За минувшее десятилетие астрономы открыли много планет вне Солнечной системы. По некоторым оценкам, только в нашей Галактике может быть миллиард землеподобных планет. В связи с этим широко распространилось убеждение, что жизнь обязательно должна быть повсеместной во Вселенной, где так много подходящих мест обитаний, а разумная жизнь — явление пусть не столь частое, но вполне обычное. Однако из одного того, что планета пригодна для обитания, еще не следует, что она обитаема. Чтобы на землеподобной планете возникла жизнь, на ней должны пройти все необходимые этапы физического и химического развития. Однако мы не знаем, что это за этапы, поэтому просто не можем установить, сколько потенциально обитаемых планет действительно населены: невозможно рассчитать вероятность неизвестного процесса. Тем не менее отсутствие знаний не помешало многим выдающимся ученым бездоказательно утверждать, что жизнь возникает едва ли не сама собой в условиях, подобных земным. Почему они так оптимистичны?

Начнем с небольшого экскурса в историю. Взгляды на этот предмет 50 лет назад сильно отличались от современных. Большинство биологов считало, что жизнь на Земле зародилась вследствие случайной химической реакции, предполагавшей последовательность столь маловероятных событий, что они едва ли могли повториться в любой другой точке наблюдаемой Вселенной. Пессимистические ожидания подытожил в своей знаменитой книге «Случайность и необходимость» (Chance and Necessity, 1971) нобелевский лауреат биолог Жак Моно, утверждавший, что «Вселенная не была чревата жизнью», следовательно, «человек наконец узнал, что одинок во Вселенной». Джордж Симпсон, один из великих неодарвинистов послевоенных лет, уничижительно отозвался о SETI — проекте поиска разумной жизни за пределами Земли — как об «игре с самыми безнадежными ставками в истории». Моно и Симпсон строили свои пессимистические выводы на том, что механизмы жизни ошеломляюще сложны и невероятно, чтобы случайная химическая реакция могла произойти более одного раза. Им вторил Фрэнсис Крик, соавтор открытия двойной спирали ДНК, написавший в 1981 г. в книге «Жизнь как она есть: Ее происхождение и природа» (Life Itself: Its Origin and Nature): «Возникновение жизни представляется… практически чудом, настолько много условий должно быть выполнено, чтобы это случилось». Фактически уже в 1960-1970-е гг. ученый, заявивший о возможности существования внеземной жизни любого рода, не говоря уже о разумной жизни, совершил бы профессиональное самоубийство. С тем же успехом можно было признаться, что веришь в фей. Однако в 1990-х гг. начался крен в другую сторону. К тому времени нобелевский лауреат, биолог Кристиан де Дюв был настолько уверен, что жизнь с легкостью появляется везде, где сложились подходящие условия, что назвал ее «космическим императивом». Эта точка зрения стала господствующей: жизнь есть космический императив, и Вселенная полна ею.

Ныне особенно распространены два аргумента в поддержку повсеместной распространенности живой материи: (1) Вселенная настолько велика, что где-нибудь жизнь должна возникнуть, (2) жизнь должна появляться легко и быстро, поскольку на Земле именно так и случилось. И оба аргумента неубедительны. Позвольте вам это доказать.

Карл Саган, долгое время возглавлявший поиск внеземной жизни, однажды написал: «Возникновение жизни должно быть чрезвычайно вероятным событием; как только условия позволяют — раз, и готово!» Бесспорный факт: ее стремительное появление на Земле согласуется с гипотезой «высоковероятного генезиса», согласно которой в условиях, близких к земным, жизнь возникает легко и просто. Менее очевидно, но, безусловно, справедливо утверждение, что быстрое возникновение жизни в равной мере может свидетельствовать о крайне низкой ее вероятности, на что указал специалист по космологии Брэндон Картер больше 30 лет назад. Картер утверждал, что у любой землеподобной планеты на протяжении существования родительской звезды имеется ограниченное во времени «окно обитаемости», в течение которого жизнь имеет шанс возникнуть и развиться до уровня разумной. На Земле это окно просуществует около 4 млрд лет: открывшись примерно 3,8 млрд лет назад (когда стала стихать мощная бомбардировка планеты астероидами), оно сохранится еще около 800 млн лет (когда Солнце станет настолько горячим, что превратит Землю в стерильный каменный шар). И если бы жизнь в целом не поторопилась, то разумная жизнь (конкретно человечество) не имела бы времени развиться до закрытия окна обитаемости Земли и нас бы попросту не существовало. Насколько это было вероятно — другой вопрос.

Далее Картер рассуждал следующим образом. Не удивительное ли совпадение, что время, понадобившееся жизни на Земле для того, чтобы появиться и эволюционировать до появления «разумных наблюдателей» (нас с вами), составляет примерно те несколько миллиардов лет, когда Солнце дает ей такую возможность? Нет ни одной причины, обеспечивающей такое совпадение, поскольку две временные шкалы (эволюции, с одной стороны, и взаимодействия факторов ядерного синтеза и силы гравитации звезды, определяющего срок ее существования, — с другой) никак друг с другом не связаны. Из этого «случайного совпадения» могут следовать альтернативы: либо среднее время возникновения сложной жизни в любой точке Вселенной в норме намного короче времени жизни звезды (в этом случае инопланетные цивилизации должны быть обыденностью), либо это время намного длиннее, а значит, нам очень повезло и инопланетная жизнь — большая редкость.

Картер строит взвешенную цепь рассуждений на основе неочевидной для многих идеи, что наша статистическая выборка (база любых наших сравнений и выводов) крайне ограниченна. В ней находится одна-единственная цивилизация, земная, — другой мы не знаем — и это обстоятельство важно учитывать. Первый факт, который отмечает Картер: жизнь на Земле возникла очень быстро с открытием окна возможности обитаемости. Затем потребовался целый ряд других, крайне маловероятных, совпадений, чтобы жизнь достигла стадии разумности (например, появление двуполости, многоклеточности и эволюция центральной нервной системы представляются редкими случайностями). Следовательно, практически невероятно, чтобы разумная жизнь на Земле могла сформироваться сколько-нибудь быстрее, чем это имело место. Просто не просматриваются этапы, где она могла бы существенно сэкономить время и сократить отрезок примерно в 3,5 млрд лет, пролегший между первой биомолекулой и нами.

Не совсем очевидный вывод из этих рассуждений состоит в том, что быстрое появление жизни на Земле в статистическом отношении полностью согласуется с крайне малой вероятностью перехода от неживой материи к живой. Это случайность, которая, при прочих равных, в среднем потребовала бы намного больше времени, чем открыто окно возможной обитаемости. В таком случае жизнь во Вселенной должна быть немыслимой редкостью. Таким образом, можно с уверенностью утверждать, что из стремительного возникновения земной жизни может в равной мере вытекать как легкость и естественность, так и чрезвычайная сложность зарождения жизни вообще. Выборка, содержащая всего лишь один пример, не позволяет выбрать одну из этих альтернатив.

В недавнем телевизионном интервью знаменитый космолог Стивен Хокинг сказал: «Для моего математического ума одних только чисел достаточно, чтобы признавать мысль о существовании инопланетян совершенно обоснованной». Хокинг, в сущности, привел популярный аргумент, что гигантские размеры Вселенной сами по себе гарантируют тот факт, что мы в ней не одиноки. Это утверждение не является ложным, но нуждается в уточнении. Очевидно, что в бесконечной (и однородной) Вселенной любое возможное событие, пусть даже самое маловероятное, обязательно произойдет. (Оно обязательно случится в каком-нибудь месте, фактически же может произойти в бесконечном множестве мест.) Это относится не только ко второй попытке «выбросить кости» жизни, но и к еще менее вероятным событиям, таким как существование дубля автора этой главы, дублей Шекспира и его пьес, точных копий планеты Земля со всем ее населением и т.д. Интерес представляет не безусловность существования жизни где-нибудь во Вселенной, а плотность ее распределения. Каковы шансы, к примеру, что среди 400 млрд звезд нашей Галактики имеется хотя бы еще одна обитаемая планета? Вот что мы хотели бы знать.

Поскольку 400 млрд — это чудовищно много, шансы на возникновение жизни представляются высокими. Однако человеческая интуиция в этом вопросе бессильна. Допустим, чтобы появилась жизнь, должна произойти определенная последовательность из 10 критически важных и весьма строго определенных химических реакций (причем 10 — заведомо заниженная оценка), каждая из которых может состояться в окне обитаемости с вероятностью, скажем, 1 из 100. Тогда общая вероятность выполнения всех 10 шагов составит один из 1020, или один шанс из ста миллиардов миллиардов. Шансы же, что в Млечном Пути имеется вторая обитаемая планета, оказываются пренебрежимо малыми — намного меньше одного на миллиард.

Мои возражения против теорий «жизнь — раз, и готово» и «большой вселенной» опираются на общее положение: этапные переходы от неживой материи к живой — это случайные процессы со строго определенными вероятностями. Возможно, это положение неверно. Возможно, некий закон или принцип жизни отформовал молекулярные «игральные кости» особым образом, благоприятствующим образованию именно таких молекулярных структур, в которых нуждается жизнь. Идея о том, что природа предрасположена к жизни, что жизнь «встроена» в законы физики и химии, — так называемый биологический детерминизм — завоевала большую популярность, хотя и осталась туманной, и послужила фундаментом для «космического императива» де Дюва. Чем ее можно подкрепить? В законах физики не просматривается ничего такого, что выделяло бы именно «жизнь» в качестве предпочтительного состояния или цели. Законы физики (и химии) в этом отношении слепы — это универсальные законы, никак не выделяющие биологические состояния материи в противоположность не биологическим. Это не означает отсутствия в природе «принципа жизни», но, если данный принцип существует, его еще предстоит открыть. Может быть, он таится в области теории сложности, в информационной теории или в свойствах самоорганизующихся систем, однако до сих пор мы не располагаем доказательствами его наличия.

Как же нам проверить бесспорно очень привлекательную идею космического императива? Один из очевидных путей — наблюдение. Если зарождение жизни — вероятное событие и жизнь распространена повсеместно, мы сможем найти второй ее пример. Вот только где? Первый выбор для многих — Марс, планета, являющаяся или когда-то являвшаяся в определенной мере «землеподобной». К сожалению, здесь возникает трудность. Земля и Марс обмениваются осколками каменных пород, которые выбивают с поверхности мощные удары астероидов и комет. Соответственно, они могут обмениваться и микроорганизмами, присутствующими в этих осколках, что исключает чистоту наблюдений. В любом случае марсианская миссия с доставкой образцов на Землю — дело дорогостоящее, сложное и едва ли возможное в ближайшие десятилетия.

Проще поискать второй генезис прямо на Земле. Нет более землеподобной планеты, чем Земля, и если жизнь с легкостью возникает в условиях, близких к земным, она определенно должна была бы многократно сформироваться на нашей планете. Откуда нам известно, что это не так? Согласно официально принятой теории, вся жизнь на Земле происходит от общего источника, который принято, вслед за Дарвином, изображать в виде древовидной структуры. Имеются убедительные свидетельства того, что все формы жизни, изученные на данный момент, тесно связаны друг с другом. Это организмы, использующие универсальный генетический код, хранящие информацию в последовательностях нуклеиновых кислот и обеспечивающие строительные и ферментативные функции с помощью белков. Белки в обязательном порядке синтезируются рибосомами. Невероятно, чтобы столько специфических черт сформировалось независимо из разных источников. Они определенно имелись у общего предкового организма (его часто обозначают аббревиатурой LUCA) и возникли в результате случайных событий, но их развитие приостановилось, о чем говорит «теория замороженного случая». Даже так называемые экстремофилы — микроорганизмы, процветающие в условиях, летальных для большинства известных нам живых видов, — обладают теми же самыми биохимическими особенностями и имеют много общих генов с менее экзотическими организмами. Все известные экстремофилы имеют свое место на том же самом древе жизни, что вы и я.

Тем не менее огромное большинство земных видов составляют микробы, и биологи делают лишь первые шаги в изучении этого неведомого мира. Основная часть микроорганизмов пока не была получена в искусственных условиях и описана, не говоря уже о расшифровке их генетического кода. В настоящее время мы попросту не знаем, что они из себя представляют. Невозможно сказать, является ли микроб разновидностью бактерии или новым организмом с совершенно другими внутренней структурой и биохимией. Чтобы дать полноценное определение, что такое микроорганизм, нужно разобраться в его биохимических процессах. Таким образом, существует реальная возможность того, что некоторые из миллиардов микроорганизмов, находящихся, скажем, в образце почвы или морской воды, являются представителями неизвестной нам жизни — «иной жизни» или «жизни-2». И даже если все микробы в пробах, взятых на данный момент, относятся к стандартной жизни, возможны еще не обследованные ниши, недоступные даже самым выносливым экстремофилам. Такие ниши могут быть населены «иными» микроорганизмами.

Астробиологи много размышляют о жизни на других планетах, тогда как возможность существования иной (нестандартной) жизни на Земле привлекает гораздо меньше внимания. Поиск земных форм иной жизни ведется по двум направлениям. Первое исходит из принципа размежевания экологических ниш. Жизнь-1 и жизнь-2 должны населять непересекающиеся области или вписываться в разные интервалы по таким параметрам, как температура, давление и т.д. Например, у гипертермофилов температурный рекорд на данный момент составляет 122°С. Если в зоне глубоководных вулканов будет обнаружена микробиотическая жизнь при температуре, скажем, 160-180°С, то она станет кандидатом на звание альтернативной жизни в силу наблюдаемого разрыва интервала температур. Это относится и к возможным обитателям областей с мощным ультрафиолетовым облучением, например верхних слоев атмосферы и высокогорных плато, исключительно холодных (Антарктика, горные вершины), сухих (пустыня Атакама), засоленных, защелоченных или закисленных, сильно загрязненных зон добычи ископаемых и участков с высоким уровнем радиации, в частности урановых месторождений и хранилищ ядерных отходов.

Намного сложнее установить, могут ли «иные» микроорганизмы делить места обитания с «нормальной» жизнью, особенно в условиях малой плотности. Здесь возможны два подхода. Во-первых, можно сконструировать простейший фильтр, прерывающий или хотя бы тормозящий метаболизм стандартной жизни в расчете на то, что иная жизнь от него не пострадает. Тогда она постепенно начнет доминировать. К примеру, таким фильтром мог бы стать гипотетический полимер, связывающийся с той или иной универсальной характеристикой всей известной нам живой материи. Если добавить к такому полимеру металлические наночастицы, а затем облучить систему лазером или микроволнами, стандартные клетки погибнут, а «иные» останутся неповрежденными.

Во-вторых, можно, основываясь на научных данных, строить предположения о характере иной жизни. Специалисты по синтетической биологии, пытающиеся создать в лаборатории новые формы жизни, привыкли представлять себе альтернативные способы существования организмов. Но проблема поиска жизни, какой мы ее не знаем, заключается в том, что мы не представляем, что именно нужно искать. Никакие общие признаки жизни, скажем углеродный цикл или хиральная специфичность, в этом случае не подходят, поскольку их демонстрирует и стандартная живая материя. Но если мы постулируем, что иная жизнь может использовать специфическую молекулу, например аминокислоту, не свойственную стандартной жизни, то можно будет создать методы обнаружения этой молекулы.

Ярким примером является хиральная особенность. Нормальная жизнь использует только левосторонние аминокислоты и правосторонние сахара. Однако для законов физики хирального своеобразия органических молекул (выбора строго определенной формы из двух зеркальных форм молекулы) не существует, и второй генезис вполне может породить жизнь с противоположной хиральностью, т.е. на основе правосторонних аминокислот и/или левосторонних сахаров. Культурная среда из «зеркальных молекул» оказалась бы непригодной для питания нормальных микроорганизмов, но питательной для «зеркальной» жизни.

Если бы удалось доказать, что жизнь на Земле зародилась не единожды, это означало бы, что в условиях, подобных земным, жизнь возникает легко и быстро и, следовательно, очень велика вероятность ее появления и на других землеподобных планетах. Чрезвычайно маловероятно, чтобы жизнь дважды зародилась на Земле и ни разу — на всем множестве похожих на Землю планет. С другой стороны, если иная жизнь окажется всего лишь чрезвычайно видоизменившимся побегом общего древа жизни, мы не сможем сделать этот знаменательный вывод.

Трудно представить открытие, более значимое для астробиологии, чем обнаружение на Земле теневой биосферы, состоящей из других форм жизни, которые восходят к иному источнику. Очевидно, существование такой биосферы — крайне смелое предположение, но нынешний уровень научных знаний вполне его допускает. Если на Земле есть или когда-то была теневая биосфера, то очень велики шансы, что жизнь возникла на многих землеподобных планетах повсюду во Вселенной, как ныне предполагают, не имея возможности подтвердить свою догадку, многие астробиологи. В таком случае жизнь следовало бы считать явлением поистине космического масштаба, поскольку землеподобные планеты, судя по всему, типичны.

Подобный сдвиг научной парадигмы имел бы колоссальные последствия философского характера. Пока нам известен единственный образчик жизни, можно утверждать, что живая материя есть случайное локальное отклонение, следствие столь невероятного происшествия в мире химических реакций, что нигде более в наблюдаемой Вселенной оно повториться не могло. Пусть для каждого человека его личная жизнь исполнена высшего смысла, жизнь в целом представлялась бы не более чем ничего не значащей совокупностью маргинальных физических систем, запертой в исчезающе малом кусочке космического пространства. Наоборот, если жизнь является «космическим императивом» и возникает, по существу, автоматически в бесчисленных местах, это означало бы, что физические законы Вселенной объективно благоприятствуют жизни. Следовательно, сама жизнь, а возможно, и разум имеют вселенское значение, являясь фундаментальным космическим явлением, а не случайным сбоем. Это значило бы, что Вселенная — действительно наш родной дом.