Внеземная жизнь может быть совершенно непохожа на земную — астробиологи ищут универсальные законы эволюции сложных систем

У нас есть лишь один пример возникновения биологии во Вселенной — жизнь на Земле. Но что, если жизнь может формироваться другими путями? Как искать инопланетную жизнь, если неизвестно, как она может выглядеть?

Эти вопросы занимают астробиологов, которые ищут жизнь за пределами Земли. Они пытаются сформулировать универсальные правила, управляющие возникновением сложных физических и биологических систем как на Земле, так и за её пределами.

Самой распространённой формой внеземной жизни, вероятно, будут микробы, поскольку одноклеточные организмы формируются легче, чем крупные.

Обнаружение жизни за пределами Земли

С момента первого открытия экзопланеты в 1995 году было обнаружено более 5000 экзопланет — планет, вращающихся вокруг других звёзд.

Многие из них небольшие, каменистые, как Земля, и находятся в обитаемых зонах своих звёзд. Обитаемая зона — это диапазон расстояний от звезды, позволяющий планете иметь жидкую воду и, следовательно, поддерживать жизнь в известной нам форме.

Текущая выборка экзопланет предполагает 300 миллионов потенциальных мест в нашей галактике (включая экзопланеты и спутники) с подходящими условиями для возникновения биологии.

Проблема начинается с определения жизни. NASA определяет жизнь как «самоподдерживающуюся химическую реакцию, способную к дарвиновской эволюции». Это означает сложные химические системы, которые эволюционируют, адаптируясь к окружающей среде.

Изучать экзопланеты сложно, так как они удалённые и в сотни миллионов раз тусклее своих звёзд. Астрономы могут исследовать атмосферы и поверхности землеподобных экзопланет с помощью спектроскопии, чтобы искать химические признаки жизни.

Спектроскопия может обнаружить, например, следы кислорода в атмосфере планеты (как на Земле его создали цианобактерии миллиарды лет назад) или хлорофилла (что указывает на растительную жизнь).

Определение NASA оставляет важные вопросы без ответа: универсальна ли дарвиновская эволюция? Какие химические реакции могут привести к биологии вне Земли?

Эволюция и сложность

Вся жизнь на Земле произошла от общего микробного предка около 4 миллиардов лет назад. Химические процессы у всех земных организмов одинаковы и могут быть универсальными, но в других местах они могут быть радикально иными.

Учёные исследуют, как в различных системах (биологических или нет) возникает порядок, чтобы понять, как может появиться жизнь, совершенно непохожая на земную.

Некоторые исследователи предполагают, что сложные системы химических веществ или минералов в определённых средах эволюционируют, чтобы накапливать больше информации. Со временем система становится более разнообразной и сложной, приобретая функции, необходимые для выживания, — через своего рода естественный отбор.

Они предполагают, что может существовать универсальный закон, описывающий эволюцию самых разных физических систем. Биологическая эволюция через естественный отбор была бы лишь одним его примером.

В биологии информация — это инструкции, закодированные в последовательности нуклеотидов ДНК (геном). Если определять сложность через теорию информации, то естественный отбор заставляет геном становиться сложнее, так как он накапливает больше информации об окружающей среде. Сложность может быть полезной мерой для определения границы между живым и неживым.

Однако было бы ошибкой считать животных сложнее микробов. Хотя биологическая информация растёт с размером генома, эволюционная информационная плотность (доля функциональных генов в геноме) падает. У организмов, которые считаются примитивными (например, бактерий), плотность информации в геноме высока, и их геномы кажутся лучше «спроектированными», чем у растений или животных.

Универсальная теория жизни пока неуловима. Она должна включать понятия сложности и хранения информации, но не быть привязанной к ДНК или конкретным типам клеток земной биологии.

Последствия для поиска внеземной жизни

Исследователи изучают альтернативы земной биохимии. Все известные земные организмы содержат воду — растворитель, необходимый для жизни на Земле. Растворитель — это жидкая среда, облегчающая химические реакции, ведущие к жизни. Но жизнь потенциально может возникнуть и на основе других растворителей.

Астробиологи Уильям Бейнс и Сара Сигер исследовали тысячи молекул, которые могут быть связаны с жизнью. В качестве возможных растворителей рассматриваются серная кислота (H₂SO₄), аммиак (NH₃), жидкий углекислый газ (CO₂) и даже жидкая сера.

Инопланетная жизнь может быть основана не на углероде, который формирует основу всех essential молекул жизни на Земле. Ей может даже не нужна планета для выживания. Продвинутые формы жизни на других планетах могут быть настолько странными, что будут неузнаваемы.

Стратегии поиска:

1. Измерение минеральных сигнатур на каменистых поверхностях экзопланет. Разнообразие минералов связано с биологической эволюцией на Земле. За 4 миллиарда лет количество минералов выросло со 100 до примерно 5000. Например, цирконы — простые силикатные кристаллы, существовавшие до появления жизни. А апатит — сложный фосфат кальция — создаётся биологией и является основным компонентом костей, зубов и рыбьей чешуи.
2. Поиск техносигнатур — следов разумной цивилизации, таких как искусственный свет или промышленный загрязнитель диоксид азота (NO₂) в атмосфере.

Неясно, как и когда произойдёт первое обнаружение жизни за пределами Земли. Это может случиться в пределах Солнечной системы, путём анализа атмосфер экзопланет или обнаружения искусственных радиосигналов от далёкой цивилизации.

Поиск — это извилистый путь, а не прямая дорога. И это касается жизни, какой мы её знаем. Для жизни, какой мы её не знаем, все варианты открыты.