Воображаемая жизнь

Похоже, что мы ежедневно открываем для себя во Вселенной нечто новое и восхитительное. Астрономы находят новые планеты (а также целые новые планетные системы) с такой скоростью, что за новостями сложно поспевать. Средства массовой информации полны историй о новых планетах, новых особенностях нашего собственного мира и новых способах удивлять нас, чем наша вселенная продолжает заниматься. Мы хотели бы поднять это восхищение на ступень выше, попросив вас поразмышлять над тем, какого рода живые существа могут быть нашими соседями по галактике и по вселенной. Мы хотим, чтобы вы представили себе, кто ещё, помимо нас самих и известных нам растений и животных, может населять те новые миры, которые наши учёные открывают с головокружительной скоростью. Чтобы помочь вам начать, давайте немного позанимаемся арифметикой.

Занимаясь математикой

Мы живём в галактике, где планет больше, чем звёзд. Это утверждение вряд ли вызовет у вас удивление, пока вы не осознаете, что в нашей родной галактике, Млечном Пути, насчитывается около 300 миллиардов звёзд. Это 300 000 000 000 звёзд, и нулей здесь ужасно много. Наше собственное Солнце, всего лишь одна из этих звёзд, содержит в своей системе более 100 планет, лун и крупных астероидов. Каждый объект из этой коллекции обладает уникальными признаками, и многие из них представляют собой потенциальные дома для жизни. Если такая ситуация типична для других звёзд, то в галактике должно находиться 30 триллионов таких объектов — такое число можно встретить лишь в астрономии и в расчётах государственного долга.

Из этих возможных 30 триллионов объектов мы пока идентифицировали менее 4000 — ничтожную долю того, что есть на самом деле. Тем не менее, как говорится в нашей книге «Экзопланеты» ("Exoplanets”, Smithsonian Books, 2017), в эту ничтожную долю попадают миры, разнообразие которых просто поражает воображение. Есть миры, которые вращаются внутри атмосферы своей звезды, миры, покрытые водой, миры, блуждающие в холодном космосе и лишённые звезды, которая сияла бы на их небе. Мы можем лишь стоять в благоговейном ожидании того, что ещё обнаружится во вселенной, когда с течением времени наши приборы станут лучше и точнее.

Но цифры говорят нам нечто иное. Если хотите, создайте в своём воображении странный мир — возможно, мир, совершенно не похожий ни на один из тех, что мы нашли на данный момент. Возможно, в вашем воображаемом мире будет высокая концентрация редкого элемента — например, иттербия. Может быть, это будет луна блуждающей планеты, вечно дрейфующей во тьме космоса. Или, может быть, он похож на Землю, и жизнь кишит на его суше и в океанах на его поверхности. Предположим далее, что ваш воображаемый мир действительно маловероятен — возможно, его плотность меньше, чем у воды, или он сделан из твёрдого железа. Предположим, что шансы против того, что ваша планета хотя бы просто сформируется, составляют миллион к одному (для справки, это примерно равно вероятности того, что в этом году в вас ударит молния). Даже при таких низких шансах на существование вашего мира вы можете расчитывать на то, что в одной только нашей галактике вы найдете примерно 10 миллионов таких миров. Убавьте шансы существования вашего мира до триллиона к одному, и количество планет, подобных вашей необычной, упадет «всего лишь» до 10 000. Ваш воображаемый мир может быть сколь угодно странным, однако, если он не противоречит законам физики и химии, нечто подобное, вероятно, действительно существует — с учётом огромного количества планет в галактике. Фактически, мы можем превратить предыдущее предложение в руководящий принцип для нашей беседы:

Если приведённые выше цифры недостаточно впечатляют, просто помните, что во Вселенной существуют миллиарды галактик, подобных нашей, и в каждой из них предположительно найдётся по столько же планет.

Что это расскажет нам о жизни?

В свете невероятного разнообразия планет мы должны ожидать найти аналогичный, или даже ещё более высокий уровень разнообразия и изменчивости у жизни, которая также может существовать в этих мирах. Это создаёт нам проблему, потому что нам знакома лишь одна форма жизни: жизнь, которая «похожа на нас», то есть, основанная на химии углеродсодержащих молекул и требующая наличия жидкой воды. Всё биоразнообразие Земли, в сущности, является результатом единственного «эксперимента», проведённого всего лишь в одной из бесчисленных лабораторий Вселенной, и в силу этого обстоятельства наша планета даёт нам очень мало конкретных указаний в размышлениях о той огромной сложности, которую мы ожидаем найти в Млечном Пути. Но пока это всё, что у нас есть, и поэтому нам придётся использовать наши ограниченные знания с максимальной отдачей.

Мы начнем исследование форм, которые может принимать жизнь в галактике, со знакомства с тем, что мы называем правилами игры: это те основополагающие принципы, которые сделали жизнь на Земле такой, какая она есть. Мы утверждаем, что важнейший среди этих принципов, эволюция под действием естественного отбора, должен действовать практически во всех остальных природных средах в галактике. Второй великий принцип — то, что жизнь основана на химии атомов углерода — вероятно, менее универсален. Тем не менее, мы будем придерживаться углеродной химии так долго, как сможем, поскольку знакомое легче понять.

Соответственно, мы разбиваем наше обсуждение возможной жизни на три категории, указанные в предисловии: жизнь, похожая на нас; жизнь, не похожая на нас, и жизнь, совершенно не похожая на нас. По очевидным причинам мы начнём с того, что уделим значительную часть нашего внимания первой категории. Определив основные правила для нашего исследования возможности существования жизни, похожей на нас, мы рассмотрим, во что они могут вылиться в разнообразных типах природных условий на экзопланетах:

Исследовав эти возможности, мы можем начать отходить от ограничивающих нас первоначальных предположений и размышлять о жизни, которая совершенно не похожа на нас. Мы будем делать это постепенно, каждый раз отказываясь от одного из удобных свойств жизни, которая похожа на нас.

Что, если мы рассмотрим жизнь, основанную на химии какого-то элемента, отличного от углерода? Например, кремний находится в периодической таблице прямо под ним и обладает многими схожими свойствами, из-за чего кремниевая жизнь уже на протяжении десятилетий является основным элементом научной фантастики. Возможно, самый знаменитый пример встречается в эпизоде сериала «Звёздный путь» в 1967 году, в котором шахтёры на далёкой экзопланете сталкиваются с изначально враждебными формами жизни на основе кремния под названием Хорта, которые живут в сплошной скальной породе. Мы рассмотрим те виды планет, на которых могли бы возникнуть подобные существа. Мы зададим и другой ряд вопросов: а смогли бы мы признать такую жизнь жизнью, если бы увидели её? Будем ли мы видеть в кремниевой форме жизни живое существо, или же мы будем воспринимать её всего лишь как камень? Чем больше мы удаляемся от жизни, похожей на нас, тем более запутанными становятся такие вопросы: химическая жизнь может быть основана даже на таких элементах, которые редки на Земле, но в изобилии встречаются вне её, о чём свидетельствует недавняя работа, в которой каталогизируются различные типы химического состава, определённого для звёзд (а отсюда предполагается, что и для планет, которые их окружают).

Если дать волю нашему воображению, то мы сможем порассуждать о возможности существования жизни, совершенно не похожей на нас — жизни, которая не основана на химии, а также жизни, которая функционирует не в соответствии с законами естественного отбора. В конце концов, главный вопрос будет таким: если принимать во внимание чрезвычайную сложность и разнообразие, которые мы уже обнаружили у экзопланет, обнаружим ли мы соответствующие сложность и разнообразие среди живых существ на этих планетах?