Модель життя у Всесвіті

Проблема життя на інших світах рідко обговорюється фахівцями-біологами. Для того, щоб говорити про неї, треба або знати фізичні, хімічні та інші умови на поверхні тієї чи іншої планети і, виходячи з них, передбачити можливість існування організмів, подібних в своїх основних властивостях із земними, або фантазувати про такі живі істоти, які принципово відрізняються від земних не тільки за своїми функціями, а й тим, що мають зовсім інший хімічний склад тіла.

Серед біологів, біохіміків іноді дискутується проблема існування живої системи, побудованої не з білків, системи, в якій вуглець може бути замінений кремнієм і т. п. Не маючи наміру полемізувати з подібними поглядами, я хочу відзначити, що досвід вивчення життя на Землі не дає достатніх підстав для подібної гіпотези. Проти неї говорить разюча єдність в основній будові всього живого, особливо коли ми вивчаємо клітину, її морфологію, хімічний склад, функції. При величезній різноманітності умов у зовнішньому середовищі на Землі за всю її багатомільйонну історію не виникла жодна комбінація в будові живої речовини, яка виявилася б досконаліше білкової природи живих істот, що населяють Землю. Виникнення життя і його еволюція пов’язані з найбільш доцільним використанням речовин з навколишньої природи.

Якщо ж повернутися до ідеї про можливу заміну вуглецю в організмі кремнієм, то варто поставити запитання, чому цього не сталося на Землі, де кремній є найпоширенішим елементом в земній корі. Він входить до складу організмів в якості важливого елемента скелетів дуже багатьох тварин і рослин, але й тільки; він ніколи не замінює в них вуглець, азот і ін.

Якщо для судження про можливість життя на інших світах ми будемо опиратися не на фантастичні дані (хоча уява – необхідна умова наукової творчості), то нині треба використовувати наші знання про будову живих організмів на різному рівні організації, досліджувати їх здатність пристосовуватися до умов зовнішнього середовища, інакше кажучи, досліджувати кордони життя.

Цей шлях, можливо, не принесе нам остаточного вирішення проблеми. Але до тих пір, поки люди не досягнуть інших планет, доведеться створювати штучні умови середовища, що імітують ту обстановку, яку ми припускаємо зустріти на іншому космічному тілі, моделювати його середовище. При цьому за основу живої системи, де б вона не знаходилася, слід прийняти клітину, але не як найпростішу частину організму, а як цілісну систему, основну форму життя.

Організми, що населяють Землю, в результаті тривалого еволюційного процесу пристосувалися до певних умов середовища і тому не можуть існувати в інших світах, з різко несхожими умовами. Разом з тим це дозволяє виявити найзагальніші потреби живої матерії в певних межах температури, хімічного складу і фізичної будови зовнішнього середовища. Звідси можна, наприклад, зробити висновок, що серед планет сонячної системи життя, цілком ймовірно, можливо тільки на Марсі. Питання про життя на Венері через суперечливі дані про температуру її поверхні, приховану від погляду астронома хмарами, сьогодні обговорювати передчасно.

Американські вчені вивчали можливість існування і росту ґрунтових мікроорганізмів в штучних умовах, що нагадують умови на Марсі: при низьких температурах, в розрідженій атмосфері, в атмосфері азоту і при великій сухості ґрунту. Виявилося, що ряд бактерій, плісняви, дріжджів і актиоміцетів нормально ріс при вологості ґрунту 5-1%, в атмосфері азоту та при розрідженні атмосфери, відповідній висоті в 22,5 кілометра.

Дослідження показали, що найбільшою стійкістю до високих і наднизьких температур володіють одноклітинні організми та близькі до них примітивні форми. В одноклітинному організмі поєднуються властивості і будова клітини і цілого самостійного організму, пристосованого до зовнішнього середовища, а тому він може бути найкращою моделлю для космобіологічних досліджень.

Чим вище організація тварин, тим більше вони пристосовані до того середовища, в якому мешкають, тим сильніше виражена спеціалізація клітин до виконання певних функцій цілого організму. Тому серед вищих тварин немає підстав шукати аналогів і моделей для прогнозу життя на такій планеті, як Марс.

Але разом з тим серед багатоклітинних тварин, навіть таких високоорганізованих, як комахи, зустрічаються види, що володіють вражаючою стійкістю до зовнішніх факторів середовища. Японські та англійські біологи експериментально довели в останні роки, що є види комах, які на відомій стадії розвитку або за певних умов охолодження і загартовування залишаються живими після тривалого охолодження до -79 °, -190 ° і навіть до ще більш низької температури. Серед одних видів така стійкість до холоду пов’язана зі здатністю до висихання, як, наприклад, у личинок комара Polipedium varderplanki з Центральної Африки; в інших вона спостерігається при нормальному вмісті води в тканинах, як, наприклад, у гусениць кукурудзяного метелика Pyrausta nubilalis (за нашими дослідженнями).

Але в основі цієї витривалості знову-таки лежить стійкість клітин до наднизьких температур; вона виявлена на клітинах найрізноманітніших тварин і рослин, в тому числі у ссавців. Її можна спостерігати, якщо до середовища, що оточує клітину, додати захисні речовини, що знижують кількість замерзлої води, наприклад, гліцерин.

Відомий ряд організмів на Землі, які переносять клімат високогірних пустель Азії або деяких місць Антарктичного материка, що не поступається по суворості клімату Марса. Тому цілком імовірно, що й марсіанські організми могли пристосуватися до подібних температурних умов.

Але клітини повинні володіти і іншими пристосуваннями, щоб забезпечити існування на Марсі: здатністю висихати і при цьому не гинути, або, навпаки, утримувати воду, повільно її віддавати, або, нарешті, виробляти її всередині себе (так звану метаболічну воду). Це необхідно у зв’язку з незначним вмістом пари води в атмосфері Марса. Подібні пристосування можна нерідко зустріти у окремих клітин, цілих органів і організмів; ці властивості зазвичай поєднуються з великою стійкістю до холоду.

Тварини, як відомо, потребують кисню для дихання, а в атмосфері Марса його або дуже мало, або немає зовсім. Це ускладнює вирішення проблеми існування організмів з високою енергією обміну речовин. Серед різноманітних представників безхребетних є види, пристосовані до життя в середовищі, де виявляються лише сліди кисню або його немає зовсім: наприклад, внутрішні паразити, мешканці сапропелевих мулів та інші. Вони живуть за рахунок енергії, що виробляється при анаеробному типі обміну, в результаті процесів гліколізу або бродіння. Можна уявити пристосування, спрямовані до використання слідів кисню або його отриманню з речовин, в яких він знаходиться у зв’язаному стані.

В умовах розрідженої атмосфери Марса слід очікувати, що різні форми радіації повинні надавати більш сильну дію на організми, ніж це спостерігається на Землі За відсутності в середовищі кисню клітини стають більш стійкими до іонізуючої радіації. Захисною реакцією пристосування у них може бути зменшення кількості кисню всередині клітин, які, до речі, менш чутливі до його нестачі, ніж цілий організм. Одночасно можливе збільшення плоїдності, тобто виникнення клітин з великим набором хромосом. Нарешті, зменшення води і утворення різних хімічних речовин в клітині також підвищує стійкість до радіації. Її кордони сильно коливаються у клітин рослин і тварин. Якщо у рослин мінімальні критичні дози становлять близько 4 тисяч рентген, а максимальні досягають 200 тисяч рентген, то деякі найпростіші тварини здатні витримувати дози, в сотні разів більш високі, ніж ті, які вбивають клітини хребетних тварин.

Дослідження на бактеріях показали можливість їх пристосування до підвищених доз радіації. Також встановлено, що одноклітинні тварини (інфузорії туфельки) пристосовуються до ультрафіолетових променів. Крім того, ці організми можуть накопичувати захисні речовини, які підвищують стійкість клітини до цих променів.

Таким чином, ми можемо уявити собі модель клітини, яка б володіла усіма видами пристосувань, необхідними для існування в особливих умовах середовища, що значно відрізняються від того, яке спостерігається зазвичай на Землі. До речі, воно повинно також мати здатність до анабіозу – тимчасового припинення всіх функцій, що є однією з форм захисту при настанні несприятливих умов для активного життя (явище не настільки вже рідкісне у примітивних організмів на Землі). Все це дає підставу стверджувати, що природний відбір, згідно з вченням Дарвіна, міг і зможе в майбутньому привести до розвитку різних форм життя в інших світах.

Автор: Л. К. Лозина.