Проблемы поиска внеземных цивилизаций

1. Введение

 

Что подразумевается под  понятием "проблемы внеземных цивилизаций"? Характерно, что это понятие употребляется различными авторами в хотя близких, но не всегда тождественных смыслах. Одни авторы подразумевают здесь совокупность проблем, связанных с поиском внеземных цивилизаций, другие -  только проблему их существования, третьи - проблему установления с ними связи и т.д.

Проблемная ситуация в  науке возникает как противоречие между эмпирическим и теоретическим уровнями знания либо между отдельными составляющими одного из этих уровней. Межуровневые проблемы можно разделить на два основных типа - проблемы сущности и проблемы существования. В первом случае перед нами есть некоторое явление, которое нуждается в теоретическом объяснении; во втором - теоретическое построение, которое должно быть эмпирически подтверждено. Проблема внеземных цивилизаций относится к разряду нетипичных проблем. С одной стороны, у нас пока нет никаких эмпирических данных о внеземных цивилизациях, с другой - отсутствует и развернутая теоретическая модель космической цивилизации, которая в своем "генетическом" аспекте позволила бы оценить "необходимость существования" внеземных цивилизаций, а в аспекте "актуальном” - дать обоснованные рекомендации по их поиску. Внеземные цивилизации на данном этапе изучения проблемы - это идеальные объекты, конструируемые непосредственно в рамках научной картины мира как гипотетические элементы последней. Необходимо отметить, что такая проблема возникает в науке не первый раз (например, некоторые элементарные частицы). И такие проблемы были успешно разрешены.

Проще говоря, на сегодняшний день нет теории внеземной цивилизации подкрепленной реальными фактами, но и нет фактов, которые требуют теоретического обоснования. На первый взгляд тут собственно и нечего разводить дискуссии, нечего создавать проблему из ничего. По большому счету это так, но не следует забывать, что развитие технических наук не всегда определяется только их потребностями. Проблема внеземных цивилизаций вытекает из философских вопросов о множественности жизни во вселенной. Фактически эта проблема появилась после создания Коперником своей теории о солнечной системе, когда стало ясно, что Венера, Марс... такие же планеты, как и Земля. Естественно возник вопрос об обитаемости этих планет. Некоторые утверждали, что ВСЕ планеты и звезды обитаемые, другие, что обитаема ТОЛЬКО наша планета.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Поиск и исследование внеземных форм жизни

 

Проблема, о которой идет речь, поставлена человечеством тысячелетия  назад, но дальнейшие гипотезы о множественности обитаемых миров и религиозной догмы об уникальности и единственности земной цивилизации изучение этой проблемы в то время продвинуться не могло. Идеи множественности обитаемых миров придерживались передовые мыслители тех времен, расплачиваясь за отрицание господствовавших религиозных представлений о мире своей жизнью. Но никакие гонения и даже костер инквизиции, испепеливший тело Джордано Бруно, не смогли уничтожить ростки нового понимания роли и места человека во Вселенной.

Только теперь проблема существования  и поиска жизни во Вселенной стала  доступной для научного исследования. Отличительной особенностью этой проблемы является то, что в ней синтезируются  все научные дисциплины, созданные человечеством. Таким образом, дифференциация науки, идущая по мере углубления знаний, здесь уступает место интеграции всевозрастающего числа дисциплин.

На протяжении длительного  времени, почти до начала 60-х годов, непосредственный интерес к проблеме поиска разумной жизни во Вселенной проявляли почти исключительно писатели-фантасты. Когда же эта проблема из ведения фантастов перешла в разряд фундаментальных проблем современного естествознания, она приобрела совершенно иной статус – научный. Общие рассуждения о возможных формах жизни и разума в иных космических цивилизациях сменились расчетами систем радиосвязи, применимых для расстояний в десятки и сотни световых лет, а также попытками оценить количество населенных миров в Галактике – во многом спорными, но, тем не менее, заслуживающими обсуждения.

Определение жизни на других планетах, кроме Земли, является важной задачей для ученых, занимающихся вопросами возникновения и эволюции жизни. Наличие или отсутствие ее на планете оказывает существенное влияние на ее атмосферу и другие физические условия.

Исследования превращений  в поверхностных слоях планет с учетом возможных результатов  деятельности человека позволит уточнить наши представления о роли биологических  процессов в прошлом и настоящем  Земли.

С этой точки зрения результаты экзобиологических исследований могут быть полезными и в решении современных задач в области биологии.

Занос чужеродных форм жизни  может также привести на Земле  к самым неожиданным, и трудно предугадываем последствиям.

Обнаружение жизни вне  Земли, несомненно, имеет и большое  значение для разработки фундаментальных  проблем происхождения и сущности жизни.

Непосредственной целью  предстоящих в ближайшем будущем  экзобиологических экспериментов с помощью автоматических биологических лабораторий (АБЛ) является получение ответа на вопрос о наличии или отсутствии жизни (или ее признаков) на планете. Обнаружение внеземных форм жизни существенно усугубило бы наше понимание сущности жизненных процессов и явления жизни в целом. Отсутствие жизни на других планетах Солнечной системы, например, имело бы также большое значение, подчеркивая специфическую роль земных условий в процессах становления и эволюции живых форм.

Неясно, до какой степени  внеземные формы могут быть сходными с нашими земными организмами  по биохимическим основам их жизненных  процессов.

При рассмотрении проблемы обнаружения внеземной жизни  надо принимать во внимание разные этапы эволюции органического вещества и организмов, с которыми в принципе можно встретиться на других планетах. Например, в отношении Марса могут представиться различные возможности от обнаружения сложных органических соединений или продуктов абиогенного синтеза и до существования развитых форм жизни. На Марсе к настоящему времени закончилась только химическая  эволюция, которая привела к абиогенному образованию (как это было в сове время на Земле) аминокислот, сахаров, жирных кислот, углеводов, возможно, белков, но жизнь как таковая на планете, видимо, отсутствует. Эти вещества в той или иной степени отличаются от аналогичных соединений, встречающихся на Земле.

Возможно, что на Марсе  могут быть обнаружены: первичные  протобиологические открытые системы, отделенные мембранами от окружающей среды (относительно простые примитивные формы жизни, аналогичные нашим микроорганизмам); более сложные формы, подобные нашим простым растениям и насекомым; следы существовавшей ранее или существующей и ныне жизни; остатки высокоразвитой жизни (цивилизации) и, наконец, можно констатировать полное отсутствие жизни на Марсе (более подробно проблема жизни на Марсе рассматривается выше).

В настоящей главе рассматриваются  теоретические предпосылки, критерии существования жизни, предполагаемые методы обнаружения живых систем на других планетах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Критерии существования и поиска живых систем

 

Наши представления о  сущности жизни основаны на данных по исследованию жизненных явлений на Земле. В то же время решение проблемы поиска жизни на других планетах предполагает достоверную идентификацию жизненных явлений в условиях, существенно отличных от  земных. Следовательно, теоретические методы и существующие приборы для обнаружения жизни должны основываться на системе научных критериев и признаков, присущих явлению жизни в целом.

Можно считать, что ряд  фундаментальных свойств живых  систем земного происхождения действительно имеет ряд общих свойств, и поэтому эти свойства, несомненно, должны характеризовать и внеземные организмы. Сюда можно отнести такие хорошо известные биологам и наиболее характерные признаки живого, как способность организмов реагировать на изменение внешних условий, метаболизм, рост, развитие, размножение организмов, наследственность и изменчивость, процесс эволюции.

Не будет сомнения в  принадлежности к живым системам неизвестного объекта при обнаружении  у него перечисленных признаков. Но реакция на внешнее раздражение  присуща и неживым системам, изменяющим свое физическое и химическое состояние под влиянием внешних воздействий. Способность к росту свойственна кристаллам, а обмен энергией и веществом с внешней средой характерен для открытых химических систем. Поиски внеземной жизни должны поэтому основываться на применении совокупности разных критериев существования и методов обнаружения живых форм. Такой подход должен повысить вероятность и достоверность обнаружения инопланетной жизни.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. О химической основе жизни

 

Исследования последних  лет показали возможность синтеза  разнообразных биологически важных веществ из простых исходных соединений типа аммиака, метана, паров воды, входивших в состав первичной атмосферы Земли.

В лабораторных условиях в  качестве необходимой для такого синтеза энергии используется ионизирующая радиация, электрические разряды, ультрафиолетовый свет. Таким путем были получены аминокислоты, органические кислоты, сахара, нуклеотиды, нуклеозидфоссфаты, липиды, вещества порфириновой природы и целый ряд других. По-видимому, можно считать установленным, что большинство характерных для жизни молекул произошло на Земле абиогенным путем и, что еще важнее, их синтез может происходить и сейчас в условиях других планет без участия живых систем.

Следовательно, само наличие  сложных органических веществ на других планетах не может служить достаточным признаком наличия жизни. Примером в этом отношении могут быть углеродистые хондриты метеоритного происхождения, в которых содержится до 5-7% органического вещества (более подробно о хондритах ниже).

Наиболее характерная  черта химического состава живых  систем земного происхождения заключается в том, что все они включают углерод. Этот элемент образует молекулярные цепочки, на основе которых построены все главные биоорганические соединения, и прежде всего белки и нуклеиновые кислоты, а биологическим растворителем служит вода. Таким образом, единственная известная нам жизнь, ее основа углеродоорганическая белково - нуклеиновая - водная. В литературе обсуждается вопрос о возможности построения живых систем на другой органической основе, когда, например, вместо углерода в скелет органических молекул включается кремний, а роль воды как биологического растворителя выполняет аммиак. Такого рода теоретическую возможность практически было бы очень трудно учесть при выборе методов обнаружения и конструирования соответствующей аппаратуры, поскольку наши научные представления о жизни основаны только на изучении свойств земных организмов.

Роль и значение воды в  жизнедеятельности организмов также  широко обсуждается в связи с  возможной заменой аммиаком или  другими жидкостями, кипящими при низких температурах (сероводород, фтористый водород). Действительно, вода обладает рядом свойств, обеспечивающих ее роль в качестве биологического растворителя. Сюда относятся амфотерный характер воды и ее способность к самодиссоциации на катион Н⁺ и анион ОН^-, высокий дипольный момент и диэлектрическая постоянная, малая вязкость, высокие удельная теплоемкость и скрытая теплота превращения, предохраняющие организмы от быстрых изменений температуры. Кроме того, роль воды в биологических системах включает факторы стабилизации макромолекул, которые обеспечиваются общими структурными особенностями воды.

В целом можно считать, что углеродоорганическая - водная химическая основа жизни является общим признаком живых систем.

Характерным признаком структурной  организации живых систем является одновременное включение в их состав, помимо основных химических элементов С, Н, О, N, целого ряда других, и прежде всего серы и фосфора. Это свойство может рассматриваться в качестве необходимого признака существования живой материи. Специфичность живой материи, не смотря на все это, нельзя сводить лишь к особенностям физико-химического характера ее основных составных элементов - структурных единиц живого, имеющих абиогенное происхождение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Роль света в поддержании жизни

 

Важным аспектом проблемы внеземной жизни является необходимость  внешнего притока энергии для  ее развития. Солнечный свет, главным  образом в ультрафиолетовой области спектра, играл существенную роль в процессах абиогенного синтеза необходимым притоком свободной энергии, но заключалось также и в фотохимическом ускорении дальнейших превращений. Жизнедеятельность первичных живых систем также могла во многом определяться фотохимическими реакциями входящих в их состав соединений. Многие организмы, не имеющие прямого отношения к современному фотосинтезу, тем не менее, изменяют свою активность при освещении. Так, явление фотореактивации клеток организмов видимым светом после поражающего действия ультрафиолетовых лучей, очевидно, является в эволюционном отношении древним процессом, возникшим в то время, когда первичные живые системы выработали механизмы защиты от деструктивного действия, падавшего на Землю ультрафиолетового света.

Следует отметить, что свет мог и не являться единственным источником энергии на ранних этапах эволюции органических соединений. Эту роль могла выполнять и химическая энергия, освобождаемая, например, в реакциях конденсации в неорганический полифосфат или в реакциях окисления, впоследствии составивших энергетическую основу хемосинтеза. Однако в целом жизнь для своего возникновения и развития требует, очевидно, постоянного внешнего притока свободной энергии, роль которого на Земле и выполняет солнечный свет. Поэтому свет и играет важную роль на всех этапах эволюции жизни, начиная с абиотического синтеза первичных живых систем и кончая современным фотосинтезом, обеспечивающим образования органических веществ на Земле.

Очевидно, существование  фотосинтеза в той или иной форме как процесса полезной утилизации энергии в биологических системах является важным критерием существования развитой жизни.