Юный техник, 2013 № 10

Все мы — инопланетяне?

Биологи в наши дни все смелее применяют в своей практике компьютерные технологии, в том числе математическое моделирование. Например, в электронике давно известен закон Мура, согласно которому каждые два года количество транзисторов, размещаемых на единице площади интегральной микросхемы, увеличивается вдвое.

Недавно два генетика попробовали применить закон Мура к комплексному развитию жизни на Земле. В итоге у них получилось, что сложность жизни на Земле удваивается каждые 376 млн. лет. А значит, первые органические соединения должны были появиться задолго до рождения самой Земли, возраст которой ныне оценивают примерно в 4,5 млрд. лет.

Логика рассуждений Алексея Шарова из Национального института старения в Балтиморе и Ричарда Гордона из Лаборатории морских разновидностей во Флориде такова. В законе Мура они заменили транзисторы нуклеотидами (строительными блоками ДНК и РНК) и биоцепочками с генетическим материалом, а затем провели в обратном порядке все нужные расчеты. В итоге получилось, что органическая жизнь во Вселенной появилась приблизительно 10 млрд. лет назад. Остается предположить, что органика попала на нашу планету, как только та немного остыла, из космоса, на «борту» метеоритов и кометных ядер.

О том, что такое теоретически возможно, исследователи говорят в рамках теории «панспермии» уже более ста лет. В пользу этой теории свидетельствуют, например, остатки микроорганизмов, которые обнаруживаются на тех же метеоритах. Однако противники панспермии полагают, что эти микроорганизмы проникли в метеориты уже после того, как они упали на Землю.

Новая компьютерная модель показала: существует достаточно высокая вероятность того, что планетарные системы обмениваются организмами с помощью скалистых пород. «Несколько миллиардов лет назад Солнце с планетарной системой в своей звездной группе подвергалось тяжелой метеоритной бомбардировке, — утверждает астрофизик из Центра астробиологии Амая Моро-Мартин. — С ними и прилетели первые зародыши жизни на нашу планету»…

Оппоненты возражают: при метеоритной бомбардировке микроорганизмы, попадая вместе с метеоритами в плотные слои атмосферы, должны были непременно погибнуть. Ведь метеориты раскаляются докрасна.

Этого могло не случиться по двум причинам. Во-первых, биологические частицы могло сдуть с метеорита уже в верхних слоях атмосферы, еще до того, как «небесный камень» раскалился. Затем микробы уже самостоятельно «десантировались» на поверхность планеты в целости и сохранности.

Во-вторых, математик из Принстона Эдвард Белбруно и его коллеги рассчитали на компьютере, что метеоры и кометы не всегда обязаны иметь вторую космическую скорость — 11 км/с. Математические модели показывают, что, путешествуя от планеты к планете и используя так называемый «эффект пращи», позволяющий наращивать скорость постепенно, небесные посланцы могли двигаться относительно медленно. Кроме того, не следует забывать о возможных столкновениях астероидов между собой, в результате которых образовавшиеся осколки могут получить самые неожиданные траектории и скорости движения.

Так что органические соединения имели шансы уцелеть, особенно если располагались во внутренних полостях «небесных камней».

Идеи Шарова, Гордона, Белбруно и их коллег открывают интересные предположения и гипотезы. Если «семена жизни» распространяются по всей Вселенной более-менее равномерно, значит, где-то, вполне возможно, существуют еще планеты примерно с таким же уровнем разумной жизни, как и на Земле. Мы потому не встретили еще инопланетян, что у них, как и у нас, пока нет технических возможностей совершать перелеты от звезды к звезде.

Ну, а как насчет обмена сообщениями? Вот что пишет об инопланетной связи Дэвид Мессершмитт из Калифорнийского университета в Беркли (США). Свыше 100 лет наша цивилизация информирует вселенскую общественность о своем существовании с помощью радио- и телепередач. Однако, несмотря на то что электромагнитные волны распространяются со скоростью света (300 000 км/с), вселенские расстояния таковы, что наши сообщения еще не долетели даже до ближайшей звезды, отстоящей от нас на 13 000 световых лет. То есть, говоря иначе, должно пройти 13 000 лет, прежде чем нас услышат. И еще придется ждать те же 13 000 лет, если нам решат ответить.

При этом наши сигналы инопланетянам надо поймать, расшифровать, понять, что за информацию они несут. Кроме того, возможно, при ответе инопланетные связисты, решив увеличить мощность передачи, сожмут свой сигнал до короткого писка или используют поляризацию электромагнитных волн.

Так что понадобится не только понять, что это сигнал разумной цивилизации, но и найти способ его расшифровать. В общем, есть еще над чем поломать голову.

Хотя многие специалисты скептически относятся к выводам Шарова, Гордона, Белбруно и их сторонников, сами ученые готовы защищать свои идеи. «Попадание бактериальных спор на Землю из космоса — самая вероятная гипотеза, которая объясняет раннее появление жизни на Земле», — заявляют они.

Шаров уверяет, что если бы он собрался держать пари, то сказал бы так: «Я на 99 процентов уверен в том, что жизнь появилась еще до формирования Земли. Однако мы должны оставить 1 процент для какого-то невероятного случая, который мы не учли».

Он добавил, что теперь неплохо бы направить свои усилия на поиски того «вселенского инкубатора», откуда и начали когда-то свои путешествия по космосу «семена жизни». Тогда мы получим новые данные и по теории эволюции, которая, таким образом, окажется применимой не только к нашей планете.

ИНКУБАТОР НА ДНЕ ОКЕАНА?

Международная группа биологов под руководством Бруно Эстебано пришла к выводу, что жизнь на Земле вполне могла развиться или даже зародиться в океанах. Ее «инкубаторами» могли послужить подводные структуры — «сосульки смерти».

Такие образования представляют собой подводные сталактиты. Свое название они отчасти получили потому, что, образуясь на дне в местах, где в воду попадают примеси, и вырастая по мере кристаллизации, эти каменные иглы попутно губят морские звезды и морских ежей, которые на них натыкаются.

Ученые также не исключают, что подобные сосульки (другое название — бриниклы) в прошлом могли представлять собой что-то вроде «химического сада», где произрастали в «тепличных условиях» и органические молекулы.

Повелители дождей

Вот какой оригинальный вариант управления погодой, например, придумал заведующий одной из лабораторий Физического института РАН доктор физико-математических наук В.П. Павлюченко.

— Как известно из школьного курса физики, водяные пары от земли поднимаются на высоту, там охлаждаются, конденсируются в капли и, в конце концов, выпадают дождем, — объясняет Виктор Павлович. — Но этот механизм работает далеко не всегда, а только при определенной зависимости между относительной влажностью воздуха, температурой и высотой. Сможем искусственно создать именно такие условия — пойдет дождь.

При этом исследователь приводит такие расчеты. Скажем, если на улице плюс 30 градусов Цельсия и влажность 50 %, то достаточно поднять этот влажный воздух на высоту, где температура плюс 15 по Цельсию, и начнется конденсация.

Но как поднять воздух на нужную высоту? Ученый предлагает подвесить в несколько ярусов гирлянды аэростатов большой площади. Сделанные из зачерненного материала, они будут сильно нагреваться на солнце и отдавать тепло окружающему воздуху. Теперь он сам устремится вверх, где на каждом последующем ярусе получит дополнительный нагрев. И так до тех пор, пока воздух не достигнет расчетной высоты.

Таково условие, необходимое, но недостаточное. Нужны еще центры, или «зародыши» конденсации — частицы пыли, аэрозоля, пепла, сажи. Причем лучше, если частички имеют отрицательные заряды. И ученый знает, где их взять. Оказывается, они тут же, под рукой. Ведь между Землей и ионосферой существует разность потенциалов, которая на высоте два километра составляет 200 киловольт. Чтобы получить ионы, надо на эту высоту поднять конец заземленного проводника, возникает коронный разряд, и ионы образуются сами.

Идея красивая, но сразу вызывает массу вопросов. До какой высоты поднимать воздух? Сколько его требуется, чтобы вызвать дождь? Сколько времени займет вся эта процедура?

— Поднимать воздух надо примерно на 700 — 1500 метров, — объясняет ученый. — На это потребуется примерно 4–5 минут. Принципиально важно, что на высоту вовсе не нужно «закачивать» много воздуха. Достаточно, как булавочной головкой, пробить несколько «дырок» в так называемом инверсионном слое.

Дело в том, что в атмосфере воздух охлаждается с высотой. Но на некоторых высотах есть слой, где температура перестает падать. Более того, даже становится выше. А за ним вновь падает. Под этими слоями возникают области хорошей погоды, например кучевые. Они не могут подняться выше, так как слои не пускают.

«Наша задача — их пробить, — говорит Павлюченко. — Тогда восходящие потоки от земли, которые идут постоянно, устремятся наверх. Таким образом, включится самоподдерживающаяся система». По словам ученого, цена такой установки невелика — около 1-3 тысяч долларов.

Кроме того, такая система может не только вызывать дождь, но и очищать от смога воздух расположенных в котловинах городов. Ветров там практически не бывает, поэтому такой способ пришелся бы очень кстати. Недавно исследователь получил патент на свое изобретение.

Искусственно сформировать дождевые облака можно с помощью крупинок солей серебра. Их распыляют в атмосфере, используя наземные станции, самолеты или ракеты. Оказавшись во влажном воздухе, солевые частицы выполняют роль затравок. Переохлажденные капельки воды высотных облаков группируются вокруг этих центров кристаллизации, замерзают и образуют ледяные кристаллы, которые затем выпадают на землю в виде дождя.

Еще можно использовать соли натрия, лития и калия. Их рассеивают в облаках нижнего яруса. Здесь они тоже становятся центрами «притяжения» небольших капель воды, которые объединяются, укрупняются и проливаются на землю.

Правда, оросить большие площади подобными методами нельзя. Кроме того, нет надежных индикаторов, позволяющих оценить эффективность «засевания» облаков. Поэтому принципиально иной способ стимулировать выпадение осадков на землю предложили исследователи из Берлинского свободного университета, Лионского университета и Университета Женевы. С помощью лазера им удалось добиться образования дождевых капель в облаках в сильно влажной атмосфере. Эксперименты проводили непосредственно в атмосфере и в лабораторных условиях — в камере Вильсона (она же — конденсационная, или облачная камера), заполненной окружающим воздухом. Облака облучали сверхмощными (5х10^-12 Вт) ультракороткими (10^-13 с) импульсами инфракрасного лазера. Для контроля использовался второй маломощный лазер, свет которого рассеивался в облаках тем сильнее, чем больше в них было капель воды.

По мнению авторов исследования, под действием лазерных импульсов сначала происходит ионизация воздуха, а затем сформировавшиеся ионы становятся центрами конденсации воды.

Пока до практического использования лазера для формирования дождевых облаков далеко. Прежде всего, предстоит создать более мощный источник когерентного света — тогда можно будет «засевать» большой объем воздуха. Кроме того, будут определены оптимальная длина волны лазерного излучения и длительность импульса.

О том, что взвешенные в воздухе частицы сажи и пыли влияют на формирование облаков и осадков, ученые знают давно. Теперь же их внимание привлекли бактерии.

Бактерии вездесущи: они обильно представлены в любой экосистеме, будь то почва, водоем, атмосфера или организм человека. Но если, скажем, о влиянии взвешенной в воздухе мелкодисперсной пыли на формирование погоды экологи, метеорологи и климатологи говорят уже давно, то о роли микроорганизмов в этих процессах речь заходит крайне редко. Между тем бактерии, судя по всему, влияют на образование облаков и выпадение осадков ничуть не меньше, чем минеральные микрочастицы.

— Количественные оценки давать очень трудно, потому что это все еще малоизученная область, — говорит Франк Штратман, руководитель рабочей группы Института по изучению тропосферы имени Лейбница в Лейпциге. — До сих пор никто всерьез не занимался вопросом, сколько микрочастиц биологического происхождения присутствует в атмосфере и насколько важную роль они играют.

Однако недавно бактерии были обнаружены и в облаках на высотах в несколько километров. Именно здесь они становятся ядрами конденсации, полагает Франк Штратман. Чтобы убедиться в этом, он провел в климатической камере серию опытов с бактерией Pseudomonas aeruginosa — пожалуй, самым распространенным представителем рода псевдомонад.

При этом выяснилось, что бактерии успешно служат центрами кристаллизации. При их участии облачные капли замеряют не при минус 35–38 градусах, как это часто бывает, а уже при минус 5–8 градусах. Таким образом, бактерии могут оказаться более важным фактором, нежели сажа из выхлопных газов дизельных моторов, о которой в последние годы было столько шума.

Интересная деталь: тот вид псевдомонад, с которым работает Франк Штратман и его коллеги, нашел коммерческое применение. Бактерии используют на горнолыжных трассах для получения искусственного снега.

А исследователи теперь выясняют, как действуют на образование дождей споры грибов и пыльца растений.