SETI: Поиск Внеземного Разума

4.2.1. Что такое жизнь?

Много раз на страницах этой книги мы употребляли слово «жизнь». До сих пор мы не пытались пояснить это понятие, считая, что каждый человек имеет какое-то собственное интуитивное представление о жизни. Но теперь, когда мы собираемся перейти к рассмотрению жизни в Космосе, нашего интуитивного представления о ней уже недостаточно. Для того чтобы судить о распространенности и возможных формах жизни в Космосе, — а именно это нас интересует, — надо иметь ясное представление о природе жизни. И вот здесь мы попадаем в трудное положение, ибо, несмотря на несомненные успехи науки в изучении многообразных функций жизни, ее физико-химических основ и механизмов функционирования, у нас нет, как представляется, полного понимания феномена жизни. Я думаю, многие ученые ясно ощутили это, когда перед ними была поставлена практическая задача обнаружения жизни на Марсе в связи с осуществлением проекта «Викинг». Надо было решать, какую жизнь следует искать.

Когда мы произносим слово «жизнь», то имеем в виду какие-то живые существа или организмы. Само слово «организм» указывает на определенную стройную организацию исходных элементов, из которых он строится. Действительно, сложная организация — это один из отличительных признаков жизни. Можно сказать, что жизнь есть высокоорганизованная форма материи. Но каков тот критический уровень организации, начиная с которого сложную систему можно рассматривать как живую? Очевидно, структурная сложность, сама по себе, недостаточна для характеристики жизни. Более того, структура живого организма существует лишь постольку, поскольку он функционирует, живет. Следовательно, живая система обладает способностью самостоятельно поддерживать свою внутреннюю структуру — самосохраняться. Это достигается в процессе обмена с окружающей средой. Обмен веществ, или метаболизм, — один из характерных признаков жизни. Живые системы обладают также способностью к росту и самовоспроизведению. Наконец, надо отметить огромную приспособляемость жизни, адаптацию ее к внешним условиям и, наряду с этим, способность к саморазвитию, к эволюции. Помимо обмена веществ, живые системы обладают способностью к обмену информацией с окружающей средой — способностью воспринимать, хранить и перерабатывать информацию, используя ее для выработки сохраняющих реакций. На этой основе осуществляется способность живых систем к самосохранению и адаптация их к внешним условиям. Процесс самовоспроизведения, по сути, также является информационным процессом. Подчеркивая роль информации, В. С. Троицкий вместе с тем отмечает: «Определение живого нельзя сводить ни к информации, ни к обмену веществ в отдельности. По-видимому, самую основную характеристику, объединяющую все признаки, мы еще не знаем»[214].

С другой стороны, возникает вопрос: присущи ли перечисленные свойства только живым системам? Н. Хоровиц отмечает[215], что кристаллы обладают высокой степенью упорядоченности, способностью к росту и могут воспроизводить самих себя. При этом у них обнаруживается ограниченная способность к мутациям. Она проявляется в том, что в регулярном расположении атомов в кристалле могут возникать дефекты. Некоторые минералы, обладающие слоистой структурой, как, например, глины, способны копировать дефекты одного слоя в структуре следующего, что можно рассматривать как своеобразную генетическую память. На основании этих свойств кристаллов американский химик А. Г. Кернс-Смит предположил, что жизнь, вообще, началась с кристаллов. С другой стороны, обычное пламя также способно к самовоспроизведению посредством искр и дальнейшему росту, а благодаря активному метаболизму оно может длительное время поддерживать себя (свойство самосохранения). То есть пламя обладает свойствами живой сущности. Добавим, что способность к саморазвитию, к эволюции также не является исключительным свойством жизни. Современные теории самоорганизации материи показывают, что саморазвитие является всеобщим свойством материального мира и может проявляться в различных формах при подходящих условиях. В связи с этим возникает вопрос — существует ли принципиальное различие между живой и неживой природой? Один из крупнейших биологов XX века Дж. Холдейн считал, что жизнь и сознание в рудиментарной форме присущи материи, являются ее неотъемлемым свойством: «Мы не находим в том, что называем материей, никакого очевидного следа ни мысли, ни жизни. И потому эти свойства мы изучаем преимущественно там, где они обнаруживаются с наибольшей очевидностью. Но если современные перспективы науки верны, то следует ожидать, что они будут, в конце концов, обнаружены, по крайней мере в рудиментарной форме, во всей Вселенной»[216]. Ту же мысль подчеркивает и Тейяр де Шарден: «В целостной картине мира наличие жизни неизбежно предполагает существование до нее беспредельно простирающейся преджизни»[217]. При таком положении вещей между живой и неживой материей нет непроходимой грани. Действительно, сущностью органической жизни, ее важнейшим свойством является обмен. Он осуществляется посредством сложнейших биохимических реакций. Но ведь химические реакции — пусть более простые — происходят и в неорганической природе. Где же та грань, которая отделяет «живое» от неживого? Говоря о жизни, мы прикасаемся к одной из тех тайн Природы, которые человечество еще не раскрыло. Не случайно некоторые ученые, вообще, отказываются рассматривать какое бы то ни было определение жизни. Так, С. Ф. Лихачев в работе «Основания SETI» характеризует жизнь как «неопределимое понятие, существующее как некоторое свойство Вселенной»[218].

Важнейшей функцией жизни, о которой не было упомянуто выше, является психическая деятельность. Невозможно представить человека в отрыве, вне его психической деятельности, включающей мир эмоций, процессы мышления и сознания. Если структуру человеческого организма и его физиологические функции рассматривать как внешнюю сторону его жизни, то психическая деятельность будет соответствовать внутренней стороне жизни. Хотя психическая активность наиболее выражена у высших форм жизни, какая-то примитивная психожизнь должна быть присуща и самым простым формам жизни, составляя их внутреннее содержание. Тейяр де Шарден распространил эту дихотомию «внешнее-внутреннее» с феномена жизни на мир неживой (предживой) природы, считая ее неотъемлемым свойством универсума. Ткань универсума, согласно Тейяру, — «двухсторонняя по самой своей природе», она имеет как внешнюю, так и внутреннюю сторону. Поэтому у каждой вещи имеется не только внешнее, но и сопряженное ему нечто внутреннее. И сети внутренней стороной жизни является сознание (Тейяр рассматривает его в наиболее общем значении, как психику всякого рода от элементарных форм внутреннего восприятия до феномена человеческого мышления), то внутренней стороной преджизни является предсознание. В соответствии с этой концепцией Тейяр считает, что при образовании Земли с самого начала в земной материи была замкнута «некоторая масса элементарного сознания» (точнее надо бы сказать — предсознания). И если возникновение жизни можно рассматривать как качественный скачок в процессе эволюции преджизни, то возникновение сознания есть качественный скачок в развитии предсознания. Как пред ставить себе этот скачок от предсознания, заключенного в преджизни, к сознанию, хотя бы самому элементарному? Поскольку рудиментарное сознание существует всегда, еще до появления жизни и сознания, то, следовательно, речь идет о скачке между двумя уровнями, двумя ступенями одной сущности.

В будущем, по мнению Тейяра де Шардена, в рамах «расширенной физики» внутренняя сторона вещей будет принята во внимание в той же мере, как и внешняя сторона мира. «Мне кажется, — пишет он, — иначе невозможно дать связное объяснение всего феномена космоса в целом, к чему должна стремиться наука»[219]. Но это дело будущего. Современная наука изучает внешнюю сторону универсума (к внутреннему она лишь робко подбирается). В частности, биология изучает внешнюю сторону жизни. Поэтому в дальнейшем, говоря о жизни, мы, но необходимости, будем иметь в виду (если не будет сделано специальных оговорок) именно внешнюю сторону жизни. Это ограничение надо принимать во внимание. Внешнее и внутреннее связаны между собой как форма и содержание. Следовательно, мы будем рассматривать мир форм. Рассмотрение естественно начать с земной жизни.

4.2.2. Земная жизнь.

Жизнь на Земле предстает перед нами как поразительное многообразие различных царств организмов, прежде всего растительных и животных, их популяций и видов[220], связанных между собою множеством тончайших связей, благодаря которым биосферу Земли можно рассматривать как единую сложную систему. Эта «живая пленка», покрывающая земной шар тонким слоем, приблизительно в тысячную долю его размеров, необычайно активна, она оказывает решающее влияние на формирование наружных слоев Земли. По оценкам В. И. Вернадского, верхние слои земной коры (глубиною в несколько километров) на 99% преобразованы земными организмами. А что касается атмосферы, то ее состав также в значительной мере определяется процессами жизнедеятельности. Если бы какие-то внеземные цивилизации исследовали нашу планету, они неизбежно должны были бы столкнуться с преобразующим фактором земной жизни. Общая масса «живого вещества» на Земле составляет 10¹² т, а с учетом ископаемого органического вещества (уголь, сланцы нефть, газ и др.), представляющего собой остатки ранее существовавших организмов, эту величину надо увеличить, по крайней мере, на несколько порядков, что составляет хотя и малую, но уже заметную долю полной массы Земли.

Характерной особенностью живого вещества на Земле является то, что оно состоит из отдельных организмов, каждый из которых представляет обособленную систему со своей собственной структурой, поддерживаемой в процессе метаболизма. В то же время все организмы на Земле так тесно переплетены между собой, что всю систему земной жизни можно рассматривать как единый «сверхорганизм». Земные организмы, в свою очередь, состоят из различных подсистем, связанных между собой энергетическими и информационными связями. Простейшей ячейкой живого вещества является клетка. Крупные организмы содержат многие триллионы клеток (так, в организме новорожденного человека содержится 2 • 10¹² клеток). Клетка — такая же элементарная крупинка жизни, как атом — элементарная крупинка неживой (неорганизованной) материи. Именно с клетки начинается жизнь. И хотя существование вирусов ставит определенную проблему в этом плане, все же именно образование клетки отмечает тот рубеж, тот качественный скачок, который отделяет живую систему от предживой. Что же представляет собой живая клетка?

Рис. 4.2.1. Строение живой клетки

Строение клетки показано на рис. 4.2.1. Клетка отделяется от внешней среды (в том числе от других клеток) с помощью тонкой оболочки — клеточной мембраны, толщиной не более 10^-6 см. Внутренняя среда клетки представляет собой водный раствор различных органических веществ, в сочетании с некоторыми минеральными солями. Эту внутреннюю среду клетки (внутриклеточный бульон) называют протоплазмой. В клетках всех организмов, за исключением некоторых простейших (прокариотов), в центре клетки расположено ядро, а окружающая его часть протоплазмы называется цитоплазмой. И ядро, и цитоплазма имеют сложное строение. В ядре расположены хромосомы, содержащие молекулы ДНК, в них заключена наследственная информация организма. В цитоплазме выделяются тонкие волокнистые структуры — митохондрии, в которых протекают химические реакции, обеспечивающие клетку энергией. Кроме того, там содержатся многие другие структуры, называемые органеллами или органоидами, выполняющие различные функции. Полностью структурная организация живой клетки еще не изучена, так как постоянно обнаруживаются все новые и новые компоненты, и, как отмечает Н. Хоровиц, конца этому не видно. Имея в виду сложную структуру клетки, Тейяр де Шарден характеризует ее как «триумф множества, органически собранного в минимуме пространства»[221]. Необходимость в такой сложной структуре станет понятной, если принять во внимание, что клетка представляет собой миниатюрную, но прекрасно отлаженную автоматически действующую химическую фабрику, в которой протекают разнообразнейшие биохимические реакции. И если внешняя красота природы, красота жизни вызывает восхищение, то и внутренняя гармония клетки поражает.

Вся физиология живых организмов: переработка и усвоение нищи, процессы дыхания, образование новых клеток и клеточных компонентов, сокращение мышц, передача нервных импульсов и множество других функций — все это связано с химическими превращениями, протекающими в живых клетках[222]. Земная жизнь основана на соединениях углерода. Здесь природа использовала уникальную способность атомов углерода образовывать длинные и устойчивые молекулярные цепи, из которых строятся молекулы сложных органических веществ. Именно такие сложные органические молекулы образуют живую клетку. Мир клетки — это мир гигантских молекул. Помимо углерода, в их состав входят водород, кислород и азот, а также в меньшем количестве фосфор (и сера).

По своим функциям и составу органические вещества живой клетки разделяются на четыре основных класса: белки, нуклеиновые кислоты, жиры (липиды) и углеводы (к последним относятся сахара, клетчатка и крахмал). Все они, в той или иной степени, участвуют в построении клеточных структур и, кроме того, выполняют разнообразные функции в процессах жизнедеятельности. Углеводы и жиры служат для организма «топливом», их молекулы являются источником энергии для протекающих в клетках биохимических реакций. Белки выполняют очень разнообразные функции. Прежде всего они являются катализаторами всех важнейших химических реакций, в том числе синтеза самих белков. Такие белки-катализаторы называются ферментами. В конечном итоге, они контролируют весь тот сложный комплекс процессов, который характеризует жизнедеятельность клетки и благодаря которому она постоянно воспроизводит себя как самосохраняющаяся, устойчивая система. Помимо этих функций, необходимых для существования самой клетки, у многоклеточных организмов в клетках вырабатываются белки, которые играют специфическую роль, принимая участие в жизнедеятельности других клеток данного организма. Так, например, гемоглобин, содержащийся в эритроцитах крови, переносит кислород от органов дыхания к клеткам тканей и участвует в переносе углекислого газа к органам дыхания. Белки-гормоны, вырабатываемые в клетках эндокринных желез, оказывая целенаправленное влияние на деятельность клеток других органов и тканей, тем самым, участвуют в регуляции всех жизненно важных процессов в организме. Иммуноглобулины, содержащиеся в плазме крови, обладают защитными свойствами и участвуют в создании иммунитета организма. Перечисленными примерами функции белков в организме не исчерпываются. Нуклеиновые кислоты хранят и передают генетическую информацию, в которой записана программа функционирования каждой клетки, они управляют процессом синтеза белков в клетке.

По своему строению молекулы живого вещества относятся к полимерам, они состоят из чередующихся групп атомов (мономеров), связанных между собой в длинные цепи. Мономеры являются, своего рода, строительными блоками этих молекул. К наиболее важным мономерам относятся: аминокислоты, нуклеотиды, сахара и жирные кислоты. Из аминокислот образуются белки, из нуклеотидов — нуклеиновые кислоты, из сахаров — углеводы, из жирных кислот — липиды.

Молекула белка состоит из одной или нескольких цепочек аминокислот — полипетидных нитей. В состав одной нити типичною белка входят сотни аминокислот. Каждый белок отличается от другого набором аминокислот и порядком их расположения в полипептидной цепи. В природе существует множество аминокислот, но только 20 из них (не считая редких исключений) участвуют в построении белков для всех живых организмов на Земле. Обычно в каждой белковой молекуле имеются все 20 аминокислот. Почему природа использовала только 20 аминокислот из множества возможных, остается неизвестным (может быть, для того, чтобы не усложнять генетический код?). Но и этих двадцати различных «кирпичиков» достаточно, чтобы построить великое множество различных белков. Даже для сравнительно простых молекул, содержащих, скажем, 100 аминокислот, можно построить 20¹⁰⁰ различных вариантов, т. е. 20¹⁰⁰ различных белков! Это невообразимо большое число, намного превышающее полное число атомов в наблюдаемой области Вселенной. Фактически, природа не использует все эти возможности: земные организмы синтезируют не более 100 тыс. типов белковых молекул, но и эта величина характеризует чрезвычайное многообразие белковых соединений, входящих в состав живых организмов.

Свойства белков определяются не только их составом, но и строением, структурой белковых молекул. Полипептидпые нити в белковых молекулах свернуты в сложные трехмерные структуры (конформации), напоминающие спутанный клубок ниток. Специфические свойства белка зависят от характера этой трехмерной структуры. Если разрушить ее, оставив сами аминокислотные цепочки неповрежденными, белок перестает функционировать. Однако такой денатурированный белок обладает способностью при определенных условиях восстанавливать свою трехмерную структуру. При этом и функции его вновь восстанавливаются. Трехмерная конфигурация белковой молекулы определяется последовательностью аминокислот в полипептидной цепи. А эта последовательность кодируется соответствующим геном (см. ниже). Синтез белков в клетках осуществляется с помощью нуклеиновых кислот ДНК и РНК. Чтобы понять, как это происходить, рассмотрим строение их молекул.

Рис. 4.2.2. Схема строения молекулы ДНК

На рис. 4.2.2. изображена схема молекулы ДНК. Молекула состоит из двух полинуклеотидных нитей, закрученных одна вокруг другой наподобии винтовой лестницы, образуя знаменитую двойную спираль молекулярной биологии. Нити построены из большого числа нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из сахара дезоксирибозы (Д), фосфатного остатка (Ф) и одного из четырех азотистых оснований: аденина (А), гуанина (Г), цитозина (Ц) и тимина (Т). Поскольку две первые составляющие (Д) и (Ф) у всех нуклеотидов одинаковы, они отличаются друг от друга только азотистыми основаниями. Остов каждой нити образуют чередующиеся блоки (Д) и (Ф). К молекулам сахара (Д) прикреплены азотистые основания, при этом каждое основание одной нити соединяется со строго определенным основанием другой нита, образуя мосты или перемычки между нитями. Аденин всегда соединяется с тимином (А—Т), а гуанин — с цитозином (Г—Ц). Последовательность расположения нуклеотидов в полинуклеотидной нити или, иными словами, последовательность азотистых оснований (например: ГГТАТТГТЦ...) составляет содержание генетической информации. Генетическая информация кодируется последовательностью нуклеотидов точно так же, как информация, содержащаяся в письменном тексте, кодируется последовательностью букв. Заметам, что последовательность нуклеотидов в одной цепи ДНК полностью определяет их последовательность в другой цепи, поскольку азотистое основание каждого типа одной цепи может соединяться только с вполне определенным основанием другой цепи.

Каким же образом последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК кодирует последовательность аминокислот в синтезируемых молекулах белка? Очевидно, каждый отдельный нуклеотид не может использоваться в качестве элемента кода, так как имеется всего 4 разных типа нуклеотидов, а число кодируемых аминокислот равно 20. Следовательно, должны использоваться комбинации нуклеотидов, отличающиеся типом и порядком расположения входящих в них азотистых оснований. Если в каждую кодовую группу включить по два нуклеотида, то число возможных комбинаций (из четырех нуклеотидов по два) будет равно 16; этого недостаточно для кодирования 20 аминокислот. При включении в кодовую группу трех нуклеотидов получим 64 различные комбинации: ААА, ААГ, ААТ, ААЦ, ... ЦЦЦ. Этого уже вполне достаточно и даже с избытком. Природа использовала именно этот простейший трехзначный код: каждая аминокислота кодируется сочетанием трех последовательно расположенных нуклеотидов, образующих кодон. Так, кодон ГГТ кодирует аминокислоту глицин, АТТ кодирует изолейцин, ГТЦ кодирует валин и т. д. Всего имеется 64 кодона, из них 61 кодон используется для кодирования аминокислот, а три кодона, так называемые «стоп-кодоны», определяют окончание синтеза полипептидной цепи. Поскольку число кодонов превышает число аминокислот, то для кодирования одной аминокислоты могут использоваться несколько кодонов (например, глицин кодируется четырьмя кодонами: ГГТ, ГГЦ, ГГА и ГГГ), но при этом каждый кодон всегда кодирует только одну строго определенную аминокислоту. Последовательность кодонов, которые кодируют полипептидную цепь какого-то белка, образует ген. Таким образом, каждый ген, представляющий собой определенный участок молекулы ДНК, соответствует определенной полипептидной цепи. Всего в хромосомах клетки содержатся сотни тысяч генов, при этом типичный ген содержит несколько сотен кодонов. Все живые организмы, все формы жизни на Земле — от простейшей бактерии до человека — используют один и тот же генетический код. Это говорит о единстве и общем происхождении всех форм земной жизни.

Молекула ДНК хранит программу синтеза всех белков, используемых живыми организмами, но сама она непосредственно не участвует в синтезе белка. Синтез осуществляется с помощью молекул рибонуклеиновой кислоты РНК. Молекулы РНК по своему строению очень похожи на молекулы ДНК, только в состав их вместо дизоксирибозы входит другой сахар — рибоза, а вместо тимина — другое азотистое основание: урацил. В синтезе белка участвуют три вида РНК: матричная (или информационная), транспортная и рибосомальная. На первом этапе синтеза белка в ядре клетки вблизи соответствующего участка ДНК строится молекула матричной РНК, последовательность нуклеотидов в которой точно соответствует копируемому участку ДНК (с заменой тимина на урацил). Таким образом, информация, содержащаяся в ДНК, переписывается на молекулу матричной РНК, этот процесс называется транскрипцией. Затем начинается второй этап — трансляция, в ходе которого последовательность нуклеотидов матричной РНК переводится в последовательность аминокислот в синтезируемом белке. Эта фаза протекает в рибосомах, являющихся теми «цехами» клеточной фабрики, где осуществляется сборка белковых молекул. Поступившая в рибосому матричная РНК входит во взаимодействие с рибосомальной РНК и с ее помощью может перемещаться относительно рибосомы, наподобие магнитной ленты в лентопротяжном механизме. Перемещение происходит дискретными шагами на величину одного кодона. В фиксированном положении около места сборки останавливается определенный кодон матричной РНК. Сюда прибывают транспортные РНК, каждая из которых несет на себе соответствующую аминокислоту. Та РНК, антикодон которой соответствует кодону матричной РНК, прикрепляется к нему, несомая ею аминокислота соединяется с концом строящейся полипептидной цепи, после чего транспортная РНК отщепляется от матричной и отправляется за новой аминокислотой. Матричная РНК перемещается на один шаг, и к месту сборки подходит другой кодон; к нему прикрепляется новая транспортная РНК вместе с несомой ею аминокислотой и т. д. Так в клетке реализуется очень тонкий процесс сборки белковых молекул по программе, записанной в ДНК.

Но это еще не все! Ведь в живой клетке синтезируется множество различных белков. Следовательно, полная программа должна содержать подпрограмму, определяющую порядок работы, когда те или иные гены активизируются в определенной последовательности. Особенно это относится к многоклеточным организмам, у которых в различных клетках вырабатываются разные белки и, следовательно, в разных клетках должны быть активированы разные гены. Активация тех или иных генов осуществляется с помощью особых ферментов. Именно ферменты помогают спирали ДНК раскрутиться и определяют, какая часть записанной в ней информации будет передана в РНК. Синтез молекул нуклеиновых кислот, как и синтез белковых молекул, зависит от активности множества ферментов, но сами эти ферменты синтезируются по программам, записанным в ДНК. Следовательно, нуклеиновые кислоты и белки образуют взаимосвязанную систему, определяющую функционирование живой клетки. Недаром земную жизнь называют белково-нуклеиновой.

Конечно, сами по себе белки и нуклеиновые кислоты еще не образуют живую систему. Для того чтобы клетка могла функционировать, чтобы могли протекать те множества реакций, которые характеризуют метаболизм клетки, процесс ее жизнедеятельности — необходимо иметь, помимо генетического аппарата, исходное сырье, растворитель и источник энергии. Исходное сырье доставляется в клетку в процессе питания. Растворителем служит вода, на долю которой приходится подавляющая часть вещества клетки (в теле человека 70% по массе). Поэтому земную жизнь называют также водно-углеродной. Источником энергии, как уже говорилось выше, являются углеводы.

Углеводы образуются в растительных клетках в процессе фотосинтеза. При этом в качестве сырья используются углекислый газ и вода, поступающие в клетку из окружающей среды. Под действием солнечного света из молекул углекислого газа и воды образуется молекула сахара гексозы и молекулы кислорода, которые выделяются в окружающую среду:

6СО₂ + 6Н₂О С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ .

Энергия солнечного света переходит в энергию химических связей образующейся молекулы углевода. Часть образующихся молекул гексозы используется в качестве исходного материала для биосинтеза других органических соединений в растениях, часть при соединении с кислородом (внутриклеточное дыхание) образует углекислый газ и воду:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ → 6СО₂ + 6Н₂О + энергия.

Продукты дыхания (углекислый газ и вода) выводятся из клетки, а освобождающаяся энергия, содержавшаяся в химических связях гексозы, используется в протекающих в клетке биохимических реакциях. Таким образом, возникающие в процессе фотосинтеза углеводы являются одновременно и исходным сырьем, и источником энергии для дальнейшего биосинтеза. Так как только часть образующихся углеводов расходуется при дыхании, то общее количество кислорода, выделяемое растениями в процессе фотосинтеза, превышает количество кислорода, поглощаемого ими при дыхании. Избыток кислорода используют для своего дыхания животные. В клетки животных организмов и в те клетки растений, которые не участвуют в фотосинтезе, углеводы поступают в процессе питания. Избыток энергии, освобождающейся в клетке, аккумулируется в молекулах липидов и расходуется организмом по мере необходимости.

Существенную роль в жизнедеятельности клетки играют клеточные мембраны. Они не только индивидуализируют клетку, отделяя ее от окружающей среды, не только разделяют внутриклеточные структуры, но благодаря избирательной проницаемости регулируют в клетке концентрацию солей, сахаров, аминокислот и других продуктов обмена.

Лишь в том случае, когда имеются все необходимые компоненты: исходное сырье, растворитель, источник энергии и управляющая система (генетический аппарат), локализованные во внутренней среде, — лишь в этом случае может начать функционировать живая система. При отсутствии одного из компонентов живая система не может быть реализована. Это хорошо иллюстрируется на примере вирусов. Вирусы состоят из нуклеиновых кислот, окруженных белковой оболочкой. Они не могут самостоятельно жить и размножаться вне клетки. Только внедрившись в клетку и используя ее компоненты, ее внутреннюю среду, имеющееся в ней сырье и источники энергии, вирус получает способность размножаться, копируя собственную структуру, т. е. обретает черты живой системы. В цепочке, ведущей от предживого к живому, вирусы представляют собой системы, непосредственно примыкающие к живому. Тейяр де Шарден классифицировал их как субживые. Но это еще не жизнь! Жизнь, как уже отмечалось выше, начинается с клетки. Именно клетка образует простейшую живую систему, способную функционировать самостоятельно, поддерживая свою внутреннюю структуру, расти, размножаться и эволюционировать.

Возникает вопрос: каким образом информация, управляющая жизнедеятельностью клетей, записывается в генах? При образовании новых клеток, в процессе клеточного деления, каждая молекула ДНК разделяется на две половины по всей своей длине. Затем каждая половина формирует себе другую половину из имеющихся в окружающей среде молекул нуклеотидов. При этом, в силу взаимных связей, присущих азотистым основаниям (А—Т), (Г—Ц), новые основания присоединяются к старым в той же последовательности, которая была у недостающей половины. Таким образом, каждая половина молекулы ДНК точно воспроизводит вторую половину, так что возникают две двойные спирали, полностью идентичные родительской молекуле. При делении клетки одна из двух образовавшихся спиралей переходит к одной дочерней клетке, а другая —-к другой. В результате дочерние клетки получают генетический аппарат ДНК от родительской клетки, а вместе с ним — программу сборки белковых молекул, позволяющую поддерживать жизнедеятельность вновь образующихся клеток.

При формировании нового организма из зародыша источником генетической информации является ДНК оплодотворенной яйцеклетки, т. е. в конечном итоге — гены родителей. Зафиксированная в них программа жизнедеятельности клеток копируется и в готовом виде передается по наследству следующему поколению. Это очень важно, ибо, если бы каждому организму приходилось заново строить для себя программу синтеза необходимых ему белков, т. е. выбирать, в какой последовательности надо соединять аминокислоты, чтобы получить нужные белки, — он не смог бы выжить. Итак, генетическая информация переходит от родителей к потомкам на протяжении многих поколений. Естественно спросить: где же первоисточник этой информации, каким образом исходно возник действующий в живой клетке механизм матричного копирования? Но это уже относится к проблеме происхождения жизни.

Итак, генетическая информация на клеточном уровне состоит из закодированной в ДНК комбинации программ, управляющих синтезом большого числа ферментов и других белковых молекул. Но когда мы рассматриваем организм в целом, содержание генетической информации этим не исчерпывается. Полная программа развития организма из зародыша должна содержать не только программу жизнедеятельности каждой клетки, какие бы функции в организме она не выполняла, но и программу дифференциации клеток, построения различных тканей и органов. Как происходит дифференциация, каким образом строится целый организм — это пока не совсем понятно. Не известно даже, как строится отдельная клетка, ведь одно дело сформировать механизм синтеза белков, а другое дело — сконструировать сложную и тонкую структуру клетки с ее многочисленными органеллами. Тем более это относится к многоклеточному организму. Ясно, что программа его построения генетически закодирована, об этом свидетельствует тот факт, что любые изменения в структуре ДНК сказываются на строении организма во всех последующих поколениях. Известно также, что при реализации этой программы важную роль играют ферменты, которые запускают, активизируют или останавливают те или иные процессы. Однако полностью механизм формирования организма, природа действующих здесь управляющих сигналов остаются неизвестными. Это предмет интенсивных биологических исследований. Расшифровав генетический код, наука проникла в одну из сокровенных тайн живой клетки, но до полного понимания феномена жизни пока еще далеко. Возможно, для этого придется обратиться к внутренней стороне жизни, связанной с более тонкими планами бытия материи.

Механизм воспроизведения, заложенный в ДНК, не только обеспечивает устойчивость организма, сохранение его структуры на протяжении многих поколений, но этот же механизм содержит в себе возможность изменения, развития и, тем самым, создает почву для эволюции видов. Как это происходит? Под влиянием внешних факторов, например жесткой радиации или различных химических соединений, могут происходить изменения в структуре ДНК. Такие изменения называются мутациями. Мутации приводят к изменению в последовательности расположения нуклеотидов вдоль цепи ДНК, а следовательно, к изменению последовательности аминокислот в синтезируемой полипептидной цепи, т. е. к синтезу измененного белка. При действующем механизме передачи наследственной информации с помощью ДНК эти изменения переходят к последующим поколениям организмов. Большинство мутаций либо вредны, либо бесполезны для организма, и в процессе естественного отбора они отсеиваются, так как продолжают развитие только те организмы, у которых мутации оказались полезными. Обычно полезные мутации проявляются не сразу. Мутантные организмы могут длительное время существовать в виде небольшого включения в популяцию. Но когда происходят резкие изменения внешних условий, неблагоприятные для всей популяции, проявляется преимущество мутантных организмов. Этот механизм хорошо иллюстрируется на примере распространения новых форм насекомых под влиянием широкого применения токсических веществ. Так, у некоторых насекомых возник мутантный фермент, разрушающий ДДТ. Очевидно, применение этого препарата приводит к вымиранию немутантных особей, в результате сохраняется и получает развитие мутантная форма, нечувствительная к ДДТ. То же самое относится к появлению бактерий, устойчивых по отношению к тем или иным антибиотикам.

Подчеркнем некоторые особенности земной жизни. Прежде всего несмотря на чрезвычайное многообразие форм жизни на макроскопическом уровне, — на молекулярном уровне выявляется их полное единство. Все живые организмы используют одни и те же 20 аминокислот (из тысячи возможных) для синтеза белковых молекул, у всех организмов этот процесс программируется с помощью молекул ДНК, состоящих из одних и тех же четырех видов нуклеотидов, при этом используется универсальный генетический код, устанавливающий соответствие между тройками оснований в молекуле ДНК и аминокислотами в синтезируемой полипептидной цепи. Все многообразие форм живых организмов определяется, в конечном итоге, последовательностью расположения азотистых оснований в молекуле ДНК.

Другой важной особенностью является пространственная асимметрия молекул живого вещества. Дело в том, что некоторые органические соединения, в том числе аминокислоты, могут существовать в двух формах, отличающихся одна от другой ориентацией отдельных группировок атомов в их молекулах: группировка атомов одной формы является зеркальным отображением соответствующей группировки другой формы. Эти формы получили название «левой» и «правой». Так, существуют «левые» и «правые» аминокислоты. По своим химическим свойствам они совершенно идентичны, но поскольку их невозможно совместить, то при синтезе белков они не могут заменял, друг друга. Если синтез происходит в лаборатории, то всегда в одинаковом количестве присутствуют как «левые», так и «правые» формы. Но белки, входящие в состав живых организмов, относятся только к «левой» форме. Как возникла подобная асимметрия живой субстанции на Земле — этот вопрос остается пока открытым. Но как бы так ни было, всеобщая «левая асимметрия» также свидетельствует о единстве всех форм земной жизни.

Основная функция живого организма (в отсутствие размножения) состоит в поддержании обмена веществ. Кроме того, в организме происходит энергетический обмен и обмен информацией между различными подсистемами. Можно сказать, что жизнь есть обмен. В процессе обмена вещество, из которого состоят живые организмы, постоянно обновляется. Одни атомы и молекулы заменяются другими, но структура живого организма, его организация, несмотря на эту замену, сохраняется. Именно структура (а не субстанция) организма оказывается наиболее устойчивой; в этом смысле именно она характеризует живой организм в целом, его сущность. Стоит задуматься над таким вопросом. Атомы, из которых состоит тело человека, не стареют и не болеют. Что же стареет в человеке, если атомы его обновляются полностью в течение семи лет? Если материя сама по себе не болеет и не стареет, значит, «расстраивается» структура организма — то, что заставляет все эти атомы работать согласованно. Структура оказывается важнее субстанции. Это обстоятельство необходимо учитывать при рассмотрении различных форм жизни в космосе.

Наконец, последнее. Основное направление естественных процессов в неживой природе состоит в том, что сложные, упорядоченные структуры постепенно разрушаются, беспорядок возрастает, системы стремятся перейти в наиболее вероятное состояние максимального беспорядка (хаоса). Жизнь, напротив, поддерживает и воспроизводит порядок, создает сложные упорядоченные структуры (строит полимеры из сравнительно простых молекул, постоянно воспроизводит структуру живой клетки и всего организма). Несмотря на то, что эти структуры представляют собой чрезвычайно маловероятное состояние вещества, жизнь на Земле на протяжении миллиардов лет сохраняет и воспроизводит эти структуры. Более того, в процессе эволюции жизни создаются все более сложные, более упорядоченные формы. Может быть, именно эта «антиэнтропийная» функция составляет главное существо жизни. Два процесса постоянно сосуществуют в природе: созидание и разрушение. Жизнь олицетворяет созидательную функцию Природы.

4.2.3. Происхождение жизни на Земле.

Чтобы судить о распространенности жизни в Космосе, важно уяснить, как возникла жизнь на Земле. Длительное время господствовали представления о непрерывном самопроизвольном возникновении живых организмов из неживой материи — теория самозарождения.

Исследование земных пород показывает, что чем дальше продвигаемся мы в глубь геологической истории, тем более простые организмы встречаются в земных породах. Древнейшие породы содержат лишь следы простейших микроорганизмов, а еще более древние породы не несут никаких следов жизни. Значит, жизнь на Земле появилась в какой-то момент ее истории. По всем данным это случилось вскоре после сформирования Земли как самостоятельного небесного тела, вероятно, в первые сотни миллионов лет. Как это произошло? Теория биологической эволюции позволяет представить, как из более простых организмов возникли более сложные, но она не дает ответа на вопрос о происхождении жизни. Существует два различных подхода, две точки зрения на эту проблему. Согласно одной из них, жизнь занесена на Землю из Космоса; согласно другой, она возникла в процессе химической эволюции на первобытной Земле.

Идея заселения Земли из Космоса возникла под впечатлением крушения теории самозарождения. Поскольку тщательными экспериментами было установлено, что мертвая материя, сама по себе, не может превратиться в живую[224], то это наводило на мысль, что жизнь никогда и нигде не возникает, она существует вечно, наподобие материи или энергии. «Зародыши жизни», блуждая в мировом пространстве, время от времени попадают на подходящую по условиям планету и там они дают начало биологической эволюции. Таких взглядов придерживались, в частности, крупнейшие естествоиспытатели XIX века Г. Гельмгольц и У. Томсон. «Жизнь порождается только жизнью и ничем, кроме жизни», — говорил У. Томсон[225]. Он считал, что во Вселенной существует множество населенных миров, которые время от времени разрушаются, а их обломки рассеиваются в пространстве. Поэтому существует бесчисленное множество метеоритов, несущих семена жизни. Попадая на подходящие планеты они становятся естественной причиной возникновения на них жизни. Отметим, что спустя почти 100 лет, в 60-х годах XX века, в связи с исследованием углистых хондритов среди специалистов разгорелась жаркая дискуссия по поводу обнаружения в них внеземных микроорганизмов.

В начале XX века представления об «опылении» планет из Космоса были развиты и тщательно разработаны известным шведским химиком Сванте Аррениусом (1859-1927). Он считал, что споры бактерий могут уноситься с поверхности обитаемой планеты под действием электростатических сил, а затем выталкиваться за пределы планетной системы силой светового давления. Блуждая в космическом пространстве, споры могут осесть на поверхность более массивных пылинок. Это дает им возможность при прохождении вблизи какой-то звезды преодолеть ее световое давление и проникнуть во внутренние области планетной системы, где пылинка со спорами может быть захвачена одной из планет. Таким образом, живая материя может переноситься через межзвездное пространство от звезды к звезде, от одной планетной системы к другой. Споры легко переносят холод космического пространства, им не страшен и господствующий там вакуум. Свою теорию Аррениус назвал панспермией. На основании этой теории он считал, что все живые существа во Вселенной должны быть химически родственны.

Теория панспермии опирается на представления о вечности жизни. Во времена Гельмгольца, Томсона и Аррениуса эти представления казались вполне естественными, ибо Вселенная в целом считалась вечной и неизменной. Отдельные миры в ней возникали и разрушались, но сама Вселенная вечно оставалась такой, как она есть, и в ней вечно (на тех или иных мирах) могла существовать жизнь. Однако исходя из современных представлений об эволюции горячей Вселенной и ее возникновении из сингулярного состояния, жизнь (по крайней мере, в ее молекулярной форме) не могла существовать в ранней Вселенной, когда не было ни атомов, ни молекул. Следовательно, если даже теория панспермии может объяснить происхождение жизни на той или иной планете (например, на Земле), она оставляет открытым вопрос о том, как же первоначально возникла жизнь во Вселенной — на каких-то первомирах, откуда она начала потом свое распространение. Ниже мы еще вернемся к этому вопросу.

Другая трудность, с которой сталкивается теория панспермии, связана с неблагоприятными факторами космического пространства: ультрафиолет (УФ), жесткая (рентгеновская) радиация и космические лучи. Во времена Аррениуса эти факторы были плохо известны или неизвестны вовсе. Современные данные показывают, что незащищенные споры вряд ли выдержат путешествие через межзвездное пространство, хотя их приспособительные способности полностью не изучены (например, на Земле были обнаружены бактерии, выдерживающие дозу радиации в миллион рентген). Наиболее опасно, по крайней мере для земных микроорганизмов, ультрафиолетовое излучение. Дж. Гринберг и П. Вебер провели эксперименты, в которых они подвергали споры Bacillus subtilis УФ-облучению в вакууме при температуре подложки 10 К. На основе этих экспериментов было найдено, что в условиях межзвездной среды 90 % незащищенных спор должно погибнуть в течение 150 лет. Отметим, что этого времени вполне достаточно, чтобы оставшиеся 10 % могли покинуть планетную систему. Кроме того, УФ-излучение легко экранируется, поэтому микроорганизмы могут сохраняться даже на поверхности очень малых частиц космической пыли. Защита спор оболочкой из межзвездных пылинок, как считают Гринберг и Вебер, значительно повышают их шансы на выживание, особенно на наиболее опасном участке подлета к звезде. Но соединение споры с частицами космической пыли (оседание на эти частицы), согласно Аррениусу, как раз и является необходимым условием для преодоления светового давления и проникновения на поверхность «опыляемой» планеты. Поэтому возможность переноса микроорганизмов с помощью метеорных частиц не следует сбрасывать со счета. Выть может, какую-то роль в этом процессе могут сыграть также метеоры и кометные ядра, блуждающие в межзвездном пространстве. Во внутренних частях этих достаточно массивных тел живые организмы надежно защищены и от ионизирующей радиации, и от УФ-излучения. Основная проблема, по мнению академика А. А. Имшенецкого, состоит в возможности очень длительного сохранения клеток в состоянии глубокого анабиоза. Некоторые косвенные соображения, полагает он, такие как «старение белка», отсутствие абсолютно герметичных оболочек клеток и др., делают подобный анабиоз маловероятным. Этот вопрос остается пока открытым.

Существуют, однако, данные, указывающие на то, что жизнь не была занесена на Землю из Космоса. Дело в том, что, помимо основных элементов, таких как водород, углерод, азот, фосфор, сера и др., в состав земных организмов входят в совершенно ничтожном количестве так называемые «следовые» элементы: молибден, марганец, кремний, фтор, медь, цинк и др. Так вот, концентрация этих следовых элементов в бактериях, грибах, растениях и сухопутных животных тесно коррелирует с их концентрацией в морской воде. По мнению Д. Голдсмита и Т. Оуэна, это указывает на то, что жизнь на нашей планете возникла в земных морях, а не была занесена из Космоса, где относительное содержание следовых элементов могло быть совершенно иным.

Критикуя теорию панспермии, Тейяр де Шарден писал: «Зачем искать какие-то непонятные оплодотворяющие начала для нашей планеты в космическом пространстве? Сама молодая Земля по своему первоначальному химическому составу в целом и есть тот чрезвычайно сложный зародыш, который нам нужен. Если можно так выразиться, Земля несла в себе преджизнь врожденно...»[226]. Каким же образом из этого зародыша развилась жизнь, как возникла она из неживой (предживой) материи? Имея в виду химический состав земной жизни, этот вопрос можно свести к следующему: каким образом на Земле возникли сложные органические молекулы и как они смогли сформироваться в живые системы? Изучением этой проблемы и занимается теория химической эволюции.

Прежде всего возникает вопрос: почему живые организмы не образуются из неживой материи в настоящее время? Один из самых простых доводов состоит в том, что уже развившаяся на Земле жизнь не дает возможность новому зарождению жизни, так как микроорганизмы и вирусы, по образному выражению И. С. Шкловского, «буквально съедят первые ростки новой жизни». Фактически, до этого дело не доходит, так как условия на современной Земле исключают возникновение на ней жизни. На это обратил внимание А. И. Опарин (1894-1980) еще в 1924 г.; он указал, что синтезу органических веществ препятствует свободный кислород, имеющийся в избытке в земной атмосфере, поскольку он активно вступает в реакцию с углеродными соединениями, окисляя их до углекислого газа. Последующие лабораторные эксперименты подтвердили, что в богатой кислородом среде не могут спонтанно возникать химические соединения, входящие в состав живых организмов. Каковы же были условия на первобытной Земле и в какой мере они способствовали происхождению жизни? В этом вопросе нет полной ясности. Существует несколько различных моделей первобытной атмосферы Земли.

Одна из первых моделей была разработана в 1950-х годах известным американским геохимиком и планетологом Гарольдом Юри (1893-1981). Исходя из общей картины формирования Солнечной системы, он полагал, что состав первичной атмосферы Земли должен соответствовать составу того протопланетного облака, из которого образовалась Солнечная система. Поскольку самым обильным элементом в протопланетном облаке был водород, то атмосфера Земли должна была состоять в основном из простейших соединений водорода с другими наиболее обильными элементами: молекулярного водорода Н₂ , водяного пара Н₂О, метана СН₄ и аммиака NН₃ . Такой состав имеют нынешние атмосферы планет-гигантов. На Земле свободный водород в дальнейшем улетучился в межпланетное пространство, однако в первичной атмосфере он присутствовал в большом количестве. Такую атмосферу, содержащую большое количество водорода, называют восстановительной. Представление о восстановительном характере первобытной атмосферы получило широкое признание. Еще раньше Опарин высказал предположение, что химические реакции в восстановительной атмосфере должны были привести к образованию сложных органических соединений, на основе которых возникли первые живые существа.

Чтобы проверить это предположение, Г. Юри и его аспирант С. Миллер поставили свой знаменитый опыт, который положил начало экспериментальному исследованию процесса происхождения жизни. В колбе воды над столом они поместили смесь газов, соответствующую составу первичной атмосферы: Н₂ , Н₂О, СН₄ , NН₃; через эту смесь пропускался электрический разряд, который служил источником энергии. Через несколько дней в колбе с водой были найдены органические вещества. Химический анализ смеси дал волнующий результат — среди продуктов реакции оказались биологически важные соединения, в том числе четыре аминокислоты, входящие в состав белков: глицин, аланин, аспаргиновая и глутаминовая кислота. В дальнейшем аналогичные эксперименты были проведены многими другими исследователями. Использовались различные источники энергии: УФ-излучение, ударные волны, радиоактивный распад. Во всех случаях возникали биологически активные соединения, включая аминокислоты. При использовании в качестве источника энергии УФ-излучения наибольший выход аминокислот был получен, когда в смесь, предложенную Юри, добавляли сероводород (Н₂5). В этих экспериментах были получены также простейшие жирные кислоты: уксусная, муравьиная и пропионовая. Важнейшими промежуточными продуктами синтеза являются цианистый водород (НСN) и формальдегид (НСНО). В серии последующих реакций цианистый водород образует азотистые основания, а формальдегид — сахара. Таким путем были синтезированы четыре основания РНК (аденин, гуанин, цитозин, урацил) и различные сахара, включая рибозу, которая входит в состав РНК; однако до сих пор не удалось синтезировать тимин, входящий в состав молекулы ДНК вместо урацила.

Эти успехи в какой-то мере были поколеблены, когда появились новые данные о составе первичной атмосферы. Основанием для пересмотра модели Юри послужило исследование распространенности инертных газов: неона, аргона, криптона и ксенона. Оказалось, что относительное обилие этих газов (по отношению к другим элементам) на Земле в миллионы раз меньше, чем на Солнце. Поскольку они не вступают ни в какие соединения и достаточно тяжелы для того, чтобы улетучиться из земной атмосферы (криптон и ксенон, например, тяжелее железа), то их обилие на Земле сейчас должно соответствовать их обилию в протопланетном облаке — если бы первичная атмосфера Земли сформировалась из него. Но так как этого нет, так как обилие благородных газов намного меньше, то ясно, что земная атмосфера не могла быть «захвачена», не могла образоваться непосредственно из протопланетного облака.

Одна из альтернативных моделей исходит из того, что первичная атмосфера образовалась из твердого вещества, богатого летучими элементами (водород, кислород, углерод, азот), которые присутствовали в нем в связанном виде, в составе молекул, содержащих эти элементы. По своему составу такое вещество напоминает вещество некоторых метеоритов и комет, еще сегодня существующих в Солнечной системе. При формировании Земли, на заключительной стадии ее образования, частицы вещества, богатого летучими элементами, сталкиваясь с Землей и нагреваясь при соударении, теряли летучие элементы. Так могла образоваться слабо восстановительная атмосфера, содержащая водяной пар (Н₂О), азот (N₂), окись углерода (СО) и углекислый газ (СО₂), а также небольшое количество водорода Н₂ . Геологические данные свидетельствуют в пользу такой слабо восстановительной первичной атмосферы.

Наконец, еще одна модель исходит из того, что Земля сформировалась, вообще, без всякой атмосферы только из твердых материалов. Атмосфера возникла позднее, вследствие дегазации, т. е. выделения газов из земной коры, разогретой за счет распада коротко живущих радиоактивных изотопов. Этот процесс должен был привести к формированию такого же состава атмосферы, как и в предыдущей модели: Н₂О, N₂ , СО, СО₂ . Что касается водорода, то земное тяготение не в силах удержать его и он со временем улетучивается из атмосферы.

Новые модели первичной атмосферы не закрывают путь к синтезу органических соединений. Эксперименты показали, что и в слабо восстановительной атмосфере, содержащей мало свободного водорода, также могут возникать сложные органические молекулы. В некоторых экспериментах водород, вообще, не включали в смесь газов. В одном из таких экспериментов было получено 12 аминокислот (из тех 20-ти, что входят в состав белковых молекул). Таким образом, многочисленные эксперименты но абиогенному синтезу продемонстрировали возможность образования основных классов биологически важных соединений — мономеров, которые служат строи тельными блоками для построения более сложных молекул (полимеров). При этом, как выяснилось, совершенно не обязательно, чтобы процесс проходил в чрезвычайно богатой водородом (сильно восстановительной) среде, которая соответствует опытам Миллера-Юри. Достаточна и слабо восстановительная атмосфера, лишь бы она не была окислительной. То есть наиболее сущест венное требование состоит в отсутствие свободного кислорода в атмосфере. В богатой кислородом атмосфере не могут самопроизвольно синтезироваться органические соединения, входящие в состав живых организмов. Впрочем, существуют, по крайней мере, два источника органических соединений, которые не зависят от состава атмосферы.

Один из них был указан советским биофизиком Л. М. Мухиным — это подводные вулканы. Они поставляют одновременно и исходное сырье, и энергию, необходимую для синтеза органических соединений. В зоне действия подводного вулкана выделяется большое количество таких газов, как: СО, СН₄ , NН₃ , СО₂ , Н₂О, Н₂ , Н₂5 и др. Реакции, происходящие между ними в условиях высоких температур и давлений, приводят к образованию цианистого водорода и формальдегида, которые являются предшественниками биологически важных органических веществ (мономеров). Образующиеся в процессе извержения твердые частицы могут выступать в роли катализаторов, а в дальнейшем они способствуют полимеризации образующихся органических соединений (см. ниже). Действующий в районе подводных вулканов механизм образования сложных соединений не зависит от состава атмосферы.

Еще один не зависящий от атмосферы источник возвращает нас в Космос — это кометы и метеоры. В составе комет имеются простейшие углеродные соединения, такие как СН, СN, СО, СО₂ , а также вода, аммиак, цианистый водород, т. е. как раз те вещества, которые являются исходными для синтеза более сложных органических соединений. При столкновении кометных ядер с первобытной Землей эти вещества могли поступать в атмосферу и на поверхность, обогащая их первичными органическими соединениями. Не исключено, что в составе комет есть и более сложные соединения, включая аминокислоты. В. Г. Фесенков рассматривал столкновения Земли с кометами, как один из важнейших источников поступления органических соединений. К сожалению, его работы в то время (1950-1960-е годы) не привлекли должного внимания. Но спустя несколько десятилетий этот механизм стал активно изучаться многими исследователями. По оценкам Дж. Гринберга и В. Схутте (1984 г.), ядро массивной кометы, столкнувшись с Землей, может внести на ее поверхность такое количество органической материи, которое по порядку величины сравнимо со всей нынешней земной биомассой. Это могло бы (отмечают они) вызвать вспышку химической активности и послужить толчком к зарождению жизни.

Среди метеоритов наибольший интерес, применительно к обсуждаемой проблеме, представляют так называемые углистые хондриты. Это класс каменных метеоритов, отличающихся повышенным содержанием углерода. Еще в первой половине XIX века в составе углистых хондритов были обнаружены органические вещества. Природа их длительное время оставалась неизвестной, так как всегда очень трудно отделить органические соединения, входящие в состав самого метеорита, от «загрязнений», приобретенных при его полете в атмосфере, ударе о поверхность и, наконец, при сборе образцов метеорита. Поэтому сообщениям об обнаружении органических соединений в метеоритах обычно не придавалось большого значения. Интерес к этой проблеме возрос после того, как в 1960 г. Мелвин Кальвин и Сьюзен Вон доложили об обнаружении в метеорите Мюррей (упавшем в 1950 г. в штате Кентукки, США) довольно сложных органических соединений — высокомолекулярных парафиновых углеводородов, похожих по составу на нефть, а также вещества, напоминающего цитозин. Эта работа вызвала очень жаркую дискуссию. В 1961 г. другая группа американских ученых исследовала метеорит Оргейль (упавший во Франции в 1868 г.), в котором ранее было обнаружено вещество, похожее на углеводороды. Они подтвердили этот результат и показали, что некоторые углеводороды содержат цепочки из 29 атомов. Несмотря на то, что сами исследователи исключали возможность «загрязнения» земными образцами, вопрос оставался открытым.

Проблему удалось решить лишь после того, как в 1970-х годах был исследован с применением более совершенных аналитических методов метеорит Мерчисон, упавший в Австралии в 1969 г. В составе этого метеорита было обнаружено 16 аминокислот; из них только 5 относятся к числу тех, из которых конструируются белковые молекулы, а остальные 11 относятся к тем аминокислотам, которые не входят в состав живых организмов на Земле. Впоследствии число обнаруженных аминокислот было доведено до 50 и оказалось, что только 8 из них входят в состав белковых молекул. Далее, как показал анализ, в метеорите Мерчисон в одинаковом количестве встречаются и левые, и правые молекулы. Все это указывает на небиологическое (а значит, внеземное) происхождение аминокислот в метеорите Мерчисон. В нем были найдены также азотистые основания: аденин, гуанин, урацил и другие углеродные соединения. Исследование изотопного состава показало, что отношение изотопов углерода ¹²С и ¹³С отличается от их отношения в земных организмах, что также свидетельствует о внеземном происхождении углеродных соединений в этом метеорите. Впоследствии аминокислоты были обнаружены также в метеорите Мюррей. Кроме того, в углистых хондритах были найдены жирные кислоты и другие биологически важные молекулы.

Таким образом, дискуссия об органических соединениях в метеоритах (очень острая в первые годы становления проблемы SETI) завершилась признанием их абиогенного, внеземного происхождения. Однако к моменту, когда это было установлено, острота проблемы уже спала. Это связано с обнаружением методами радиоастрономии органических молекул в межзвездных газопылевых облаках (см. п. 2.1.4); среди них: аммиак, цианистый водород, формальдегид, ацетальдегид, цианоацетилен и вода, т. е. те молекулы, которые в лабораторных опытах по моделированию химической эволюции рассматриваются как предшественники аминокислот, нуклеотидов и углеводов. Эти открытия, в сочетании с обнаружением органических веществ в кометах и метеоритах, свидетельствуют о том, что повсюду во Вселенной (по крайней мере, в нашей Галактике) в широких масштабах происходит синтез биологически важных соединений, в том числе основных мономеров генетической системы. Как подчеркивает Н. Хоровиц, этот процесс представляет собой явление космического масштаба. Поэтому не исключено, что органические соединения (по крайней мере, часть из них), которые легли в основу первых живых организмов, имели внеземное происхождение. Вещество метеоритов и комет, падавших на первобытную Землю, могло послужить источником органических молекул и, тем самым, ускорить процесс химической эволюции на Земле. Так или иначе, но образование основных строительных блоков биохимии, в свете современных данных, не представляет собой серьезную проблему. Но это лишь первый шаг на нуги к жизни. Следующий шаг должен состоять в полимеризации — образовании полимеров, молекулы которых входят в состав живой клетки.

Этот процесс, по-видимому, протекал в первобытном океане, который представлял собой довольно насыщенный раствор органических соединений (первичный бульон), а также в более мелких водоемах. Но как это происходило? При синтезе полимеров на каждом этапе к растущей цепи присоединяется очередной мономер. При этом потребляется определенная энергия и выделяется молекула воды. В живой клетке специально вырабатываются богатые энергией молекулы, и, кроме того, весь процесс протекает под контролем соответствующих белков-ферментов, которые не только ускоряют реакции, но и устраняют ненужные молекулы В «первичном бульоне» отсутствовали ферменты, под действием которых могли синтезироваться нуклеиновые кислоты, и отсутствовали эти кислоты, которые управляют синтезом белков-ферментов. При этом необходимые для синтеза молекулы составляли только часть (и вероятно, не очень значительную) общего количества растворенных органических соединений. Как при этих условиях могли образоваться первые полимеры — остается не ясным.

Как ни странно, важную роль в этом процессе могла сыграть обыкновенная глина, имеющаяся у берегов и на дне водоемов. Частицы глины обладают высокой абсорбционной способностью, что позволяет, с одной стороны, увеличивать концентрацию оседающих на них органических соединений, а с другой, — удалять лишние молекулы, в том числе образующиеся при полимеризации молекулы воды. Кроме того, структура атомных решеток в глинистых минералах могла бы послужить в качестве матриц для упорядочения органических молекул. Действительно, эксперименты показали, что некоторые глинистые минералы способствуют полимеризации, помогая выстраивать в цепочки отдельные мономеры. И все же образование полимеров в первобытных водоемах остается пока одной из величайших загадок.

Следующая проблема — образование внутренней среды живой клетки. Если в растворе каким-то образом сформировались органические полимеры, то при достаточно высокой концентрации они, как показывают исследования, будут объединяться в крупные молекулярные агрегаты, насчитывающие сотни тысяч молекул. Такие агрегаты выделяются из раствора в виде коацерватных капель. При наличии подходящих молекул коацерватные капли окружаются мембраной. В результате образования коацерватных капель в первобытном океане в них могли сконцентрироваться почти все присутствующие в океане белковые молекулы и другие полимеры, а в окружающей среде остаться только сравнительно простые низкомолекулярные соединения. По мнению академика А. И. Опарина, коацерватные капли могли послужить прообразом живой клетки. Внутри таких капель протекают простые химические реакции. При этом они обладают способностью улавливать и впитывать необходимые вещества из окружающего их низкомолекулярного раствора. В этой способности Опарин видит зачатки обмена веществ, характерного для живой клетки. Возможно, образование коацерватных капель, действительно, сыграло определенную роль на пути формирования жизни, и все-таки коацерватная капля — это еще не клетка с ее очень тонкой структурой и организацией. Чтобы из коацерватной капли сформировать клетку, в нее, образно говоря, надо вдохнуть душу. Прежде всего надо создать и поместить внутри клетки прекрасно отлаженный механизм наследственности. Каким образом появился этот механизм — остается совершенно неясным. Если бы даже каким-то чудом в первобытном океане возникла настоящая молекула ДНК, вполне подобная современной, она была бы совершенно беспомощна; ведь, как мы уже не раз отмечали, молекула ДНК функционирует лишь при наличии белков-ферментов. Мы уже не говорим о необходимости иметь в дополнение к ДНК несколько видов РНК и такие клеточные структуры, как рибосомы. Возникновение механизма наследственности, по-видимому, является центральной проблемой происхождения жизни на Земле.

И. С. Шкловский выделяет в этом процессе следующие этапы:

1) эволюция малых молекул (образование мономеров);

2) образование полимеров;

3) возникновение каталитических функций;

4) самосборка молекулы;

5) возникновение мембран и доклеточная организация;

6) возникновение механизма наследственности;

7) возникновение живой клетки.

В настоящее время мы достаточно ясно представляем себе только первый этап и в какой-то мере приблизились к пониманию второго. Все остальное остается совершенно неясным. Несмотря на казалось бы большие успехи, наука все еще очень далека от понимания процесса происхождения жизни. Складывается впечатление, что чем больше мы узнаем о тайнах живой клетки, тем меньше понимаем, как могло возникнуть это чудо природы. Крупнейший российский ученый академик В. И. Вернадский подчеркивал, что отсутствие перехода от неживого вещества к живому — это не гипотеза и не теоретическое построение, а обобщение, основанное на эмпирических данных. Он считал, что жизнь во Вселенной существует вечно и привнесена на Землю из Космоса.

В последнее время под влиянием отмеченных трудностей интерес к панспермии возрождается вновь. При этом, наряду с анализом классического варианта теории, предложенного Аррениусом, была выдвинута идея о направленной панспермии, согласно которой жизнь занесена на Землю из Космоса, но не случайно, а в результате сознательной деятельности высокоразвитых внеземных цивилизаций. Наиболее полно эта идея была обоснована Ф. Криком и Л. Оргелом в 1973 г., хотя и раньше подобные мысли высказывались другими учеными, например, Дж. Холдейном, а еще раньше К. Э. Циолковским[227]. В отличие от своих предшественников, которые исходили из общих умозрительных соображений, Крик и Оргел пытались обосновать гипотезу панспермии с биологических позиций. Одним из важнейших аргументов в пользу направленной панспермии они считают универсальность генетического кода Ведь в условиях спонтанного возникновения жизни путем химической эволюции множества молекул можно ожидать образования организмов с различными системами генетического кода. Между тем, известно (мы уже упоминали об этом), что все живые организмы на Земле — от бактерий до человека — используют один и тот же универсальный генетический код.

Выше отмечалось, что данные о концентрации следовых элементов в живых организмах как будто указывают на то, что жизнь возникла на самой Земле (хотя мы и не знаем, как это произошло). Возможно, направленная панспермия, если она действительно имеет место, осуществляется на уровне преджизни, т. е. переносится лишь управляющая программа, а для построения «тела» клетки используются те элементы, которые имеются в окружающей среде. Это могло бы объяснить корреляцию содержания следовых элементов в живых организмах и в морской воде.

Более важным для теории панспермии является вопрос: как возникла жизнь в тех мирах, откуда она начала свои распространение? Как первоначально возникла жизнь во Вселенной? Это вновь возвращает пас к проблеме вечности жизни. Несомненно, жизнь, в той или иной конкретной форме, возникает на определенном этапе эволюции Вселенной и существует в течение определенного ограниченного времени. Но формы жизни могут сменять друг друга, эволюционируя вместе с развитием Вселенной в бесконечных циклах ее расширения и сжатия. Когда очередная вселенная возникает из вакуумной пены, в ее зародыше, возможно, уже содержится программа ее дальнейшего развития, включая и образование жизни. В течение какого-то времени она существует в потенциальном виде, на уровне преджизни, а затем (подобно зерну, попавшему в благоприятную почву и завершившему подготовительный период) «прорастает» к активной форме. Как это происходит, как совершается переход от преджизни к жизни — мы пока, к сожалению, не знаем.

4.2.4. Химия и физика чужой жизни.

До сих пор речь шла о жизни на Земле. Теперь, опираясь на данные о земной жизни, мы должны обсудить вопрос о возможных формах жизни в Космосе. Этот вопрос имеет две стороны: физические основы и химические формы жизни. Жизнь на Земле построена на молекулярной основе. Можно думать, что жизнь за ее пределами, по крайней мере определенный тип внеземной жизни, также имеет молекулярную природу. Остановимся прежде всего на молекулярной жизни. Химический состав и строение молекул, лежащих в основании чужой жизни, вообще говоря, может отличаться от земных. Следовательно, можно говорить о различных формах молекулярной жизни, о различной химии жизни.

Живые существа на Земле на 95 % состоят из водорода, кислорода, углерода и азота. Но это (не считая гелия) как раз самые распространенные элементы во Вселенной[228]. Поэтому весьма вероятно, что они входят также и в состав внеземных организмов. Если это так, то внеземная жизнь, как и жизнь на Земле, будет основана на углеродных соединениях. Именно углерод в этом случае составит основу (каркас) внеземной жизни. В пользу такого заключения говорит и обилие органических соединений в межзвездной среде, в том числе достаточно сложных соединений. Вряд ли это обстоятельство является случайным, и готовые биохимические блоки не находят себе дальнейшего применения. Можно думать, что в определенных условиях, на определенном этапе, действительно, возникает жизнь, основанная на углеродных соединениях. Но это, конечно, не означает, что живая материя всюду состоит точно из таких же молекул, как на Земле. Прежде всего для построения внеземных белков могут использоваться другие аминокислоты, отличные от тех 20-и аминокислот, которые входят в состав земных организмов. Генетические системы внеземной жизни также не обязательно должны быть химически идентичны нашим. Возможно, что в состав внеземных организмов не входят известные нам белки, ДНК и РНК. Но в таком случае там должны быть молекулы, выполняющие аналогичные функции.

Следующий вопрос связан с природой растворителя. Земная жизнь в качестве растворителя использует воду. Это сразу определяет температурный диапазон земной жизни: от 0 до 100 °С. Возможны ли другие типы растворителя? Надо сказать, что вода — это уникальное вещество, обладающее очень ценными свойствами. Прежде всего она прекрасно растворяет разнообразные органические соединения. Далее, вода обладает высокой теплоемкостью и высокой теплотой парообразования. Это позволяет, с одной стороны, сглаживать резкие изменения внешней температуры окружающей среды, а с другой, — регулировать внутреннюю температуру организма путем отвода тепла, выделяемого внутри клетки, за счет испарения небольшого количества воды. Имеет значение и высокое поверхностное натяжение воды: в живой клетке оно способствует концентрации твердых веществ вблизи мембраны. Этим уникальные свойства воды не исчерпываются. Тем не менее она не является единственно возможным растворителем.

Хорошо растворяет органические вещества также аммиак, который и по другим свойствам приближается к воде. По составу органические соединения, растворимые в аммиаке, отличаются от привычных нам «водноуглеродных». Чтобы установить соответствие между ними, надо заменить в обычных органических соединениях кислород на аминовую группу NН, а гидроксильную группу ОН заменить на амин NН₂ . Так, этиловому спирту С₂Н₅ОН будет соответствовать соединение С₂Н₅NН₂ . Таким способом можно построить аналоги обычных аминокислот и аналоги состоящих из них белковых соединений. Так же могут быть построены аналоги ДНК и РНК с их кодом наследственности. Если такие аммиачные организмы существуют, то процессы метаболизма в них отличаются от метаболизма земной жизни. Земные организмы пьют воду и дышат кислородом, а «аммиачные» организмы пьют аммиак и дышат азотом. При нормальном давлении аммиак сохраняется в жидком состоянии в интервале температур от —70 °С до —33 °С. Следовательно, аммиачная жизнь может существовать только при очень низкой температуре. В Солнечной системе подобные условия могут иметь место в атмосферах планет-гигантов, где имеется и достаточное количество аммиака. В настоящее время нет никаких данных о существовании аммиачной жизни, но принципиально такая возможность существует.

Кроме аммиака и воды в качестве возможных растворителей рассматривались метиловый спирт, фтористоводородная кислота (НF) и цианистый водород. Считается, что использование их в качестве растворителя маловероятно, но полностью исключить такую возможность мы не можем. Отметим, что метиловый спирт сохраняется в жидкой фазе при весьма широком диапазоне температур — от —94 °С до + 65 °С, что соответственно расширяет возможности «метилово-углеродной» жизни.

До сих пор речь шла о различных формах углеродной жизни. Но нельзя ли еще больше расширить ее возможности (и диапазон условий существования) за счет перехода к неуглеродным формам? Конечно, использование углерода в качестве основного элемента жизненно важных молекул является не случайным. Выше мы уже говорили о тех свойствах углерода, которые используются при построении биохимических соединений. Благодаря своим химическим свойствам (наличию сильных ковалентных связей) углерод способен образовывать длинные молекулярные цепи, создавая практически неисчислимое множество сложных и вместе с тем стабильных молекул. Более того, поскольку ковалентные связи имеют пространственную ориентацию, углеродные цепи формируются в гигантские трехмерные структуры, которые характерны для активной фазы жизненно важных молекул. Атомы углерода образуют «несущий каркас» (скелет) этих пространственных конструкций. Существуют ли другие элементы с подобными свойствами?

Ближайшим к углероду четырехвалентным элементом является кремний. В периодической системе элементов Менделеева он расположен в одной группе с углеродом, непосредственно под ним. Обилие кремния во Вселенной меньше, чем углерода, но все же он достаточно распространенный элемент; на Земле, например, его много больше, чем углерода. Можно ли на основе кремния построить длинные молекулярные цепи? Связь между атомами кремния приблизительно вдвое слабее, чем между атомами углерода. Но главное не в этом; главное в том, что связь кремний-кремний много слабее связи кремний-кислород и кремний-водород. Поэтому длинные цепочки, основанные на структуре —Si—Si—Si—Si—, создать сложно. Но эта трудность не является непреодолимой. Оказалось, что можно создать кремниевые полимеры на основе кремний-кислородных связей, т. е. на основе цепочки: —Si—O—Si—O—, где атомы кремния чередуются с атомами кислорода. Такие полимеры (силоксаны) стабильны и могли бы послужить основой «кремний-органической» жизни.

В условиях относительно низких температур, которые господствуют на поверхностях планет, кремний-органическая жизни не может возникнуть. Этому препятствует чрезвычайно сильное сродство кремния к кислороду. При температуре меньше 1000 К даже в очень богатой водородом восстановительной атмосфере кремний вместо того, чтобы соединиться с водородом и образовать силан SiH₄ (аналогичный метану в химии углеродных соединений), соединяется с кислородом, присутствующим пусть в самом ничтожном количестве, и образует двуокись кремния SiO₂ . Однако при высокой температуре, больше 1 000 К, простейшие кремний-органические соединения, такие как силан, все же образуются. Наряду с другими кремний-водородными соединениями они могут стать исходным материалом для образования более сложных кремний-органических молекул. Следовательно, жизнь на основе кремния может возникнуть только в условиях высоких температур, которые имеют место в атмосферах звезд или в недрах планет. В связи с этим невольно возникает вопрос: может быть, не так уж не правы были те ученые, которые допускали возможность существования жизни на Солнце? Конечно, с нашей обычной точки зрения, это совершенно экзотические формы жизни.

Большинство специалистов все же скептически относятся к возможности существования жизни на кремниевой основе, полагая, что жизнь может быть построена только на основе углеродных соединений. Выступая на советско-американской конференции CETI в 1971 г., К. Саган назвал эту точку зрения «углеродным шовинизмом».

По его мнению, основанием для такой точки зрения является лишь то обстоятельство, что ее приверженцы сами состоят из углерода. Саган призвал к свободному от антропофорфизма непредубежденному обсуждению проблемы. Надо признать, что психологически это довольно трудно, ибо мы склонны абсолютизировать известные нам вещи. На основе имеющихся на сегодня данных можно заключить, что знакомая нам водно-углеродная жизнь, к которой принадлежим мы сами, по-видимому, является достаточно типичной и должна возникать во всех случаях при наличии условий, близких к тем, которые имели место на первобытной Земле. В то же время в других условиях могут существовать иные формы углеродной жизни, с использованием других веществ в качестве растворителей (например, упомянутая выше аммиачная жизнь). И наконец, нельзя исключить существования не углеродной жизни, хотя здесь нет, по-видимому, безграничного разнообразия возможностей.

Впрочем, и в рамках углеродной жизни можно встретиться с совершенно необычными формами. На одну такую возможность, связанную со сверхпроводимостью, указал В. Л. Гинзбург: Высокотемпературная сверхпроводимость наиболее легко достигается для слоистых и нитевидных соединений. Но именно такие структуры лежат в основании живых систем. Поэтому можно допустить, что на каких-то других планетах в состав живых организмов входят сверхпроводящие вещества, созданные в процессе эволюции. Можно представить, какими необычными свойствами обладала бы такая жизнь!

Обратимся теперь к физическим основам жизни. Мы рассмотрели жизнь на молекулярной основе. Является ли это единственной возможностью? Известный английский астрофизик Ф. Хойл в своем замечательном романе «Черное облако» описал смешанный тип жизни, в котором используются как химические, так и электромагнитные процессы.

Химические процессы основаны на электромагнитном взаимодействии. С этой точки зрения Черное облако и земная жизнь относятся к одному типу. Более радикальные отличия связаны с переходом к типам жизни, основанным на других видах взаимодействий: сильных и гравитационных. Разумеется, все соображения в этой области относятся к чисто умозрительной сфере, но они представляют интерес, так как позволяют осознать круг проблем, с которыми мы можем встретиться при изучении внеземной жизни.

Идея о возможности существования жизни на уровне элементарных частиц была высказана Дж. Коккони — одним из тех ученых, кто находился у истоков становления проблемы SETI (см. гл. 1). Оценивая ее, академик В. Л. Гинзбург отмечал: «Вряд ли такую идею можно счесть абсурдной, поскольку известно около двух сотен сортов таких частиц. Это значительно больше, чем основных “кирпичиков”, из которых построено обычное вещество. Поэтому в принципе не исключена возможность появления или создания достаточно сложной и даже “живой” системы из элементарных частиц.

Разумеется, это пока лишь чистая спекуляция, фантазия, но не лженаука»[229]. В каких условиях может возникнуть подобная форма жизни? Ф. Дрейк указал, то подходящим местом могли бы оказаться внешние слои нейтронной звезды. В 1975 г. французский астрофизик Ж. Шнейдер проанализировал возможность «ядерной жизни» на нейтронных звездах. Этот вопрос обсуждается также в неоднократно упомянутой нами книге Д. Голдсмита и Т. Оуэна «Поиски жизни во Вселенной».

Температура на поверхности нейтронной звезды составляет 10⁶ К, а сила тяжести в 10¹² раз превышает силу тяжести на поверхности Земли. В таких условиях ни одна молекула, пи один атом не могут существовать. Это мир элементарных частиц, которые мечутся со скоростями порядка 1000 км/с, сталкиваясь и взаимодействуя друг с другом. При таких взаимодействиях могут возникать ядра, насчитывающие десятки тысяч элементарных частиц, которые по сложности можно рассматривать как аналоги живой клетки или, по крайней мере, аналоги макромолекул, лежащих в основании химической жизни. Время жизни подобных ядер порядка 10^-15 с. По нашим земным меркам, это время ничтожно мало, но надо иметь в виду, что временной масштаб ядерной жизни совершенно несоизмерим с нашим временным масштабом. В основе земной жизни лежат химические реакции, характерная длительность связанных с ними жизненных процессов составляет ~ 10^-3 с. Характерное время для процессов «ядерной жизни»~ 10^-21 с (время, в течение которого нуклон на поверхности нейтронной звезды проходит расстояние, равное своему размеру). Отношение характерных времен составляет 10¹⁸. Это и есть тот масштабно-временной фактор, на который процессы «ядерной жизни» отличаются от нашей молекулярной жизни. Таким образом, времени существования «живых ядер» (10^-15 с) соответствует 10³ с для молекулярной жизни. А это как раз равно по порядку величины минимальной продолжительности поколений у земных организмов. Длительность биологической эволюции на Земле составляет ~ 10¹⁷ с, соответствующее время эволюции «ядерной жизни» ~ 10^-1 с. Если принять характерное время жизни земной цивилизации 10⁴ лет, то соответствующее время для цивилизации на нейтронной звезде составит 3 • 10^-7 с.

Впрочем, может быть, несмотря на быстротечность реакций, лежащих в основании ядерной жизни, возникшие на ее базе цивилизации могут существовать в течение всего времени жизни нейтронной звезды — для них это было бы равносильно практической бесконечности.

«Ядерная жизнь» основана на сильных взаимодействиях между элементарными частицами, образующими «живое ядро». Другой крайний, с нашей точки зрения, случай представляет жизнь, основанная на гравитационном взаимодействии. Возможно ли это? Характерная структурная единица «гравитационной жизни» должна быть достаточно велика, чтобы сила гравитации преобладала над сильным и электромагнитным взаимодействиями — она должна быть сопоставима с размерами звезд. Если это так, если отдельные звезды в системах «гравитационной жизни» играют такую же роль, как атомы и молекулы в химической жизни, то аналогом живой клетки могли бы быть галактики. Поскольку характерное время взаимодействия между отдельными звездами в галактиках (многие миллионы лет) очень велико по сравнению с длительностью химических реакций (10^-3 с), то миллиарды лет существования галактик во временном масштабе «гравитационной жизни» соответствуют лишь первым секундам эволюции химической жизни. Значит, «гравитационная жизнь» (если о ней, вообще, можно говорить), по существу, еще не успела возникнуть.

Надо признать, что когда мы пытаемся размышлять о «ядерной» или гравитационной жизни, мы испытываем большие психологические затруднения, ввиду необычности этих форм жизни и совершенно непривычных для нас пространственно-временных рамок. И все же логически мы не можем исключить возможность такой жизни, хотя она с трудом поддается нашему воображению. Наши представления о ней неизбежно грубы, заведомо не совсем правильны, но, думая в этом направлении, мы подготавливаем наше сознание к принятию существующей Реальности во всем ее многообразии.

Впрочем, обязательно ли не химические формы должны быть связаны с «ядерной» или «гравитационной» жизнью? Ведь в беспредельном Космосе, неисчерпаемом как вширь, так и вглубь (возможно в иных пространственных измерениях) могут существовать неизвестные нам более тонкие виды материи, подчиняющиеся другим закономерностям, другим типам взаимодействий. С этими видами материи могут быть связаны какие-то иные неведомые нам формы жизни. В этой связи представляет интерес гипотеза академика РАМН В. П. Казнечеева о сосуществовании на Земле двух форм жизни: белково-нуклеиновой и «полевой» («энерго-информационной»), Основываясь на экспериментах по передаче информации от клетки к клетке, проведенных в Институте клинической и экспериментальной медицины Сибирского отделения АМН СССР, Казначеев пришел к выводу, что земные существа представляют собой симбиоз различных форм живого «вещества» (живой материи), включая «полевые» формы; причем белково-нуклеиновые тела клеток являются только «носителями» информационных полей, которые простираются безгранично[230]. Возникает в связи с этим такой вопрос: не является ли полевая форма внутренней сущностью белково-нуклеиновой жизни (той внутренней стороной жизни, о которой говорил Тейяр де Шарден)? Казначеев ничего не говорит о природе полевой составляющей, но судя по всему, она не сводится к известным физическим полям. Отметим, что, согласно Казначееву, «полевая» жизнь существует в Космосе изначально, вечно перерабатывая потоки энергии, создавая те или иные структуры материи. Можно принять такую концепцию, если допустить, что «полевая» составляющая жизни принадлежит к более тонким мирам, находящимся за пределами физического вакуума, и потому может свободно проходить через сингулярное состояние[231] вселенных, рождающихся из вакуумной пены. Это могло бы обеспечить передачу информации от одного цикла Вселенной к другому, включая программу развития нового цикла со всем богатством развивающихся в нем форм жизни и разума.

К представлениям о «полевой» жизни тесно примыкают идеи К. Э. Циолковского о существовании «тонких» форм жизни, «неизвестных разумных сил», построенных на основе «несравненно более разреженной материи». Циолковский считал, что в перспективе изменится и физическая основа человечества, которое из «вещественного» превратится в «лучистое».

Гипотеза о полевой форме жизни позволяет по-новому взглянуть на теорию панспермии. Жизнь может быть привнесена на Землю не в виде спор и бактерий, а в полевой форме, т. е. в форме гипотетических постоянно действующих во Вселенной «биологических» энергоинформационных полей, под действием которых при наличии необходимых условий формируются биологические макромолекулы и состоящие из них живые системы[232].

Отметим, что, с точки зрения современных представлений о процессах самоорганизации материи, существование разнообразных форм жизни, основанных на различных материальных носителях, не только возможно, но и необходимо. «Такие процессы в материальном мире, — пишет Б. Н. Пановкин, — ... носят, по-видимому, достаточно широкий и общий характер и, вообще, не привязаны к какому-то определенному материальному субстрату. Последнее означает, что самоорганизующиеся высокоорганизованные системы в принципе могут возникать не только на белковом субстрате, но и на любом подходящем материале. Самоорганизация является всеобщим свойством материи и может возникать в различных формах при подходящих условиях»[233].

4.2.5. Жизнь на планетах и в межзвездной среде.

Нам остается рассмотреть возможности существования жизни на различных астрономических объектах, прежде всего на планетах Солнечной системы. Если говорить о водно-углеродной жизни, то единственной пригодной для такой жизни планетой Солнечной системы считается Земля.

Меркурий обращается слишком близко к Солнцу, максимальная температура поверхности на его дневной стороне достигает почти 480 °C, а во время длинной меркурианской ночи падает до —170 °C. Может быть, где-то на границе дня и ночи в течение короткого периода времени на Меркурии достигаются удовлетворительные температурные условия, но на нем нет воды и отсутствует сколько-нибудь значительная атмосфера; в отсутствие последней Меркурий подвергается очень интенсивному ультрафиолетовому облучению от Солнца. Эти условия совершенно непригодны для земной жизни.

Расположенная за Меркурием Венера благодаря парниковому эффекту также имеет очень высокую температуру поверхности, около 460 °C, которая практически не меняется в течение суток. При такой температуре плавятся даже металлы: олово, свинец, цинк, и, конечно, никакие белковые соединения при таких условиях существовать не могут. Мощная атмосфера Венеры состоит в основном из углекислого газа (96 %), азота (3,5 %) и аргона, водяной пар содержится в совершенно ничтожном количестве (0,05 %); имеются также следы соляной кислоты, плавиковой кислоты, окиси углерода и двуокиси серы. Яркие облака, скрывающие от нас поверхность Венеры, состоят из капелек серной кислоты. Атмосферное давление на поверхности планеты в 90—100 раз выше, чем на Земле. Но на высоте 55 км над поверхностью Венеры давление составляет 800 миллибар (что почти равно давлению атмосферы у поверхности Земли), а температура 27 °C — вполне благоприятна для жизни. Заманчиво было бы рассмотреть возможность существования жизни в этом слое атмосферы. Основным препятствием для существования там жизни является очень низкая влажность и испарения серной кислоты из облаков. Впрочем, некоторые ученые полагают, что определенные виды земных организмов могли бы существовать в этих условиях, правда, в течение ограниченного времени. Если это так, то тем более допустимо предположить, что на Венере мог бы развиться иной тип жизни (например, углеродной, но с использованием других растворителей). Однако никакими конкретными данными в этом отношении мы не располагаем.

Более благоприятны, хотя и достаточно суровы, условия жизни на Марсе. В экваториальных областях Марса температура днем иногда поднимается до 10 °C, а перед рассветом падает до —90 °C. Такие колебания температуры нельзя считать совершенно неприемлемыми даже для земных организмов, а учитывая приспособляемость жизни, можно было бы допустить, что на Марсе развились формы жизни, адаптировавшиеся к подобным условиям. Основным препятствием для существования жизни на Марсе опять-таки является отсутствие жидкой воды. Но в отличие от Венеры, где из-за высокой температуры вся вода, находившаяся в форме пара, диссоциировала в верхней атмосфере под действием ультрафиолетового излучения Солнца на кислород и водород, причем последний улетучился в межпланетное пространство, — на Марсе вода, по-видимому, сохранилась в твердой фазе в виде вечной мерзлоты под поверхностью планеты[234]. Кроме того, часть воды в виде льда присутствует в полярных шапках. В основном они состоят из замерзшей углекислоты, но когда летом температура в полярных шапках повышается, сухой лед испаряется, и остается небольшая шапка, состоящая только из водяного льда. Осенью замерзшая углекислота покрывает его, и так из года в год. Значит, вода на Марсе все-таки есть, но она не может существовать там в жидкой фазе из-за крайне низкого атмосферного давления, составляющего около 6 мбар. В прошлом давление могло быть выше либо вследствие повышенной вулканической активности, либо вследствие изменения климата (возможно, обе причины взаимосвязаны). Потепление климата должно привести к таянию полярных шапок и переходу углекислоты из твердого состояния в газообразное. Расчеты показывают, что, если бы вся углекислота, имеющаяся на поверхности Марса, перешла в газообразное состояние, то атмосферное давление поднялось бы почти до уровня земного. При таком давлении на Марсе вода вполне могла бы существовать в жидкой фазе. Реален ли подобный сценарий? Фотографии Марса, снятые с космических аппаратов, показали наличие извилистых долин, очень напоминающих русла высохших рек. Значит, когда-то в прошлом на Марсе текли реки, была жидкая вода, следовательно, и давление, и температура были выше. В таких условиях на Марсе могла возникнуть жизнь типа земной, затем условия изменились и сейчас они неблагоприятны для жизни.

Что могло послужить причиной изменения климата? Одна из возможных причин — изменение наклона оси вращения Марса к плоскости его орбиты. Однако изменение наклона происходит с периодом в миллионы лет, а возраст предполагаемых речных русел, по-видимому, составляет сотни миллионов или даже миллиарды лет; значит, причина в чем-то другом — в чем именно, мы пока не знаем.

Попытки экспериментально обнаружить присутствие жизни на Марсе с помощью спускаемых аппаратов «Викинг», совершивших посадку на поверхности Марса в 1976 г., дали отрицательный результат. Однако вопреки распространенному мнению, этот результат не столь однозначен. Прежде всего надо иметь в виду, что искали не какую-то жизнь вообще, а единственно известную нам и достаточно хорошо изученную форму жизни, построенную на основе углеродных соединений. Далее, драматизм ситуации состоит в том, что из трех запланированных биологических экспериментов поначалу все дали четкий положительный эффект — именно тот, который ожидался в случае присутствия в марсианском грунте живых микроорганизмов[235]. И лишь после того, как химический анализ марсианского грунта показал полное отсутствие в нем каких-либо органических веществ, результаты биологических экспериментов были пересмотрены, и ученые пришли к выводу, что они могут быть объяснены химическими реакциями небиологического происхождения. Наконец, большую дискуссию вызвал вопрос о местах посадки — насколько адекватно они были выбраны. Пункты посадки отделены друг от друга на 7000 км. Идентичность результатов анализа грунта в обоих пунктах показывает, что они представляют собой типичные области, достаточно хорошо характеризующие поверхность планеты в целом. Но, быть может, жизнь на Марсе не распределена равномерно по всей поверхности, а сосредоточена в отдельных «оазисах». Так, северный полюс Марса имеет постоянную полярную шапку из водяного льда. На границе этой шапки летом, когда начинает таять лед, возникают благоприятные условия для жизни. Могут быть и другие «оазисы», например, области с повышенной вулканической активностью. Поиск таких «оазисов» планируется при будущих посадках на поверхность Марса самоходных устройств («марсоходов»).

Скорее всего, жизнь на Марсе в настоящее время отсутствует, но она, по всей видимости, была там в прошлом и, не исключено, что может вновь появиться в будущем, когда условия станут более благоприятными. Причем в данном случае речь идет о форме жизни если не идентичной, то, во всяком случае, близкой к земной. Если это так, то можно сказать, что Марс сейчас переживает период обскурации — промежуточного состояния между двумя фазами активной жизни. Как долго продлится этот период, мы не знаем. Для проверки этих представлений очень важно провести поиск ископаемых микроорганизмов в древнейших осадочных породах Марса, особенно на береговых откосах и дне высохших марсианских рек — подобно тому, как мы делаем это на Земле в поисках ископаемых земных микроорганизмов. Такие поиски планируется провести в будущем с помощью «марсохода».

Однако неожиданно данные о наличии ископаемых микроорганизмов на Марсе были получены совсем другим путем — на Земле![236] В 1984 г. в Антарктиде был обнаружен метеорит ALN 84001. Он принадлежит к редкой группе SNC, которая насчитывает всего около 12 образцов. Первые метеориты этой группы были обнаружены еще в начале XIX века. Долгое время их природа оставалась неизвестной, пока в 1980 г. в результате исследования изотопного состава газа в этих метеоритах не было обнаружено, что он соответствует изотопному составу газа в атмосфере Марса. Так было установлено марсианское происхождение этих загадочных метеоритов. Каким образом они попали на Землю? Считается, что когда-то они составляли часть марсианской литосферы и затем были выброшены с поверхности планеты под действием метеоритной бомбардировки. При ударе метеоритов о поверхность планеты образуется большое количество осколков, которые с большой скоростью разлетаются в разные стороны.

Тонкая марсианская атмосфера не в состоянии существенно затормозить их. Часть осколков приобретают космическую скорость и выходят в межпланетное пространство. После долго блуждания в нем некоторые из этих осколков попадают в поле тяготения Земли и захватываются ею. Таким же путем попадают на Землю и метеориты с Луны.

Порода, из которой сложен метеорит ALH 84001, сформировалась около 4,5 млрд лет тому назад. Около 16 млн лет назад кусок этой породы под действием мощного удара был выброшен с поверхности Марса и около 13 тысяч лет назад выпал на льды Антарктиды в районе Алан Хилс, где и был найден в 1984 г.

Спустя 12 лет, в 1996 г., группа ученых под руководством Д. Мак Кея из Исследовательского центра им. Джонсона (НАСА) обнаружила в метеорите присутствие микроокаменелостей древних бактерий неземного происхождения. Были найдены также органические молекулы, которые могут иметь марсианское происхождение, и минеральные образования, которые можно рассматривать как продукты биологической активности марсианских микроорганизмов. В пользу марсианского происхождения этих образований говорит то обстоятельство, что концентрация их увеличивается с погружением в глубь метеорита. Возраст образований около 3,6 млрд лет хорошо согласуется с тем периодом, когда, согласно теоретическим оценкам, климат Марса был благоприятен для жизни. Вопрос нельзя считать окончательно решенным. Но несомненно, сделан важный шаг на пути исследования марсианской жизни.

Условия на планетах-гигантах, в силу их удаленности от Солнца, могут показаться слишком суровыми, но фактически они более благоприятны для жизни, чем Венера. Возьмем, к примеру, Юпитер. Его атмосфера по своему составу является сильно восстановительной, она соответствует модели Юри, которую он принимал для первичной атмосферы Земли. Как мы видели, в такой атмосфере под действием электрических разрядов синтезируются органические соединения. Наблюдаемые на Юпитере очень сильные вспышки радиоизлучения на волнах декаметрового диапазона (15—20 м) дают основание полагать, что в его атмосфере происходят мощные грозовые разряды. Другим стимулятором для образования органических соединений может служить УФ-излучение Солнца и довольно мощный поток тепла, выделяемого из недр планеты.

Атмосфера Юпитера охвачена бурными конвективными потоками, поэтому образующиеся в верхней атмосфере органические молекулы, захватываемые этими потоками, опускаются на значительную глубину под видимую поверхность атмосферы, образуемую ее облачным слоем. Температура атмосферы возрастает с глубиной, выше облачного слоя она составляет минус 130 °С - минус 140 °С, в то время как температура нижней атмосферы достигает +700 °С. Между этими уровнями существует промежуточный слой, где температура составляет 27 °С, а давление всего в несколько раз превышает атмосферное давление у поверхности Земли[237]. Как раз в этой области происходит конденсация водяного пара, таким образом появляются условия для возникновения водно-углеродной жизни. (Выше в атмосфере место водяного пара занимает аммиак; таким образом, на Юпитере могли бы возникнуть и существовать две формы жизни: водно-углеродная и «аммиачная».) Трудность состоит в том, что из-за конвекции органические молекулы не долго находятся в благоприятном слое атмосферы; проникая в более глубокие слои, они разрушаются под действием высокой температуры. В этом отношении особый интерес представляет знаменитое красное пятно на Юпитере. Предполагается, что этот гигантский вихрь, по размерам превосходящий Землю, представляет собой долгоживущий восходящий поток. В таком потоке частицы подходящего размера могут оставаться во взвешенном состоянии в течение десятилетий. Это могло бы уберечь образующиеся органические молекулы от разрушения в нижних слоях атмосферы.

Существуют ли в действительности органические соединения на Юпитере? Точного ответа на этот вопрос пока нет. Косвенным указанием на наличие таких соединений служит окраска юпитерианских облаков. В экспериментах по лабораторному моделированию атмосферы Юпитера (как и в классических опытах Миллера-Юри) различные окрашенные соединения получаются при освещении подходящей смеси аммиака и метана ультрафиолетовым излучением или при подводе энергии от других источников. Но при этом неизменно синтезируется и богатый набор органических соединений. Интересно, что наиболее интенсивной окраской отличается как раз Красное пятно. Впрочем, существуют и другие объяснения цвета облаков, не связанные с синтезом органических соединений.

В отличие от Юпитера, облака Сатурна не имеют окраски, они более холодны и в основном состоят, так же как и у Юпитера, из аммиака, покрывающего нижнюю, более теплую, атмосферу. Подобно Юпитеру, Сатурн также имеет внутренний источник энергии. Внешние слои Урана и Нептуна еще более холодны, аммиак находится там в замерзшем состоянии, но и на этих планетах существуют области атмосферы, где температура поднимается выше О °С, это следует из измерений радиоизлучения, идущего из этих слоев. То есть и гам имеются области с относительно благоприятными условиями, где, возможно, могли бы зародиться какие-то формы жизни. Неудивительно поэтому, что некоторые ученые обращают внимание на возможность существования жизни на этих планетах, прежде всего на Уране[238].

Как справедливо отмечает К. Саган, поскольку нам неизвестно, каким образом возникла жизнь на Земле, мы тем более не можем точно определить условия ее зарождения на столь сильно отличных от Земли планетах, как Юпитер или другие планеты-гиганты. С другой стороны, как только где-то зарождается жизнь, живые организмы сами начинают активно регулировать среду своего обитания. Поэтому, в принципе, мы можем вообразить себе огромные «воздушные существа», парящие в атмосфере планет-гигантов, где в определенных слоях создается благоприятная экологическая ниша для их обитания. Разумеется, никакими доказательствами существования таких «воздушных существ» мы не располагаем, но и определенно отрицать эту возможность тоже не можем.

Если условия на планетах Солнечной системы, кроме Земли, представляются нам мало благоприятными для жизни, то, казалось бы, тем более это относится к спутникам планет, большинство из которых столь малы, что не в состоянии даже удержать собственную атмосферу и потому не обладают ею. Однако в семействе спутников имеются исключения. Это прежде всего спутник Сатурна Титан, а также спутник Юпитера Европа.

Титан по размеру несколько уступает юпитерианскому Ганимеду (самому крупному спутнику в Солнечной системе), но, так же как и последний, превосходит Меркурий. Особый интерес представляет то обстоятельство, что Титан имеет мощную атмосферу. У поверхности Титана давление в 1,6 раза больше, чем у поверхности Земли, а плотность атмосферы в 8 раз превышает плотность земной атмосферы. Благодаря малой массе Титана водород улетучился из его атмосферы, но она все же сохраняет восстановительный характер, подобно атмосфере первобытной Земли. В основном атмосфера Титана состоит из азота (95 %), имеется также метан и в небольшом количестве другие газы. Красноватая окраска Титана обусловлена фотохимическим смогом, который активно поглощает солнечный свет, благодаря чему температура атмосферы в области смога повышается до —100 °C; температура поверхности значительно ниже: —180 °C. При такой температуре метан на поверхности может находиться в жидкой фазе (как вода на Земле), в то время как в атмосфере он присутствует в газообразном состоянии. Как показали исследования, проведенные с помощью космического аппарата «Вояджер-1», фотохимический смог на Титане состоит из органических соединений! В его состав входят: метан, этан, пропан, ацетилен, метилацетилен и цианистый водород. Особенно существенно наличие цианистого водорода, ибо он, как мы видели (п. 4.2.3), является важным промежуточным звеном в синтезе сложных органических соединений. Содержащий органические вещества смог постепенно оседает на поверхность, в резервуары жидкого метана, где могут накапливаться органические молекулы. Как отмечают Голдсмит и Оуэн, возможно, на ранних стадиях эволюции на Титане (как и на Марсе) было значительно теплее, и на его поверхности мог существовать не только жидкий метан, но и жидкий аммиак. В аммиачных водоемах могли происходить разнообразные химические реакции и образовываться более сложные органические соединения. Если этот процесс имел место, то образовавшиеся в те далекие времена органические соединения должны были бы хорошо сохраниться в этом холодном ледяном мире; было бы важно попытаться обнаружить их присутствие.

Но органические молекулы — это еще не жизнь. Может ли существовать жизнь на Титане? Если она там существует, то она, конечно, отличается от земной жизни, ибо на Титане нет жидкой воды и нет свободного кислорода. При температуре -180 °C все химические реакции идут очень медленно. Поэтому главной характерной особенностью такой жизни были бы крайне замедленные жизненные процессы. Существа, обитающие там, вынуждены были бы вести трудную жизнь в условиях ужасающего холода, при крайней скованности своих жизненных отправлений. Конечно, творческие возможности такой жизни были бы сильно ограничены.

Еще один спутник, который привлекает ученых с точки зрения возможности существования на нем жизни, это Европа — один из 4 спутников Юпитера, обнаруженных еще Галилеем. Размер Европы около 3000 км; средняя плотность составляет 2,97 г/см³. Это указывает на то, что спутник в основном состоит из силикатных пород. Но его яркая блестящая поверхность, покрытая сетью темных трещин, образована водяным льдом. В начале 1990-х годов группа исследователей из Университета им. Дж. Хопкинса (США) под руководством Д. Холла обнаружила с помощью Космического телескопа «Хаббл» кислородную (!) атмосферу на Европе. Помимо Титана, из спутников планет более слабую атмосферу имеет еще Тритон, спутник Нептуна, и, наконец, совсем слабые следы атмосферы ранее были обнаружены у спутника Юпитера Ио и у нашей Луны. Таким образом, Европа стала пятым спутником в Солнечной системы, у которых имеется атмосфера. Платность ее очень мала, давление атмосферы у поверхности Европы в 100 млрд раз меньше, чем давление земной атмосферы, но все же оно в 10 раз превышает давление атмосферы у поверхности Луны. Однако самое удивительное состоит в том, что атмосфера Европы содержит кислород. Э то единственный спутник в Солнечной системе, имеющий кислородную атмосферу. А из планет кислородную атмосферу имеет только Земля. Почему это так важно?

Проблема состоит в том, что кислород не может долго находиться в свободном состоянии, он активно вступает в реакции с углеродо-содержащими газами, образуя двуокись углерода. Следовательно, на Европе, как и на Земле, должен существовать постоянный источник кислорода. На Земле таким источником является жизнедеятельность зеленых растений, вырабатывающих кислород в процессе фотосинтеза. А на Европе?

Ученые предполагают, что под поверхностью Европы, на глубине 100 км, имеется океан жидкой воды, поддерживаемый в незамерзающем состоянии за счет энергии приливов и радиоактивного распада. Заманчиво предположить, что в океане обитают какие-то формы жизни, вырабатывающие кислород, который через трещины в ледяной поверхности поступает в атмосферу. Нечто подобное имеет место в антарктических озерах. Однако достаточен ли световой поток от Солнца, достигающий Европы, чтобы обеспечить процесс фотосинтеза — это пока не ясно. С другой стороны, кислород может образовываться и без помощи зеленых растений — в процессе сублимации льда, т. е. образования водяного пара с последующей диссоциацией (распадом) молекулы Н₂О на водород и кислород. Можно ли установить, какой из процессов имеет место на самом деле? В принципе, это возможно, ибо изотопный состав кислорода, образуемого в этих процессах, различен, но такие исследования сопряжены с большими трудностями. Конечно, со временем они будут выполнены.

Возможно, на Европе нет жизни. Но если подповерхностный океан там действительно существует, то он может представлять собой потенциальный резервуар для пребиотической химии, что очень важно для изучения процесса происхождения жизни.

Еще одно важное открытие было сделано в 1990-х годах учеными из Палеонтологического института РАН — найдены следы микроорганизмов в метеоритах. При этом обнаружено морфологическое единство земных микроорганизмов (как современных, так и ископаемых) с микроорганизмами, найденными в метеоритах. По мнению одного из участников открытия, чл.-корр. РАН А. Ю. Розанова, можно сделать вывод, что жизнь на Земле не уникальна; в некоторых областях Вселенной она возникла раньше, чем на Земле, и могла быть занесена на Землю из Космоса; в тех или иных формах она может существовать и сейчас на других планетах Солнечной системы.

Если речь идет о простейших формах жизни, надо иметь в виду, что приспособительные возможности ее поразительны. На Земле простейшая жизнь обнаруживается в условиях очень низких и очень высоких температур, при наличии агрессивной химической среды; микроорганизмы живут в горячих источниках и в вечной мерзлоте. На многокилометровой глубине они обитают без воздуха и без солнечного света, извлекая все необходимое из окружающего вещества и используя внутреннее тепло Земли в качестве источника энергии. Может быть, это какие-то тупиковые формы жизни, не способные к дальнейшей эволюции. Но важно, что они сохраняются при подобных «неблагоприятных», с нашей точки зрения, условиях. А попав в более благоприятные — кто знает? — возможно, могут дать начало новой эволюции.

Анализируя возможности жизни на планетах Солнечной системы, мы все время имели в виду земную жизнь, ориентировались на нее, иногда позволяя себе отступление от этого «стандарта» (но не выходя за пределы молекулярной жизни). Насколько справедливы такие ограничения? Все дело в том, что мы просто ничего не знаем о других формах жизни и поэтому, стремясь сохранить твердую почву под ногами, ориентируемся на земную жизнь. Надо сказать, что наши предшественники в этом отношении чувствовали себя более свободно. Мы уже отмечали выше (см. § 4.1), что в прошлом веке господствовало убеждение не только в существовании жизни на других планетных системах, но и в обитаемости планет нашей Солнечной системы. Между тем, физические условия на планетах в первом приближении были уже в то время известны и было ясно, что они не благоприятны для земной жизни. Понимая это, ученые полагали, это на других планетах жизнь должна приспособиться к условиям своего мира. «Живые существа, — писал Фламмарион, — с самого начала как по форме, так и по своей организации, были строго приспособлены к физиологическим условиям обитаемых миров и находились в тесных взаимоотношениях с ними. Люди, населяющие другие миры, отличаются от обитателей Земли как по своей внутренней организации, так и по своему наружному, физическому строению»[239]. Ту же мысль подчеркивал и П. Лаплас. «Человек, созданный для земной температуры, — писал он, — судя но всем признакам, не мог бы жить на другой планете. Но разве нельзя допустить, что есть бесчисленные количества существ, приспособленных к различным температурам небесных тел?»[240] По-видимому, и Лаплас, и Фламмарион допускали существование иных форм жизни, кроме земной, но они не высказывали никаких конкретных соображений о возможной природе внеземной жизни, если не считать замечания Фламмариона о том, что «обитатели высших миров» обладают «более эфирной организацией»[241]. Это замечание перекликается с представлениями К. Э. Циолковского о формах жизни, построенных на основе более тонкой материи, и о лучистом человечестве, а также с идеями В. П. Казначеева о «полевой» жизни.

Но если жизнь адаптируется к самым разнообразным условиям на планетах, то почему она не может приспособиться к условиям межпланетной или межзвездной среды? В этой связи представляет интерес гипотеза Ф. Хойла и Ч. Викрамасинга, согласно которой известная полоса поглощения в спектре галактических источников в области 3 мкм, которая, как считалось, вызывается частицами льда в межзвездной среде, на самом деле обусловлена поглощением света бактериями, находящимися в межзвездной среде. Основанием для такой гипотезы послужило гораздо лучшее совпадение наблюдаемого профиля полосы поглощения с профилем, обусловленным бактериями. Если это так, то значительная доля межзвездной пыли, до 80 %, состоит из бактерий. Хотя большинство специалистов относятся к этой гипотезе скептически, се не следует сбрасывать со счета, во всяком случае она даст новую пищу для теории панспермии.

Более радикальный вопрос: могут ли существовать в межзвездной среде сложные формы жизни, вплоть до мыслящих существ? Фримен Дайсон, один из крупнейших современных физиков-теоретиков, вполне допускает такую возможность. Более того, он считает, что межзвездная среда создаст даже лучшие условия для жизни. Эти идеи Дайсон развивает в статье «Будущее воли и будущее судьбы» (Природа. 1982. № 8. С. 60-70 ).

Следуя этому пути, Дайсон развил теорию жизни Вселенной (космическую экологию, как он ее называет). В количественной форме, с уравнениями и численными оценками, она была опубликована в журнале «Reviews of Modern Physics»[246], основные идеи ее изложены в упомянутой статье «Будущее воли и будущее судьбы». Дайсон исходит из двух гипотез: гипотезы абстрактности и гипотезы адаптивности, которые в его теории играют ту же роль, что первое и второе начало в термодинамике. Гипотеза абстракции утверждает, что сущность жизни связана с организацией, а не с субстанцией. Поэтому конкретная субстанция жизни (водно-углеродная жизнь или иная) имеет второстепенное, частное значение. Можно представить себе, например, жизнь, независимую от плоти и крови и воплощенную в системах сверхпроводящих контуров или в системах межзвездных пылевых облаков. Гипотеза адаптивности утверждает, что при наличии достаточного времени жизнь может приспособиться к любой окружающей среде. Она может освоиться в любом уголке Вселенной, так же как освоилась повсюду на нашей Земле. Эти гипотезы принимаются в качестве постулатов. Главная теорема космической экологии Дайсона гласит, что скорость метаболизма в живом организме и, следовательно, расход энергии изменяется пропорционально квадрату температуры окружающей среды. Отсюда следует, что более холодная среда благоприятнее для жизни, чем горячая. Это связано с тем, что жизнь, в конечном итоге, есть упорядоченная форма вещества, а низкая температура способствует упорядоченности. Поскольку жизнь связана с функционированием управляющих систем, она не столько зависит от количества получаемой энергии, как обычно полагают, сколько от информации, т. е. отношения сигнал/шум. Чем холоднее среда, тем ниже уровень шума, гем экономнее жизнь расходует свою энергию. В этом смысле межзвездная среда наиболее благоприятна для жизни.

В открытой модели Вселенной расширение продолжается неограниченно долго, температура окружающей среды непрерывно падает и, соответственно, пропорционально Т² уменьшается скорость энергетического обмена. При этом условия для упорядоченности будут улучшаться. В такой Вселенной жизнь может существовать вечно. Конечно, по мере падения температуры пульс жизни будет биться все медленнее и медленнее, но он никогда не остановится.

В невообразимо далеком будущем, через 10³³ лет после начала расширения Вселенной, все вещество из-за распада протонов перейдет в электрон-позитронную плазму (см. п. 2.2.5). Это может вызвать кризисную ситуацию для жизни, но такая ситуация, по мнению Дайсона, не будет безнадежной. Если принцип абстрактности и адаптивности справедлив, то жизнь должна приспособиться к новым условиям. В конце концов, «невещественная» плазма, считает Дайсон, может столь же хорошо служить носителем структур мысли, как и известное нам вещество. (Ср. также замечание И. Д. Новикова, цитированное нами на с. 287.)

Дайсон обращает внимание на то, что развитие Вселенной с момента ее зарождения выглядит, как непрерывная последовательность нарушения симметрии. В момент возникновения в грандиозном взрыве Вселенная абсолютно симметрична и однородна, но по мере остывания в ней нарушается одна симметрия за другой и возникает все большее и большее разнообразие структур. Феномен жизни естественно вписывается в эту картину, ибо жизнь — это тоже нарушение симметрии. Нарушение симметрии приводит к росту многообразия. Развитие самой жизни сопровождается дальнейшей дифференциацией и ростом многообразия. «Я думаю, — пишет Дайсон, — и нашей Вселенной, и жизни присуще то, что процесс увеличения многообразия не имеет конца».

Но это справедливо лишь для открытой модели. В закрытой Вселенной расширение на определенном этапе сменяется сжатием. На смену дифференциации приходит процесс интеграции, возвращение утраченной симметрии. Когда Вселенная сожмется в сингулярное состояние, она вновь обретет абсолютную симметрию и однородность. Никакие упорядоченные физические структуры в таком состоянии невозможны. Это будет означать огненную смерть для любой формы жизни, построенной из физической материи. И лишь более тонкие формы жизни, лежащие за пределами физического вакуума, смогут пережить эту катастрофу, аккумулируя накопленный опыт для нового цикла манифестации Вселенной.

Итак, природа и формы внеземной жизни, как и среда ее обитания, могут быть очень разнообразны. В плане SETI нас интересуют сообщества разумных существ, с которыми мы могли бы вступать в контакт. Чтобы оценить, насколько успешны могут быть наши поиски, надо иметь представление о распространенности подобных сообществ во Вселенной. К этому вопросу мы теперь и переходим.

Относительно распространенности космических цивилизаций среди ученых нет единого мнения. Существуют две противоположные точки зрения. Согласно одной из них, жизнь и разум — это обычные явления в Космосе, имеется множество обитаемых миров, с которыми человечество может попытаться вступить в контакт. Согласно другой точке зрения, жизнь, а тем более разум — крайне редкое, исключительное явление во Вселенной, так что наша цивилизация, возможно, представлена лишь в «единственном экземпляре».

Каковы аргументы в пользу широкой распространенности космических цивилизаций? В общих чертах они сводятся к следующему. В настоящее время астрономическими наблюдениями охвачена область пространства радиусом несколько миллиардов световых лет, в которой находятся 10¹⁰ галактик или 10²¹ звезд. Все данные современной астрономии показывают, что в пределах наблюдаемой области Вселенной справедливы основные законы физики; повсюду наблюдается одинаковый в среднем химический состав. Наше Солнце — рядовая звезда в рядовой галактике. Нельзя указать ни одного существенного физико-химического параметра, который бы позволял выделить Солнечную систему среди множества звезд в наблюдаемой области Вселенной. Было бы крайне удивительно, если бы среди этого гигантского количества звезд[247] только около одной из них, ничем не примечательной звезды — нашего Солнца — могла возникнуть жизнь и развиться разум. Эти аргументы, по сути, аналогичны тем, которые приводились и в прошлые века, начиная с глубокой древности (см. § 4.1). Дополнительно для обоснования этой точки зрения привлекаются такие соображения: 1) согласно современным космогоническим представлениям, возникновение звезд сопровождается возникновением планетных систем; 2) только в нашей Галактике (не говоря уже о всей видимой Вселенной) содержатся сотни миллиардов звезд, из которых около 10% подобны Солнцу, таким образом, имеются десятки миллиардов звезд, которые являются подходящими кандидатами на наличие у них планетных систем; на некоторых из этих планет могут возникать условия, благоприятные для зарождения жизни; 3) если заданы благоприятные условия и имеется достаточно времени, то на такой планете с неизбежностью должна возникнуть жизнь, первоначально, разумеется, в самых простейших формах; 4) как показывает опыт Земли, за несколько миллиардов лет жизнь становится достаточно сложной, и если не во всех, то в значительном числе случаев она должна подойти к развитию разума, культуры, цивилизации.

Сторонники уникальности нашей цивилизации обычно подчеркивают чрезвычайную сложность процесса происхождения жизни, необходимость совпадения целого ряда благоприятных обстоятельств, что является весьма мало вероятным. С этой точки зрения, происхождение жизни (не говоря уже о разуме) — чудо, так что нашей Земле просто «повезло». С другой стороны, приводятся аргументы, связанные с отсутствием во Вселенной «видимых следов» высокоразвитых цивилизаций.

Мы обсудим эти аргументы в следующих параграфах, а сейчас подчеркнем, что приведенные соображения, как «за» так и «против», носят качественный характер. Для проблемы SETI этого недостаточно. При планировании экспериментов, например, по обнаружению радиосигналов, надо знать, на какую дальность обнаружения мы можем рассчитывать. А для этого надо знать расстояние между цивилизациями. Обнаружение астроинженерной деятельности и возможности прямых контактов также зависят от расстояния между цивилизациями. Как определить это расстояние? Пусть N_∗ — полное число звезд в Галактике, d_∗ — среднее расстояние между ними, N_c — число цивилизаций в Галактике; тогда среднее расстояние d между цивилизациями равно

d = d_∗(N_∗/N_c)^1/3. (4.1)

Таким образом, чтобы оценить расстояние между цивилизациями и вытекающую отсюда минимально необходимую дальность обнаружения, надо иметь хотя бы грубую количественную оценку числа цивилизаций. Эго принципиальный момент: SETI требует перейти от чисто умозрительных рассуждений о множественности обитаемых миров к количественным оценкам числа внеземных цивилизаций.

Следует уточнить — какие цивилизации мы ищем. В плане SETI представляют интерес только те цивилизации, которые обладают хотя бы потенциальной способностью к контакту. Такие цивилизации мы будем называть коммуникативными. При этом контакт понимается здесь в широком смысле: это не обязательно обмен радиосигналами, но и, например, обнаружение ВЦ по ее астроинженерной деятельности. Поэтому цивилизация, не посылающая никаких сигналов, но активно занимающаяся астроинженерией, также относится к числу коммуникативных. Разумеется, после возникновения коммуникативной цивилизации она не сразу приобретет способность к контакту, для этого требуется пройти определенный период развития. А приобретя такую способность, она утрачивает ее со временем. Это может произойти вследствие гибели цивилизации, потери интереса к передаче сигналов, прекращения астроинженерной деятельности или по каким-либо другим причинам. Время, в течение которого сохраняется способность к контакту, назовем коммуникативной фазой. Нас будут интересовать цивилизации, находящиеся в данный момент[248] (одновременно с нами) в коммуникативной фазе. Определим число таких цивилизаций.

4.3.1. Формула Дрейка.

Одна из первых формул для подсчета числа цивилизаций была предложена в начале 1960-х годов Дрейком:

N_c(T) = R_∗f_sL. (4.2)

В этой формуле N_c— число цивилизаций, существующих в Галактике в момент Т (время Т отсчитывается от образования Галактики); R_∗— средняя скорость звездообразования: число звезд, возникающих в Галактике в единицу времени; f_s — фактор выборки, представляющий собой долю из числа звезд, образующихся за время от 0 до Т, которых развиваются коммуникативные цивилизации; L — среднее время жизни коммуникативных цивилизаций. Произведение R_∗f_s дает скорость образования коммуникативных цивилизаций. Если теперь умножить эту величину на L, то получим число коммуникативных цивилизаций, одновременно существующих в момент Т. Чтобы получить число цивилизаций, находящихся в момент Т в коммуникативной фазе, надо ту же величину R_∗f_s умножить на среднюю длительность коммуникативной фазы τ_с . В формуле Дрейка используется среднее время жизни L, но при этом неявно предполагается, что длительность коммуникативной фазы равна времени жизни цивилизаций. Это не совсем точно; тем не менее, мы будем использовать формулу Дрейка (4.2), но будем помнить, что под временем жизни коммуникативной цивилизации следует понимать, именно, длительность коммуникативной фазы. Тогда N_c(T) дает число коммуникативных цивилизаций, находящихся одновременно с нами в коммуникативной фазе.

Так как средняя скорость звездообразования R_∗ = N_c/T то формулу (4.2) можно записать в виде

N_c(T) = N_∗f_sL/T. (4.3)

Произведение N_∗f_s определяет число коммуникативных цивилизаций, возникающих в Галактике за время от 0 до T, а величина L/T представляет собой вероятность того, что любая наугад взятая из этих цивилизаций находится в момент Т в коммуникативной фазе.

Выражение (4.3) позволяет получить долю цивилизаций по отношению к звездам и, следовательно, оценить среднее расстояние между цивилизациями:

d_∗(T) = d_∗(f_sL/T)^1/3. (4.4)

Фактор f_s , согласно Сагану, можно представить в виде

f_s = f_pn_ep_Lp_ip_c; (4.5)

здесь f_p — доля звезд, имеющих планетные системы, п_е— среднее число планет в планетной системе с благоприятными для возникновения жизни условиями, р_L — вероятность происхождения жизни на планете с подходящими условиями, p_i — вероятность происхождения разума на обитаемой планете, р_c — вероятность возникновения коммуникативной цивилизации на планете, населенной разумными существами.

С учетом этого выражения для f_s формулы (4.2) и (4.3) принимают вид

N_c(T) = R_∗f_pп_еPLP_iР_cL; (4.2а)

N_c(T) = N_∗f_pп_еPLP_iР_cL/Т. (4.3а)

Произведение N_∗f_pп_е — представляет число планет с благоприятными для жизни условиями, образующихся в Галактике за время от 0 до T, а R_∗f_pп_е— скорость образования таких планет. Вероятности Р_L , Р_i , Р_с можно трактовать следующим образом. Р_L определяется отношением числа обитаемых планет, образующихся за время от 0 до Т, к числу планет с подходящими условиями, образующихся за то же время; Р_i — доля планет, населенных разумными существами, по отношению к обитаемым планетам, Р_с — отношение числа коммуникативных цивилизаций, образующихся за время от 0 до T, к числу планет, населенных разумными существами, образующихся за то же время. При этом, поскольку речь идет о вероятности реализации определенного процесса (процесса химической, биологической и социальной эволюции), вероятность его реализации должна зависеть от времени. Поэтому надо говорить не просто о вероятности происхождения жизни, возникновения разумных форм жизни и т. д., но о вероятности происхождения за определенное время (более подробно мы рассмотрим этот вопрос ниже).

Помимо формулы Дрейка, различными авторами были предложены иные формулы для подсчета числа цивилизаций. Но процедура подсчета, в общем, остается неизменной. Она сводится к следующему. Определим тем или иным способом число подходящих мест, на которых могут возникать коммуникативные цивилизации, отберем из них те, на которых цивилизации действительно возникают, и умножим полученное число на вероятность застать цивилизацию в данный момент в коммуникативной фазе. Соответственно, общая формула для подсчета числа цивилизаций будет иметь вид

N_c(T) = N₀Fq ; (4.6)

N₀ — число подходящих мест (существующих в момент Т либо образующихся за время от 0 до Т), F — фактор выборки, учитывающий то обстоятельство, что не в каждом подходящем месте возникает коммуникативная цивилизация, q — вероятность того, что любая из наугад взятых коммуникативных цивилизаций находится в момент Т в коммуникативной фазе. Применяя разные способы выборки и различные выражения для вероятности, получают разные модификации формулы (4.6). Сводка основных модификаций содержится в нашей статье[249]. Отметим, что в формуле (4.6) отбор осуществляется по отношению к числу подходящих мест. В формуле Дрейка он ведется по отношению к общему числу звезд. Если же вести его по отношению к числу подходящих мест (каковыми в формуле Дрейка являются планеты с подходящими условиями), то фактор выборки F будет определяться произведением вероятностей Р = P_LP_iР_c .

Описанную процедуру можно применить к любой ограниченной области Вселенной. В большинстве случаев она рассматривается применительно к Галактике. Что касается подходящих мест, то хотя при обсуждении этого вопроса рассматривались различные возможности: возникновение жизни на кометах, остывших звездах и в межзвездной среде, обычно при подсчетах числа цивилизаций (как и в формуле Дрейка) в качестве подходящих мест имеются в виду лишь планеты с благоприятными для возникновения жизни условиями. В этом случае N₀ = N_∗f_pп_е .

Использование в качестве подходящих мест для возникновения коммуникативных цивилизаций только планет с благоприятными для возникновения жизни условиями означает, конечно, определенное ограничение возможностей, определенную уступку «планетному шовинизму», ибо при этом исключаются разнообразные не планетные формы жизни, рассмотренные нами в пунктах 4.2.4 и 4.2.5. Однако такое ограничение, по-видимому, неизбежно, ибо иначе нам грозит опасность сойти с позиций более или менее твердо установленных фактов и знаний и устремиться в лоно ничем не ограниченных спекуляций. Просто надо иметь в виду, что оценки, полученные на основе приведенных формул, в силу отмеченных ограничений, дают только нижнюю границу числа коммуникативных цивилизаций. С учетом не планетных форм жизни они могут быть значительно увеличены.

Впрочем, не будем преувеличивать степень «антропоморфизма», с которым мы сталкиваемся при использовании формулы Дрейка. В отличие от некоторых более поздних «усовершенствований», где с излишней детализацией выписываются многочисленные сомножители, учитывающие факторы, оказавшие влияние на происхождение жизни на Земле и ход ее эволюции, увенчавшейся появлением современного технологического общества, — в формуле Дрейка учитываются только самые важные факторы: происхождение жизни, не обязательно полностью похожей на нашу; происхождение разума, не обязательно точно такого, как наш; происхождение технологии, не обязательно повторяющей наш путь. Вместе с гем эта формула позволяет очертить область необходимых исследований: первые два сомножителя (R_∗ и f_p) относятся к компетенции астрономии, третий п_e — к компетенции астрономии и биологии; Р_L — это область предбиологической химии; Р_i , — область эволюционной биологии; Р_с и L относятся к компетенции социальных наук. Одним словом, несмотря на неизбежно присущую ей ограниченность, формула Дрейка представляет собой удобный и полезный для анализа инструмент.

4.3.2. Оценка факторов, входящих в формулу Дрейка.

Из всех факторов, входящих в формулу Дрейка, на основе современных данных, можно, более или менее точно, оценить только астрономические величины: N_∗ , Т и R_∗. С точностью до коэффициента 2 они равны:

N_∗ = 2 • 10¹¹ звезд, Т = 10¹⁰ лет, R_∗ = 20 зв./год. (4.7)

Оценка остальных факторов менее определенная.

Фактор f_p , по-видимому, близок к единице. Это следует из современных представлений о формировании планетных систем в едином процессе со звездообразованием. В п. 2.1.3 мы отмечали, что у звезд спектральных классов более поздних, чем F5, на определенном этапе эволюции формируется протопланетный диск, которому передастся основная доля вращательного момента протозвезды. Из этих представлений, подтверждаемых наблюдаемым распределением скоростей вращения звезд различных спектральных классов, следует, что все звезды спектральных классов от F5 до М имеют планетные системы. Атак как эти звезды составляют подавляющее большинство (более 99 %) всех звезд Галактики, то можно положить f_p ≈ 1.

Дополнительным аргументом в пользу такой оценки является широкая распространенность двойных и кратных систем среди звезд. В п. 2.1.2 мы видели, что от 50 до 70 % звезд представляют собой системы той или иной степени кратности. А по некоторым данным, с учетом звезд малой массы, доля кратных систем может возрасти до 90 %. Среди компонентов этих систем встречаются и массивные горячие гиганты, и обычные звезды, и белые карлики, и нейтронные звезды, и «черные дыры». Встречаются среди них и темные спутники, представляющие собой промежуточные тела между планетами и звездами. Но коль скоро это так, то естественно допустить, что существуют и такие системы, в которых меньшие компоненты уже настолько малы, что достигают планетных размеров. В этом смысле одиночные звезды с планетными системами можно рассматривать как предельный случай кратных систем с очень малыми массами компонент. С другой стороны, как мы видели, и в самих кратных системах могут существовать планеты, обращающиеся сразу вокруг обеих звезд, в случае тесных пар, или вокруг каждого из компонент кратной системы, в случае достаточно широких систем. Наконец, наличие богатых семейств спутников у больших планет нашей Солнечной системы тоже говорит о том, что процессы фрагментации при образовании небесных тел, по-видимому, достаточно типичны и должны приводить к образованию планетных систем у звезд.

Но все это качественные соображения. В последние годы они получили наблюдательное подтверждение, когда с помощью инфракрасных наблюдений (главным образом, на спутнике «ИРАС») вокруг многих звезд были обнаружены пылевые оболочки, часть из которых представляют собой формирующиеся протопланетные диски.

Разумеется, наибольший интерес представляет непосредственное обнаружение уже сформировавшихся планетных систем у других звезд. Эта проблема давно привлекает внимание астрономов. До самого последнего времени она казалась практически неразрешимой. Было предложено немало остроумных методов обнаружения планет у других звезд, однако достигнутой точности измерения было недостаточно, чтобы реализовать их на практике. Прорыв был достигнут в 90-х годах XX века, и это сразу привело к обнаружению планет у большого числа звезд.

Отметим, что непосредственно наблюдать планеты даже у самых близких к нам звезд с помощью современных телескопов практически невозможно. Это связано не только с очень малым световым потоком (световой поток от Венеры приблизительно в миллиард раз меньше светового потока от Солнца), но и с гем, что планета расположена от нас почти точно в том же направлении, что и ее звезда. При таких условиях слабое излучение планеты будет теряться в ослепительных лучах ее собственной звезды. Чтобы «убрать» излучение звезды, можно использовать «звездный коронограф», в котором излучение звезды экранируется аналогично тому, как это делается в солнечных коронографах, позволяющих наблюдать солнечную корону вне затмения. Правда, надо иметь в виду, что соотношение яркостей солнце/корона на много порядков ниже (благоприятнее для наблюдения), чем соотношение звезда/планета. Но убрать звездный свет еще недостаточно, надо суметь разделить изображение звезды и планеты. Для ближайших звезд (и только для них!) это возможно. Однако «звездные коронографы» пока не созданы, и реальные возможности связывают с косвенными методами обнаружения планет. Основные из них — астрометрический метод и метод лучевых скоростей.

Астрометрический метод состоит в измерении периодических колебаний положения звезды на небесной сфере, обусловленных ее вращением вокруг центра масс системы звезда-планета. Вследствие собственного движения звезды (точнее звезды вместе с ее планетной системой) в пространстве, центр тяжести движется по небесной сфере, «выписывая» плавную траекторию, а звезда из-за вращения вокруг центра масс описывает волнистую линию вокруг этой траектории. Колебания звезды (амплитуда волнистой линии) тем больше, чем больше масса планеты по отношению к массе звезды. Этот метод успешно применяется для обнаружения невидимых темных компонент в двойных звездах. Но обнаружение планет из-за их малой массы значительно труднее. Для наземных наблюдений обнаружение планет этим методом находится на пределе чувствительности современной аппаратуры.

Метод лучевых скоростей состоит в измерении смещения спектральных линий в спектре звезды. При вращении вокруг общего центра масс системы звезда в течение одной половины периода удаляется от наблюдателя, а в течение другой половины — приближается к нему. Соответственно, спектральные линии смещаются то в красную, то в синюю область спектра. Измеряя эти смещения, можно установить наличие планет, определить период их обращения, массу и другие параметры. Именно с помощью э того метода и были открыты первые планеты у других звезд.

Планета у звезды 51 Пегаса была обнаружена методом лучевых скоростей. Долгое время этот метод не давал нужной точности, он позволял регистрировать скорости порядка 500 м/с, а для обнаружения даже такой массивной планеты, как Юпитер, у солнцеподобной звезды требовалась скорость 12,5 м/с. Следовательно, необходимо было существенно повысить чувствительность метода. К началу 90-х годов это стало возможно благодаря применению спектрометров нового поколения.

Первый успех выпал на долю швейцарских исследователей М. Майора и Д. Квелоца. Их спектрометр имел чувствительность 13 м/с и позволял на пределе обнаружить планету типа Юпитера у солнецеподобной звезды. В 1994 г. они начали наблюдения на высокогорной обсерватории Верхний Прованс (Франция). В программу входил поиск планет у 142 солнцеподобных звезд из ближайшего окружения Солнца. В их число входила и звезда 51 Пегаса, расположенная на расстоянии около 50 световых лет от Солнца. Неожиданно у этой звезды была обнаружена довольно значительная лучевая скорость 60 м/с. Скорость периодически менялась с периодом 4,2 дня. Это было невероятно! Ведь период обращения планет составляет годы, а не дни, следовательно, и скорость, обусловленная влиянием планет, должна была меняться с годичным периодом. Майор и Квелоц решили задержать публикацию своего открытия и еще раз все проверить. В июле 1995 г. наблюдения 51 Пегаса были возобновлены. Изменения скорости следовали точно установленному закону. Сомнений не оставалось: это была планета. Масса ее порядка массы Юпитера, а расстояние до звезды всего 0,05 астрономических единиц (в 20 раз меньше расстояния от Земли до Солнца)! Этим и объясняется столь малый период обращения планеты и большая амплитуда изменения скорости звезды, что облегчило обнаружение планеты. Из-за близости к звезде температура планеты превышает 1000 К. Поэтому в дальнейшем такие планеты стали называть «горячими юпитерами».

В последующие годы в поиск включились и другие группы; число обнаруженных планет быстро росло. К середине ноября 2002 г. число планетных систем достигло 87, причем в 11 из них обнаружено более одной планеты; общее число планет равно 101. Самую свежую и весьма полную информацию о них можно получить на страничке Интернет «The Extrasolar Planets Encilopaedia» по адресу: http://www.obspm.fr/cncycl/encycl.html (или по адресу: http://www.obspm.fr/planets), или, наконец, непосредственно в Каталоге внесолнечных планет «Extra-Solar Planets Catalog», который является частью Энциклопедии, по адресу: http://www.obspm.fr/cncycl/catalog.html

Большинство обнаруженных планет относятся к типу «горячий юпитер». Возможно, этот удивительный факт является просто следствием наблюдательной селекции: планеты такого типа легче обнаружить. Но в любом случае наличие планетных систем, которые по своим характеристикам существенно отличаются от Солнечной, является важным обстоятельством. Оно указывает на то, что наши представления о происхождении планетных систем нуждаются в корректировке. Особый интерес представляют случаи, когда удалось выделить не одну, а несколько планет. Примером может служить система звезды Ипсилон Андромеды (υ And), у которой удалось выделить три планеты с массами 0,71; 2,11 и 4,61 массы Юпитера и радиусом орбиты 0,06; 0,83 и 2,5 а. е.

Большинство действующих программ рассчитаны на обнаружение массивных планет (типа Юпитера). Для обнаружения планет земного типа чувствительности существующей аппаратуры пока недостаточно. Здесь прогресс может быть связан с применением интерферометров[251]. Уже создан наземный интерферометр, рассматривается проект большого космического интерферометра с 4-метровыми телескопами, разнесенными на расстояние 100 м. Недавно НАСА объявило о проекте запуска в 2004 г астрометрического спутника, который позволит исследовать 40 миллионов звезд и обнаружить планеты у звезд солнечного типа на расстояниях до 1000 световых лет.

Надо сказать, что обнаружение планеты у звезды 51 Пегаса, строго говоря, не было первым надежным обнаружением внесолнечных планет. Это была первая планета, обнаруженная у обычных звезд. Но еще раньше, на несколько лет раньше, планеты были обнаружены у... пульсаров!

Период пульсаров отличается очень высокой стабильностью, вплоть до 10^-14 секунды. Это позволяет по изменению периода пульсара измерять лучевую скорость нейтронной звезды с точностью до 1 см/с (!), что совершенно недоступно для обычных звезд. Еще более точно периодическое смещение нейтронной звезды при вращении ее вокруг общего центра масс звезда/планета может быть определено по измерению времени прихода отдельных импульсов, что также невозможно для обычных звезд, так как они не дают импульсного излучения. Все это, в принципе, дает возможность обнаруживать у пульсаров планеты с массой порядка массы Земли. Однако никто не пытался этого делать, так как существование планет у пульсаров казалось совершенно невероятным. Открытие первой планеты у пульсара, как и открытие самих пульсаров, было сделано случайно.

В 1990 г. американский радиоастроном польского происхождения А. Вольцшан на радиотелескопе Аресибо обнаружил слабый пульсар PSR 1257+12 с периодом повторения импульсов 6,2 миллисекунды. Он находится на расстоянии около 1000 св. лет от Солнца. Анализ вариаций периода пульсара, выполненный совместно с Д. Фрейдом, показал, что вокруг нейтронной звезды вращаются, по крайней мере, три планеты с массами 0,015; 3,4 и 2,8 массы Земли. Планеты обращаются вокруг ней тронной звезды по почти круговым орбитам с радиусом 0,19; 0,36 и 0,47 астрономических единиц и периодом 25,3; 66,5 и 98,2 дней. Интересно, что расстояния планет от звезды пропорциональны расстояниям Меркурия, Венеры и Земли от Солнца (то же относится и к периодам обращения). Эти результаты были доложены на конференции в 1991 г. Позднее у пульсара была обнаружена еще одна далекая планета с массой 100 масс Земли (примерно втрое меньше, чем у Юпитера), радиусом орбиты 40 а. е. (примерно, как у Плутона) и периодом обращения 170 лет.

Второй пульсар, у которого, возможно, тоже обнаружена планета, — это РSR 0329+54. Он наблюдался в США в 1968-1983 гг. и на Радиоастрономической станции ФИАН в Пущино в 1978-1994 гг. Общий период наблюдений составил, таким образом, 26 лет. Обработав эти многолетние ряды наблюдений Т. В. Шабанова нашла, что вокруг пульсара обращается, по крайней мере, одна планета с массой около 2 масс Земли, периодом 16,9 лет и радиусом орбиты 7,3 а. е. Возможно, имеется и еще одна планета на расстоянии 2,3 а. е. с периодом обращения около 3 лет. К сожалению, выводы пущинских радиоастрономов не были подтверждены другими исследователями, и в интернетовской таблице это обнаружение числится как «весьма сомнительное».

Еще один весьма далекий пульсар PSR 1828—11, расположенный на расстоянии около 12 тысяч св. лет от Солнца, также имеет три планеты с массами 3; 12 и 8 масс Земли, обращающихся вокруг пульсара на расстоянии 0,93; 1,32 и 2,1 а. е. с периодом соответственно 0,68; 1,35 и 2,79 лет. Как и у пульсара PSR 1257+12, у него расстояния планет от звезды (и периоды обращения) тоже пропорциональны расстояниям от Солнца (и периодом обращения) Меркурия, Венеры и Земли. Данные об этом пульсаре до сих пор официально не опубликованы, поэтому в интернетовской таблице он числится как «неподтвержденный».

Зато в таблице имеется еще один пульсар с «подтвержденным» обнаружением планеты. Это пульсар PSR В1620—26, тоже весьма далекий, его расстояние от Солнца превышает 12 тыс. св. лет. У него обнаружена одна массивная планета с массой от 1,2 до 6,7 масс Юпитера, расстояние ее от звезды 10—64 а. е., а период обращения от 62—389 лет.

Обнаружение планет у пульсаров ставит перед астрофизиками весьма сложные проблемы. Ведь нейтронная звезда образуется в результате вспышки сверхновой. Надо иметь в виду, что вспышка сверхновой — это гигантский взрыв, при котором выделяется колоссальная энергия. Если у звезды, из которой образовался пульсар, была до вспышки планетная система, она должна была разрушиться в результате взрыва. Значит, планеты вокруг пульсаров возникли уже после вспышки. Как именно это произошло, пока не ясно (хотя есть несколько теоретических моделей образования планет на послевзрывной стадии). Как бы там ни было, но наличие планетных систем у таких «экзотических» объектов, как пульсары, наряду с их наличием у обычных звезд, показывает, что планетные системы должны быть широко распространены в Галактике.

Итак, долгие дискуссии, размышления, споры о существовании планет за пределами Солнечной системы завершены, поиски их увенчались успехом. Несомненно это одно из важнейших астрономических открытий XX века. Символично, что оно было сделано на рубеже веков. Умозрительно существование планет у других звезд казалось очевидным. Но отсутствие прямых доказательств оказывало существенное влияние на научные представления в этой области. Несмотря на то, что при имеющихся средствах планеты просто не могли обнаружить, из отсутствия экспериментальных подтверждений делались далеко идущие выводы — об отсутствии планет или их крайней редкости, об уникальности Солнечной системы в Галактике и т. д.

Хотя обнаружение внесолнечных планетных систем несомненно является важным аргументом в пользу их широкой распространенности, сам по себе этот факт пока еще не дает возможности количественно оценить фактор f_p . Это можно сделать на основе современных представлений о происхождении планетных систем. А. В. Тутуков выполнил такую оценку и получил, что у 30% всех звезд в Галактике возникают планетные системы[252]. При этом общее число планетных систем в Галактике может достигать 10¹¹.

Рассмотрим теперь следующий фактор n_е . При оценке этого фактора (коль скоро мы уже ограничились рассмотрением лишь планетных форм жизни) мы должны прежде всего отобрать те звезды, около которых могут существовать планеты с подходящими для возникновения жизни условиями. При отборе таких звезд исключают горячие молодые звезды спектральных классов О, В и А. Это связано с тем, что, как считается, жизнь на планетах может возникнуть и развиться только в период стационарного излучения звезды (когда она находится на главной последовательности). У звезд типа Солнца этот период составляет около 13 млрд лет, а у звезд ранних спектральных классов менее 1 млрд лет. Исходя из земного опыта это слишком короткий для эволюции срок. Напомним, что на Земле с момента ее образования до появления человека прошло около 4,5 млрд лет. Представим себе звезду спектрального класса В5, у которой период стационарного излучения составляет всего 10⁸ лет. По истечении этого очень короткого периода звезда начинает раздуваться, превращаясь в красного гиганта, а затем сбрасывает оболочку, обнажая горячее ядро с мощным ультрафиолетовым излучением. Если бы у такой звезды после ее образования начался процесс зарождения жизни, она неминуемо погибла бы в ходе переживаемых звездой катаклизмов. Мы уже не говорим о случае, когда звезда заканчивает свою эволюцию, вспыхивая как сверхновая. Впрочем, доля звезд ранних спектральных классов пренебрежимо мала; кроме того, они, как уже отмечалось выше, скорее всего, не имеют планетных систем, так что их исключение не приводит ни к какому дополнительному отбору. При более осторожном подходе исключаются также красные карлики спектрального класса М. Время жизни их на главной последовательности достаточно велико (много больше, чем для звезд солнечного типа), но считается, что они дают слишком мало тепла и света, чтобы эффективно поддерживать жизнь на своих планетах. Остаются звезды спектральных классов F, G и К (точнее, от F5 до К5), которые по своим характеристикам близки к Солнцу. Доля этих звезд составляет около 20 %. Но это еще не все. Для того чтобы поддержать жизнь, планета должна иметь устойчивую орбиту вокруг звезды. Как мы видели, значительное число звезд входит в состав двойных и кратных систем. В таких системах не всегда возможны устойчивые планетные орбиты. С некоторой степенью произвола полагают, что условие устойчивости выполняется примерно для половины подходящих звезд.

Теперь надо выбрать условия уже внутри самой планетной системы. Для этого мы должны исходить из определенных представлений о том, какие условия необходимы для возникновения и развития жизни. А это неизбежно приводит к вопросу, который нам, возможно, хотелось бы избежать — о формах и субстрате внеземной жизни. Желая сохранить твердую почву под ногами и следуя уже избранному пути, мы вынуждены ограничиться единственно известной нам формой жизни и в качестве «нормы существования» принять условия, необходимые для возникновения и развития водно-углеродной, белково-нуклеиновой жизни. Таким путем мы найдем, по крайней мере, нижнюю границу интересующего нас фактора.

Чтобы обеспечить необходимый температурный режим, планета должна находиться в пределах так называемой «зоны жизни» или экосферы (см. § 3.2). Размеры ее зависят от температуры центральной звезды. Так, для Солнца экосфера простирается от 0,7 а. е. до 1,3 а. е., а для красного карлика класса М5 — приблизительно от 0,02 до 0,05 а. е. Кроме того, масса планеты (как уже отмечалось в предыдущем параграфе) должна быть достаточна для удержания атмосферы, но не слишком велика. Оба эти условия приводят к тому, что планета подходящих размеров должна находиться на подходящем расстоянии от своей звезды. Какова вероятность выполнения этих условий? В Солнечной системе из 9 планет лишь одна — наша Земля — находится в пределах зоны жизни[253] и имеет к тому же подходящие размеры. Исходя из этого можно заключить, что для Солнечной системы вероятность нахождения подходящей планеты в подходящем месте составляет приблизительно 0,1. Можно принять эту оценку в качестве типичной для других планетных систем. Пусть n — среднее число планет в планетной системе (по аналогии с Солнечной системой можно принять n ≈ 10), тогда:

Отметим, что некоторые авторы учитывают долю звезд подходящих спектральных классов и долю подходящих звезд с устойчивыми планетными орбитами при оценке фактора f_p . Поэтому для сопоставления результатов различных авторов удобней использовать величину f_pn_e . Эта величина приводится в 3-м столбце таблицы 4.3.1.

Перейдем теперь к оценке вероятностей Р_L , Р_i , Р_с . Начнем с вероятности происхождения жизни Р_L . В п. 4.2.3 мы познакомились с тем, как образуются основные «строительные блоки» биохимии (аминокислоты, нуклеотиды и т. д.) и как из этих «кирпичиков» путем полимеризации возникают более сложные органические молекулы. Но там же мы отмечали, что до сих пор остаются полностью неясными последующие этапы происхождения жизни. Прежде всего — каким образом «запускается» механизм наследственности, как возникают системы такого уровня сложности, начиная с которого вступает в силу естественный отбор, характерный для живых систем.

Существует точка зрения (и она активно пропагандируется в популярной литературе), согласно которой образование первых белковых молекул и первых молекул ДНК произошло чисто случайно — путем случайного сочетания имевшихся в первобытном океане простых молекул. А так как вероятность случайного образования достаточно сложных систем (какими, несомненно, являются живые системы) исчезающе мала, то, с этой точки зрения, происхождение жизни на Земле является чудом, повторение которого где-либо в другом месте Вселенной крайне маловероятно. Рассмотрим в качестве иллюстрации вероятность случайного образования одного из хорошо известных белков — гемоглобина. Молекула гемоглобина состоит из 4-х полипептидных цепей по 150 элементов (звеньев) в каждой цепи. Всего, таким образом, имеется 600 звеньев, каждое звено — это молекула той или иной аминокислоты. Поскольку в состав живых организмов входит 20 различных аминокислот, то число всевозможных комбинаций из 20 аминокислот при длине цепочки 600 звеньев равно 20⁶⁰⁰, и вероятность чисто случайного образования молекулы гемоглобина составляет 1/20⁶⁰⁰ = 10^-780 (!) — число практически не отличающееся от нуля. Если же принять во внимание все существующие в природе аминокислоты, а не только те, что входят в состав живых организмов (ведь первоначальный отбор должен был производиться из всех аминокислот), то вероятность упадет до величины 10^-1200. И это для простейшего из белков! Если же взять молекулу ДНК, входящую в состав наших хромосом, то вероятность ее чисто случайного возникновения равна — величина, которая «доказывает» абсолютную невозможность происхождения человека.

Ошибочность подобной аргументации состоит в том, что такой чисто комбинаторный подход не применим к процессу формирования сложной высокоорганизованной системы. На основе простой комбинаторики исходных элементов невозможно за разумное время получить не только белковую молекулу, но и более простые системы, существующие в природе. Процесс формирования сложной системы протекает таким образом, что на каждой стадии такого процесса образуются промежуточные подсистемы с присущими им структурными особенностями, благодаря которым на последующих этапах уже не могут реализоваться любые комбинации исходных элементов. Реализуются только некоторые, «разрешенные» комбинации, а это сокращает общее число комбинаций, повышает вероятность реализации процесса (или сокращает время его реализации). Согласно теории Дж. Бернала (1901-1971), существенную роль в этом процессе играет иерархическое строение возникающих структур, каждая из которых включает в себя структуры и процессы, существующие на более низком уровне. В результате число возможных путей формирования некоторой структуры высшей сложности из ее элементов (субструктур) уменьшается, а вероятность образования сложной структуры возрастает по сравнению с тем, что имеет место при ее формировании непосредственно из исходных элементов.

Можно проиллюстрировать это положение на примере формирования языка. Казалось бы какое отношение имеет язык к обсуждаемой проблеме? Но ведь язык — это тоже сложная система, а закономерности формирования сложных систем имеют много общего. Рассмотрим для определенности письменную речь. Исходным элементом ее являются буквы, из них с соблюдением определенных закономерностей образуются слова, из слов строятся предложения, и здесь действуют свои закономерности: порядок слов в предложении, согласование в роде, числе, падеже. Наконец, предложения следуют друг за другом, подчиняясь более сложным законам смысла, логики и т.д. Благодаря этому возникают определенные ограничения на сочетания исходных элементов, букв (а также слов, предложений, абзацев). В результате огромное множество априори возможных «предложений» — вроде: «ыыыуууя тнньл мммбббщъ аъ» — не появляется в осмысленном русском тексте. Точно так же в процессе формирования сложной материальной системы допускается не всякая связь, не всякая комбинация, а лишь такая, которая, по выражению А. Д. Урсула, «предопределена и закреплена всем предшествующим развитием»[254]. В этом смысле и химическая эволюция подобна повествованию. Написав отрывок эволюционной повести, природа закономерно определяет несколько следующих «букв», затем «слов», «предложений», пока не завершит свою творческую работу по созданию живой системы.

К сожалению, мы не знаем закономерности этого процесса. Поэтому в настоящее время у нас нет достоверных данных для надежной оценки вероятности Р_L . Разумеется, это не означает, что Р_L очень мала — не следует путать невысокую надежность в оценке вероятности с величиной самой вероятности.

Можно подойти к оценке величины Р_L , исходя из времени реализации процесса. Для любого, даже чисто случайного, процесса существует характерное время, по истечении которого интересующее нас событие произойдет практически неизбежно, ибо опыт повторится достаточное число раз. Тем более это относится к такому квазидинамическому процессу, как предбиологическая эволюция. Причем здесь характерное время определяется с учетом тех закономерностей формирования сложных систем, тех квазидинамических связей, о которых говорилось выше. Если оно окажется меньше времени существования планеты с подходящими условиями, то по истечении характерного времени жизнь на такой планете с неизбежностью возникнет. Время существования планеты с подходящими условиями (точнее, время существования подходящих условий на планете) определяется временем жизни звезды на главной последовательности. Следовательно, условие возникновения жизни на планете можно записать в виде

Для одних планет это условие выполняется, для других нет. Доля планет, для которых оно выполнено, и определяет вероятность происхождения жизни на планете с подходящими условиями. На Земле это условие было выполнено. Если для большинства планет характерное время происхождения жизни не сильно отличается от характерного времени для Земли, то для них условие (4.8) тоже выполняется, и тогда вероятность Р_L близка к единице. Если же характерное время для Земли является нетипичным, если на большинстве планет процесс длится дольше, чем на Земле (что само по себе является уже сильным допущением), то тогда все зависит от того, с каким «запасом» это условие было выполнено на Земле. Если оно выполняется с большим запасом, тогда для значительной части планет оно тоже будет выполнено, несмотря на то, что для них процесс длится дольше, чем на Земле. Если же запас невелик, тогда для большинства планет это условие не выполняется, и величина P_L , соответственно, мала.

В годы становления проблемы SETI считалось, что процесс химической эволюции на Земле длился несколько миллиардов лет, что сопоставимо с возрастом Земли и почти одного порядка с возрастом Вселенной. Как отметил в то время А. А. Нейфах[255], незначительное изменение физических условий на других планетах, по сравнению с земными условиями, может увеличить срок химической эволюции на 1-2 порядка, и тогда для происхождения жизни потребуется время, превышающее возраст Вселенной. Если это имеет место для большинства планет, то P_L много меньше единицы. Новые данные показали, что характерное время происхождения жизни на Земле гораздо меньше, чем предполагалось ранее. По существу, жизнь возникла на Земле сразу же после того, как закончился процесс ее формирования. Если даже допустить, что на других планетах процесс по каким-то причинам длился дольше, чем на Земле, его длительность, из-за большого запаса, для большинства планет, по-видимому, все же не превышает времени жизни звезды на главной последовательности. Исходя из этого, можно предположить P_L ≈ 1.

Перейдем теперь к оценке вероятности Р_i . Прежде всего надо оговорить, что мы понимаем под термином «разумная жизнь». Понятие «разум», как и понятие «жизнь», кажется первоначально интуитивно ясным. Но определить их не так просто. Где та грань, которая отделяет живое от неживого? Где критерий, позволяющий отделить разумное от неразумного? Разумны ли высшие животные, или разум — прерогатива только человека? Даже в применении к земной жизни эти вопросы вызывают известные трудности. Тем более сложным представляется вопрос о возможных формах внеземного разума. Мы должны быть готовы к тому, что разум, с которым нам придется встретиться и вступить в контакт, может принимать самые неожиданные формы. На первый взгляд, SETI позволяет значительно упростить проблему. Если исходить из узкого понимания SETI — поиск и обнаружение сигналов от внеземных цивилизаций, то под «разумными существами» можно понимать существа, способные создавать мощные радиопередатчики и радиотелескопы, или, говоря более общо, — способные обмениваться информацией по каналам связи. Какова физическая, химическая и биологическая природа таких существ — с этой точки зрения, совершенно несущественно. Однако пытаясь оценить число цивилизаций по формуле Дрейка, мы вынуждены были ограничиться рассмотрением вполне конкретной белково-нуклеиновой формы жизни, возникающей на планетах, обращающихся вокруг подходящих звезд. И интересующая нас сейчас величина Р_i , есть вероятность происхождения разумных существ именно на такой обитаемой планете в процессе биологической эволюции.

Нам известен лишь один пример биологической эволюции на Земле, приведший к возникновению разумного вида «Homo sapiens». Нельзя сказать, что мы хорошо представляем себе процесс биологической эволюции. После первых успехов дарвиновской теории перед ней возникли серьезные трудности. Положение здесь напоминает ситуацию в проблеме происхождения жизни: чем больше мы углубляемся в изучение эволюции, тем менее понимаем, каким образом она привела к возникновению человека. Имея в виду эти трудности, И. С. Шкловский высказал мысль, что на Земле, наряду с мутациями и естественным отбором, по-видимому, действовали еще какие-то факторы, роль которых пока еще окончательно не ясна. Поэтому мы не можем надежно оценить величину Р_i Это, конечно, не означает, что величина Р_i — очень мала. Здесь, как и в случае с вероятностью P_L , не следует путать надежность в оценке вероятности (которая может быть очень малой) с величиной самой вероятности.

Дополнительные трудности возникают в связи с характером самого эволюционного процесса. Многие эволюционисты отмечают, что, по мере усложнения организмов, пути эволюции все более и более разветвляются. И далеко не все из них ведут к появлению разумных существ. Значит, на другой планете эволюция может пойти по «тупиковому» пути. Если это так, то природе придется поставить много опытов на разных планетах, прежде чем на одной из них опыт увенчается успехом и эволюция пойдет по пути, который приведет к появлению разумных существ. Поэтому, как подчеркивает Шкловский, если даже считать, что возникновение разумной жизни во Вселенной есть закономерный процесс развития материи, из этого вовсе не следует, что эволюция живой материи на каждой планете неизбежно должна привести к возникновению разума.

Насколько уникален путь земной эволюции? Если иметь в виду все детали этого пути, то он, конечно, уникален. И земное человечество так же уникально, как и любой биологический вид на Земле. Но говоря о поисках внеземного разума, мы вовсе не должны ограничиваться какой-то внеземной копией земного человечества, следовательно, нет необходимости в том, чтобы эволюция на других планетах повторяла во всех деталях путь земной эволюции. Важны лишь ее главные, существенные черты. Каковы же эти существенные черта)?

Рис. 4.3.1. Древо жизни (по Кеио). Рисунок из книги: Пьер Тейяр де Шарден. Феномен человека. - М.,1987, с. 114

Биологическая эволюция на Земле протекала в направлении нарастающей дифференциации функций, выполняемых отдельными органами и тканями. Если в одноклеточном организма все функции совмещены, то уже у первых многоклеточных организмов начинается разделение между тканями: появляется мышечная ткань, выполняющая функции движения; затем появляются различные специализированные органы и ткани, выполняющие функции дыхания, пищеварения, размножения и т. д., возникает система кровообращения, появляются рецепторы (или органы чувств), связывающие организм с окружающей средой. Это усложнение организмов, появление специализированных органов и тканей неизбежно требует создания управляющих механизмов, иначе организм не сможет функционировать как единое целое. Появляется нервная и эндокринная система, выполняющие функции управления. Появление нервной системы на определенном этапе эволюции, или, говоря шире, — появление некоторой управляющей системы, можно, по-видимому, считать закономерной. Более сложной является проблема эволюции нервной системы до такого уровня, когда возникает то, что мы называем словом «разум». С понятием «разум» (в отличие от «животного ума») обычно связывается способность к абстрактному мышлению, способность познавать окружающий мир и самое себя, т. е. строить модели мира с помощью абстрактных понятий и использовать результаты познания в соответствии со своими целями. Для возникновения разума требуется выполнение ряда условий, сочетание ряда факторов. Прежде всего имеет значение, конечно, количество нейронов в центральной нервной системе, а следовательно, объем мозга и размер животного. Но одного этого, разумеется, недостаточно. Как подчеркивает американский антрополог Р. Ли, необходимым условием возникновения разума является сложная социальная жизнь животного. Еще Фридрих Энгельс указывал на важную роль труда в процессе происхождения человека. Огромное значение имело и появление языка как средства коммуникаций между членами зарождающегося человеческого общества. Хотя язык обслуживал определенные материальные потребности, он имел свою собственную логику развития. Развитие языка в значительной мере стимулировало развитие разума, протекало в диалектическом единстве с его развитием. Имея единичный пример развития мыслящего вида на Земле, мы не знаем, насколько типичным является этот процесс, обязательно ли при всех условиях эволюция управляющих систем приведет к появлению разума.

Если эти соображения верны, то происхождение разума можно рассматривать как неизбежный результат биологической эволюции. На основании этого можно было бы положить Р_i = 1. Но остается еще вопрос о длительности процесса биологической эволюции. На Земле этот процесс занял значительно больше времени, чем происхождение жизни. Длительность его практически равна возрасту Земли и, действительно, одного порядка с возрастом Вселенной. Изменение длительности эволюции на других планетах всего в несколько раз по сравнению с Землей (в сторону увеличения) приводит к тому, что для происхождения разума на этих планетах может не хватить времени. Конечно, это относится не ко всем планетам, на некоторых из них эволюция может быть даже короче, чем на Земле. Но, во всяком случае, для части планет такая ситуация может иметь место. Поэтому для Р_i, можно принять более осторожную, по сравнению с Р_L , оценку: Р_i ≤ 1. Впрочем, как видно из таблицы 4.3.1, оценки этих факторов у различных авторов отличаются не сильно.

Остается оценить вероятность Р_с образования технически развитой цивилизации. История человечества знает немало цивилизаций, которые возникали, достигали расцвета и гибли по тем или иным причинам внутреннего и/или внешнего характера. При этом различные цивилизации на Земле возникали в разное время в различных местах и, по-видимому, независимо друг от друга. Если в отношении таких цивилизаций, как Китай, Индия, Египет, можно говорить об их взаимном влиянии, то цивилизации американского континента (инки, ацтеки и др.), вероятно, возникли независимо от цивилизаций Старого света. Если это так, то можно думать, что образование цивилизаций есть закономерный этап в эволюции мыслящих существ. Бытует, правда, и такое представление: все цивилизации как Старого, так и Нового света, образовались от одной древнейшей Працивилизации. Но оно не отменяет вывод о закономерном характере возникновения цивилизаций. Менее определенным является вопрос о закономерностях появления развитой технологии, при которой можно говорить о межзвездной связи. Наши представления базируются на изучении человеческого опыта, и мы не знаем, какие из закономерностей исторического развития являются специфическими, присущими только человеческому обществу, и какие имеют универсальный характер. Учитывая, что время возникновения технологического общества (10⁵ ÷ 10⁶ лет) мало по сравнению со временем биологической эволюции, можно положить Р_с ≈ 1.

Вспомним, что нас интересуют коммуникативные цивилизации. Если даже допустить неизбежность возникновения технически развитых цивилизаций, остается еще неясным вопрос — обязательно ли они пожелают установить контакт с другими мирами. Каковы побудительные мотивы контакта? По мнению профессора Д. Я. Мартынова (1906-1989), они могут представлять собой сложный комплекс «из любознательности (научного интереса), тщеславия и альтруизма»[258]. Вероятно, это в какой-то мере справедливо для нашей земной цивилизации в ее нынешнем состоянии развития. Но что мы знаем о побудительных мотивах иных цивилизаций? Думается, что мотивы могут быть более глубокими. Не исключено, что контакт с другими сообществами разумных существ является необходимым условием сохранения и дальнейшего развития для каждой цивилизации после того, как она достигнет определенного уровня развития. Если это так, то любая цивилизация, начиная с определенного момента, вступает в коммуникативную фазу.

Подведем предварительные итоги. В табл. 4.3.1 приведены оценки факторов в формуле Дрейка, выполненные различными авторами. Если принять скорость звездообразования R_∗ = 20 звезд/год, то для скорости возникновения цивилизаций R = R_∗f_s , получим значения, приведенные в последней строке таблицы. Чтобы получить число цивилизаций, надо эту величину умножить на L. Например, по оценкам, принятым в проекте «Циклоп», R = 1, и число цивилизаций в Галактике, находящихся в коммуникативной фазе, N_c(t) = L, т. е. численно равно выраженной в годах длительности коммуникативной фазы. При других оценках имеем, соответственно, иные значения R, т. е. иные значения коэффициента при L в формуле для числа цивилизаций N_c(t) = RL. Отсюда видно, какое большое значение для оценки числа коммуникативных цивилизаций имеет время жизни цивилизаций или длительность коммуникативной фазы. К обсуждению этой величины мы теперь и переходим.

4.3.3. Время жизни коммуникативных цивилизаций (длительность коммуникативной фазы).

О времени жизни технически развитых цивилизаций (как и о распространенности разумной жизни во Вселенной) имеются две противоположные точки зрения. Согласно одной из них, время жизни цивилизаций существенно ограничено: оно может составлять несколько сотен, несколько тысяч, может быть, несколько миллионов лет, но оно, во всяком случае, очень мало по сравнению с космогоническим масштабом времени. Это так называемая короткая шкала жизни. Согласно другой точке зрения, время жизни технически развитых цивилизаций неопределенно велико. Раз возникнув, они развиваются, практически, неограниченно долго, постоянно приспосабливаясь к новым условиям (или создавая для себя новые условия), преодолевая новые трудности, добиваясь новых побед в преодолении стихийных сил природы. С этой точки зрения время жизни коммуникативных цивилизаций может быть соизмеримо только с возрастом Галактики (длинная шкала жизни).

Напомним, что величина L в формуле Дрейка представляет собой среднее время жизни коммуникативных цивилизаций. Следовательно, могут быть цивилизации, время жизни которых как больше, так и меньше L. Особый интерес представляют цивилизации с длительностью коммуникативной фазы порядка T, т. е. порядка возраста Галактики. Если одна такая цивилизация когда-то возникла в Галактике, то она и сейчас находится в коммуникативной фазе. Можно ли рассчитывать, что такие цивилизации существуют, или время их жизни ограничено какими-то внешними или внутренними причинами? В литературе по проблеме SETI обсуждалось несколько возможных причин гибели высокоразвитых цивилизаций: 1) самоуничтожение в результате термоядерной катастрофы или какого-то другого открытия, которое может привести к непредвиденным и неконтролируемым последствиям; 2) генетическая опасность, связанная с «грузом» неблагоприятных мутаций, сохраняющихся в популяции высокоразвитых существ благодаря применению медицины; 3) ограниченная емкость мозга отдельного индивидуума, что в сочетании с быстрым ростом информации[259] может привести к чрезмерной специализации и, как следствие ее, к вырождению; 4) кризис, связанный с появлением искусственных разумных существ. К этому можно добавить еще загрязнение окружающей среды, организационный, демографический и энергетический кризис, а также потерю интереса к науке и технике, что, практически, приведет к окончанию коммуникативной фазы. Все эти сценарии навеяны состоянием нашей земной цивилизации. Неизвестно, насколько они типичны. С другой стороны, могут быть и иные противоречия, с которыми сталкиваются развивающиеся космические цивилизации и о которых мы не имеем никакого понятия.

Следует иметь в виду, что хотя названные (и не названные) причины могут в разной степени влиять на продолжительность жизни технически развитых цивилизаций, совершенно не обязательно, чтобы каждая из них (или они все вместе) с фатальной неизбежностью приводили к постепенной или катастрофической гибели цивилизаций. Как правильно подчеркивает Н. С. Кардашев, указанные причины, по-видимому, являются весьма существенными для каждой цивилизации на определенном этапе ее развития, но это не значит, что они являются принципиально неустранимыми во всех случаях и для всех цивилизаций. Близкая точка зрения была высказана американским биофизиком и футурологом Дж. Платтом. Он считает, что в истории каждой цивилизации могут встретиться определенные критические моменты (критические точки). Не всякая цивилизация сумеет преодолеть их, какая-то часть обществ может погибнуть, но другие выживут и будут развиваться дальше. Вскоре они встретятся с новой кризисной ситуацией, новым порогом, и опять часть обществ погибнет, а другая часть преодолеет этот порог и будет развиваться до тех пор, пока не встретится с новым и т. д. Переход через каждый порог будет приводить к потере цивилизаций. Но какая-то, пусть небольшая, часть обществ, по мнению Платта, сможет найти решение всех проблем, эта общества преодолеют все пороги и будут развиваться неограниченно долго.

Каково соотношение между числом таких цивилизаций и цивилизаций с короткой шкалой жизни? Этот вопрос исследовался К. Саганом[260]. Пусть L_д— среднее время жизни долгоживущих цивилизаций, a L_к — среднее время жизни короткоживущих цивилизаций; f_д — доля долгоживущих цивилизаций из числа всех цивилизаций, возникающих за время от 0 до T; ( 1 — f_д) — доля короткоживущих цивилизаций. Тогда общее число цивилизаций в Галактике в момент Т:

N(T) = Rf_дL_д + R (1 —f_д) L_к = RL; (4.9)

R — средняя скорость возникновения цивилизаций в Галактике (R = R_∗f_s), Rf_д — скорость возникновения долгоживущих цивилизаций, R (1 — f_д) — скорость возникновения короткоживущих цивилизаций; 1-й член дает число долгоживущих цивилизаций, а 2-й — число короткоживущих цивилизаций; L — среднее время жизни, усредненное по всем цивилизациям:

L =f_дL_д + (1 — f_д)L_к . (4.10)

Несмотря на то, что доля f_д может быть очень мала, число долгоживущих цивилизаций, существующих в данный момент Т(одновременно с нами), благодаря большой длительности их жизни L может намного превосходить число коротко живущих цивилизаций.

К. Саган обращает внимание на то, что разрыв во времени между долгоживущими и короткоживущими цивилизациями создает непреодолимый культурный барьер между ними. Такие цивилизации откроют законы природы и изобретут технологию, применение которой будет казаться нам неотличимой от магии. Они будут, по всей вероятности, изучать примитивные формы жизни и примитивные цивилизации, но вряд ли будут особо обеспокоены установлением связи с ними; во всяком случае — не более чем мы обеспокоены установлением контакта с бактериями. Поэтому в иерархии космических цивилизаций, по-видимому, существует горизонт коммуникативного интереса. Высокоразвитые цивилизации могут осуществлять оживленный коммуникативный обмен между собой посредством неизвестной нам технологии и при этом будут для нас оставаться «за горизонтом». Существование коммуникативного горизонта во много раз уменьшает число цивилизаций, с которыми мы можем вступить в контакт.

Определим число цивилизаций внутри горизонта. Они состоят из короткоживущих цивилизаций и небольшой доли f′ долгоживущих цивилизаций, которые возникли совсем недавно и поэтому еще не успели выйти за пределы коммуникативного горизонта. Возраст этих цивилизаций х ≤ L_к . Если скорость возникновения цивилизаций постоянна (не зависит от времени), то они равномерно распределены по возрасту. Поэтому доля f′ равна L_к/L_д . А для цивилизаций с возрастом х > L_к их доля составляет (1 - f′) = эти цивилизации лежат за пределами нашего горизонта. Число цивилизаций с длинной шкалой, которые, в силу малого возраста, еще находятся в пределах нашего горизонта:

N′(Т) =f′N_д(T) =f′f_дRL = f_дRL_к

Общее число цивилизаций внутри горизонта:

N(Т) = R(1 — f_д)L_к + Rf_дL_к .

Здесь первый член определяется цивилизациями с короткой шкалой жизни (все они лежат внутри горизонта), а второй член определяется недавно возникшими цивилизациями с длинной шкалой (возраст которых не превышает L_к). Поскольку f_д << 1, то N ≈ R(1 — f_д)L_к , т. е. совпадает с числом короткоживущих цивилизаций. Таким образом, в то время, как общее число цивилизаций (существующих в момент Т) определяется долгоживущими цивилизациями, число цивилизаций внутри горизонта определяется короткоживущими цивилизациями. В рассмотренном выше примере: L_д = 10⁹, L_к = 10³, f_д = 10^-2, R = 10¹, первый член равен 10², a второй равен 1. To есть на 100 кратковременно живущих цивилизаций приходится одна долгоживущая, попавшая внутрь горизонта.

Из этих соображений вытекают определенные выводы относительно стратегии поиска. Поскольку общее число цивилизаций в данный момент определяется долгоживущими цивилизациями, то даже при большом числе цивилизаций цивилизации с короткой шкалой жизни относительно редки и расстояние между ними велико. Поэтому обнаружить их сравнительно трудно. Напротив, высокоразвитые цивилизации, с длинной шкалой жизни, расположены ближе и обнаружить их было бы проще, но они находятся за пределами коммуникативного горизонта. Получается «заколдованный круг». Впрочем, если допустить, что небольшая часть высокоразвитых цивилизаций проявляет интерес к контакту с примитивными обществами, то, именно, связь с ними окажется для нас доминирующей. Атак как такие сверхцивилизации можно обнаружить на межгалактических расстояниях (см. гл. 1), то наилучшая стратегия, по мнению Сагана, состоит в том, чтобы искать высокоразвитые цивилизации II и III типа среди ближайших галактик, вместо того, чтобы искать цивилизации I типа среди ближайших звезд. Поиск сигналов от галактик, насчитывающих миллиарды звезд, имеет несомненные преимущества перед поиском от отдельных звезд. И, однако, не следует пренебрегать и ближайшими окрестностями. Ведь, как следует из проведенного анализа, высокоразвитые цивилизации могут находиться «совсем рядом» с нами. Было бы обидно упустить возможность контакта с такими цивилизациями.

Но вернемся к времени жизни коммуникативных цивилизаций. Возможность двустороннего обмена информацией зависит от соотношения между длительностью коммуникативной фазы L и величиной запаздывания t_зап при межзвездных «переговорах». Для того чтобы двусторонняя связь была возможна, время жизни цивилизаций должно превышать некую критическую величину L_кр = t_зап = 2d/c (d — расстояние между цивилизациями, с — скорость света). Принимая во внимание выражение (4.4) для d, можно получить:

L_кр = (d_∗/С)^3/4(T/f_s)^1/4.

Полагая d_∗ = 6,5 св. лет, Т = 10₁₀ лет, получим следующие величины L_кр , соответствующие значениям f_s , приведенным в таблице 4.3.1:

Согласно С. фон Хорнеру, эффективный обмен информацией между цивилизациями, вследствие эффекта «обратной связи» может привести к существенному увеличению дли тельности коммуникативной связи. Следовательно, если L > L_кр , то после установления контакта L начинает возрастать; если же L < L_кр , то эффект обратной связи отсутствует, и Ь остается малым. Таким образом, L может быть либо меньше L_кр , либо много больше этой величины. Цивилизации, время жизни которых близко к L_кр , должны быть крайне редки. До какой степени возрастает величина L после установления контакта? Может быть, установление связи с другими мирами это и есть тот главный порог, который должна достичь и преодолеть развивающаяся цивилизация, после чего она приобретает возможность безграничного развития. В таком случае L_кр можно принять за тот «водораздел», который разделяет цивилизации на две группы: в пределах нашего коммуникативного горизонта и за его пределами.

В приведенных выше примерах мы искусственно принимали долю долгоживущих цивилизаций очень малой. Если допустить, что любая из возникающих цивилизаций может приобрести возможность безграничного развития, т. е. положить f_д ≈ 1, то при тех же значениях R = 10^-1 цивилизаций в год и Т = 10¹⁰ лет получим N(Т) = 10⁹. В наиболее благоприятном случае, когда f_pп_е = 1 и Р_L = Р_i = Р_c = 1; при этих условиях R = R_∗ = 20 год^-1 и N_c(Т) = 2 • 10¹¹, т. е. равно числу звезд в Галактике. Это означает, что около каждой звезды имеется развитая цивилизация. Все они находятся за пределами нашего коммуникативного горизонта. Цивилизации типа нашей составляют небольшую долю молодых, недавно возникших цивилизаций с возрастом X < L_кр которые еще не успели вступить в Галактический Клуб.

4.3.4. Обобщение формулы Дрейка. Статистический подход.

Прежде всего возникает вопрос о числе сомножителей в формуле Дрейка. Мы уже отмечали, что некоторые авторы вводят дополнительные сомножители для учета тех или иных факторов, оказавших влияние на происхождение жизни и возникновение технически развитой цивилизации. Так, С. Доул при оценке числа планет с благоприятными для возникновения жизни условиями вводит 8 сомножителей, учитывающих вероятность того, что орбита планеты имеет определенный эксцентриситет, вероятность того, что ее ось определенным образом наклонена к плоскости орбиты и т. д. Дж. Платт выделяет в процессе эволюции от появления простейших органических соединений до возникновения коммуникативной цивилизации более 20 важнейших этапов, каждый из которых характеризуется определенной вероятностью реализации[261]. На первый взгляд может показаться, что учет дополнительных факторов и введение соответствующих вероятностей в формулу Дрейка неизбежно приводит к уменьшению общей результирующей вероятности, так как произведение множителей, каждый из которых меньше единицы, уменьшается с возрастанием числа сомножителей. Однако это верно лишь в том случае, если рассматривать фиксированные значения вероятностей. Для процесса, развивающегося во времени, вероятность реализации того или иного этапа есть функция времени. Если для каждого промежуточного этапа вероятность реализации стремится к единице за некоторое конечное время, то и произведение вероятностей будет стремиться к единице за определенное конечное время, равное сумме времен реализации каждого этапа. В этом смысле вместо общей вероятности всего процесса в целом в данный момент времени, можно рассматривать суммарное время его реализации, по истечении которого процесс неизбежно завершится[262]’ [263]’ [264]. Весь вопрос в том, каково это суммарное время. Применительно к процессу возникновения планетных цивилизаций суммарное время не должно превышать времени жизни звезды на главной последовательности.

Рис. 4.3.2. Изменение числа цивилизаций со временем. Линия 1 изображает рост числа подходящих звезд; линия 2 — изменение числа коммуникативных цивилизаций при условии, что скорость их возникновения равна скорости возникновения подходящих звезд; линия 3 изображает число коммуникативных цивилизаций в функции времени при условии, что не у каждой подходящей звезды возникает коммуникативная цивилизация. Пояснение см. в тексте

Рассмотрим теперь, как зависит число цивилизаций от суммарного времени реализации процесса. Пусть Т₀ — время от образования подходящей звезды до возникновения на ней коммуникативной цивилизации. Для простоты предположим, что для всех цивилизаций это время одинаково. Предположим, что время жизни коммуникативных цивилизаций (длительность коммуникативной фазы) для всех цивилизаций тоже одинаково и равно L. На рис. 4.3.2 линия 1 изображает рост числа подходящих звезд со временем: N_∗(t) = R₀t (R₀ — скорость образования подходящих звезд, предполагается, что она не зависит от времени). Линия 2 изображает изменение числа цивилизаций со временем при условии, что скорость возникновения коммуникативных цивилизаций равна скорости образования подходящих звезд, т. е. считается, что у каждой подходящей звезды со временем возникает коммуникативная цивилизация. При t < Т₀ число цивилизаций равно нулю. При Т₀ < t < Т₀ + L число цивилизаций растет с той же скоростью, что и число подходящих звезд, соответствующий участок на графике изображается отрезком прямой, параллельным линии 1 и сдвинутым относительно нее на величину Т₀: N(t) = R₀ (t — Т₀). При t = Т₀+ L N(t)= R₀L. При этом накопление цивилизаций прекращается, ибо их ежегодный прирост компенсируется за счет убыли цивилизаций, возникших Гр лет назад, которые к данному моменту достигают возраста Ь и выходят из коммуникативной фазы. При t > Т₀ + L число цивилизаций остается постоянным и равным R₀L. Линия 3 изображает изменение числа цивилизаций со временем при условии, что не у каждой подходящей звезды со временем возникает коммуникативная цивилизация. Скорость возникновения коммуникативной цивилизации R = f_sR₀ (f_s — фактор выборки). На участке 0 < t < Т₀ + L число цивилизаций по-прежнему равно нулю. При Т₀ < t < Т₀ +L число цивилизаций растет, но медленнее, чем число подходящих звезд. При t > Т₀ + L рост числа цивилизаций прекращается. Таким образом:

Это выражение остается в силе и в том случае, когда время развития и длительность коммуникативной фазы у различных цивилизаций различны, но их дисперсия (разброс относительно средних значений) мала по сравнению со средними значениями величин Т₀ и L. Если L означает среднюю длительность коммуникативной фазы, то выражение N_c = R₀f_s ^в точности совпадает с формулой Дрейка (4.2). Следовательно, формула Дрейка описывает частный случай, справедливый при малой дисперсии величин Т₀ и L и при условии L < Т — Т₀.

Рис. 4.3.3. Возникновение коммуникативных цивилизаций у различных звезд (по Крсйфсльдту). Звездочкой отмечен момент рождения подходящей звезды, стрелки указывают момент Т₀ от ее образования до возникновения на ней коммуникативной цивилизации, длительность коммуникативной фазы £ отмечена штриховкой. Т — современный момент времени

Рис. 4.3.4. Схема перехода подходящей звезды в коммуникативную фазу. Пояснения в тексте

Как уже отмечалось выше, поскольку речь идет о процессе возникновения цивилизаций, вероятность его реализации должна зависеть от времени. Статистический подход к оценке числа цивилизаций позволяет получить эту зависимость. Как показано в цитированной выше нашей статье, фактор выборки Дрейка по отношению к подходящим звездам (равный произведению вероятностей Р_L Р_i Р_с ) можно представить в виде f_s = f_0cF(t); f_0c — вероятность возникновения около подходящей звезды коммуникативной цивилизации, F(t) — вероятность того, что она к моменту t перейдет в коммуникативную фазу. Если коммуникативная цивилизация возникает около каждой подходящей звезды (случай, соответствующий линии 2 на рис. 4.3.2), то f_0c = 1 и f_s = F(t). Зависимость F(t) для различных распределений приведена на рис. 4.3.5. При достаточно больших t F(t) ≈ 1 и f_s ≈ f_0c . Это оправдывает введение фиксированных вероятностей в формулу Дрейка. Но надо иметь в виду, что переход к фиксированным вероятностям допустим только при определенных условиях.

Рис. 4.3.5. Временной фактор F(t), описывающий зависимость вероятности возникновения коммуникативной цивилизации от времени. Различные кривые относятся к разным законам распределения времени Т₀

Для оценки числа цивилизаций представляет интерес значение фактора F(Т) в современный момент времени Т = 10¹⁰ лет. Рассмотрим в качестве примера равномерное распределение Т₀ в интервале (Т₀₁ , T₀₂), вне этого интервала вероятность равна нулю. Пусть Т₀₁ = 1 млрд лет, Т₀₂ = 100 млрд лет. Среднее значение Т₀ = 50 млрд лет много больше, чем возраст Галактики и даже превышает возраст Вселенной. Это как раз тот случай, на который обращал внимание Нейфах (см. п. 4.3.2). Можно было бы думать, что поскольку среднее время развития превышает возраст Вселенной, вероятность возникновения коммуникативной цивилизации исчезающе мала. На самом деле это не так. Все зависит от дисперсии величины Т₀ . В данном примере F(Т) = 0,1. Можно дать также статистическую оценку фактора f_0c . Мы не будем останавливаться на процедуре оценки, интересующегося читателя отсылаем за подробностями к цитированной выше нашей статье. Для рассмотренного случая равномерного распределения f_0c = 0,4 (при 5%-ном уровне значимости). Следовательно, фактор выборки f_s = Р L Р_i Р_c = 0,04. Это вполне приемлемая величина. Если принять f_pn_e = 0,1 (см. табл. 4.3.1) и длительность коммуникативной фазы L = 10⁶ лет, то величина N_c(Т) = 20 × 0,1 × х 0,04 × 10⁶ = 8 • 10⁴ цивилизаций. При f_pn_e = 1 и L = 10⁹ N_c(Т) = 8 • 10⁸. Таким образом, при статистическом подходе выясняется, что условие — среднее время цивилизаций меньше 10¹⁰ лет — не является критичным для существования цивилизаций в Галактике. Все зависит от характера распределения Т₀ . Возможны распределения, для которых среднее время развития значительно превышает 10¹⁰ лет и, тем не менее, заметная доля подходящих звезд будет иметь коммуникативные цивилизации.