Как найти жизнь в Солнечной системе?

10 Фев 2016

Первый семинар по теме «Астробиология: методы и приборы обнаружения признаков внеземной жизни» состоялся 10 февраля в Институте космических исследований РАН.

Открывая семинар, Лев Зеленый, директор ИКИ РАН, заметил, что это, скорее, не семинар, а совещание, которое в будущем может перерасти в регулярную конференцию. Действительно, два заседания заняли почти целый день, и все равно программе не удалось вместить всех желающих выступить. Интерес к теме во многом связан с ближайшими планами полетов к Луне, Марсу и другим космическим телам. Вопрос, на который хотят получить ответ не только авторы экспериментов на космических аппаратах, но и люди, с наукой непосредственно не связанные, звучит так: в какой момент можно утверждать, что где-то найдены или не найдены следы жизни?

Первым был обзорный доклад Елены Воробьевой, старшего научного сотрудника ИКИ РАН, также сотрудника факультета почвоведения МГУ. Она рассказала о методах астробиологии и о последних событиях в этой области. Практически все космические миссии ставят себе задачей поиск жизни, ее следов, биомаркеров. Здесь открывается целый спектр направлений для исследования: выяснить, как возникла и развивалась жизнь на Земле, каковы предельные условия ее существования, каким образом присутствие жизни зависит от планетной среды, условий открытого космоса, существует ли (или существовала ли) жизнь где-то вне Земли, и, конечно, поиск обитаемых планет, перспективы переноса земной жизни за ее пределы.

Елена Воробьева рассказала об экспериментальных методах, которые применяются в лабораториях, где моделируют внеземной грунт. Например, в одном из экспериментов, который дал очень обнадеживающие результаты, образцы серозема из пустыни Негев (Израиль) подвергались совместному воздействию гамма-излучения в дозе до 100 кГр, низкой температуры (–50°С) и низкого давления (1 торр) как ключевых параметров марсианского грунта и открытого космоса. При этом значительное число бактерий выжили и оказались способными к делению. В условиях, когда для большей имитации внеземных условий в образец добавлялись около 5% перхлоратов, оказалось, что жизнеспособность в древней мерзлоте сохраняется даже при сверхвысоких дозах радиации, как и способность к метаболической активности. На марсоходе Curiosity специально измеряли точные параметры грунта, подтвердившие, что микроорганизмы земного типа могут существовать в марсианской среде.

Дмитрий Складнев, руководитель лаборатории выживаемости микроорганизмов в Институте микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН, рассказал о новом методе обнаружения биологических объектов  – OBNG. Он заключается в том, что в присутствии микроорганизмов атомы металла могут объединяться в более крупные наночастицы. Такие кластеры облепляют клетку, и в зависимости от размера и типа объекта получается разный эффект. При этом процесс идёт по-разному у молодых, здоровых и поврежденных клеток, поэтому метод полезен не только в астробиологии, но и в медицине.

Доклад Светланы Филипповой из того же института был посвящен вирусам, которые находятся на границе между живым и неживым, и из можно считать хорошими биомаркерами. Они очень устойчивы к суровым физическим и химическим условиям и сохраняются даже тогда, когда живых бактерий уже нет. Андрей Рубин (Биологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова) рассказал о детектировании рекций фотосинтеза по возникающей при специальном облучении флуоресценции. 

Практически после каждого выступления завязывалась серьезная горячая дискуссия. Например, большое оживление вызвал доклад М.И.Капралова (сотрудника Лаборатории радиационной биологии, г. Дубна) о возможности образования биологических молекул из простого соединения – формамида – в метеоритах под действием космической радиации. Состоящий из самых распространенных элементов во Вселенной (водорода, кислорода, углерода и азота), формамид был обнаружен в мезжвездном газе и в кометах. Под действием излучения он может распадаться и создавать более сложные молекулы, а другие вещества, например, минералы, находящиеся в метеоритах, могут изменять скорость этих реакций, выступая в роли катализаторов. В серии экспериментов, которые проводились в лаборатории, в формамид добавлялась пыль или кусочки метеоритов. Однако без облучения с ними ничего не происходило. Когда чистый формамид облучали протонами, имитирующими космические лучи, то начали образовываться сложные соединения, хотя в небольших количествах. Но когда теми же протонами облучали смесь формамида и метеоритной пыли, то образовывалось большое количество сложных органических молекул: нуклеиновые основания (все пять), сахара, нуклеозиды, карбоновые кислоты (в том числе входящие в состав липидов), аминокислоты и многие другие.

Кроме протонов, для облучения использовали более тяжелые ядра бора, которые тоже есть в космических лучах. Это давало на выходе большее число молекул, но с меньшим разнообразием. Возник вопрос — будет ли такой же эффект, если метеорит заменить булыжником с улицы? Оказывается — да, но нужных веществ будет меньше, из-за другого состава катализатора. Опытным путем установлено, что самыми «продуктивными» являются железокаменные метеориты. Первые эксперименты проводились при комнатной температуре, но в дальнейшем планируется проверить и при других, в том числе при сверхнизкой.

Много внимания уделили обсуждению результатов исследования подледного озера Восток, условия для жизни в котором совершенно экстремальны (огромное давление, переизбыток кислорода, отсутствие солнечного света), о которых рассказывал Сергей Булат, руководитель лаборатории молекулярной и радиационной биофизики Петербургского института ядерной физики. Если жизнь в подледном озере сохранилась, то почти 14 миллионов лет она должна была существовать в нетипичных для Земли условиях и развиваться иным образом. Исследование связано с большими сложностями: необходимы стерильные лаборатории, фильтры, сравнение по базе уже известных ДНК (контаменантов). Так как в России нет помещения необходимого класса чистоты, то использовались французские лаборатории. 

В 2012 году 5 февраля был первый выход в озеро, вода под большим давлением ворвалась в скважину и сразу замерзла, но при этом, к сожалению, смешалась с буровой жидкостью. Тем не менее, удалось выделить две бактерии, которые не обнаружены в базе контаменантов, а одну из них нашли еще и в образце озерного льда. На основе этого можно осторожно предположить, , что, вероятно, существует какая-то неизвестная жизнь в верхней части озера Восток. Когда туда вошли второй раз в 2015 году, подготовились более основательно. Однако вода все равно поднялась в скважину, хоть и на меньшую глубину (70 метров вместо 300), и опять смерзлась с жидкостью для бурения. Анализ образцов, однако, не позволил обнаружить ничего нового.

В следующем сезоне, если будет финансирование, планируется осуществить третье бурение, но уже используя новый метод. Предполагается бурить со специальной жидкостью не до конца, оставить небольшой слой, и в него запустить специальный снаряд, который герметичным сосудом возьмет пробу воды около поверхности. Заодно можно будет измерить содержание кислорода и впервые точно узнать, насколько перенасыщена им озерная вода.

На семинаре также обсуждались методы и перспективы исследования атмосферы и поверхности других планет и Луны, способы обнаружения там жизни или ее следов. Анатолий Павлов, сотрудник Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН, рассказал о создании портативного масс-спектрометра с мембранной системой ввода проб для поиска и изучения органических соединений в поверхностных слоях Луны, Марса и других объектов.

В докладе Валерия Снытникова (Институт катализа СО РАН) обсуждалась гипотеза о самом раннем этапе возникновения жизни в Солнечной системе – до образования планет, и о возможном присутствии на Венере азотной жизни на основе богатых азотом полициклических углеводородов. Георгий Манагадзе (руководитель лаборатории масс-спектрометрии и активной диагностики ИКИ РАН) рассказал об особенностях исследования атмосферы Марса с целью поиска микробов среди частиц марсианской пыли. Константин Лучников (также ИКИ РАН) представил проект оригинального масс-спектрометра для обнаружения внеземной микробной жизни с помощью элементного анализа проб.

- Д.Б.

Дополнительная информация: 

Владислава Ананьева, «Конференция по астробиологии в ИКИ РАН», материал на портале секции «Солнечная система» Совета РАН по космосу