От динозавра до компота. Ученые отвечают на 100 (и еще 8) вопросов обо всем - Татьяна Зарубина

В нашу эпоху большие планеты движутся по непересекающимся орбитам, в одном направлении, соблюдая дистанцию, как автомобили в рядах на трассе. Поэтому и столкновений между ними давно уже не было. Но кометы и астероиды с ними еще время от времени сталкиваются. Многие помнят Челябинский метеорит, упавший 15 февраля 2013 года. Это наша планета встретилась с небольшим астероидом диаметром около 18 метров, что привело к незначительным разрушениям. А вот когда 30 июня 1908 года в атмосферу Земли ворвалось ядро кометы диаметром около 100 метров, то от взрыва этого Тунгусского метеорита повалились деревья в тайге на площади 2000 кв. км и начался мощный пожар. Хорошо, что люди в ту пору в этих местах не жили.

А самое грандиозное столкновение астрономы наблюдали в июле 1994 года, и произошло оно, к счастью, вдали от Земли. Тогда рядом с Юпитером распалось ядро довольно крупной кометы. Виноват в этом был сам Юпитер, который и разрушил комету своим мощным притяжением. За это ему сильно досталось: два десятка осколков, каждый размером в километр, несколько дней бомбардировали гигантскую планету. Раны в атмосфере Юпитера хорошо были видны с Земли в телескоп. Но через пару недель они затянулись, и Юпитер «забыл» об этом происшествии. Если бы такое произошло на Земле, мы бы нескоро об этом забыли.

Наша планета хранит память об ударах, случившихся миллионы лет назад. На Земле найдено около 200 крупных метеоритных кратеров. Самый большой среди изученных имеет диаметр около 300 км. Возможно, есть и более крупный, диаметром около 500 км. Они образовались от столкновения Земли с астероидами размером 10-20 км.

Нам известна только одна форма жизни – наша, земная.

На первый взгляд она очень разнообразна: ну что может быть общего между амебой, мухой и слоном? Однако биологи выяснили, что все столь непохожие друг на друга животные и растения собраны из однотипных «кубиков», так называемых биополимеров – белков и нуклеиновых кислот. Это молекулы, порой довольно сложные, но в целом напоминающие кубики лего: из нескольких типов кубиков можно собрать бесконечное число разных построек, а из нескольких типов биополимеров – бесконечное число разных живых организмов, от червяка до человека.

В молекулах белков и нуклеиновых кислот важнейшую роль играют атомы углерода, из которых состоят «скелеты» этих молекул. Поэтому жизнь земного типа называют белковой или углеродной. Однако с не меньшим основанием ее можно было бы назвать водной, поскольку работа любого организма, взаимодействие его молекул друг с другом может происходить только в присутствии воды. Жидкая вода – важнейший растворитель, необходимый для протекания химических реакций в теле живого существа. Чтобы убедиться в важной роли воды, проделайте простой опыт: в сухой миске смешайте чайную ложку питьевой соды с чайной ложкой сухой лимонной кислоты. Смешали? Как видите, ничего не произошло. А теперь добавьте четверть стакана воды… Ну как? Убедились, что вода ускоряет химические реакции? В живом организме вода не только важный растворитель, но и активный участник почти всех химических реакций. Поэтому в теле любого живого существа довольно много воды, причем она должна быть не твердой (лед), не газообразной (пар), а именно жидкой.

Поскольку других форм жизни, кроме нашей белково-углеродной, мы не знаем, то и подходящие для жизни планеты представляем себе похожими на нашу Землю. Важнейшим условием для жизни мы считаем температуру поверхности планеты: она должна быть такой, чтобы там могла существовать жидкая вода. На поверхности Земли при нормальном атмосферном давлении это диапазон температуры от 0 °С до 100 °С. При температуре ниже 0 °С вода замерзает, а при температуре выше 100°С кипит.

Но на других планетах, где давление атмосферы иное, вода ведет себя по-другому. Температура замерзания у нее почти не меняется и всегда близка к 0 °С, зато температура кипения меняется очень сильно. При низком атмосферном давлении, например на поверхности Марса, где атмосферное давление почти в 200 раз ниже, чем на Земле, вода вообще не может оставаться жидкой, а бывает либо в виде пара, либо в виде льда. Пока холодно – это лед, а как только температура поднимется выше 0 °С, лед превращается в пар, минуя жидкое состояние. Этот процесс, когда твердое вещество сразу становится газом, называют сублимацией или возгонкой. Поэтому на планетах с низким атмосферным давлением знакомые нам «водные» формы жизни невозможны.

С другой стороны, если давление атмосферы выше, чем у поверхности Земли, то температурный диапазон жидкой воды расширяется. На этом основан принцип кастрюли-скороварки: под плотной закрытой крышкой давление выше и вода закипает при более высокой температуре, ускоряя приготовление пищи. При давлении 220 атмосфер температура закипания воды составляет 374 °С. Однако при такой высокой температуре молекулы белков работать не могут, они погибают, сворачиваясь в плотные клубки (это называется коагуляцией). Вспомните, что происходит с жидким содержимым куриного яйца в кипящей воде. Самые теплостойкие живые организмы на Земле, так называемые гипертермофилы, выдерживают температуру не выше 123 °С. Некоторые микробы непродолжительное время выдерживают температуру 130 °С, но расти и размножаться в таких условиях не могут. В общем, представляется невероятным, чтобы микробы выживали при температуре выше 150 °C, так как при этом разрушаются жизненно важные молекулы, в том числе и ДНК – молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты, содержащая наследственную информацию.

При температуре существенно ниже 0 °С некоторые организмы способны определенное время продержаться, впав в анабиоз, но что-либо делать и тем более размножаться они не могут. Поэтому мы и держим продукты в морозилке! При низкой температуре скорость химических реакций резко снижается. А жизнь – это и есть круговорот химических реакций.

Итак, земные формы жизни (а других мы не знаем) могут существовать на поверхности планеты в узком диапазоне температуры. Учитывая, что жизнь на Земле прошла длинный путь эволюции, приспосабливаясь к неблагоприятным условиям, для зарождения жизни, вероятно, требовался еще более узкий диапазон условий. Полагаю, что температуру от 0 °С до 50 °С можно считать оптимальной для зарождения жизни. При этом у планеты должна быть довольно плотная атмосфера, чтобы вода была жидкой, а также для защиты от космической радиации и жесткого (ультрафиолетового и рентгеновского) излучения Солнца. Но слишком плотная атмосфера тоже не годится: она не пропустит к поверхности солнечный свет.

Все эти условия довольно сильно ограничивают круг планет, пригодных для зарождения жизни земного типа. В Солнечной системе, кроме Земли, ни одной благоприятной для жизни планеты нет, хотя не исключено, что в пещерах Марса и на некоторых крупных спутниках планет-гигантов все же найдутся условия для жизни (например, в подледном океане Европы, спутника Юпитера). Среди нескольких тысяч планет, обнаруженных астрономами у соседних звезд, примерно дюжина похожа на Землю. Сейчас сооружаются чрезвычайно мощные телескопы, которые помогут нам выяснить, есть ли признаки жизни на этих планетах.