Текст книги "Журнал «Вокруг Света» №11 за 2008 год"
Автор книги: Вокруг Света Журнал
сообщить о нарушении
Текущая страница: 1 (всего у книги 12 страниц)
Проще простого?
«Пасть» хищной инфузории Lembadion bullinum, которая живет в пресноводных водоемах и питается другими микроорганизмами. Фото: SPL/EAST NEWS
Термином «простейшие» биологи называют одноклеточные организмы с оформленным клеточным ядром, где хранится наследственная информация в виде собранных в нити хромосом, в противоположность бактериям, в клетках которых ядра отсутствуют.
Термином «простейшие» биологи называют одноклеточные организмы с оформленным клеточным ядром, где хранится наследственная информация в виде собранных в нити хромосом, в противоположность бактериям, в клетках которых ядра отсутствуют.
Если клетка бактерии – это хорошо отлаженный станок по переработке одного вида природного сырья в другой, то простейшее – это целая фабрика из машин разного профиля, которые передают продукцию по конвейеру, с транспортной инфраструктурой и аппаратом управления. Кроме ядра, своего рода вместилища «уставной информации» (если продолжать аналогию с производственным предприятием), у простейшего, как правило, есть автономная энергетическая система. В одних случаях она работает от солнечного света – такие «аппараты» называются пластидами. Преобразование энергии света в энергию химических связей в них происходит с участием разноцветных пигментов. Один из самых распространенных – зеленый пигмент хлорофилл.
1. Динофлагеллят – панцирное одноклеточное, заключенное в жесткую оболочку из целлюлозы. В шов, проходящий по «экватору» панциря, уложен один из жгутиков, позволяющий клетке свободно маневрировать
2. Разветвленными щупальцами инфузория Dendrocometes охотится на других инфузорий. Фото: SPL/EAST NEWS(2)
Другой вариант энергетических станций – митохондрии, в отличие от пластид требующие готового топлива – пищи. Подобно двигателю внутреннего сгорания митохондрия производит энергию путем окисления топлива, только гораздо медленнее (этот процесс называется дыханием), и расходует ее не сразу, а запасает в виде химических связей молекул АТФ. Вместе с митохондриями АТФ могут быть доставлены в любое место клетки, где необходимо совершить какую-либо работу. Как и положено крупному предприятию, клетка не может работать без внутренней инфраструктуры – дорог, соединяющих важные производственные участки. У простейшего эту функцию выполняют каналы эндоплазматической сети, которые густо пронизывают весь объем клетки. Местами каналы расширяются, превращаясь в цеха: в одних происходит расщепление съеденной пищи под действием пищеварительных ферментов, в других складируется продукция – капли жира, зерна крахмала или гликогена, запасенные на черный день, а в третьих каналах, сконцентрированных в аппарате Гольджи, синтезируются сложные структурные молекулы «на экспорт». Есть здесь и рельсовые пути – тяжи из микротрубочек, которые одновременно служат направляющими для транспортировки станков – органелл и крупных белковых молекул, а также внутренним скелетом клетки. Система микротрубочек необычайно динамична: они легко демонтируются и быстро достраиваются в новом месте. Весь этот сложный комплекс хитроумно упакован в микроскопическом существе объемом в сотую или тысячную долю кубического миллиметра. В сравнении с многоклеточным организмом, который видится своего рода ЭВМ прошлого, занимавшим целые залы, простейшее – это компактный ноутбук.
Само по себе внутреннее устройство одноклеточного существа – не диво: точно такие же структуры есть и в клетках многоклеточных организмов – растений, животных, грибов. Удивительно другое: не имея ни органов, ни тканей, простейшие оказываются автономными существами, живущими полноценной жизнью. Амеба – первое простейшее, открытое в 1755 году немецким натуралистом Августом Рёзель фон Розенхофом, и первое животное, изучаемое студентами-зоологами в современных университетах, – является удивительным примером изменчивости формы. Амеба все время меняется, на ее текучем теле появляются и исчезают выросты, опровергая старинное представление о клетке как мешке с желеобразным содержимым, обретающим форму только благодаря упругой оболочке, которая есть, например, у клеток растений.
1. Скелет радиолярии похож на ажурный сосуд из кремнезема. Фото: NHPA/VOSTOCK PHOTO
2. Клетка десмидиевой водоросли состоит из двух зеркальных половинок, в месте соединения которых расположено ядро. Фото: SPL/EAST NEWS
Амеба ползет, но характер этого движения совсем иной, чем у крупных ползающих существ, таких как змея или улитка. Механизм образования ложноножек изучен не до конца, хотя кое-что уже известно. В обычном состоянии поверхностный слой цитоплазмы упругий, а внутреннее содержимое – густая жидкость. Появление на теле выроста связано с местным разжижением поверхностного слоя цитоплазмы, куда под давлением устремляется внутренняя жидкость. Когда ложноножка достигает нужной длины, поверхностный слой снова затвердевает, что позволяет ей сохранять форму. Изменение в состоянии цитоплазмы, напоминающее растекание желе, на самом деле – результат сборки-разборки внутреннего каркаса из молекул белка актина, того же самого, который в паре с миозином обеспечивает сокращение наших мышц. Но здесь актин работает иначе: на заднем конце клетки от длинной нити актина отщепляются блоки-мономеры, которые переносятся вперед и наращивают опорную нить спереди.
Способность образовывать выросты-ложноножки помогает амебам не только передвигаться, но и питаться. В большинстве своем эти одноклеточные – хищники, нападающие на других одноклеточных и даже на многоклеточные организмы, по размерам сопоставимые с ними самими. С помощью ложноножек амебы обволакивают свою добычу и, когда пузырь-вакуоль смыкается, впрыскивают внутрь пищеварительные ферменты. У радиолярий (простейших с длинными ложноножками и скелетом из кремнеземных игл, собранных в причудливые подобия кристаллов, и солнечников, напоминающих нарисованное ребенком солнышко) ложноножки вместе со скелетными выростами помогают удерживаться в толще воды и служат одновременно ловчей сетью, иногда вооруженной выстреливающими капсулами со слизью, ядом или зазубренными гарпунами. У воротничковых жгутиконосцев кольцо из плотно сомкнутых, будто пальцы, ложноножек образует высокий воротничок, окаймляющий жгутик, и сквозь него фильтруется поток воды, создаваемый биением жгутика.
Существует еще один способ движения, который биологи называют метаболией: он напоминает кишечную перистальтику или волнообразное изгибание тела. Например, двигателем эвглены (простейшего, которое в зависимости от обеспеченности пищей может потреблять готовые органические вещества, как животное, а при их дефиците – фотосинтезировать, как растение) служит скольжение относительно друг друга белковых полос, которыми выложен наружный слой клетки. Такой же принцип осуществляется в мышечной клетке. У одноклеточных паразитов, называемых грегаринами, тело расчленено на звенья, при их движении сокращаются кольцевые белковые нити.
Инфузории Paramecium sp. покрыты густым «мехом» ресничек. Создавая направленный поток воды, реснички подгоняют взвешенную в воде пищу к их рту – цитостому. Фото: SPL/EAST NEWS
Одинокая клетка может также перемещаться с помощью жгутиков. Причем различия в положении и характере движений жгута дают возможность биологам распознавать некоторых простейших «по походке» даже при малом увеличении микроскопа. Самый простой вариант движения – у одноклеточных водорослей, подобных эвглене. Жгутик эвглены совершает винтообразное движение и заставляет клетку «ввинчиваться» вперед. У других биение жгутика приводит к движению в противоположную сторону. У трипаносомы жгутик направлен назад, а между ним и стенкой клетки натянута похожая на плавник мембрана, волнообразные движения которой позволяют клетке поступательно двигаться в обратном направлении. Сложные петлевидные взмахи жгутика могут вызывать характерное «вихляющее» движение клетки: то вправо, то влево. Динофлагелляты – водоросли, заключенные в жесткий панцирь, – располагают двумя жгутиками: один направлен назад, а другой обвивает панцирь клетки по кольцевой выемке. Сочетание волнообразного движения свободного жгутика и спирального волнения кольцевого позволяет маневренно двигаться в любом направлении, быстро разгоняться и внезапно останавливаться.
Самые виртуозные пловцы – инфузории, одетые в густую шубу ресничек, каждая из которых похожа на жгутик, только короткий. Согласованные волны биения ресничек дают инфузориям возможность двигаться в любом направлении, эффективно охотиться на подвижных простейших, и не только в толще воды, но и в узких капиллярных пространствах между мельчайшими частицами грунта. Для ученых остается загадкой, как достигается такая согласованность, – ведь у инфузорий нет ни мозга, ни нервной системы. Но будучи в большинстве своем хищниками, инфузории ведут себя не менее целесообразно, чем многоклеточные животные.
Наблюдая с помощью микроскопа за амебой протей или инфузорией-туфелькой, каждый может убедиться, что они не едят что попало, у каждого вида есть свои пищевые предпочтения. Как они это делают, ведь у простейших нет ни органов обоняния, ни органов вкуса? Правда, оказывается, что вкус простейшие все же чувствуют: за него отвечают особые белковые молекулы, прикрепленные к клеточной мембране снаружи. Эти молекулы настроены на определенный спектр химических соединений и связываются только с теми, которые могут представлять пищевую ценность.
У некоторых простейших есть свое образный пищевой тракт: путь съеденной частицы строго определен – есть клеточный рот (цитостом), «пищевод», где начинается переваривание пищи, и анус, через который клетка выбрасывает непереваренные остатки. У инфузорий пищеварительная вакуоль совершает внутри клетки петлеобразный маршрут, на протяжении которого еду последовательно обрабатывают разные ферменты. Активность ферментов зависит от кислотности среды, и она закономерно меняется от сильнокислой до щелочной по ходу движения. А у пресноводных простейших даже есть подобие мочевого пузыря – сократительная вакуоль, в которой собирается избыток воды с растворенными в ней отходами жизнедеятельности, и она периодически опорожняется.
Схватка мексиканских лейшманий (желтые) с кровяной клеткой макрофагом (зеленая). Эти простейшие способны выживать внутри макрофага и даже размножаться, питаясь за его счет. Фото: SPL/EAST NEWS
Не так давно выяснилось, что простейшие общаются: посылают друг другу сигналы и воспринимают их. Это необходимо для успешной охоты, а также для спаривания. Главный способ коммуникации у них – химический, с помощью сигнальных веществ – феромонов. Один из вариантов феромонов – «вещества страха», которые выделяют хищные простейшие. Некоторые виды инфузорий, особенно страдающие от нападений, научились защищаться: почуяв «запах» хищника, они могут менять форму тела, разрастаются в ширину, выпячивают шипы и гребни – и становятся ему не по зубам. Ученые недоумевают: какой эволюционный смысл может быть сокрыт в такого рода сигнальных веществах, если сами хищники от них только проигрывают? Но один резон все же найден: эти феромоны удерживают их от каннибализма. Амебы протеи – безжалостные хищники, готовые на своем пути пожирать все живое, при контакте с особью своего вида аппетита не проявляют и ложноножек не образуют.
Изучением простейших занимается наука протистология – одна из ветвей биологии, которая стремительно развивается в наши дни. И это понятно. Интерес к данной группе организмов вызван во многом тем, что они представляют собой самый корень эволюционного древа, из которого произошло все разнообразие жизни. Кто из десятков тысяч известных видов простейших дал начало многоклеточным животным, растениям, грибам? Ведь среди них есть и тот, кому обязаны своим существованием и мы сами. Пытаясь дойти до этих глубин, ученые обратились к геносистематике – науке, которая устанавливает родственные связи, опираясь на сходство наследственного материала. И тут специалистов ожидало невероятное количество сюрпризов. Совсем недавно биологи распределяли простейших по общепринятым царствам: одних, нуждающихся в готовой пище, относили к животным, других, фотосинтезирующих, – к растениям, третьих, которые питаются органическими веществами, поглощая их всей поверхностью клетки, – к грибам. Генетический анализ разрушил эту стройную систему. Оказалось, что среди простейших существуют не три, а более десятка независимых эволюционных линий. Одна линия, наиболее привычная, объединила одноклеточные и многоклеточные зеленые водоросли с зелеными растениями. Другая линия – и тут начались неожиданности – вобрала в себя небольшую часть простейших, в том числе воротничковых жгутиконосцев, некоторые виды амеб, грибы и многоклеточных животных. Остальные распределились по одиннадцати линиям. Все линии, по мнению геносистематиков, оказались более-менее равноправны. Но ведь это означает, что царства животных и грибов нужно объединить, а линии простейших возвести в ранг царств. Сами простейшие разделились на группы тоже непривычным образом. Получилось, что форма тела и наличие жгутика никакого значения не имеют, многие линии включают как амебоидных, так и жгутиконосных простейших. Дальше – больше: в одну и ту же группу попали инфузории, динофлагелляты и споровики, внешне не имеющие ничего общего. Солнечники – существа со структурой, аналогичной амебам, но очень сложные по форме, которых во все времена считали единым отрядом, – оказались разбросанными по нескольким линиям, и 80% всех солнечников образовало особую линию, в которой никого кроме них нет. Похоже, эта часть солнечников претендует на отдельное царство! Узнав новую информацию о родстве простейших, ученые столкнулись с невозможностью классифицировать их по внешним признакам: положение организма в системе можно определить только молекулярными методами, микроскоп в этом деле бесполезен. И как следствие – другой далеко идущий вывод: систему одноклеточных организмов теперь нужно коренным образом перекраивать и, конечно, переписывать учебники, так что простейшие оказались далеко не простыми.
Елена Краснова
Черные моря Титана
Найти в космосе вещество в жидком состоянии гораздо труднее, чем твердое или газообразное. Жидкая среда необходима для развития жизни, но существует она лишь при строго определенных, редко встречающихся условиях. Если не считать потоков раскаленной серы на спутнике Юпитера Ио, то вплоть до начала XXI века жидкость была известна на поверхности только одного небесного тела – Земли. Долгожданный прорыв принесли недавние исследования в системе Сатурна, выполненные космическими аппаратами «Кассини» и «Гюйгенс». Фото вверху: SPL/EAST NEWS
«Король-солнце» Людовик XIV получил в 1686 году необычный подарок – четыре звезды имени самого себя. Эти звезды были не из золота – они сверкали, как и подобает настоящим, на ночном небе. Строго говоря, это были вообще не звезды и даже не планеты, а лишь спутники одной из планет – Сатурна. Правда, сама планета была, как ее тогда называли, «высочайшая» – она считалась наиболее далекой, и ее орбита служила границей всей Солнечной системы.
Уникальный дар своему покровителю преподнес директор Королевской Парижской обсерватории Жан Доминик Кассини, назвав открытые им четыре спутника Сатурна Sidera Lodoicea, что по-латыни означало «Звезды Людовика». Так Кассини отблагодарил французского короля, по приглашению которого он, профессор Университета Болоньи, уже сделавший ряд астрономических открытий, получивших международный резонанс, переехал в 1669 году из Италии во Францию , чтобы работать в недавно созданной там Королевской академии наук. Сначала он руководил строительством Парижской обсерватории, а затем возглавлял ее до конца своей жизни – до 1712 года. В этой обсерватории Кассини и проводил наблюдения, в результате которых были обнаружены спутники Сатурна.
В честь знаменательного открытия в том же 1686 году на Королевском монетном дворе была отчеканена памятная медаль. На одной ее стороне – портрет короля и надпись «Людовик Великий, король христианский», на другой – планета с кольцом, окруженная орбитами спутников, а вокруг – пояснение: «Открыты пять спутников Сатурна». Почему же пять? Оказывается, еще до Кассини, в 1655 году, нидерландский ученый Христиан Гюйгенс , проводя в Гааге наблюдения в собственноручно изготовленный телескоп, уже открыл первый спутник Сатурна. Не дав ему никакого имени, он называл его просто Луна Сатурна. Хорошо известный в Европе своими исследованиями и изобретениями, Гюйгенс тоже был приглашен во Французскую академию наук и участвовал в становлении Парижской обсерватории, где в его присутствии Кассини открыл в 1671 году второй спутник Сатурна.
Снова вместе 300 лет спустя
И Гюйгенса, и Кассини как ученых весьма ценили во Франции. Самое высокое жалованье в Королевской академии наук было у Гюйгенса, но когда год спустя в Париж приехал Кассини, первенство перешло к нему. Правда, на медали в честь открытия спутников Сатурна их имена не упоминались, а в ее официальном описании говорилось лишь о том, что эти открытия выполнены «учеными, которым король платит жалованье в обсерватории». Вряд ли мог Людовик XIV представить, что три века спустя к Сатурну отправится межпланетный корабль , носящий имя его придворного астронома Кассини, и на этом корабле будет небольшая «космическая шлюпка», названная по имени Гюйгенса, которая достигнет поверхности открытого им крупнейшего из спутников Сатурна.
Подготовка к полету началась в 1982 году, когда в США была организована рабочая группа под руководством профессора астрономии Тобиаса Оуэна. Автоматическую межпланетную станцию «Кассини» (Cassini) спроектировали и построили в Лаборатории реактивного движения Калифорнийского технологического института , а один из важнейших приборов – радар для съемки Титана – предоставило Итальянское космическое агентство. На борту этой станции к Сатурну отправился посадочный аппарат «Гюйгенс» (Huygens), над которым потрудились ученые нескольких европейских стран. На подготовку к старту ушло 15 лет, еще 7 лет занял перелет. Наконец, в середине 2004 года станция стала первым искусственным спутником Сатурна, а полгода спустя отделившийся от нее зонд «Гюйгенс» достиг поверхности Титана.
За разработку «Гюйгенса» и выполненные с его помощью исследования профессор Оуэн и двое его коллег из Нидерландов и Франции получили в 2006 году Гран-при имени Марселя Дассо (авиаконструктора, создавшего самолеты «Мираж»). Эту награду за достижения в сфере аэронавтики и астронавтики ежегодно вручает Французская академия наук, в создание которой внесли свой вклад первооткрыватели спутников Сатурна.
Итак, спустя три с лишним века имена двух выдающихся ученых, «которым король платил жалованье в обсерватории», вновь оказались связаны с изучением системы Сатурна, став названиями космических роботов. Имя же короля не прижилось на небесной карте – «его» спутники долгое время обозначали просто номерами, а в середине XIX века по предложению английского астронома Джона Гершеля им дали названия из античной мифологии, связанные с титаном Кроносом (Сатурном) – имена титанов и гигантов. Первый по порядку открытия спутник стал называться Титан, а бывшие «Звезды Людовика» – Япет, Рея, Тефия и Диона.
Панорама Титана с высоты 10 км, полученная зондом «Гюйгенс». Внизу: разветвленные русла сезонных рек, стекающих к темной низменности, где возникает метановое море. Фото: ESA/NASA (2)
Моря водные и безводные
Единственной планетой, на поверхности которой имеется жидкость, до недавнего времени считалась Земля, где вода покрывает более 70% всей площади. Иногда даже шутят, что нашу планету следовало бы назвать Океан. Есть на поверхности Земли и другие природные жидкости, но они занимают гораздо меньшую площадь. Прежде всего это «жидкий камень» – лава, вытекающая из вулканов. Крупнейший из действующих лавовых потоков, направяющийся прямо в Тихий океан из кратера Килауэа на острове Гавайи, достигает 10 километров в длину, что ничтожно для планеты в целом. И уж совсем малы лужицы нефти, кое-где сочащейся из недр. Наличию жидкой воды способствует температура, присущая нашей планете, – в среднем +15 °С. Благодаря удачному расположению – не слишком близко от Солнца, но и не слишком далеко – Земля не раскалилась, как Венера, и не замерзла, как Марс. Вода сделала нашу планету оазисом жизни. Живые организмы, зародившись в океане, потом заселили сушу. Этому немало помогла Луна, вызывая приливы и отливы в океанах. Ежедневно осушаемая полоса послужила плацдармом для выхода на сушу древних морских организмов. На самой Луне моря тоже есть, однако в них нет ни капли воды. Они представляют собой равнины, покрытые черной базальтовой лавой, изверженной в далеком прошлом из лунных недр. Лишь по давней астрономической традиции эти темные области называют морями, хотя в действительности это каменистая пустыня. В прошлые века астрономы полагали, что ровные темные участки Луны покрыты жидкостью. Но попытки разглядеть в телескопы солнечный блик на водной поверхности оставались безуспешными. И уже Галилей высказывал предположение, что темные области – это сухие низменности. С появлением более мощных телескопов стало ясно, что лунные моря это действительно суша с небольшими горами и кратерами. Именно такой изобразил поверхность Луны французский астроном Кассини в 1680 году на своей подробнейшей карте, которую удалось превзойти по детальности лишь 100 лет спустя. Так безуспешно завершились первые попытки найти воду вне Земли.
Оранжевая слякоть у черных дюн
День 14 января 2005 года принес тревожное ожидание профессору Гавайского университета Тобиасу Оуэну – спустя 23 года после начала работы над проектом автоматическая станция «Гюйгенс» достигла цели и в течение двух с половиной часов медленно снижалась на парашюте, проводя измерения характеристик атмосферы Титана. Полет напоминал головокружительный аттракцион, поскольку ветер постоянно крутил из стороны в сторону парашют с висевшим под ним зондом, похожим на летающую тарелку диаметром 1,3 метра и массой 318 килограммов.
Многократные измерения во время спуска показали, что в атмосфере Титана 98,4% азота (N sub 2 /sub ) и 1,6% метана (CH sub 4 /sub ), а вблизи поверхности метана становится 5%. В незначительных количествах присутствуют и другие газы, главным образом углеводородные – этан, пропан, ацетилен (C sub 2 /sub H sub 6 /sub , C sub 3 /sub H sub 8 /sub , C sub 2 /sub H sub 2 /sub ). Наконец днище станции мягко коснулось неведомой поверхности, и установленный на ее борту микрофон зафиксировал странный звук – это был не глухой удар о твердую породу и не всплеск, как на жидкой поверхности, а нечто среднее между ними, похожее на шлепок. Звук этот свидетельствовал, что аппарат упал на грунт, сильно насыщенный жидкостью, почти в грязь. Это стало первым совпадением с описанием предполагаемых особенностей природы Титана, которое Оуэн сделал в учебнике планетологии еще 20 лет назад на основании скудных данных, полученных по наблюдениям с Земли и с межпланетных станций «Вояджер». В признание заслуг Тобиаса Оуэна коллеги из Международного астрономического союза сделали ему оригинальный подарок, присвоив одному из светлых участков на Титане имя Оаху – по названию острова, где находится Гавайский университет.
Дневная освещенность на Титане, расположенном в 10 раз дальше от Солнца, чем Земля, примерно такая же, как у нас в послезакатных сумерках. Но этого хватило, чтобы телекамеры разглядели пейзаж неведомого мира. Под оранжевым небом на рыжевато-серой «земле» сквозь дымку розового тумана проступали очертания разбросанных по равнине округлых камней, похожих на крупную гальку – поперечник наибольшего из них достигал 15 сантиметров. Обычно камни получают такие сглаженные очертания при длительном перекатывании в потоке. Выяснилось, что эти валуны состоят из водного льда, который при сильном холоде – а на поверхности Титана –180° С – приобретает буквально каменную твердость. Жидкостью же, насыщающей грунт, оказался метан – тот самый природный газ, который горит под кастрюлями на кухне. Только вот на Титане из-за холода метан сгустился до жидкого состояния.
На снимках, сделанных бортовыми телекамерами космического зонда во время парашютного спуска, хорошо видно, что аппарат совершил посадку на равнинном участке, покрытом темными грядами очень длинных дюн, вытянутых по направлению постоянных ветров – с запада на восток. Первоначально была выдвинута гипотеза, что они состоят из «ледяного песка». Проверить ее смогли лишь в мае 2008 года, когда дистанционными методами со станции «Кассини» удалось исследовать химический состав дюн. Выяснилось, что содержание водного льда в них – наименьшее среди всех форм рельефа на Титане. Теперь наиболее вероятным считается, что частички, слагающие эти гигантские песчаные гряды протяженностью в сотни и тысячи километров, состоят из слипшихся в комочки мелких капелек углеводородного состава.
В атмосфере Титана под воздействием солнечного ультрафиолета после серии химических преобразований из метана, других углеводородных соединений и азота формируются довольно крупные молекулы. Это органическое вещество, которое в концентрированном виде сходно с темной смолой или дегтем, беспрерывно осаждается на Титан в виде аэрозольной мороси, напоминая отчасти густой смог – смесь дыма с туманом у нас на Земле. По расчетам, за тысячу лет накапливается коричневато-оранжевый слой таких отложений миллиметровой толщины, за миллион лет набирается метр. Однако слой этот расположен по Титану неравномерно, поскольку еще один вид атмосферных осадков – дождь, идущий время от времени из метановых облаков – смывает накапливающуюся органику с возвышенностей, оставляя их ледяные массивы светлыми. В низменностях слой органической грязи состоит и из того, что осело туда в аэрозольном виде, и что принесено потоками с высоких участков. Поэтому местность здесь темнее, а постоянные ветры формируют длинные гряды почти черных дюн.
Промоины и овраги на склоне крупного марсианского кратера говорят о периодическом истечении жидкой воды из подтаивающего слоя вечной мерзлоты. Справа: древнее речное русло на Марсе. Фото: NASA (слева), SPL/EAST NEWS (справа)
Слезы марсианской мерзлоты
Длительные поиски воды на Марсе, выполненные несколькими спутниками и марсоходами, показали, что постоянных водоемов на этой планете сейчас нет. Однако надежды на то, что жидкая вода хотя бы временно показывается на поверхности, весьма обоснованны. В прошлом водоемы на Марсе были – неоспоримые следы их сохранились до сих пор. Сухие русла рек с притоками и островами встречаются повсеместно. Некоторые русла «вытекают» из кратеров, что говорит о былом наличии там озер. На этой планете найдены и минералы, которые могли образоваться только в водной среде. А сейчас климат там холодный и сухой. Средняя температура составляет –60 °C. Расчеты показывают, что весь Марс скован вечной мерзлотой, толщина которой на экваторе достигает одного километра, а к полюсам увеличивается до шести. Тем не менее отчетливые овраги-промоины внутри некоторых крупных кратеров говорят о периодическом истечении жидкой воды из подтаивающего слоя вечной мерзлоты. В 2008 году автоматическая станция «Феникс» в районе близ северной полярной шапки Марса вскрыла своим мини-экскаватором слой водного льда на глубине нескольких сантиметров от поверхности. Изменения облика некоторых оврагов, произошедшие за несколько лет наблюдений, впервые замеченные в 2005 году, до сих пор остаются предметом спора: образованы они жидкой водой или же это следы осыпания сухого грунта по крутому склону. В пользу воды аргументов больше. Но все равно это лишь эпизодические появления жидкости на марсианской поверхности. В целом эта планета остается скованной вечной мерзлотой, в которой и скрыта вся вода, некогда заполнявшая ныне сухие русла рек и впадины многих кратеров.
Метановые реки, ледяные берега
Исследования Титана открыли за последние четыре года мир, сильно отличающийся от всех ранее изученных планет и спутников. Первое, что удивляет – практически полное отсутствие метеоритных кратеров, столь характерных для большинства планетных тел. Эта же особенность присуща и Земле, где следы древних столкновений с метеоритами стерты активными геологическими процессами. Механизмы преобразования поверхности на Земле и на Титане выглядят сходными – речная эрозия, ветровой перенос вещества с формированием дюн, излияния лавы из вулканических куполов, поднятия горных хребтов вдоль разломов коры. И даже основной химический компонент атмосферы на Земле и Титане совпадает – это азот. Такой атмосферы нет больше ни на одном объекте Солнечной системы.
Однако химический состав других элементов природы Титана резко отличается от их земных аналогов. Атмосферные осадки на Титане состоят не из воды, а из органики, как, впрочем, и песок. Вулканическая лава – это не нагретый до температуры плавления камень, как на Земле, а желеобразная водно-аммиачная смесь, не застывающая и при –100 °C. Роль каменных горных пород отведена водному льду, а роль воды выполняет жидкий метан. Поэтому на Титане текут метановые реки в ледяных берегах.
Неподалеку от места посадки «Гюйгенса» находится светлая возвышенность – своего рода материк, прорезанный разветвленными речными долинами, сбегающими к темной низменности. Слева и справа к крупным руслам подходят основные притоки, а к ним в свою очередь – более мелкие. Подобные структуры развиваются там, где по склонам, собираясь в потоки, стекают атмосферные осадки. Эти речные бассейны можно было бы назвать водосборными, если бы не сильнейший мороз, который исключает возможность существования жидкой воды на поверхности Титана.
Происходящий на спутнике Сатурна круговорот метана аналогичен круговороту воды на Земле. Из недр газообразный метан попадает в атмосферу при вулканических и тектонических процессах. Затем он частично превращается в другие углеводородные соединения под воздействием солнечных лучей, а частично конденсируется в облака, из которых капельки жидкого метана выпадают мелким дождем на поверхность. Стекая в низменные регионы, метан образует озера и моря. С поверхности этих резервуаров он вновь испаряется, поступая в атмосферу и участвуя в дальнейшем круговороте.
По диаметру (5150 километров) Титан значительно, в 2,5 раза, меньше Земли, однако он превосходит ее по мощности атмосферы. Давление у поверхности Титана в полтора раза выше, а сам «воздух» – вдвое плотнее, чем на Земле. При небольшой силе тяжести – она на Титане в семь раз меньше земной – человек смог бы там летать, прикрепив к рукам крылья – плотный газ выдержал бы легкого воздухоплавателя. Произойди это сегодня или в ближайшие несколько лет – крылатый путешественник увидел бы, что речные русла в экваториальной зоне, близ места посадки «Гюйгенса», не заполнены жидкостью. Возможно, потоки были здесь в геологическом прошлом, либо это сезонные русла, наполняющиеся лишь в определенный период года, когда выпадают осадки, а в настоящее время там как раз сухой сезон.
