Более трех сотен лет назад Антон ван Левенгук из Делфта исследовал новый мир. Рассматривая густой сенной настой в свой первый микроскоп, он с удивлением обнаружил, что в нем полно крошечных существ:

«24-го апреля 1676 г., по чистой случайности рассматривая эту жидкость, я с большим изумлением обнаружил в ней огромное количество различных мельчайших анималькулей; некоторые из них были в три-четыре раза больше в длину, чем в ширину. Толщина их была, по моему суждению, не больше волосков, покрывающих тело вши. У этих существ были очень короткие, тонкие ножки, торчащие из головы (хотя я не мог различить у них голову; я говорю о той части тела, которая всегда была впереди во время движения)… Их тело заканчивалось четкой глобулой и, я полагаю, задняя часть была слегка расщеплена. Эти организмы очень забавно перемещаются и часто вращаются».

Этих крошечных анималькулей никто никогда раньше не видел. Но Левенгуку не составило труда понять, что они живые.

Два столетия спустя на основе открытия Левенгука Луи Пастер разработал микробную теорию возникновения заболеваний и заложил основу современной медицины. Левенгук не преследовал практические цели, это был чисто научный интерес. Он сам и не догадывался о практическом применении своих исследований в будущем.

В мае 1974 г. Королевское общество Великобритании собралось для обсуждения темы «Распознавание внеземной жизни». Жизнь на Земле развивалась в ходе медленного, мучительного, пошагового процесса, называемого эволюцией путем естественного отбора. Ключевую роль в этом процессе играли случайные факторы: например, какой ген в какой-то момент мутировал или менялся под воздействием ультрафиолетового излучения или космических лучей. Все организмы на Земле адаптированы к их естественной окружающей среде. На какой-нибудь другой планете под воздействием других случайных факторов и в непривычной для нас окружающей среде жизнь могла эволюционировать по-другому. Если бы мы, например, приземлились на Марсе, распознали ли бы мы местные формы жизни?

На заседании Королевского общества отдельно обсуждалось предположение, что жизнь можно распознать по ее невероятности. Возьмем, например, деревья. Деревья – это длинные продолговатые структуры, которые над землей толще у вершины, чем у основания. Понятно, что под воздействием ветра и воды в течение тысячелетий большинство деревьев должны были упасть. Они находятся в механически неравновесном состоянии. Они представляют собой невероятные структуры. Конечно, не все структуры с тяжелой вершиной являются биологическими. В пустынях, например, существуют скалы, стоящие на тонком основании. Но если бы мы увидели множество структур с массой, сосредоточенной в верхней части, очень похожих между собой, то могли бы предположить, что все они имеют биологическое происхождение. То же самое касается и анималькулей Левенгука. Их много, они похожи, в высшей степени сложные и невероятные. Никогда не видя их раньше, мы правильно предполагаем, что они имеют биологическое происхождение.

Также велись споры о природе и определении жизни. Самые успешные определения затрагивают эволюционный процесс. Но мы не можем приземлиться на другой планете и ждать, пока ближайшие объекты будут эволюционировать. Мы не располагаем таким количеством времени. Поэтому поиск жизни переходит в более практическую плоскость. Это точка зрения была ловко привнесена в обсуждение Королевского общества, когда, выслушав пространные метафизические рассуждения, сэр Питер Медавар поднялся и сказал: «Джентльмены, каждый в этой комнате знает разницу между живой лошадью и мертвой лошадью. Поэтому прошу, давайте прекратим хлестать последнюю». Медавар и Левенгук поняли бы друг друга.

Но есть ли деревья или анималькули в других мирах нашей Солнечной системы? Простой ответ заключается в том, что никто пока не знает. Даже с ближайших планет было бы невозможно сфотографировать и распознать присутствие жизни на нашей планете. До сегодняшнего дня при наблюдениях Марса с американских орбитальных космических аппаратов «Маринер-9», «Викинг-1» и «Викинг-2» детали планеты, чей размер гораздо меньше 100 м в диаметре, невозможно было различить. Поскольку даже самые ярые сторонники теории существования внеземной жизни не ожидают, что марсианские слоны могут быть 100 м в длину, многие важные проверки еще не были выполнены.

В настоящее время мы можем только оценить физические характеристики условий среды других планет, определить, настолько ли она сурова, чтобы исключить наличие жизни – даже тех форм, которые отличаются от известных нам на Земле, – и в случае более мягких условий среды, возможно, поразмышлять о формах жизни, которые могут там присутствовать. Единственным исключением являются результаты посадки «Викинга», кратко описанные ниже.

Местность может быть слишком жаркой или слишком холодной для жизни. Если температура очень высокая – скажем, несколько тысяч градусов по шкале Цельсия, – тогда молекулы, из которых состоит организм, распадутся на части. Поэтому Солнце как среда обитания традиционно исключается. С другой стороны, если температура слишком низкая, тогда метаболизм – химические реакции, обеспечивающие жизнедеятельность организма, – будет протекать слишком медленно. По этой причине холодные просторы Плутона тоже традиционно исключаются как среда обитания. Однако могут существовать химические реакции, которые проходят на приемлемой скорости при низкой температуре, но которые невозможно исследовать здесь, на Земле, поскольку химики не любят работать в лабораториях при температуре –230 °С. Мы не должны подходить к этому вопросу с пренебрежением.

Огромные внешние планеты Солнечной системы, такие как Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, иногда исключают из биологических исследований из-за того, что температура на них очень низкая. Но это температура верхних слоев облаков. В более низких слоях атмосферы таких планет, так же как в атмосфере Земли, условия гораздо мягче. И эти слои, судя по всему, содержат органические молекулы. Их нельзя исключать ни в коем случае.

Хотя мы, люди, наслаждаемся кислородом, он едва ли является необходимым условием существования, поскольку для многих организмов он ядовит. Если бы в нашей атмосфере не было тонкого защитного озонового слоя, который образовался под действием солнечного света из кислорода, Землю быстро бы выжег ультрафиолет, исходящий от Солнца. Но на других планетах могут существовать защитные слои от ультрафиолета или биологические молекулы, устойчивые к излучению ближнего ультрафиолетового диапазона. Такие рассуждения только подчеркивают недостаток наших знаний.

Важное различие между планетами нашей Солнечной системы заключается в толщине их атмосферы. При полном отсутствии атмосферы очень сложно представить жизнь. Мы считаем, что, как и на Земле, источником жизни на других планетах должен быть солнечный свет. На нашей планете растения поглощают солнечный свет, а животные питаются растениями. Если бы все живые существа на Земле (после какой-нибудь невообразимой катастрофы) были вынуждены обитать под землей, жизнь прекратилась бы, как только исчерпались запасы еды. Растения, основа жизни на любой планете, должны видеть Солнце. Но если у планеты нет атмосферы, не только ультрафиолетовое излучение, но и рентгеновские лучи, и гамма-лучи, и заряженные частицы солнечного ветра будут беспрепятственно попадать на поверхность планеты и выжигать растения.

Более того, атмосфера необходима для обмена веществами, чтобы не израсходовались все основные органические молекулы. На Земле, например, зеленые растения выделяют кислород – продукт своей жизнедеятельности – в атмосферу. Многие животные, дышащие, как люди, вдыхают кислород и выдыхают углекислый газ, которые растения, в свою очередь, поглощают. Без этого умного (и с таким трудом сформировавшегося) равновесия между растениями и животными мы бы быстро израсходовали кислород или углекислый газ. По этим двум причинам – защита от излучения и обмен молекулами – видимо, атмосфера необходима для жизни.

Некоторые из планет в нашей Солнечной системе имеют очень небольшую плотность атмосферы. Например, у поверхности Луны атмосферное давление в миллион миллионов раз меньше давления на Земле. Астронавты «Аполлона» исследовали шесть мест на видимой стороне Луны. Они не нашли ни структур с тяжелой вершиной, ни скопления животных. Почти четыре сотни килограммов образцов были привезены с Луны и тщательно изучены в земных лабораториях. В них не оказалось микроорганизмов, почти никаких органических соединений и даже воды. Мы ожидали, что Луна безжизненна, и, видимо, так и есть. Меркурий, ближайшая к Солнцу планета, напоминает Луну. Его атмосфера чрезвычайно тонкая и не должна поддерживать жизнь. Во внешней Солнечной системе много больших спутников размером с Меркурий или нашу собственную Луну, состоящих из смеси камня (как Луна и Меркурий) и льда. В эту категорию попадает Ио, второй спутник Юпитера. Его поверхность, видимо, покрыта чем-то вроде красноватых отложений солей. Мы очень мало об этом знаем. Но из-за очень низкого атмосферного давления мы считаем, что на нем нет жизни.

Еще существуют планеты с атмосферами средней плотности. Земля – самый знакомый пример. Здесь жизнь играла главную роль в определении состава атмосферы. Кислород, конечно, производится зелеными растениями в процессе фотосинтеза, но даже азот, как считается, производится бактериями. В совокупности кислород и азот составляют 99 % нашей атмосферы, и они, очевидно, в огромных масштабах перерабатываются на нашей планете живыми организмами.

Атмосферное давление на Марсе составляет около половины процента давления на Земле, но атмосфера там состоит в основном из углекислого газа. В ней присутствуют в малых количествах кислород, водяной пар, азот и другие газы. Марсианская атмосфера, очевидно, не перерабатывается живыми организмами, но мы не знаем Марс настолько хорошо, чтобы исключить наличие там жизни. В определенное время в каких-то местах температура на нем благоприятная, его атмосфера достаточно плотная, и в почве и полярных шапках содержится много воды. Даже некоторые разновидности земных микроорганизмов могут выжить там без проблем. «Маринер-9» и «Викинг» обнаружили сотни сухих русел рек, видимо, указывающих на период геологической истории планеты, когда по ее поверхности в изобилии текла вода. Это мир, который еще ждет исследования.

Третий и менее знакомый пример планеты со средней плотностью атмосферы – это Титан, самый большой спутник Сатурна. Атмосфера Титана имеет плотность посередине между атмосферами Марса и Земли. Она, однако, состоит в основном из водорода и метана и увенчана сплошным слоем красноватых облаков – вероятно, сложных органических молекул. В силу своей удаленности Титан привлек интерес экзобиологов только недавно, но выглядит многообещающе.

Планеты с очень плотными атмосферами представляют собой особую проблему. Как и у Земли, их атмосферы холодные в верхних слоях и теплее в нижних. Но, когда атмосфера очень плотная, температура в нижних слоях становится слишком высокой для жизни. Температура поверхности Венеры составляет около 480 °С, планет типа Юпитера – тысячи градусов по шкале Цельсия. Все эти атмосферы, как мы считаем, конвективные: вертикальные ветра беспрерывно переносят в них вещества в обоих направлениях. Жизнь маловероятна на их поверхности из-за высокой температуры. Условия же среды в облаках благоприятны, но конвекция перенесла бы гипотетические организмы, живущие в облаках, вниз, в глубину, и там бы они поджарились. Я вижу два решения этой проблемы: могут существовать мелкие организмы, которые воспроизводятся с той же скоростью, с какой их несет вниз к обжигающей поверхности планеты, или организмы, способные держаться на поверхности облаков. Рыбы на Земле для этого имеют плавательные пузыри, и на Венере и Юпитере можно представить организмы, которые фактически будут представлять собой шары, наполненные водородом. Чтобы плавать при средней температуре на Венере, им нужно быть по крайней мере несколько сантиметров в диаметре, но на Юпитере их диаметр должен быть не менее нескольких метров, то есть размером с мячик для пинг-понга и с метеорологический шар-зонд соответственно. Мы не знаем, существуют ли такие организмы, но довольно интересно, что их можно представить, не нарушая законы физики, химии и биологии.

Нашей полной неосведомленности относительно жизни на других планетах может настать конец уже в этом столетии. Сейчас строятся планы по химическому и биологическому исследованию многих из таких планет. Первым шагом стали запуски американского «Викинга», в ходе которых летом 1976 г. на Марс были посажены две сложные автоматические лаборатории, почти через три сотни лет с того дня, как Левенгук открыл инфузорий в сенном настое. «Викинг» не нашел поблизости ни любопытных структур с тяжелой вершиной, ни распознаваемых органических молекул. Два из трех экспериментов по обнаружению признаков микробного метаболизма в обоих местах посадки повторно дали положительные результаты. Выводы все еще бурно обсуждаются. К тому же мы должны помнить, что два спускаемых аппарата «Викинга», хотя и тщательно исследовали, и даже сфотографировали, но менее одной миллионной поверхности планеты. Необходимо больше наблюдений – особенно с более сложным оборудованием (включая микроскопы) и средствами передвижения. Но, несмотря на неоднозначную природу результатов, полученных «Викингом», эти миссии представляют собой первое в истории человека серьезное исследование жизни в другом мире.

В последующие десятилетия, вероятно, будут сделаны пробы атмосферы Венеры, Юпитера и Сатурна, на поверхность Титана спустят аппараты, а также будет более подробно исследована поверхность Марса. Новая эпоха планетных исследований и экзобиологии началась в 1970-х гг. Мы живем во времена высокоинтеллектуальных приключений и переживаний, но также – как показывает продвижение от Левенгука к Пастеру – в преддверии открытий, которые будут иметь большое практическое значение.