Біологія Місяця
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
– Що стосується мене, то якщо б мені довелося обирати, жити на Землі чи на Місяці, я, не вагаючись жодної хвилини, вибрав би Місяць, — сказав великий Гершель, англійський астроном вісімнадцятого сторіччя. Однак навряд чи Вільям Гершель повторив би це настільки переконливо, якби знав, що нічний мороз на Місяці досягає -180° С, а полуднева спека +110° С. Крім того, нам довелося б сказати йому, що на Місяці немає ні повітря, ні води і що вбивча радіація Сонця і космічних променів пронизує кожну піщинку на його кам’янистій поверхні.
Але як не дивно, останнім часом надії на місячне життя знову відродилися. Фантазерами знову опинилися вчені. Однак для фантазій вчених грунтом служить наука.
Історія
Давно, приблизно п’ять мільярдів років тому, як розповідають про це існуючі космогонічні теорії, Місяць був зовсім іншим. У той час завершувалося утворення Сонячної системи, виникало життя. Густа атмосфера закутувала Місяць, і, так само як над Землею, над ним проносилися вітри, бушували грози і стрибали краплі дощу.
Тільки місячна атмосфера, як і первинна земна, була зовсім не схожа на відому нам тепер. Основними газами в цій атмосфері були метан, аміак, водяна пара і водень. Хіміки назвали б таку атмосферу поновлюваною. Окислені форми хімічних речовин повинні були перетворюватися в ній у відновлені. Така атмосфера була чудова тим, що саме в ній, як це першим зрозумів академік А. В. Опарін, могло зародитися життя. Етапи цього найважливішого з процесів Всесвіту довгий час були загадкою і залишаються неясними ще й зараз, але деякі серйозні факти встановлені.
Якщо у скляній кулі змішати чотири гази — метан, аміак, водяну пару та водень — і до електродів, що входять всередину колби, підвести електричну напругу на газову суміш в апараті тижнями буде діяти, або швидкий іскровий, або повільний тліючий електричний розряд. В результаті у воді в достатку з’являться різні амінокислоти, складові елементи будь-якого білка. Багато речовин будуть настільки складні і незнайомі, що не піддадуться аналізу.
Досліди по цій схемі велися в багатьох лабораторіях. Вчені змінювали склад газової суміші, варіювали кількісні співвідношення, а в якості джерела енергії для хімічних процесів використовували не тільки електричні розряди, але і світло ультрафіолетової лампи, бета – і гамма-випромінювання і просто нагрівання до високих температур. Серед речовин, які вдалося «зварити» в цій диявольській (або швидше божественній) кухні, виявилися пурини з пірімідінами, основні компоненти другого головного класу біологічних сполук — нуклеїнових кислот. Вдалося скласти деяке уявлення про те, як будівельні блоки, амінокислоти для білків, пурини і пиримідини для ДНК і РНК полімеризуються, об’єднуються у довгі ланцюги молекул життя.
У природі, місячній чи земній, камерою була вся атмосфера, блискавки замінювали електричний розряд, і саме Сонце служило ультрафіолетовою лампою. На недолік іонізуючих випромінювань також не можна було поскаржитися. З космосу і радіоактивних порід вони йшли назустріч один одному. Амінокислоти, пурини з пірімідінами й інші молекули під дією сили тяжіння повинні були повільно осідати в атмосфері, утворюючи бульйон первісних океанів Землі і органічний шар на місячній поверхні, теж, напевно, розбавлений водою. Однак різні долі чекали Землю і Місяць. На відміну від своєї більш щасливої сусідки Місяць виявився власником у вісімдесят один раз меншої кількості речовини. Мала маса — мала сила тяжіння. Газові молекули в атмосфері, що підігріваються Сонцем і внутрішнім жаром, легко набирали другу космічну швидкість і назавжди покидали Місяць. Чи могли в таких умовах виникнути достатні кількості місячної органічної речовини!
Підрахунки
Уявімо собі, що, вирішивши освоїти Місяць, люди знову забезпечили його атмосферою, виділивши потрібні гази з місячних порід або доставивши їх з космосу. Як довго вдалося б утримати нашому супутнику це атмосферне покривало! Обчислення показують, що значні втрати сталися б вже в перші роки, і всякі помітні сліди атмосфери перестали б існувати за час, що не перевищує тисячі років. Досить сумно. Проте є одна обставина, обнадійлива: люди можуть спробувати виділити потрібні гази з гірських порід.
На ранніх стадіях місячного розвитку гірські породи робили це без всякої людської участі. І, за оцінкою кваліфікованих фахівців, Місяць завдяки цьому міг зберігати свою первинну атмосферу близько десяти мільйонів років.
Іншим вирішальним фактором, від якого залежала кількість синтезованої органічної речовини, була кількість сонячної енергії, що виливалась на Місяць в той час. Енергія блискавок, в кінцевому рахунку, зобов’язана своїм походженням Сонцю. А потік ультрафіолетової радіації повинен був і безпосередньо породжувати органічні молекули. Судячи по дослідам, поставленим у земних лабораторіях, на кожен мільйон поглинених квантів ультрафіолетового сонячного світла в місячній атмосфері повинна була народжуватися одна органічна молекула. Тепер для визначення кількості синтезованої органічної речовини потрібно тільки дізнатися інтенсивність потоку сонячного світла в той період. На думку астрофізиків, що ґрунтується на спостереженнях за іншими зірками, вона дорівнювала половині сьогоднішньої інтенсивності.
Що ж, залишається наступне: три цифри — час існування атмосфери, число молекул, що народжуються на один квант поглиненого світла (хіміки називають таку величину квантовим виходом), і число сонячних квантів — перемножити між собою і на середню вагу синтезованої молекули. Тоді ми дізнаємося, які органічні «заощадження» був здатний зробити Місяць. Карл Саган, американський астроном, який виконав таке множення і отримав цілком вагому цифру — п’ять грамів органічної речовини на один квадратний сантиметр місячної поверхні.
Джунглі або музей
Але місячна атмосфера випаровувалася у простір, а поповнення з гірських порід ставало все слабкіше і слабкіше. Синтез органічних речовин припинився, і на незахищену поверхню обрушилися зливи проникаючої радіації. Чи належало загинути на новому Місяці утвореним органічним речовинам!
І ультрафіолетове світло, і різкі перепади температур, і різні види іонізуючих випромінювань погрожували їм швидким знищенням. Однак одночасно вони повинні були привести і до абсолютно протилежного результату. Під їх впливом порівняно невеликі молекули повинні були об’єднуватися в складні довгі ланцюги, а радіаційна стійкість таких ланцюгів вище, ніж у маленьких молекул. Знищуючи «дрібноту», радіація сприяла накопиченню складних речовин. Виникли й інші охороняючі фактори.
Разом з атмосферою зникла на Місяці і погода і все руйнівне, що тільки могло бути пов’язано з нею. Метеорити і міжпланетний пил почали потихеньку одягати в непрозорий саван поверхню нашої супутниці. Ще тоді, коли синтез органіки тривав, цей, тоненький в ті часи, саван повинен був чинити серйозний захисну дію. За деякими розрахунками, за десять мільйонів років з космосу на місячну поверхню повинно було випасти, принаймні, п’ять грамів речовини на кожен квадратний сантиметр. Величина достатня, щоб взяти на себе захист утворених п’яти грамів органічних речовин. Наступні мільйони років повинні були перетворити цей тоненький саван у метрові покрови, захистити органічні молекули надійною бронею і від радіації й від різких перепадів температур. Дійсно, вимірювання радіоастрономів показують, що поверхневий шар з місячного пилу або шлаку відрізняється вкрай низькою теплопровідністю.
Отже, можливо, що над нашими головами, надійно запечатані в шлакових або пилових конвертах, зберігаються унікальні музейні експонати, які розповідають про те, як мертве робить перші кроки в життя. На місячних рівнинах, вільних від лавових потоків, космонавт, озброєний лопатою, бути може, проникне в самий чудовий з музеїв, де експонати розкривають велику таємницю, а вітрини запечатані мільярди років тому.
Але все буде зовсім інакше, якщо на Місяці встигло сформуватися справжнє життя… Для його зародження були відведені надзвичайно короткі, за космічними масштабами, терміни. Проте дослідження останніх років говорять про те, що якщо життя з’явилося в загальному, тими шляхами, які ми собі уявляємо, то цей процес повинен був йти швидко. Відсталу матерію від самовідтворювальної системи відділяє якісний стрибок. І, хоча очікування такого стрибка може бути досить довгим, його вирішальні етапи не повинні надто розтягнутися у часі.
Одного разу з’явившись, самовідтворювальні системи вступають в еволюційний процес. На Землі, в порівняно спокійних умовах, первинні організми почали тривалий шлях поступового ускладнення. На Місяці їм відразу ж належало випробувати широкий набір «життєвих негараздів». Гірші, ніж на Місяці, «квартирні умови», очевидно, могли бути лише в міжпланетному просторі. Танула атмосфера, висихав потік органічних молекул, що раніше буквально падали з неба, але еволюція раз виниклого життя була здатна не відставати від змінених умов зовнішнього середовища. Тим більше, що одна з таких змін — зростання радіації — здатна саме по собі прискорити еволюційний процес. Саме радіація призводить до стрибкоподібних змін спадковості організмів — мутацій. Чим частіше мутації, тим ширше різноманітність організмів, з якими може оперувати природний відбір. Тонше ставала атмосферна плівка, швидше погіршувалися умови, але тим лютіше і енергійніше живе відтягувало ті шляху розвитку, на яких воно могло вціліти.
Важко будувати навіть припущення про те, якими ці шляхи могли опинитися. Однак приклад найвищої пристосовуваності живого нам відомий. Це — мікроби. Мікроби особливо хороший приклад ще й тому, що це не тільки найвитриваліші жителі Землі, але й найпростіші. В боротьбі з трьома найголовнішими ворогами життя — радіацією, сухістю і крайніми температурами — мікроби проявили чудеса стійкості.
Бактеріальні спори виносять повне висушування, нагрівання до + 150° С і дози радіації до десятків мільйонів рентген. І варто з’явитися натяку на сприятливі умови, як суперечки оживають, перетворюються в бактерії, які діляться, даючи початок новим поколінням, які можуть слідувати один за одним за час, що не перевищує десятка хвилин. Бактерії можуть обходитися без кисню, без використання яких-небудь органічних речовин, з’їдаючи лише необхідний набір мінеральних солей і отримуючи воду з того чи іншого джерела. Але ж цього, мабуть, достатньо для існування на Місяці! Сховавшись у тріщини і розколини, прикрившись шаром шлаку або пилу, мікроби зможуть захистити себе від радіації. Протягом місячної доби, нехай навіть не на довгий час, їм зустрінеться сприятливий температурний режим. Вода! Якщо в місячних породах вона зараз відсутня взагалі, то все ж невеликі її кількості у вигляді льоду повинні регулярно доставлятися метеоритами. Але якщо шанси вижити на Місяці існують для земних організмів, то чому нам слід відмовити в таких шансах його корінним мешканцям!
Вистоявши одного разу, місячне життя могла розвиватися далі, створюючи все більш складні форми. Воно могла сховатися під поверхнею, створивши фантастичні джунглі місячних печер. Або, прийнявши воістину Колумбове рішення, перетворити радіацію з ворога у друга, черпаючи енергію з смертоносних для інших організмів променів. (Підозрюють у цьому деякі вчені окремі види земних бактерій).
Нещодавно в місячну ніч англійському астроному Патріку Муру представилася картина, гідна пера Уеллса. Роздивляючись дно місячного кратера в хороший телескоп, Мур помітив дивні смуги. На початку місячного дня вони були темними, а потім придбали зеленувато-коричневе забарвлення. Смуги, спочатку розходилися по радіусах, змінювали форму, зростали, досягаючи до місячного полудня найбільших розмірів. А коли прийшов місячний вечір, смуги зіщулилися, втратили забарвлення і зникли в сутінках крижаної ночі. Звичайно, це може бути ще однією з тих геологічних загадок, якими так щедро постачає нас Місяць. Але все ж, визнаючи малоймовірним місячне життя, сьогодні ми не маємо права відкинути його зовсім.
Автор: В. Ладен.