут очень быстро ускоряться и тормозить, создавая экстремальные нагрузки на свои тела. Исследования показывают, что они могут выдержать пиковое замедление работы мозга при 2300 g к концу движения! В мирах с высокой гравитацией могли бы процветать водные существа, хотя они, вероятнее всего, не смогли бы разработать технологию.

Научная фантастика изобилует существами из миров с высокой гравитацией. Мои любимые появляются в романе Хола Клемента «Экспедиция “Тяготение”» (1954), описывающем планету Месклин с высокой гравитацией и её разумных обитателей, похожих на насекомых. Планета Месклин огромная и плотная; она совершает оборот примерно за 18 минут, что делает её сплющенной, словно диск. Её атмосфера состоит из водорода, моря – из метана, а сила тяжести колеблется от комфортных 3 g на экваторе до почти 700 на приплюснутых полюсах. Месклиниты (рис. 4.1) – бронированные существа, похожие на многоножек, с естественной сильной боязнью высоты, потому что падение может оказаться смертельным. В романе люди высаживаются вблизи экватора Месклина и интересуются полюсами, куда из-за сокрушительной силы тяжести могут попасть лишь месклиниты. В одной трогательной сцене из книги, когда человек поднимает главного героя-месклинита над землёй, «от страха все его сердца бьются беспорядочно».

4.1 Месклинит, насекомоподобный обитатель планеты с высокой гравитацией, из книги «Экспедиция “Тяготение”». (Рисунок Брайана Мэнсфилда.)

Месклинит длиной один фут произошёл от водных предков, передвигавшихся по реактивному принципу. У месклинита 18 пар ног, каждая из которых заканчивается присоской, позволяющей месклиниту плотно прицепляться к поверхности. Передние клешни выполняют функцию рук, а задний комплект используется для закрепления существа на месте. Четыре глаза окружают похожий на жвалы рот. Не обладая лёгкими, месклинит поглощает водород непосредственно из воздуха через поры. Система внутренних сифонов, изначально использовавшаяся далёкими предками для передвижения под водой, позволяет им говорить голосами от очень низких до ультразвуковых тонов (высокие частоты за пределами нашего диапазона слышимости).

Культура месклинитов вблизи Северного полюса планеты несёт все те фобии, которые можно было бы ожидать в мире с высокой гравитацией, и Клемент раскрывает их во время одиссеи по спасению зонда «United Planets», потерпевшего крушение на Южном полюсе Месклина. Месклинит Барленнан готов выдержать психологический стресс, вызванный пребыванием на высоте шести дюймов над землёй или кратковременным присутствием над ним тяжёлого предмета, чтобы расширить свой интеллектуальный и эмоциональный кругозор.

Роберт Л. Форвард также описывает жизнь в мирах с высокой гравитацией в своей книге «Яйцо дракона» (1980), в которой изображены жизнь на нейтронной звезде под названием «Яйцо дракона» и сжатие времени для её необычных обитателей.{34} Нейтронная звезда обладает массой звезды, но радиусом небольшого астероида, поэтому её гравитационное поле в 70 000 миллионов раз больше земного. На «Яйце дракона» гравитация настолько высока, что толщина атмосферы составляет всего несколько микрометров. Высота горных хребтов составляет около 0,4 дюйма (1 см).

Можно представить, что жизнь на нейтронной звезде эволюционировала таким же образом, как жизнь эволюционировала на Земле. Однако ядра, составляющие биологическую материю, лишены связанных с ними электронов, как это имеет место на Земле. Вместо этого биохимия нейтронных звёзд зависит от ядерных реакций, опосредуемых сильным взаимодействием ядер, а не от электромагнитных сил, ответственных за земную химию.

4.2 Чила, обитатель нейтронной звезды с высокой гравитацией, из «Яйца дракона». (Рисунок Мишель Салливан.)

На Яйце дракона доминирующей формой жизни являются «чила» (рис. 4.2), разумные существа с такой же биологической сложностью, как у людей, и с таким же количеством ядер. Их плоские, похожие на слизняков тела диаметром 2 дюйма (50 мм) и высотой 0,2 дюйма (5 мм) состоят из сложных молекул с голыми ядрами. У них не хватает сил приподняться более чем на несколько миллиметров над земной корой из-за сокрушительной силы тяжести. Точно так же они не дышат и не разговаривают, потому что толщина «атмосферы» составляет всего несколько микрометров. Они общаются, постукивая по коре своей нижней поверхностью. Поверхность звезды с температурой 14 000 градусов по Фаренгейту (8000 градусов по Цельсию) излучает достаточно длинноволнового «света», чтобы чила могли видеть. Для чила поверхность выглядит как слой раскалённых углей.

В главе 1 мы обсуждали тот факт, что некоторые из самых успешных форм жизни на Земле обладают двусторонней симметрией: лишь одна плоскость симметрии делит животное на приблизительно симметричные половины. И напротив, чила не обладают двусторонней симметрией и могут одинаково хорошо передвигаться на своих подошвах во всех направлениях.

Растения на Яйце дракона создают пищу, извлекая энергию из коры через свою корневую систему и выделяя отработанное тепло в холодное небо. Здесь никогда не бывает темно, поэтому эволюция никогда не создавала у форм жизни состояние сна. Луны нет, поэтому у существ нет месяцев. Яйцо дракона не вращается вокруг звезды, поэтому у них нет года.

Очевидно, что технологии на нейтронной звезде сильно отличались бы от земных. Высокая сила тяжести заставляет здания быть довольно низкими и прочными. Чрезвычайно сильное магнитное поле склонно вытягивать объекты вдоль линий магнитного поля, и перемещать предметы поперёк магнитных линий затруднительно. Чила могут легко передвигаться на восток и запад, но им сложно двигаться на север и юг.

Давайте представим, что вы можете отправить небольшой роботизированный зонд, оснащённый инфракрасной видеокамерой, в деревню чила. Когда прочный робот ползает и передаёт вам видеосигнал, вы замечаете, что у чила нет ламп, свечей или электрического освещения, потому что здесь нет темноты и холода. Даже внутренние части нор и пещер ярко освещены светящимися тёплыми стенами. Вы приказываете своему роботу войти в дом чила и обнаруживаете, что у чила нет висящих на стенах картин, дверей или окон на петлях, книг с перелистываемыми страницами (потому что страницы порвутся, если их перевернуть), крыш или верхушек зданий – и всё это из-за слишком высокой силы тяжести. Посмотрите вверх: здесь нет ни самолётов, ни воздушных шаров, ни воздушных змеев. Оглянитесь вокруг: здесь нет свистков, вееров, соломинок или духов, потому что нет атмосферы. Здесь нет зонтиков, ванн или смывных туалетов, потому что нет дождя или чего-то похожего на воду. Взгляните на стены дома чила. Произведения искусство чила создаются с использованием флуоресцентных материалов или жидких кристаллов.

Возможно, когда-нибудь мы обнаружим жизнь на нейтронных звёздах, хотя она была бы более странной, чем мы можем себе представить. Если бы звёздные существа действительно существовали, они, вероятно, не обнаружили бы нас. Им было бы слишком трудно путешествовать в космосе. Разрушенная материя, составляющая их тела, превратилась бы в обычные атомы, когда эти существа поднялись бы в область с низкой гравитацией, и они буквально взорвались бы. Поскольку их биология зависит от сильных ядерных, а не от электромагнитных взаимодействий – а ядерные реакции протекают быстрее химических, – звёздные существа жили бы в миллион раз быстрее, чем мы. Общаться с такими существами было бы трудно. Их было бы трудно изучать даже с помощью машин, как описано в сценарии с робототехническим зондом. Нам пришлось бы общаться с ними с помощью сообщений, отправляемых компьютерами. Даже если бы мы понравились друг другу, мы никогда не смогли бы слетать к ним, а они никогда не смогли бы навестить нас. Гравитация нейтронной звезды уничтожила бы нас, а наша гравитация уничтожила бы их. Мы смогли бы наслаждаться философией друг друга лишь издалека.

Свет без солнц

В нескольких предыдущих разделах мы обсуждали жизнь без солнечного света. Существуют разного рода потенциальные миры, готовые к жизни без солнечного света, в том числе луны, вращающиеся вокруг коричневых карликов. Однако отсутствие солнечного света не обязательно означает отсутствие видимого света. Например, на Земле есть экзотический источник света, который сияет на глубине тысяч футов под поверхностью океана. Света может быть достаточно, чтобы поддерживать фотосинтез на дне океана, что дало бы нам первый опыт фотосинтеза без участия солнечных лучей.

Этот тусклый свет исходит из жерл горячих источников, которые извергают нагретые вулканической активностью рассолы, насыщенные металлами и едкими соединениями. Вначале учёные приписали этот свет тепловому излучению, испускаемому водой при температуре 662 градуса по Фаренгейту (350 градусов по Цельсию), подобно тому, как может светиться раскалённый металл. Однако измерения показывают, что тепловое излучение само по себе не может объяснить свет.

Синди Ли Ван Довер, морской биолог из Университета Аляски в Фэрбенксе, впервые обнаружила признаки света в конце 1980-х годов, когда изучала казавшийся слепым вид креветок Rimicaris exoculata. Эти креветки собираются толпами вокруг гидротермальных источников на вулканически активном Срединно-Атлантическом хребте, который является частью подводной горной страны.

Океанографы окрестили креветку “exoculata” («лишённая глаз»), потому что у неё явно отсутствовали глаза, но Ван Довер и её коллеги обнаружили, что на самом деле у животного есть органы зрения, просто не в обычном месте. Вместо глаз, прикреплённых к голове, эволюция дала R. exoculata большие светочувствительные пятна на задней стороне панциря.

Вероятно, креветка использует эти глаза, чтобы видеть свет, исходящий из гидротермальных источников, – свет в форме очень слабого свечения, регистрируемого цифровыми камерами и фотометрами. Маловероятно, что свет создаётся тепловым излучением, потому что он имеет иные частоты и оказывается интенсивнее всего в 4 дюймах (10 см) над жерлом, где вода прохладнее. Хотя учёные не уверены в том, что именно является источником света, есть несколько возможных вариантов, среди которых кристаллолюминесценция (возникающая в результате кристаллизации растворённых минералов при охлаждении горячей воды), триболюминесценция (вызываемая растрескиванием минералов) и сонолюминесценция (вызываемая схлопыванием микроскопических пузырьков). Необходимы дальнейшие исследования, чтобы убедиться в том, что свет имеет подходящую длину волны, которую живые организмы могут использовать либо для зрения, либо для фотосинтеза, либо для фототаксиса (движения по отношению к свету). Кстати, фототаксис может помочь бактериям перемещаться в сторону химических питательных веществ, необходимых им для выживания.

R. exoculata должна питаться хемосинтезирующими бактериями вблизи жерл источников, но если креветка подойдёт слишком близко, она сварится. Возможно, креветки могут использовать свет горячих источников в качестве помощи при ориентировании на безопасном расстоянии от горячих струй. В глазах креветок увеличена сетчатка, которая заполнена большими порциями светочувствительных пигментов, чтобы улавливать как можно больше фотонов в условиях недостатка света в местообитаниях животных. Учёные попытались поймать несколько креветок для изучения, но, к сожалению, свет, испускаемый подводными аппаратами для определения местонахождения креветок, мгновенно ослепляет их.

Столь же заманчивой является возможность того, что глубоководные бактерии используют свет горячих источников для фотосинтеза. Это явление уже имеет место: самым чувствительным фотосинтезирующим организмом, известным на сегодняшний день, является зелёная серная бактерия, которая живёт на глубине 262 футов (80 м) ниже поверхности Чёрного моря. Улавливая бледно-голубые лучи солнца, которые добираются туда с поверхности, эти черноморские бактерии процветают за счёт скудного потока света со скоростью всего лишь одна тысяча фотонов на квадратный сантиметр в секунду.

Мы уже обсуждали такие возможные источники энергии для жизни, как сера, используемая бактериями горячих источников, и свет от звёзд или других светящихся объектов. Одним из необходимых условий для жизни является поток свободной энергии. Хотя мы считаем источниками энергии на Земле солнечный свет и химические вещества, инопланетная жизнь, как полагают, могла бы процветать благодаря другим формам электромагнитного излучения вроде инфракрасного света и рентгеновских лучей, потоков заряженных частиц, перепадов температур и ядерной энергии.

Количество энергии, сконцентрированной в определённом районе космоса и скорость смешивания молекул накладывают ограничения на эволюцию инопланетных форм жизни. Например, скорость химических реакций между молекулами, сильно рассеянными в космическом пространстве, или в газах, или даже в твёрдых телах, может быть слишком низкой для того, чтобы со временем возникла достаточная сложность. Жидкости (или плотные газы) могут лучше подходить для химических реакций. Жизнь может эволюционировать в странных мирах и в странных состояниях материи, но если бы я был игроком и делал ставки на существование жизни во Вселенной, я бы предпочёл поставить на мир с жидкостью, чем на мир без неё.

5 ПРОИСХОЖДЕНИЕ ИНОПЛАНЕТНОЙ ЖИЗНИ

Среди всех великих открытий последних пятисот лет, по крайней мере, на мой взгляд, самое великое, самое чудесное открытие из них всех – это открытие того, как возникла жизнь, – открытие, которое мы связываем с именем Дарвина и ДНК. Двести лет назад вы могли бы спросить кого угодно: «Сможем ли мы когда-нибудь понять, как возникла жизнь?», и он сказал бы вам: «Бред какой-то! Невозможно!» Я чувствую, что то же самое можно сказать и о вопросе «Поймём ли мы когда-нибудь, как возникла Вселенная?» И я вполне могу поверить, что доказательства, которые нам нужны, прямо сейчас лежат прямо перед нами. Нам просто нужно поискать у себя под носом.

– Джон Арчибальд Уилер

Ключевые строительные блоки жизни – аминокислоты, азотсодержащие гетероциклические соединения и полисахариды – образуются в космосе. Эти соединения присутствуют в больших количествах по всей галактике.

– Фред Хойл и Чандра Викрамасингхе

Панспермия

Чтобы лучше понять возможность существования жизни в других мирах, важно разобраться в том, как могла зародиться жизнь на Земле. Происхождение жизни – это самая фундаментальная и наименее понятная среди всех биологических проблем. Она является центральным элементом многих научных и философских проблем, а также любой из попыток обсуждения внеземной жизни.

Лично я не считаю, что происхождение жизни – это результат сверхъестественного события, выходящего за рамки описательных возможностей физики и биохимии. Я скорее считаю, что жизнь возникла на ранней Земле как итог целого ряда последовательных химических реакций, начинающихся с молекул, присутствующих на Земле, или с молекул, занесённых на Землю объектами вроде метеоритов. Представление о том, что земная жизнь получила помощь из космоса, стало популярным к концу девятнадцатого века, когда шведский химик Сванте Август Аррениус предположил, что земная жизнь возникла путём панспермии – это процесс, при котором микроорганизмы или споры разносятся в космосе под действием давления излучений. Однако в настоящее время мы знаем, что вероятность переноса какого-либо микроорганизма на Землю давлением излучения, чтобы он преодолел межзвёздные расстояния и не погиб от сочетания воздействия холода, вакуума и радиации, очень мала. Аррениус полагал, что воздушные потоки или извержения вулканов вознесли споры жизни над поверхностью их родной планеты, а затем электрические силы вынесли их за пределы атмосферы. Поскольку свет оказывает очень слабое давление, далее Аррениус предположил, что давление солнечного света отправило бы эти споры далеко в космос.

Предложение о панспермии получило дальнейшее развитие в 1954 году, когда Дж. Б. С. Холдейн из Великобритании назвал путешествующие споры «астропланктоном» в честь их земного аналога, планктона, – микроскопической жизни, дрейфующей в океанах: «У одной из первых экспедиций, высадившихся на Луну, должна быть возможность искать астропланктон, то есть, споры и тому подобное в пыли с той части Луны, которая никогда не подвергается воздействию солнечного света»{35}.

Холдейн считал, что астропланктон мог бы лучше всего выжить в тени, не подвергаясь длительному воздействию солнечного излучения. Он не только считал, что споры могут переноситься из одной части галактики в другую под действием давления света: он также считал возможным, что они были «запущены в космос разумными существами».

С тех пор разные учёные доказывали, что даже споры бактерий того типа, что выживают при кипячении, погибают, едва покинут нашу атмосферу. Астроном Карл Саган, работавший в Калифорнийском университете в Беркли, подсчитал, что такие споры не смогли бы пережить даже путешествие с Земли на Марс из-за смертоносного ультрафиолетового излучения Солнца и других звёзд. В огромном пространстве, разделяющем звёзды, эта опасность была бы значительно ниже, но дополнительную опасность представляли бы космические лучи (высокоскоростные частицы). Несмотря на это, вполне возможно, что микроорганизмы способны пережить довольно долгие путешествия в космосе, если их транспортировать внутри защищающих их горных пород. (Прецедент выживания микроорганизмов в горных породах обсуждался в главе 3, где упоминались земные микробы, обнаруженные глубоко под землёй в породах на глубине нескольких миль.)

Мы знаем, что астероиды, сталкивающиеся с Землёй, могут выбивать материал в космос, и некоторые куски Земли, в конце концов, могут упасть на Марс. Аналогичным образом на Землю могут попасть марсианские породы. Вполне возможно, что микроорганизмы могли переноситься таким способом с одной планеты на другую. Хотя в небольших метеоритах бактерии погибли бы, когда их каменистый сосуд сгорел бы дотла в атмосфере Земли, метеор среднего размера был бы мягко заторможен атмосферой, не слишком сильно нагрелся бы в своих недрах и ударился бы о землю относительно мягко. Бактерии, находящиеся внутри него, могли бы пережить такую посадку. Мы точно знаем, что в Мурчисонском метеорите, упавшем в Австралии в 1969 году, содержались десятки аминокислот (основных строительных блоков белков), в том числе многие из тех, которые обычно встречаются в земных организмах.