Начать, пожалуй, следует с прописных, хоть и неочевидных истин. Химические взаимодействия быстрее всего протекают в газовой фазе, медленнее – в твёрдой. Жидкофазные реакции в данном случае представляют собой классическую ”золотую середину”. К ним относятся процессы, протекающие в клетках всех без исключения земных организмов – от мельчайшей амёбы до гигантского кашалота. Все эти процессы неотделимы от современного понимания “жизни”, а именно поиски жизни за пределами Земли стали главным оправданием огромных расходов на межпланетную космонавтику.

Возможно, когда-нибудь появится техническая возможность обнаружить экзотические живые существа, представляющие собой, скажем, организованные газообразные структуры. Но они в любом случае будут настолько не похожи на те формы жизни, с которыми имеют дело современные биологи, что мы ещё не скоро научимся отличать их от “неживой материи”. Поэтому исследователям остаётся “искать под фонарём”, то есть везде, куда дотянулись посланцы нашей планеты, высматривать аналоги земных бактерий – капелек жидкости, окружённых непроницаемой (точнее, полупроницаемой) оболочкой из высокомолекулярных соединений. Ведь даже “наши” вирусы, хоть и не имеют такой структуры, как бактерии и клетки более сложных организмов, всё равно вынуждены на них паразитировать и не могут без них размножаться. Но для начала следует определиться, какой именно жидкостью должны быть заполнены оболочки инопланетных микробов, в каком растворителе могут протекать биохимические процессы. Пока что в этом качестве нам известна исключительно вода. Даже экзотические бактерии, обитающие в пустынях, в верхних слоях атмосферы и в прочих чрезвычайно сухих условиях (вплоть до космического пространства), внутри всё равно содержат биологически активные вещества в виде водных растворов. На первый взгляд, кажется, что выбор такой “основы жизни” – если не единственный верный, то, во всяком случае, очень удачный. Кроме того, что вода – самое распространённое химическое соединение во Вселенной (чаще встречаются только водород и гелий, которые, как и остальные “самостоятельные” химические элементы, соединениями не являются), она ещё обладает рядом ценных качеств, напрямую связанных с её структурой. В молекуле H2O обе связи между атомами кислорода и водорода располагаются не на одной прямой по обе стороны кислородного атома, как следовало бы ожидать, а образуют угол около 105 градусов. В результате молекула оказывается полярной, то есть электрический заряд распределён вокруг неё неравномерно. Следствие этого факта – сильная ионизирующая способность воды: многие химические вещества, растворяясь в ней, распадаются на положительно и отрицательно заряженные ионы. По той же причине вода является не просто хорошим растворителем, но и активным участником многих биохимических процессов. Не стоит забывать, что фотосинтез – процесс усвоения растениями энергии электромагнитного излучения и аккумуляции её за счёт производства органических веществ и кислорода – начинается с расщепления химической связи “кислород-водород” в молекуле воды. Но, с другой стороны, на Земле вода всё-таки была первичной, и такой “подходящий” набор незаменимых для жизни свойств у неё имеется только потому, что эта жизнь изначально развивалась в водной среде и вынуждена была к ней приспосабливаться. Могла ли эволюция в каких-нибудь инопланетных условиях пойти по другому пути, “построив” биологические системы на принципиально иной основе? Одной из главных задач всех автоматических станций, запущенных в космос для исследования Красной планеты, был поиск жидкой воды или хотя бы следов её присутствия в прошлом. Убедительные доказательства такого присутствия уже найдены – ими стали отложения эвапоритов (минералов, образующихся при испарении водных растворов солей) и характерные породы, аналоги которых на Земле возникают исключительно в “мокрых” условиях. Когда появилась первая информация о том, что на Марсе в результате грозовых разрядов, сопровождающих пылевые бури, может образоваться перекись водорода, немецкий биолог Йооп Хоуткопер из Гиссенского университета (Joop Houtkooper, University of Giessen, Germany) предложил, ни много ни мало, пересмотреть данные аппаратов Viking, работавших на поверхности Марса с 1976 по 1982 г. Учёный считает, что марсианские микроорганизмы функционируют на основе смеси перекиси и воды, замерзающей при температурах ниже нуля по Цельсию, и, следовательно, вполне “перспективной” в более холодных, чем земных, условиях. Кроме того, для таких микроорганизмов нестабильные пероксидные молекулы могли бы служить в качестве неплохого источника энергии, выделяемой в реакциях, похожих на окислительно-восстановительные биохимические реакции с участием кислорода – эти реакции являются основой энергообмена большинства земных организмов. Подобрать органическую основу жизни, устойчивую к сильному окислителю, каковым является перекись водорода, можно попытаться и в земных лабораториях. Для наших рассуждений важно другое: такая жизнь не будет в полной мере “безводной”, поскольку, во-первых, вода требуется для образования пероксида, а во-вторых, неизбежно возникает при его распаде. И ещё один интересный момент: некоторые микроорганизмы используют перекись для борьбы со своими природными врагами, которые за миллион лет эволюции так и не выработали защиту от этого опасного соединения. Вправе ли мы ожидать, что марсианские микробы оказались “умнее” своих земных коллег? Сторонники “всепроникающей жизни” не были сильно разочарованы, когда узнали, что поверхность ближайшей планеты представляет собой каменистые пустыни, раскалённые почти до 500 градусов Цельсия (при такой температуре необратимо разлагается любая органика). В их распоряжении оставались мощные венерианские облака – достаточно холодные, но “принимающие на себя” основную часть солнечной энергии, столь необходимой для поддержания жизненных процессов. Правда, дальнейшие исследования принесли неприятную новость: главный компонент облаков – концентрированная серная кислота… Но какого нормального химика смущают подобные мелочи? В самом деле, это соединение менее агрессивно, чем та же перекись водорода, растворяет большинство органических веществ, растворяющихся в воде (правда, со многими из них она реагирует), остаётся жидкостью в широчайшем диапазоне температур; в сернокислотном растворе, так же, как и в водном, неорганические соли распадаются на ионы… …Вполне возможно, что, если бы на Венере в течение миллиардов лет существовали океаны или хотя бы озёра серной кислоты, в них бы возникла какая-то своеобразная форма жизни. Но когда речь идёт о сложной аэрозональной структуре, состоящей из мельчайших капель – проводить параллели с эволюционными процессами на Земле становится сложно. К тому же динамика венерианских облаков изучена слабо, и планетологи пока не могут даже приблизительно определить, как долго Утреннюю звезду окутывает такое своеобразное “покрывало”. Кроме того, серная кислота, как это ни прискорбно, представляет собой гидрат: её формула H2SO4 может быть записана как H2O+SO3, то есть и здесь не обошлось без воды. Будущие космические экспедиции, несомненно, покажут, насколько справедливы гипотезы о “вездесущей жизни”. Сейчас экзобиологии всё же склонны считать своим наиболее вероятным “клиентом” Марс – тем более что многие из них втайне надеются побывать на его поверхности, а вот высадка на Венеру в их мечтах явно не фигурирует. Огромное разнообразие условий даже в пределах уже открытых экзопланет предполагает и массу вариантов “жизненных жидкостей”. Можно долго рассуждать о биологических системах на основе жидкого аммиака, фтороводорода, сернистого газа, диоксида азота, бензола, метанола, муравьиной кислоты… простое перечисление всех возможных вариантов достойно отдельной статьи. Но в настоящее время технических возможностей для непосредственного изучения планет даже ближайших звёзд не существует – а значит, и в поисках внеземной жизни учёные пока не заглядывают дальше Солнечной системы. Тем более что и здесь, по крайней мере, на одном небесном теле жизнь была бы просто вынуждена обходиться без воды. Не уделить ему внимание нельзя ещё и потому, что в последнее время получены достаточно веские доказательства наличия на его поверхности больших масс жидкости. Вдобавок на это тело уже совершил посадку автоматический посланник Земли. Речь идёт о спутнике Сатурна Титане. Это – единственный объект в сфере досягаемости современной космонавтики, достоверно обладающий твёрдой поверхностью и одновременно атмосферой, по плотности похожеё на земную. А недавно с помощью радиолокатора космического аппарата Cassini на нём были обнаружены углеводородные озёра, то есть на спутнике имеются места, где вступают в соприкосновение все три агрегатных состояния вещества – твёрдое, жидкое и газообразное. Наличие таких мест, по мнению некоторых учёных, является одной из важных предпосылок для возникновения организованных биологических систем. Титан с нашей точки зрения представляет собой довольно странный мир. Если на Земле “мёртвой материей”, не участвующей в биологических процессах, являются силикаты и алюмосиликаты (главные компоненты земной коры), а присутствие воды, наверняка, означает наличие какой-нибудь жизни, то роль титанианских “мёртвых камней” исполняет водяной лёд – иначе и быть не может при температуре, немного превышающей точку кипения жидкого кислорода. Но при такой температуре в жидком состоянии находится углеводород метан, присутствие которого на спутнике обнаружено ещё в середине XX века спектральными методами. Чем он принципиально отличается от воды? Может ли он, как и вода, служить средой для биохимических процессов? Отличия между веществами начинаются уже на микроуровне. Во-первых, молекула метана значительно симметричнее молекулы воды. В ней четыре атома водорода окружают атом углерода, образуя правильную треугольную пирамиду (тетраэдр) и как бы защищая его со всех сторон. Для разрушения связи “углерод-водород” в метане требуется ненамного меньше энергии, чем для отрыва водорода от кислорода в случае воды. В принципе, под действием жёсткого ультрафиолета это тоже возможно, что уже наблюдалось зондом Cassini в верхних слоях атмосферы Титана. Но вообще-то метан – соединение вполне инертное, и, чтобы заставить его вступить в реакцию, нужно создать ему достаточно жёсткие условия – например, поджечь в кислородсодержащей атмосфере, чем ежедневно занимаются все владельцы газовых плит. Метан является продуктом жизнедеятельности некоторых микроорганизмов, обычно сводящейся к превращению энергетических насыщенных, химически активных молекул в более стабильные. Многие биологи считают, что такие бактерии (их ещё называют “метаногенами”) остались нам “на память” о древней атмосфере Земли, лишённой кислорода. Более “поздние” организмы начали преобразовывать кислород – ядовитый побочный продукт фотосинтеза – и соединения углерода в углекислый газ: эти процессы с энергетической точки зрения оказались намного эффективнее. Метан, в отличие от воды, довольно плохой растворитель. В нём почти не растворимы такие важные для земной жизни вещества, как аминокислоты, да и остальные соединения растворяются в нём намного хуже, не говоря уже о том, что ни одно из них в жидком метане практически не ионизируется. Самым главным препятствием для развития “метановой жизни”, конечно же, остаётся низкая температура. Экспериментально установленные закономерности протекания химических реакций гласят: при падении температуры на 10 градусов Цельсия их скорость в жидкой фазе уменьшается в 2-4 раза. Это значит, что все процессы на Титане при его -180 градусах Цельсия будут идти как минимум в миллион раз медленнее, чем при комнатной температуре. И даже если представить себе некую планету с огромным давлением вблизи поверхности, на которой метан существует в состоянии, близком к критическому (выше -82,6 градусов Цельсия он не может оставаться жидким ни при каком давлении), - всё равно реакции на ней окажутся замедленными в тысячу раз. Во сколько же раз “затормозится” и эволюция биологических систем. Земной жизни потребовалось около миллиарда лет, чтобы от одноклеточных организмов перейти к многоклеточным. Какой промежуток времени аналогичный переход займёт на Титане? Справедливости ради, следовало бы сказать несколько слов ещё об одном широко распространённом на Земле соединении, которое является главной составляющей атмосфер ближайших планет. Это уже упоминавшийся диоксид углерода, (углекислый газ). С позиции “среды для жизни” его физические свойства выглядят несколько перспективнее, чем свойства метана: например, его критическая температура – 31 градус Цельсия выше нуля, и если бы венерианская атмосфера по какой-то причине до неё остыла, планета сразу же покрылась бы озёрами жидкой углекислоты. Химические свойства тоже отличаются в более выгодную сторону – у диоксида углерода лучше ионизационная способность, конфигурация атомов в молекуле позволяет ей вступать в разнообразные реакции с другими веществами… Существует даже гипотеза о том, что первые молекулы, содержащие цепочки из двух и более углеродных атомов (а именно они сейчас являются основой всех известных форм жизни), образовались именно в реакциях с участием углекислого газа. И, конечно же, не стоит забывать о том, что это соединение в больших количествах присутствует в космическом пространстве (правда, метан там встречается всё же чаще). Выходит, что газ, который мы на Земле привыкли считать безжизненным и чуть ли не ядовитым, на самом деле мог бы стать ненамного худшей базой для биохимических превращений, чем наша любимая H2O. К сожалению, ни на одном из объектов Солнечной системы диоксид углерода не присутствует в жидком состоянии. Возможно, когда-нибудь в далёком будущем таким объектом станет планета Венера… В свете вышеизложенного основная стратегия NASA по поиску жизни в Солнечной системе – “следовать за водой” – выглядит довольно рационально. И дело даже не в том, что жизнь на водной основе нам давно и хорошо знакома, а значит, при встрече с ней у нас больше шансов её распознать, а в том, что ближайшие объекты, в настоящее время доступные для исследований средствами космонавтики – планета Марс и спутники Юпитера, - в качестве основного “жизнеобразующего” компонента содержат именно воду. Собственно, для Марса это требовалось подтвердить (что уже успешно выполнено), и теперь Красная планета – как объект, достаточно близкий к Земле с точки зрения и расстояния, и физических условий – снова стала первоочерёдной целью экзобиологов. Но и от надежды обнаружить живую материю в окрестностях иных звёзд учёные тоже не отказались. Здесь им на помощь пришёл тот факт, что всякая жизнь есть сложная динамическая система, существование которой постоянно сопровождается появлением в окружающей среде (в первую очередь в атмосфере) активных молекул, легко вступающих в дальнейшие химические превращения. В случае Земли основным таким веществом стал кислород – его ищут в спектрах экзопланет в первую очередь. К сожалению, регистрация этих спектров пока что связана с большими трудностями, которые собираются преодолеть создатели следующих поколений астрономических инструментов. И можно не сомневаться, что все полученные спектры будут проанализированы на предмет наличия нестабильных соединений. И, конечно же, неутомимые исследователи обязательно будут искать в инопланетных спектрах воду. Всё-таки, знаете ли, хочется, чтобы “братья по разуму” имели с нами общую биологическую основу…