Астробиология

АСТРОБИОЛОГИЯ (от остро... и биология), научная дисциплина, изучающая происхождение и эволюцию жизни во Вселенной. Астробиология основывается на достижениях биологии, химии, астрономии и космонавтики. Основная задача астробиологии - выяснение обстоятельств зарождения и пути развития жизни на Земле как космическом теле, определение граничных условий органической жизни, поиск жизни на планетах Солнечной системы и планетах иных звёзд, исследование химической (предбиологической) эволюции органического вещества. Одним из разделов астробиологии является поиск внеземных цивилизаций.

Наиболее богатый экспериментальный материал получен в связи с исследованиями происхождения жизни на Земле. В начале 1920-х годов А. И. Опарин выдвинул гипотезу о том, что в первичной бескислородной атмосфере Земли на поверхности планеты из простейших веществ могли формироваться сложные соединения, ставшие основой для развития жизни. Впервые это доказали опыты американского учёного С. Миллера, который в 1953 году имитировал в лабораторной установке первичную атмосферу из водорода, метана, аммиака и паров воды. Подвергая эту смесь действию электрических разрядов, Миллер синтезировал в ней ряд органических соединений, в том числе аминокислоты. Однако в подобных экспериментах не удалось продвинуться до синтеза самовоспроизводящихся структур. Осталось много нерешённых проблем, связанных с переходом от сложных органических веществ к простым живым организмам. Но большинство биологов считает, что таким путём постепенно могла образоваться биосфера Земли. Появление фотосинтезирующих бактерий изменило состав земной атмосферы: она стала приобретать окислительный характер. Присутствие кислорода в составе атмосферы планеты является достаточным (хотя и не обязательным) признаком наличия на ней жизни.

Наряду с теорией зарождения жизни на Земле обсуждается и гипотеза панспермии - переноса жизни с одних небесных тел на другие. Основания для неё даёт обнаружение органических соединений в межзвёздной среде, в ядрах комет и метеоритах. Особенно интересны древнейшие метеориты - углистые хондриты, сформировавшиеся 4,6-4,4 миллиарда лет назад. В их веществе обнаружены сложные органические соединения вплоть до основных элементов ДНК - пуриновых оснований - аденина и гуанина. Это свидетельствует о том, что образование таких веществ может происходить ещё на допланетной стадии в первичной газово-пылевой туманности; в дальнейшем эти органические вещества могут входить в состав образующихся планет и при благоприятных условиях определять развитие на них жизни. Вопрос о переносе живых организмов с планеты на планету пока не решён. На Земле найдены метеориты, прилетевшие, по-видимому, с Марса (SNC-метеориты: шерготтиты, наклиты, шассиньиты). Есть сообщения об обнаружении в «марсианском» метеорите ALH-84001, а также в некоторых углистых хондритах (Оргей, Ефремовка, Альенде, Мурчисон и др.) окаменелостей, напоминающих примитивные формы жизни. Эти биоморфные образования микро- и нанометрового размеров похожи на минерализованные цианобактерии, присутствующие в древних толщах Земли, но полной уверенности в их идентичности нет.

Современные условия на большинстве объектов Солнечной системы исключают возможность наличия жизни. Наиболее привлекательными для её поиска остаются Марс, Европа (спутник Юпитера) и Титан (спутник Сатурна). Прямые поиски жизни, до сих пор проводившиеся лишь на Луне и Марсе, не дали положительных результатов, но исследования Марса в начале 21 века, выявившие наличие воды, оставляют некоторую надежду. Попытки обнаружить жизнь на других космических телах с помощью автоматических аппаратов основываются на предположении, что она имеет ту же углеродную основу, что и на Земле. Возможность жизни на другой основе (аммиак, кремний) считается маловероятной.

При исследовании организмов, обитающих в экстремальных условиях (в вечной мерзлоте, геотермальных источниках, льдах Антарктиды, глубокозалегающих породах), уточняется диапазон условий, пригодных для органической жизни, которая демонстрирует широкий диапазон возможностей и механизмов приспособления. Особо экстремальные условия внешней среды выдерживают некоторые микроорганизмы. Одни из них способны жить в горячей (до 115 °С) воде, другие приспособились к низкой температуре (до -20 °С); многие бактерии размножаются в очень кислых или щелочных средах, в концентрированных растворах солей, в присутствии большого количества тяжёлых металлов и при очень высокой радиации. Некоторые микроорганизмы активно развиваются при низком давлении в верхних слоях атмосферы (до высоты 85 км), другие - при давлении воды в 1000 атмосфер на дне океанских впадин. Практически полное высыхание и охлаждение до температуры 0,01 К (-273 °С) выдерживают споры и цисты микроорганизмов - бактерий, водорослей, грибов. Расширение возможных границ жизни особенно интересно в связи с открытием в середине 1990-х годов первых внесолнечных планет (экзопланет). Пока обнаружено присутствие у некоторых звёзд лишь планет-гигантов, но полагают, что в тех же системах имеются и планеты, подобные Земле.

Астрофизические исследования позволяют прогнозировать параметры так называемых зон жизни (экосфер) вокруг звёзд. Необходимым для развития жизни считается наличие звезды умеренной массы с длительным периодом спокойной эволюции, а также планеты с полупрозрачной атмосферой, движущейся по близкой к круговой орбите в определённом диапазоне расстояний от звезды. Имеет значение возраст звезды, определяющий её химический состав, а также орбита звезды в Галактике, определяющая частоту пересечения ею спиральных рукавов, где условия для жизни считаются не столь благоприятными. Так выявляются наиболее перспективные места для поиска внеземной жизни.

Открытие экзопланет и исследования Марса в начале 21 века автоматическими зондами стимулировало появление исследовательских центров по астробиологии в США, Франции, Великобритании, Испании, Австралии и других странах.

Смотри также Экзобиология.

Лит.: Кальвин М. Химическая эволюция. Молекулярная эволюция, ведущая к возникновению живых систем на Земле и на других планетах. М., 1971; Поннамперума С. Происхождение жизни. М., 1977; Голдсмит Д.. Оуэн Т. Поиски жизни во Вселенной. М., 1983; Рубенчик Л. И. Поиск микроорганизмов в космосе. К., 1983; Хоровиц Н. Поиски жизни в Солнечной системе. М., 1988; Герасименко Л. М. и др. Бактериальная палеонтология и исследования углистых хондритов // Палеонтологический журнал. 1999. № 4; Astrobiology: the quest for the conditions of life / Ed. Cr. Horneck, С. Baumstark-Khan. В.; N. Y., 2002; Proceedings of the 111 European Workshop on Exo — Astrobiology: Mars: the search for life. Noordwijk, 2004.