Хиромантия

табл. 5). Самая низкая водная активность, при которой зарегистрирован рост микроорганизмов, составляет 0,61.

При такой водной активности в растворе сахара медленно растут плесневый грибок Хеготусе.ч hisporus и дрожжи Saccharomyces rouxii, хотя и тот и другой организмы пред- почитают большую концентрацию воды. Например, для роста Xeromyces оптимальна а^ = 0,92. Способность раз- виваться при д" = 0,75 и ниже обнаружена не только у дрожжей и плесени, но также и у некоторых бактерий и водорослей.

Может быть, эти микроорганизмы способны переносить низкую водную активность окружающей среды благодаря тому, что могут поддерживать высокую водную активность внутри клеток, т. е. там, где протекают основные химические процессы? Нет, это не так. Клеточные мембраны хорошо проницаемы для воды, так что предложенное объяснение неверно. Дело в том, что эти организмы научились жить при такой водной активности среды. (В обзоре А. Д. Брауна [3] описаны различные физиологические механизмы, которые делают возможной такую адаптацию.) Жизнь в антарктической пустыне. Биологические иссле- дования, проведенные в одной из самых суровых пустынь на Земле (и единственной, которая по своим условиям в ка- кой-то степени приближается к марсианским), стали воз- можны после проведения Международного геофизического года (1957-1958), когда было привлечено внимание к отда- ленному антарктическому континенту. Одним из результа- тов МГТ стал международный договор, ратифицированный в 1959 г. шестью государствами, который провозгласил Антарктиду немилитаризованной зоной, сохраняемой для научных исследований на протяжении 30 лет.

Известно, что этот континент покрыт огромной ледяной шапкой, но после проведения МГГ многие люди с удивлени- ем узнали, что там есть области, свободные ото льда. Самая большая из них-холодная пустыня площадью в несколько тысяч квадратных километров, обычно называемая "сухие долины",-расположена недалеко от американской полярной станции Мак-Мердо в южной части Земли Виктории. Основ- ной экологической особенностью этих долин является со- четание низкой температуры и дефицита жидкой воды. Сред- няя годовая температура воздуха составляет около -20 С, а средняя температура в летнее время близка к 0"С. Осадки редки-приблизительно 10 см в год (всегда только в виде снега). Незначительность осадков обусловлена ограниченной способностью холодной атмосферы удерживать пары воды.

Эта область, отсеченная от основного движения ледников и от внутренних районов континента Трансантарктическими горами, свободна ото льда и насквозь продувается сильными и холодными, но очень сухими ветрами, постоянно дующи- ми с высокого антарктического купола в сторону океана.

Ветры способствуют испарению снега, сопровождаемому слабым таянием.

Есть основания полагать, что эти долины иссушались на протяжении тысяч лет. Хотя соленые озера и водоемы, питаемые в течение короткого антарктического лета талой водой ледников, не имеют стока, так как расположены на замерзшем грунте, объем воды в них меньше, чем они могут вместить. Эта разница обусловлена потерями при испарении.

У некоторых озер есть террасы с сухими останками водо- рослей, отмечающие более высокий уровень воды в прош- лом. Определение абсолютного возраста этих водорослей методом радиоуглеродного хронометрирования показало, что 3000 лет назад уровень, например, озера Ванда был на 56 м выше, чем сейчас. По оценкам возраст всей системы сухих долин лежит в пределах от 10 до 100 тыс. лет.

Жизнь в этих долинах почти целиком представлена мик- роорганизмами. По береговым линиям встречаются обиль- ные популяции морских водорослей и цианобактерий (рань- ше их называли сине-зелеными водорослями). Эти организ- мы, осуществляющие фотосинтез, поддерживают жизнь больших популяций бактерий, дрожжей и плесневых гриб- ков. Попадаются также микроскопические животные: про- стейшие, коловратки и тихоходки. Количество организмов заметно уменьшается по мере удаления от ручьев и водое- мов. На сухих возвышенностях долин отсутствуют даже лишайники-самые стойкие среди наземных антарктических организмов. Уильям Бойд, один из первых исследователей этого района, сообщал, что в некоторых образцах почвы из наиболее засушливых районов вообще не удается обнару- жить бактерий. Позднее такой же результат получила целая группа биологов. Рой Кэмерон, специалист по почвенной микробиологии из Лаборатории реактивного движения, в гсчение восьми сезонов исследовал сотни проб грунта, взятых в этой пустыне. Приблизительно в 10% из них микроорганизмов обнаружить не удалось, а в большей части других их количество было очень незначительным. Роберт Бенуа и Кэлеб Холл получили сходные результаты. "На тех участках, где почва получаст минимальное количество во- ды. писали они.-поверхностный слой толщиной в дюйм (~2,5 см) чаще всего был полностью абиотическим (т.е.

лишенным каких-либо форм жизни) или содержал менее 10 бактерий на грамм почвы". В пробах, взятых из более глубоких слоев, микроорганизмы обычно присутствовали.

но на одном участке Бенуа и Холл не смогли обнаружить никаких бактерий в слое глубиной в метр.

Так как при увлажнении эти почвы способны поддержи- вать жизнь, можно заключить, что именно вода является фактором, лимитирующим возможность ее существования в почвах сухих долин. Низкая же температура не относится к таким факторам: действительно, многие микроорганизмы в пои области, особенно живущие в более низких и увлажнен- ных местах, могут расти и осуществлять фотосинтез при температурах около О С. В то же время, несмотря на обилие засоленных участков почвы и водоемов, у организмов, оби- тающих в этих долинах, редко обнаруживается приспособ- ленность к низкой водной активности. Этот и некоторые другие факты свидетельствуют о том. что небольшие по- пуляции микробов, обнаруженные в сухих почвах, не местно- го происхождения, а занесены ветрами из других, более благоприятных для жизни районов. Такие организмы на- ходяг подходящие для себя условия только на некоторых ограниченных, защищенных участках сухих долин. Кэмерон.

например, обнаружил водоросли, растущие на нижней сто- роне полупрозрачной гальки, где они были защищены от высыхания, а Имре Фридман установил, что бактерии и лишайники могут жить внутри полупрозрачных пористых скальных пород, под поверхностями, обращенными к северу и получающими достаточно солнечного света, чтобы рас- таял снег, который затем впитывается в породу.

Характерная для сухих долин скудность микробной жиз- ни, обусловленная постоянной засухой, свойственна также и озерцу Дон Жуан-мелкому водоему площадью 4-8 га, который из всех водоемов нашей планеты, по-видимому, более всего похож на гипотетические (и, возможно, не существующие) марсианские лужи (фото 8). Когда это озер- цо впервые обнаружили в 1961 г., оно было незамерзшим, хотя температура воды составляла -24 С. Различные на- блюдатели впоследствии отмечали, что точка его замерзания лежит в интервале температур -(48-57) С. Этот водоем насыщен хлоридом кальция, который кристаллизуется в виде гексагидрата СаС^-бН^О. Кристаллы, обнаруженные в озер- це Дон Жуан, а до этого известные лишь по лабораторным экспериментам, получили минералогическое название-ан- тарктицит. Их образование стало возможным в результате совместного воздействия характерных для этих мест очень низких температур и высокой сухости воздуха.

Время от времени два пресноводных ручья, питающих озерцо, вероятно, приносят в него микроорганизмы, и поэто- му не удивительно, что их там иногда обнаруживали. Первое сообщение о микроорганизмах, обитающих в этом водоеме с водной активностью около 0,40 (табл. 5), оказалось, однако, неожиданностью и впоследствии не подтвердилось. Озерцо, по-видимому, практически стерильно: это согласуется с тем фактом, что среди микроорганизмов этих долин редко встре- чаются устойчивые к высоким концентрациям солей.

Результаты этих исследований Антарктиды вопреки рас- пространенному мнению свидетельствуют о том, что адапта- ционные возможности жизни не безграничны. Правильнее считать, что условия, при которых жизнь может существо- вать, фактически довольно ограниченны.

Заключение Хотя способы адаптации организмов к жизни в пустынях при дефиците воды очень оригинальны и подчас удивитель- ны, все они практически теряют смысл, если их оценивать с точки зрения исключительной сухости Марса. В качестве возможных моделей марсианских форм жизни среди всех известных на Земле видов, пожалуй, можно рассматривать только лишайники, способные использовать пары воды. Все другие виды прямо или косвенно нуждаются в жидкой воде.

К этим видам относятся и насекомые, о которых говорилось выше, так как водяные пары-это только добавка к их основному источнику воды, каковым являются углеводы растений. Нет сведений, что лишайники могут поглощать пары воды при относительной влажности ниже 80%, кроме того, те не способны заселять сухие долины Антарктиды - а ведь они по марсианским стандартам отличаются высокой влажностью. По-видимому, если на Марсе жизнь и сущест- вует, то в смысле использования воды она должна основы- ваться на каких-то иных принципах, чем земная жизнь.

Антарктика и меры по стерилизации космических аппаратов при полетах на Марс К первым сообщениям о стерильных почвах Антарктиды

-- Origin:Оставь надежду всяк сюда входящий Sergey Kozlov 2963@dialup.mplik.ru 2963@mail.ur.ru все отнеслись скептически. Говорить "стерильная почва"- это значит демонстрировать микробиологическую безгра- мотность: ведь каждый биолог знает, что микроорганизмы являются существенным компонентом того, что мы обычно называем "почва", т.е., попросту говоря, материала, на котором растут растения. Поскольку растения не растут в сухих долинах, можно спорить о том, следует ли называть поверхностное вещество их грунта почвой. Во всяком случае.

непригодность сухих долин антарктической пустыни для жизни стала рассматриваться всерьез лишь после того, как накопилось достаточно доказательств.

Эти соображения, высказанные моими коллегами и мной, не получили единодушного одобрения. Такая точка зрения отличалась от традиционной, а кроме того, представлялось спорным ее отношение к исследованиям Марса. Эти со- ображения прежде всего ставили под сомнение возможность заражения Марса земными микроорганизмами. Это широко распространенное мнение, уходящее корнями в ловелловские представления о Марсе, лежало в основе большой програм- мы по стерилизации космических аппаратов, которую НАСА проводило в жизнь в соответствии с договором, обязываю- щим все государства избегать "пагубного заражения" вне- земных объектов при космических исследованиях. Следуя этому договору, НАСА подвергло полностью собранную космическую станцию, предназначенную для посадки на поверхность Марса, тепловой стерилизации. Эта процедура влекла за собой значительное увеличение расходов по про- грамме исследования Марса, а кроме того, могла нанести вред как космическому аппарату, так и установленным на нем приборам. Поэтому после 1963 г., когда начала вы- ясняться подлинная природа марсианской среды, основные положения карантинной политики и детали самой процеду- ры стерилизации стали предметом активного обсуждения.

В этом контексте результаты исследований в Антарктиде трактовались достаточно однозначно: если земные микро- организмы не способны заселять сухие долины Антарктиды, которые для любых земных бактерий или дрожжей должны казаться раем по сравнению с Марсом, нет ни малейшего смысла беспокоиться о том, что они заселят Марс.

Но нс все ученые согласились с таким выводом. Среди них был Вольф Вишняк, профессор микробиологии Роче- стерского университета и член биологической группы проек- та "Викинг". Он не принимал саму идею стерильности почвы, даже в Антарктиде. Как человек, игравший ведущую роль в организации марсианской карантинной политики, Вишняк считал разрешение этих споров настолько срочным делом, что лично отправился в сухие долины Антарктиды южным летом 1971-1972 гг. Он был убежден, что в антарк- тических почвах достаточгго воды для существования микро- организмов и проблема их поиска носит скорее методи- ческий характер. Поэтому, пользуясь соответствующими приемами, можно обнаружить активно растущие популяции микроорганизмов во всех почвах сухих долин. Применив некоторые новые методы идентификации почвенных микро- организмов, Вишняк получил результаты, которые убедили его в правильности избранного пути. Однако работу не удалось завершить за один летний сезон. В 1973 г. ученый вернулся в Антарктику для проведения обширных полевых работ, но трагически погиб там, упав в трещину на леднике.

Работа, начатая Вишняком, до сих пор нс завершена.

Если бы не преждевременная гибель, он, наверное, смог бы взять образцы почвы на многих участках и критически сравнить свои методы с теми, которые применяли его пред- шественники для анализа тех же почв. Теперь же вопрос о возможности жизни в сухих долинах остается для многих открытым. Однако что касается Марса, то здесь ответ ясен.

Вопрос о жизни на Марсе был решен в ходе научных исследований по программе "Викинг". Два стерильных спускаемых аппарата "Викинг", опустившиеся на поверх- ность Марса, установили, что условия на планете гораздо более суровы, чем представлялось с орбиты. Выяснилось, что Марс застрахован от бактериального загрязнения не только благодаря сухости и холоду, несравненно более жестоким, чем в Антарктиде,-это было ясно и до полета "Викингов",-но и вследствие особенностей самой хими- ческой среды планеты, которая обеспечивает ее самостерили- зацию. Но об этом мы расскажем в следующей главе.

Глава 7 Полет "Викингов": где же марсиане? Тот, кто не видел живого марсианина, вряд ли может представить себе его страшную, отвратительную наружность.

Г.Дж. Уэллс, "Война миров"* В 60-70-х годах к Марсу была запущена серия советских межпланетных автоматических станций "Марс", которые, однако, не передали на Землю никаких данных, касающихся наличия жизни на планете**. Американские спускаемые аппараты "Викинг", хотя и не первыми достигли марси- анской поверхности, работали там продолжительное время и смогли поведать немало интересного об этой планете. В настоящей главе описаны результаты этих исследований, которые представляют интерес с точки зрения биологии.

Посадка Космические станции "Викинг" достигли Марса к середи- не июня и начале августа 1976 г. Затем они перешли на заранее рассчитанные орбиты вокруг планеты и начали поиск мест, пригодных для посадки. Выбор места посадки опреде- лялся двумя соображениями: безопасностью для спускаемо- го аппарата и научным интересом. По научным соображени- ям еще до полета было решено посадить спускаемые аппара- ты в районах, расположенных на разных широтах, чтобы получить сведения о различных климатических и географи- * Уэллс Г. Избранные произведения в 3-х томах.-М.: Мо- лодая гвардия, 1956, т. 2, с. 168.

** В период 1962-1977 гг. к Марсу совершили полет семь автоматических станций "Марс", первыми проложившие путь к этой планете. В 1971 г. спускаемый аппарат "Марс-3" впервые осуще- ствил мягкую посадку на поверхность планеты. В 1973 г. впервые по межпланетной трассе одновременно совершили полет четыре стан- ции "Марс". Станция "Марс-5" стала третьим советским искус- ственным спутником "красной" планеты, а "Марс-6" достиг ее поверхности. В результате этих полетов были получены ценные сведения о физико-химических свойствах Марса, в том числе о температурных условиях и содержании паров воды в атмосфе- ре.-/7^мл". ред.

ческих зонах. Фотокамеры и инфракрасные датчики на борту орбитальных аппаратов вместе с наземным радиолокатором вели целенаправленный поиск мест посадки спускаемых ап- паратов. Прежде всего искали участки, где температура и влажность превышали средние значения, так как они могли быть наиболее благоприятными для существования жизни.

Однако обнаружить такие места не удалось. И поскольку с биологической точки зрения разные участки на одной и той же широте мало чем отличались друг от друга, окончатель- ное решение о местах посадки было принято исходя из соображений безопасности спускаемого аппарата.

Когда все было подготовлено, по команде с Земли вклю- чились пиротехнические устройства, разомкнувшие соедине- ния, которые удерживали вместе орбитальный и спускаемый аппараты. Пружинные толкатели разделили их, и спуска- емый аппарат (снабженный лобовым экраном для аэро- динамического торможения в атмосфере) начал опускаться на поверхность Марса с высоты 1500 км. Для торможения спуска на высоте 6 км (ее измеряли с помощью радио- локатора самого спускаемого аппарата) над поверхностью был раскрыт парашют и сброшен лобовой экран. На высоте 1,5 км был отброшен парашют, выдвинуты три опоры спускаемого аппарата и для окончательного погашения скорости при спуске включены тормозные двигатели. Спус- каемый аппарат "Викинга-1" опустился на марсианскую поверхность 20 июля 1976 г. в точке с координатами 22,5  с. ш. и 48  з. д. на Равнине Хриса. Аппарат "Викинга-2" совершил посадку 3 сентября на противоположной стороне планеты на Равнине Утопия, в точке с координатами 47,5  с.ш. и 226  з. д., примерно на 1500 км севернее первого.

В северном полушарии Марса в это время было раннее лето.

Планировалось, что исследования продолжатся в течение 90 дней после посадки, но четыре космических аппарата функ- ционировали около двух лет, а спускаемый аппарат "Ви- кинга-1" проработал более шести лет.

Использование тормозных ракетных двигателей во время спуска аппаратов вызывало беспокойство, так как их выхло- пы могли вызвать физические и химические изменения окру- жающей среды в местах посадки. Чтобы свести эти воздейст- вия к минимуму, в конструкцию двигателей были внесены изменения, позволяющие уменьшить нагревание и разруше- ние грунта на поверхности, а в качестве топлива использован специально очищенный гидразин (N^H^), при горении кото- рого не образуются органические продукты. Выхлоп состоял из смеси азота, водорода и аммиака (приблизительно в равных объемах), а также 0,5% паров воды. Лабораторные испытания показали, что при использовании этого топлива и модифицированных дивгателей в районе посадки спускаемо- го аппарата может погибнуть лишь незначительная часть почвенных бактерий. Однако при выхлопе все же наблюда- лось значительное загрязнение грунта аммиаком и, вероят- но, парами воды, хотя точные измерения не проводились.

В соответствии с этими результатами учитывалась возмож- ность химических изменений грунта в местах посадки, вы- званных аммиаком и водой.

Состав атмосферы Пока спускаемые аппараты приближались к поверхности Марса, приборы, вмонтированные в лобовые экраны, про- водили измерения давления, температуры и состава атмо- сферы. Аналогичные измерения осуществлялись затем на поверхности с помощью дополнительных приборов, достав- ленных спускаемыми аппаратами. С биологической точки зрения самым важным был вопрос о составе атмосферы и особенно о наличии в ней азота. По общему мнению, этот элемент, входящий в состав нуклеиновых кислот и белков, совершенно необходим для жизни. Ранее с помощью косми

-- Origin:Оставь надежду всяк сюда входящий Sergey Kozlov 2963@dialup.mplik.ru 2963@mail.ur.ru ческих аппаратов было установлено, что содержание азота в атмосфере Марса не превышает 5% (в атмосфере Земли он составляет 77%), а возможно, его вообще там нет.

Приборы "Викингов" зарегистрировали, что в атмосфере Марса присутствует 2,7% азота, 95% диоксида углерода, 1,6% аргона, 0,13% кислорода, а также (в еще меньших количествах) монооксид углерода, неон, криптон, ксенон, озон и пары воды. Вероятно, когда-то атмосфера Марса была гораздо богаче азотом, но со временем он улетучился в космическое пространство. Азот-достаточно тяжелый эле- мент, и сам по себе он не мог бы улетучиться, но Майкл Мак-Элрой в свое время показал, что атомы азота могут приобрести такую способность благодаря некоторым хими- ческим процессам в верхних слоях атмосферы Марса. Как и предсказывает теория, "Викинги" обнаружили, что соотно- шение тяжелого ^N и обычного ^N изотопов азота в марсианской атмосфере выше, чем в земной, т. е. из атмосфе- ры Марса в первую очередь улетучивался более легкий изотоп.

Поиски жизни Приборы Для поиска следов жизни на Марсе каждый спускаемый аппарат был снабжен одинаковым набором из шести прибо- ров: две фотокамеры, газовый хроматограф с масс-спектро- метром для идентификации органических соединений в грун- те и три прибора, предназначенные для выявления метаболи- тической активности микроорганизмов в грунте. За работу каждого из приборов и интерпретацию его показаний отве- чала определенная группа ученых, хорошо знакомых с его конструкцией и возможностями. Этот принцип распростра- нялся на все приборы, установленные на спускаемых и орбитальных аппаратах "Викинг". Подобные группы специа- листов вместе с инженерами, управлявшими космическими аппаратами, и руководителями полетов, координировавши- ми все действия, и составили коллектив участников програм- мы "Викинг".

Фотокамеры Среди прочих приборов, установленных на борту "Ви- кингов" и предназначенных для поиска жизни, фотокамеры обладали двумя особенностями. Во-первых, их работа не зависела от того. какова химическая природа марсианской жизни. Наблюдатели на Земле должны были решать, сви- детельствует ли тот или иной объект о наличии на планете жизни, основываясь лишь па его внешнем виде. а не на физиологии или химическом составе. Ведь марсианин из кремния мог с тем же успехом попасть в поле зрения "фотокамеры, как и марсианин из углерода. Фотокамеры могли обнаружить не только сами живые существа, но и их следы, останки, сделанные ими предметы и. наконец, их движение. Однако разрешающая способность фотокамер не позволяла различать объекты размером менее нескольких миллиметров, что ограничивало возможность обнаружения жизни. Как мы знаем, целые царства живых организмов имею) меньшие размеры, но фотокамеры "Викингов" были не в состоянии заметить их.

Второе отличие фотокамер от других приборов, исполь- зовавшихся при поиске жизни, заключалось в том, что всего одного фотоснимка могло оказаться достаточно для за- вершения работы. Каждая фотография несла такую богатую информацию (в техническом смысле этого слова), что в принципе наличие жизни на Марсе можно было доказать одним-единственным снимком. Никакой другой прибор на основании единственного наблюдения не мог дать убеди- тельного свидетельства существования марсианской жизни.

Фотокамеры с помощью специальных электронных уст- ройств записывали наблюдаемую картину на магнитофон- ную ленту. Полученные изображения затем либо передава- лись непосредственно на Землю, либо ретранслировались через орбитальные аппараты. Возможны были и прямые передачи без магнитофонной записи. Эти изображения, цвет- ные и черно-белые, получали как с высоким, так и с низким разрешением, а в некоторых случаях-даже стереоскопиче- ские.

Полученные с Марса фотографии внимательно иследо- вались различными специалистами-участниками програм- мы "Викинг", что давало возможность одновременно ре- шать широкий круг вопросов. Их также тщательно изучала с целью обнаружения признаков жизни особая группа специа- листов по анализу изображений. Скрупулезно исследовались обычные, стереоскопические и цветные изображения. Их анализировали на ЭВМ, пытаясь выявить малейшие пере- мещения или изменения в пейзаже; на них искали объекты, светящиеся в ночное время. Тем не менее не было замечено ничего указывающего на существование на Марсе жизни, что не находило бы более правдоподобного небиологического объяснения. Сошлемся на отчет специальной исследователь- ской группы: "Не было получено ни прямых, ни косвенных доказательств присутствия на Марсе макроскопических био- логических объектов" [12].

Хотя фотокамеры и не обнаружили следов жизни, полу- ченные фотографии бесценны не только тем, что расширили наши представления о природных условиях Марса. Эти желтоватые пейзажи марсианских равнин останутся вечным свидетельством исторической "встречи" легенды и современ- ной техники, состоявшейся летом 1976 г.

Газовый хроматограф с масс-спектрометром (ГХМС) Сгрого говоря, ГХМС не предназначался специально для поисков следов жизни. Его задача скорее заключалась в поиске и анализе органических соединений на поверхности Марса. Хотя, как мы видели в гл. 3, на Земле все органи- ческие вещества фактически имеют биологическое проис- хождение, во Вселенной широко распространено абиогенное по своей природе органическое вещество. До полета "Ви- кингов" предполагалось, что если на Марсе и отсутствует жизнь, то по крайней мере там должно встречаться органи- ческое вещество, занесенное метеоритами. Поводом для такого предположения была близость Марса к поясу асте- роидов (он расположен между орбитами Марса и Юпитера), который и является "поставщиком" метеоритов. Считается, что метеориты сталкиваются с Марсом значительно чаще, чем с Землей, и, согласно расчетам, вследствие этого за геологический период на Марсе должно было накопиться достаточно органического вещества, чтобы обнаружить его с помощью ГХМС. Кроме того. если Марс обитаем, то там должно также присутствовать органическое вещество биоло- гического происхождения. Перед запуском "Викингов" уче- ные часто обсуждали вопрос, как с помощью имеющихся в их распоряжении приборов установить, биологическое или небиологическое происхождение имеют найденные органи- ческие соединения, а в том, что они-хотя бы в следовых количествах- обнаружатся на Марсе, большинство ученых не сомневались. Однако после посадки аппаратов на планету этот вопрос больше не возникал.

Работа ГХМС производилась в несколько этапов. Уст- ройство для взятия образцов грунта-ковш, укрепленный на конце раздвижной стрелы,-захватывало небольшую порцию марсианского грунта, которая затем измельчалась, просеива- лась через сито и поступала в нагреватель вместимостью всего около 200 мг. Здесь происходило ступенчатое нагре- вание образца до температуры 500 С, в результате чего органическое вещество превращалось в летучие продукты.

При низких температурах в летучее состояние переходят небольшие нейтральные органические молекулы, а при высо- ких-разрушаются (пиролизуются) крупные, или полярные молекулы, образуя небольшие летучие фрагменты. Эти газы поступали затем на колонку газового хроматографа-длин- ную трубку, заполненную гранулами синтетического органи- ческого материала, через которую они двигались с различны- ми скоростями в зависимости от массы молекул. По мере разделения смеси ее компоненты выходили через другой конец колонки, один за другим попадая в масс-спектрометр.

Там под действием пучка электронов происходило даль- нейшее разделение каждого компонента на заряженные ос- колки, массы которых измерялись по величине их ускорения в электростатическом и электромагнитном полях. Изучая полученный таким образом спектр молекулярных масс, опытный масс-спектроскопист может установить структуру молекулы, из которой образовались осколки. На следующем этапе определялось строение исходной молекулы, из которой возникли продукты, идентифицированные в ходе масс-спект- рометрии. Это также можно сделать, хотя не всегда с полной достоверностью.

В научной программе проекта "Викинг" метод, сочетаю- щий хроматографию с масс-спектрометрией, был одним из самых важных. По сравнению с обычными методами органи- ческого анализа он обладал рядом существенных преиму- ществ, поскольку позволял анализировать практически лю- бые органические соединения. Это означает, что классы соединений, подвергавшихся анализу на Марсе, не определя- лись заранее. (Фактически возможности ГХМС не ограничи- вались анализом только органических соединений. При вве- дении газовой смеси в газово-хроматографическую часть прибора - минуя пиролиз - проводился также анализ состава атмосферы.) Метод ГХМС отличался чрезвычайно высокой чувстви- тельностью при анализе органических соединений. Он по- зволял определить присутствие нескольких молекул вещест- ва. содержащего больше двух атомов углерода, среди милли- арда других молекул или несколько частей на миллион - в случае соединений, содержащих не более двух атомов угле- рода в молекуле. Это в 100-1000 раз меньше той концентра- ции органических молекул, которая встречается в почвах пустынь на Земле. В каждом районе посадки анализ содержа- ния органических веществ проводился с двумя образцами грунта, в том числе исследовалась проба, взятая из-под камня на Равнине Утопия. Результаты всегда были отрица- тельными. Удалось зарегистрировать лишь следы чистых органических растворителей, оставшихся от промывки само- го прибора. (Обнаружение и идентификация этих загрязне- ний доказали, что прибор работал нормально.) Кроме этого были найдены диоксид углерода и пары воды, образовав- шиеся при распаде минералов марсианского грунта в резуль- тате нагревания ГХМС. Дополнительные подробности этих

-- Origin:Оставь надежду всяк сюда входящий Sergey Kozlov 2963@dialup.mplik.ru 2963@mail.ur.ru исследований можно найти в статье, опубликованной груп- пой молекулярного анализа [1].

Среди всех результатов биологических экспериментов по программе "Викинг" отсутствие органического вещества в грунте Марса, зарегистрированное при столь высокой чувст- вительности прибора (несколько частей на миллиард), имеет наибольшее значение. Уже после первой серии явно отрица- тельных результатов ГХМС, полученных с места посадки на Равнине Хриса, стало очевидно, что если и следующие анализы дадут такие же результаты, то убедительное до- казательство наличия жизни в грунте планеты станет не- возможным-независимо от исхода других экспериментов.

Однако другие биологические эксперименты лишь подтвер- дили данные ГХМС.

Микробиологические эксперименты Еще на самых ранних этапах исследований ныне по- койный Альберт Тайлер, известный биолог из Калифорний- ского технологического института, заявил, что хороший биологический эксперимент по обнаружению жизни на Мар- се должен включать мышеловку и фотокамеру. Однако в середине 60-х годов мысль о том, что на Марсе возможны высшие формы жизни, была полностью отвергнута. Соглас- но общему мнению, самое большее, на что здесь можно рассчитывать,-это наличие микроорганизмов. Даже те уче- ные, которые отстаивали теоретическую возможность су- ществования на Марсе высших форм жизни, признавали, что вероятность ее обнаружения предельно возрастает, если сосредоточить основное внимание на поиске микроорганиз- мов в грунте. Нельзя представить себе планету, населенную высшими формами жизни, где не было бы микроорганизмов, но легко вообразить обратное: планету, на которой микро- организмы являются единственной формой жизни. Инопла- нетный корабль, прибывший на Землю с целью выяснить, обитаема ли она, поступил бы правильно, исследовав ее почву. Почва-богатая биологическая среда, населенная бактериями, дрожжами и плесневыми грибками. Эти орга- низмы многочисленны и, обладая высокой устойчивостью, лучше других выживают в экстремальных условиях, так что вряд ли где на Земле можно найти хотя бы небольшой образец почвы, не содержащий микроорганизмов.

По этим соображениям на обоих спускаемых аппаратах "Викингов" было установлено по три прибора для обнаруже- ния метаболической активности почвенных микроорганиз- мов. Во всех этих экспериментах изучалось воздействие небольших проб грунта, взятого с поверхности Марса, на различные вещества. Для выяснения природы-биологи- ческой или небиологической - реакций использовалось тепло.

поскольку, как известно, реакции, устойчивые к сильному нагреванию, скорее всего, являются небиологическими, тог- да как реакции, чувствительные к умеренному теплу, могут быть как биологическими, так и небиологическими по своему характеру.

Два эксперимента строились настолько с учетом условий жизни на Земле, что их просто невозможно было провести в подлинно марсианских условиях. В обоих экспериментах использовались водные растворы органических соединений, в которых должны были инкубироваться образцы марсиан- ского грунта. Поскольку жидкая вода не может существовать на Марсе, растворы вместе с образцами грунта (во избежа- ние их замерзания или кипения) следовало инкубировать при температурах и давлениях, значительно превышающих мар- сианские. Такие эксперименты в большей степени соответст- вуют представлениям о Марсе Ловелла или, во всяком случае, взглядам, господствовавшим до полета "Марине- ра-4", а не современным сведениям об этой планете. Это вызвало серьезные сомнения в разумности включения на- званных экспериментов в научную программу проекта "Ви- кинг". Тем не менее их все-таки оставили, хотя третий эксперимент (с использованием жидкой воды), первоначаль- но также утвержденный, был исключен при комплектовании бортового оборудования для научных исследований. Со- вершенно неожиданно результаты двух экспериментов с увлажнением образцов внесли впоследствии очень важный вклад в наши представления о Марсе.

Эксперимент по газообмену (ГО). Первоначальный план этого эксперимента по замыслу его создателя Вэнса Оямы состоял в том, чтобы смешать образец марсианского грунта с питательным раствором в герметически закрытой камере при температуре около 10 С. При этом камеру следовало продувать находящейся под давлением смесью газов (гелия, криптона и углекислого газа), контролируя через определен- ные промежутки времени изменения в составе газовой смеси.

Предполагалось, что наличие в почве микроорганизмов при- ведет к образованию и последующему исчезновению раз- личных газов, возникающих в процессе метаболизма,-имен- но такой результат наблюдается при исследовании земных почв. Для идентификации и измерения концентрации этих газов был разработан специальный газовый хроматограф.

Набор химических веществ в питательном водном раст- воре, включавший витамины, аминокислоты, пурины и пи- римидины, органические кислоты и неорганические соли, в значительной степени был ориентирован на биохимию земных организмов. После обсуждения научной программы "Викинг" биологической группой, состоявшей из авторов трех экспериментов и еще трех членов, дополнительно назна- ченных НАСА*, в методику проведения эксперимента по газообмену было внесено небольшое, но принципиальное изменение Суть его заключалась в следующем: перед сма- чиванием образец грунта следовало поместить в гермети- чески закрытую камеру с небольшим объемом питательного раствора, который был отделен от образца, но мог на^- сыщать камеру парами воды. Таким образом марсианский грунт подвергали воздействию паров воды под давлением, которое по-видимому, существовало на Марсе много мил- лионов лет назад. Анализ газовой смеси должен был произ- водиться в условиях этого "типа увлажнения", прежде чем грунт вступит в контакт непосредственно с раствором.

Введение этого дополнительного цикла измерении в про- грамме ГО дало удивительный результат. При инкубации с парами воды из грунта выделились четыре газа: азот. аргон.

углекислый газ и кислород. Первые три присутствовали в относительно небольших количествах, так что их появление можно было объяснить вытеснением газов, абсорбирован- ных в пробах грунта парами воды. Однако повышение давления кислорода нельзя было объяснить простои де- сорбцией. Например, в первом же эксперименте (на Равнине Хриса) менее чем через два сола (марсианские сутки) после увлажнения камеры давление кислорода увеличилось почти в 200 раз Как указывали Ояма и Вердал [14], столь резкое изменение давления означает, что газообразный кислород выделяется в результате химическоэй реакции между парами воды и каким-то веществом, содержащимся в грунте. Таким веществом вполне могли быть богатые кислородом оксиды, супероксиды и озониды. Эти соединения имеют общую формулу М^О,, МО^ и МОз соответственно, где М означает водород либо металл. В присутствии воды все они быстро разлагаются с выделением килорода. Наличие таких сильных окислителей в поверхностном слое грунта Марса, вероятно, объясняет не только выделение кислорода, но и отсутствие органического вещества в грунте. Ранее предполагалось, что эти вещества могут существовать на Марсе и их количество * В группу входили Гарольд П. Клейн, Джошуа Ледерберг, Джилберт В. Левайн, Вэнс Ояма, Александр Рич и автор.

там значительно больше, чем это показали исследования "Викингов".

После семи солов увлажнения парами воды первая проба марсианского грунта смачивалась путем введения в камеру большего количества водного питательного раствора. Те- перь эксперимент по газообмену проходил в том виде, как быд задуман первоначально. Влажный грунт инкубировали в течение 196 солов (6,7 месяца); как полагали исследователи, марсианские организмы должны были обнаружить свое при- сутствие, выделяя или поглощая газы. Ничего подобного не произошло. Единственным значительным изменением, ко- торое удалось зарегистрировать за эти месяцы, была убыль кислорода; это объяснялось тем, что он вступал в реакцию с аскорбиновой кислотой (витамином С) питательного раствора.

Во втором эксперименте камера была освобождена от газа и среды, высушена, после чего в нее загрузили новую порцию поверхностного материала. Образец нагревали на протяжении 3,5 ч при температуре 145 С, охлаждали и затем опять увлажняли. Снова наблюдалось выделение кислорода, в количестве, примерно вдвое меньшем, чем в первом экспе- рименте, но этого было достаточно, чтобы подтвердилась необиологическая природа процесса. Эксперименты по газо- обмену, проведенные спускаемым аппаратом "Викинга-2" на Равнине Утопия, дали сходные результаты, хотя и меньшие по масштабам. Таким образом, эксперименты по газообмену показали, что марсианская поверхность является химически активной вследствие присутствия в грунте разных районов планеты соединений типа пероксидов.

Эксперимент по выделению радиоактивной метки. Джил- берт Левайн, разрабатывая эксперимент с выделением ра- диоактивной метки (ВРМ), исходил из предположения, что марсианские микроорганизмы, находясь в водном растворе питательных веществ, будут выделять газ. Однако этот эксперимент отличался от описанного ранее эксперимента по газообмену некоторыми существенными деталями. Прежде всего, использовавшаяся в нем питательная смесь состояла всего из семи более простых и универсальных соединений.

Это растворенные в воде муравьиная, гликолевая и мо- лочная кислоты (в виде их натриевых или кальциевых солей), а также аминокислоты глицин и аланин; аланин и молочная кислота присутствовали в форме оптических изомеров. Все эти молекулы могут образоваться абиогенно в реакции Миллера с искровым разрядом; все они были обнаружены в метеоритах или в межзвездных газово-пылевых облаках, что позволяло предположить, что организмы, где бы они ни

-- Origin:Оставь надежду всяк сюда входящий Sergey Kozlov 2963@dialup.mplik.ru 2963@mail.ur.ru существовали, смогут усвоить в процессе обмена веществ хотя бы одно из этих соединений. Эксперимент ВРМ отли- чался также тем, что в питательном растворе использовались вещества, меченные радиоактивным углеродом. Поэтому образование любого газа, содержащего углерод (преиму- щественно СОд), можно было зарегистрировать, измеряя уровень радиоактивности. Это существенно повышало чувст- вительность измерения. Сочетая в себе универсальность и высокую чувствительность, данный эксперимент был почти идеальным для выявления признаков жизни на планете, имеющей воду.

Эксперимент начинался с добавления приблизительно 0,1 см^ радиоактивной среды к 0,5 см^ марсианского грунта.

Чтобы предотвратить кипение среды при температуре ка- меры (около 10 С), в камеру продували гелий. Объем введен- ной среды был рассчитан так, чтобы увлажнялась только какая-то часть образца марсианского грунта. Почти сразу после инъекции среды началось сильное выделение радиоак- тивного газа. Постепенно уменьшаясь, оно в конце концов достигало уровня, при котором в радиоактивную кислоту превращалось только '/^ часть атомов углерода из смеси органических веществ. Наиболее вероятно, что источником радиоактивного газа была муравьиная кислота-соединение с одним атомом углерода в молекуле, которое легко окисляется пероксидами до СО^.

Когда выделение радиоактивного газа почти полностью прекращалось, вновь вводился питательный раствор. Если бы выделение радиоактивного газа вызывалось действием на грунт пероксидов, то новая порция питательного раствора не приводила бы к его дальнейшему образованию, поскольку пары воды из первой порции раствора должны были бы разрушить пероксид даже в той части образца грунта, которая непосредственно не соприкасалась с питательным раствором. Но если бы радиоактивный газ выделяли микро- организмы, содержащиеся в грунте, то добавление свежей питательной среды только усилило бы выделение газа. Под- твердилось первое предположение: газ больше не выделялся.

Аналогичный результат был получен и с остальными иссле- дованными образцами марсианского грунта.

На следующем этапе эксперимента по выделению радио- активной метки повторялся тот же анализ, но с нагретой пробой грунта. В опыте по газообмену при нагревании образца грунта до 145 С в течение 3,5 ч выделение кислорода уменьшалось примерно вдвое. Однако в экспериментах ВРМ при нагревании образца марсианского грунта до 160 С в течение 3 ч активность полностью прекращалась. Различие в режимах инкубации по продолжительности времени и вели- чине температуры в этих двух экспериментах несущественно.

Наиболее важно, по-видимому, как позже отметил Ояма, различие в методике проведения эксперимента. Ведь в экспе- риментах по газообмену камера при нагревании была откры- та, и через нее продувался гелий, тогда как в опыте по выделению радиоактивности камера была все время за- крыта. Анализ, проведенный с использованием ГХМС, по- казал, что при нагревании образцов грунта до температуры 500 С около 1 % их массы выделяется в виде воды, а какая-то часть воды выделяется даже при нагревании до 200"С.

Несомненно, что эта вода образуется из гидратированных минералов, а не в результате испарения ее свободной формы.

Анализы ГХМС не проводились при температуре 160 С, но длительное пребывание образца марсианского грунта при этой температуре в ходе эксперимента ВРМ вполне могло привести к образованию достаточного количества воды, которая и разрушила вещество-окислитель, ответственное за возникновение СОд. Возможно и другое объяснение. Быть может, на Марсе существуют термостабильные и термола- бильные пероксиды, вызывающие окисление, и те из них, которые были обнаружены в эксперименте по' выделе- нию радиоактивности, принадлежали именно к последнему классу.

Эксперименты по выделению продуктов пиролиза (ВПП).

Еще до полетов "Викингов" можно было с уверенностью сказать, что если жизнь и существует на Марсе, то она приспособлена к марсианским, а не к земным условиям.

Поэтому мной вместе с сотрудниками Джорджем Хобби и Джерри Хаббардом были разработаны эксперименты по выделению продуктов пиролиза, называемые также экспери- ментами по ассимиляции углерода, которые предназнача- лись специально для проведения биологического анализа марсианского грунта именно при существующих на Марсе условиях.

План эксперимента состоял в инкубации образца марси- анского грунта в атмосфере Марса, обращенной небольшим количеством меченных радиоактивным углеродом газов СО и СО^ (они присутствуют в атмосфере планеты в количест- вах 0.1 и 95% соответственно), и последующем измерении количества атомов радиоактивного углерода, включившихся в органическое вещество образца. Инкубация грунта должна была происходить в течение 120 ч при давлении, температу- ре. составе атмосферы и солнечном освещении, характерных для Марса. После удаления из камеры радиоактивной атмосферы проба должна была нагреваться в потоке гелия до температуры 625" С. чтобы произошел пиролиз любых содержащихся в ней органических веществ и превращение их в летучие фрагменты. Ток гелия уносил их затем из камеры в колонку, заполненную сорбентом из кизельгура *, погло- щающим все органические вещества, но не СО и СОд. Как только молекулы органических соединений отделялись от непрореагировавших с кизельгуром газов, колонка нагрева- лась до температуры 640 С, при которой газы высвобожда- лись и затем окислялись до СО, под действием находивше- гося в этой же колонке оксида меди. И наконец, можно было измерить радиоактивность образовавшегося СО,.

На Марсе этот эксперимент был осуществлен по за- планированной программе, за исключением двух пунктов.

Во-первых, из-за наличия в спускаемых аппаратах источни- ков тепла температура в камерах, где проводился анализ, была выше температуры марсианского грунта в обоих районах посадки. Температура в камере колебалась в преде- лах 8--26"С, тогда как температура грунта снаружи остава- лась ниже 0 С в ходе всего эксперимента. Поскольку на * Кизельгур (инфузорная мука диатамит) - осадочная горная порода, состоящая из панцирей микроскопических диатомовых во- дорослей и обладающая большой пористостью и способностью к адсорбции. Прим. ред.

экваторе Марса температура может достигать 25 С, нельзя сказать, что температурные условия в камерах сильно от- личались от марсианских.

Во-вторых, в качестве источника освещения в эксперимен- те использовался не солнечный свет на Марсе-это было технически трудно осуществить,-а ксеноновая лампа со спектром, похожим на спектр солнечного света у поверх- ности Марса (в котором отфильтрованы длины волн короче 320 нм). Свет требовался для обеспечения энергией фото- синтеза организмов, если бы таковые обнаружились. Так как лабораторные эксперименты показали, что на минеральной поверхности, облученной ультрафиолетовым светом с дли- ной волны короче 300 нм, в присутствии СО и паров воды идет абиогенный синтез простых органических соединений, мы решили исключить этот диапазон волн, чтобы избежать путаницы при выяснении природы источников органического вещества. Хотя указанная область присутствует в спектре солнечного излучения, достигающего поверхности Марса, мы оправдывали ее исключение тем, что свет этих длин волн настолько разрушителен для сложных органических моле- кул, что у марсианских организмов должны были вырабо- таться защитные механизмы, позволяющие либо отфильтро- вывать, либо нейтрализовать ее действие.

Лабораторные испытания показали, что течение экспери- мента не зависит от фотосинтеза в пробах грунта. Фиксация СО и СОд в органическое вещество в живых клетках происхо- дит и в ходе темновых процессов. В самом деле, при лабораторных испытаниях приборы регистрировали фикса- цию как в темноте, так и при фотосинтезе.

На Марсе было проведено девять экспериментов по выделению продуктов пиролиза: шесть-на Равнине Хриса и три-на Равнине Утопия. Самый первый анализ (сделанный на Равнине Хриса, С 1-на рис. 18) дал положительный ре- зультат. Количество связавшегося углерода было невелико по сравнению с тем, что наблюдалось при анализах образцов земного грунта, но значительно выше фонового уровня, установленного в предполетных лабораторных анализах сте- рильных проб грунта. Учитывая меры, принятые для устра- нения помех небиологической природы, получение даже сла- бого сигнала с Марса было поразительным. Поэтому было решено провести новый контрольный эксперимент (С 2): вторая проба марсианского грунта нагревалась при темпера- туре 175 С в течение трех часов перед инкубацией с радио- активными газами. Количество связавшегося углерода при этом снизилось на 88%. Казалось, мы обнаружили на Марсе синтез органического вещества, чувствительный к температу- ре, но то обстоятельство, что и после нагрева 12% реакции продолжалось, ставило под сомнение биологическую приро- ду процесса.

В двух последующих экспериментах (С 3 и С 4) были предприняты безуспешные попытки повторить результат эксперимента С 1. Если исходить из критериев, установлен- ных на основании предполетных анализов, то результаты экспериментов можно лишь с большой натяжкой признать положительными, хотя ни один из них по количеству связан- ного углерода даже не приблизился к эксперименту С 1. Была проведена еще одна проверка (С 5) термостабильности сла- бых реакций, зарегистрированных в СЗ и С 4. На этот раз образец грунта инкубировали при 120 С в течение примерно 2 мин, после чего температура понижалась до 90 С и грунт инкубировался еще около 2 ч. На этот раз никаких изменений в реакции не произошло, что опять же свидетельствовало о ее небиологической природе. В последнем эксперименте на Равнине Хриса (С 6) изучалось влияние на реакцию паров воды. Никаких изменений не было обнаружено и в этом

-- Origin:Оставь надежду всяк сюда входящий Sergey Kozlov 2963@dialup.mplik.ru 2963@mail.ur.ru случае.

Из трех экспериментов, проведенных на Равнине Утопия, первый (U 1) по слабому положительному ответу был сходен с экспериментами С 2-С 6. На основании выработанных еще на Земле критериев результаты LJ 2 и U 3 следовало признать отрицательными. Дальнейшие анализы на Равнине Утопия пришлось прекратить из-за появления течи в аппарате.

Хотя положительные результаты экспериментов по вы- делению продуктов пиролиза еще не получили полного истолкования, вероятность тою, что они связаны с биологи- ческими процессами, ничтожна. Такой вывод объясняется следующими причинами.

1. Поскольку не удалось воспроизвести обнадеживающий результат эксперимента С 1, следует рассматривать получен- ные в нем высокие показания как аномалию, обусловленную, видимо, сбоем в работе прибора. Если это действительно так. то 88%-ная потеря активности в эксперименте С 2 неоправданно высока и реакция более устойчива к высокой температуре, чем это следует из результатов первого ана- лиза. Термостабильная, небиологическая по своей природе реакция четко выражена в эксперименте С 5.

2. Хотя вода должна быть фактором, ограничивающим возможность жизни на Марсе (см. гл. 6), введение в экспери- ментальную камеру ее паров в концентрации, создающей влажность, близкую к насыщению, не влияло на реакцию либо оказывало угнетающее воздействие. (Воду впрыскивали в экспериментах С 5, С 6 и LJ 2. Подробности приведены в работах [4, 5].) 3. Хотя данных на этот счет недостаточно, по-видимому, можно считать, что наблюдаемая реакция протекает при- мерно одинаково как в темноте, так и на свету. (Эксперимен- ты LJI и LJ3 проводились в темноте, а все другие-на свету.) Образцы грунта, взятые с поверхности Земли, как правило, связывают гораздо больше углерода на свету, что объясняет- ся присутствием там фотосинтезирующих организмов.

4. Лабораторные опыты, проведенные после полета "Ви- кингов", показали, что, за исключением сомнительной чувст- вительности реакции к высоким температурам, все отмечен- ные выше ее особенности характерны для небиологических реакций между смесью радиоактивных газов и богатыми железом минералами. К их числу относится магемит (у-Ре^Оз)-магнитная форма оксида железа, которая срав- нительно редко встречается на Земле, но, как позволяют думать результаты, полученные "Викингами", широко рас- пространена на Марсе.

Таким образом, на основании полученных результатов фиксацию углерода, зарегистрированную в эксперименте по выделению продуктов пиролиза (ВПП), вероятно, можно объяснить тем, что на поверхности Марса присутствуют один или несколько железосодержащих минералов, которые реагируют с СО из газовой смеси. Содержание железа в грунте поверхности Марса составляет 13%. Хотя специалис- ты все еще обсуждают вопрос, какие именно минералы имеются на поверхности планеты, вероятно, в данном экспе- рименте были зарегистрированы продукты реакции, катали- зируемой железом. Природа образовавшегося продукта, не- зависимо от того, органический он (т. е. содержащий атомы углерода, соединенные с атомами водорода) или нет, не известна. Если предположить первое, то, судя по результатам эксперимента ВПП, количество синтезированного органи- ческого вещества должно быть близко к пределу чувстви- тельности газового хроматографа с масс-спектрометром (эксперимент ГХМС) при условии, что углерод перешел в состав какого-то одного соединения. Если бы образовалось более одного соединения, то газовый хроматограф не смог бы их обнаружить. В любом случае результаты этих двух экспериментов не противоречат друг другу.

Не понятно, как можно согласовать данные эксперимента ВПП со свидетельствами присутствия в грунте Марса агрес- сивных пероксидных соединений. Если такие соединения равномерно распределены в грунте, то это значит, что в их присутствии синтез органических соединений невозможен.

Однако в тех экспериментах ВПП, где пары воды вводились в смесь радиоактивных газов, не было замечено, чтобы количество углерода, поглощенного в образце грунта, су- щественно возросло. Это позволяет предполагать, что рас- пределение химических соединений на поверхности планеты неравномерно. Отсюда также следует, что частицы грунта, проявившие активность при фиксации углерода в экспери- ментах ВПП, не были компонентами, связанными с пе- роксидными соединениями.

Подведение итогов Районы посадки двух спускаемых аппаратов "Викингов" были очень похожи по химическому составу образцов грун- та, несмотря на различие климатических условий и большое расстояние между ними. Мы понимаем теперь, что это сходство обусловлено теми процессами, которые происходят по всей планете, и данные, полученные на Равнинах Хриса и Утопия, вероятно, типичны для поверхности Марса. Приме- ром таких процессов могут служить планетарные бури, которые разносят мелкий поверхностный материал по всей планете. Другим примером-особенно важным благодаря своей биологической значимости-следует считать процесс расщепления молекул воды в нижних слоях атмосферы Марса коротковолновым ультрафиолетовым излучением Солнца. Продукты этого фотолиза, Н и ОН, очень реактив- ны, а их последующая судьба прояснилась после теорети- ческих исследований Доналда Хантена и других специалис- тов по атмосфере планет.

ОН-сильный окислитель, и непрерывное образование его в непосредственной близости от поверхности Марса обуслов- ливает отсутствие в ней органического вещества. Между прочим с этим связана и красноватая окраска Марса: он покрыт оксидами железа. Данное обстоятельство объясняет, почему атмосфера планеты не состоит из СО и Од. Ведь именно эти газы образуются при облучении СОд ультра- фиолетом Солнца, но СО вновь окисляется в присутствии ОН. Наконец, реакции с участием ОН легко приводят к образованию пероксидных соединений, подобных Н^Од и НОд. Еще до полетов "Викингов" Хантен предсказывал, что эти соединения должны проникать из атмосферы в поверх- ностные слои Марса. Именно наличием таких веществ мож- но объяснить результаты экспериментов по газообмену и выделению радиоактивной метки.

Специалисты по атмосферам планет слишком поздно пришли к этому заключению, чтобы как-то повлиять на программу исследований по поиску жизни на Марсе. Мы узнали об этих выводах только после полета "Викингов".

Тем не менее тот факт, что приборы спускаемых аппаратов подтвердили теоретические предсказания, не только доказы- вает обоснованность изменений, внесенных в программу эксперимента по газообмену, но и важен в другом от- ношении. При спуске на Марс оба космических аппарата продвигались к поверхности сквозь облака поднятой пыли, которая потом исследовалась вместе с примесями, образо- вавшимися от выхлопов тормозных двигателей. В выхлопе содержалось 0,5% паров воды, и поэтому какое-то разруше- ние пероксидов кажется неизбежным. Кроме того, на треть выхлоп состоял из аммиака-горючего газа, который также мог прореагировать с этими веществами в присутствии минеральных катализаторов, содержащихся в грунте. Таким образом, исследовавшиеся пробы содержали, вероятно, лишь часть действительно имеющихся в грунте активных молекул, и то, что какая-то их доля все же сохранилась, следует рассматривать как удачу.

Окисление при помощи пероксидов не единственный про- цесс, в котором органическое вещество на Марсе может быть разрушено. Эксперименты, проведенные Пангом и его сотрудниками, показали, что под воздействием ультрафиоле- тового излучения в присутствии оксида титана (в грунте на поверхности Марса содержится 0,5% титана) атмосферный кислород вызывает быстрое окисление органического ве- щества. Как и окисление под действием ОН, этот процесс также происходит на планете повсеместно.

Зная по крайней мере два механизма, способствующие разрушению органического вещества на всей поверхности Марса, трудно сомневаться в том, что данные, полученные аппаратами "Викинг", характерны для любого района планеты.

Глава 8 Жизнь в Солнечной системе Нам суждено спускаться вновь и вновь.

В тот край, откуда началась дорога, Чтобы опять взглянуть... и в изумленьи Его увидеть, словно в первый раз.

Т. С. Э.шот, "Легкое головокружение" Убежденность в существовании жизни на планетах Сол- нечной системы возникла у людей лет на 300 раньше, чем были получены' убедительные научные данные как о самой жизни, так и о планетах. Такие представления-плод естест- венного, но неоправданно широкого толкования революци- онных идей Коперника-сформировались у мыслителей XVII-XVIII вв. не на основе научных фактов, а исходя из общих философских принципов. Со временем благодаря углублению научных знаний существование жизни на других планетах перестало быть не вызывающей сомнения истиной.

а превратилось в гипотезу, которая подлежала логическому анализу и экспериментальной проверке. Выполнению этой программы, которая завершилась лишь в наши дни, спо- собствовали два обстоятельства: более глубокое проникнове- ние в гайны природы и происхождения живой материи, а также разработка новых методов исследования планет.

позволившая переступить пределы, установленные возмож- ностями земных телескопов. В числе этих новых методов прежде всего следует назвать создание межпланетных косми- ческих аппаратов и непрерывно совершенствующуюся техни- ку передачи информации.

Современные биологи показали, что жизнь-это хими- ческий феномен, отличающийся от прочих химических про- цессов проявлением генетических свойств. Во всех известных живых системах носителями этих свойств служат нуклеино- вые кислоты и белки. Сходство нуклеиновых кислот, белков и работающих на их основе генетических механизмов у организмов самых различных видов практически не оставля- ет сомнений в том, что все живые существа, ныне обитающие на Земле, связаны эволюционной цепью, которая соединяет

-- Origin:Оставь надежду всяк сюда входящий Sergey Kozlov 2963@dialup.mplik.ru 2963@mail.ur.ru их также с существовавшими в прошлом и вымершими видами. Подобная эволюция-естественный и неизбежный результат работы генетических систем. Таким образом, несмотря на бесконечное разнообразие, все живые существа на нашей планете принадлежат к одной семье. На Земле фактически существует лишь одна форма жизни, которая могла возникнуть только однократно.

Основным элементом земной биохимии является угле- род. Химические свойства этого элемента делают его особен- но подходящим для образования такого типа больших ин- формационно богатых молекул, которые необходимы для построения генетических систем с практически неограничен- ными эволюционными возможностями. Космос также очень богат углеродом, и целый ряд данных (результаты лабора- торных экспериментов, анализов метеоритов и спектроско- пии межзвездного пространства) свидетельствует, что обра- зование органических соединений, подобных тем, которые входят в состав живой материи, достаточно легко и в широких масштабах происходит во Вселенной. Поэтому вероятно, что если жизнь существует в каком-то ином уголке Вселенной, то она также основана на химии углерода.

Биохимические процессы, основанные на химии углерода, могут протекать лишь при сочетании на планете определен- ных условий температуры и давления, а также наличия подходящего источника энергии, атмосферы и растворителя.

Хотя в земной биохимии роль растворителя играет вода, возможно, хотя и не обязательно, что в биохимических процессах, происходящих на иных планетах, участвуют дру- гие растворители.

Условия, существующие в действительности на известных нам планетах, позволяют считать, что эти минимальные требования чрезвычайно жестки и, по всей видимости, при- годные для жизни планеты-достаточно редкое явление.

Благодаря значительным успехам в изучении планет к 1975 г.

стало очевидным, что в Солнечной системе только Марс, хотя и с малой долей вероятности, может рассматриваться как возможное место существования внеземной жизни.

Состоявшийся в том году полет "Викингов" завершил серию важных космических экспедиций на Марс, подведя исследо- вания, связанные с поисками жизни на других планетах, к кульминационной точке. Была закончена одна из самых удивительных глав в летописи современной науки, поро- дившей миф о жизни на Марсе. Низвержение этого мифа, начатое в 1963 г., поведало нам немало интересного не только о самом Марсе, но и о человеческой психологии. Оно же продемонстрировало поистине безграничное могущество науки, ее способность вскрывать и исправлять собственные ошибки.

"Викинги" не только не обнаружили жизни на Марсе, но и - что не менее важно - выяснили причины невозможности ее там. Марс лишен той удивительной особенности, которая определяет экологию нашей планеты,-океанов жидкой во- ды, обильно освещаемых Солнцем. На Марсе совершенно нет жидкой воды, и он подвержен воздействию всеразру- шающего коротковолнового ультрафиолетового излучения.

Даже одного из этих факторов, вероятно, вполне достаточно, чтобы сделать планету стерильной, а в сочетании они при- вели к возникновению на поверхности планеты высокоокис- лительных условий, которые несовместимы с существова- нием органических соединений. Поэтому на Марсе нет не только жизни, но и органического вещества.

Но кое-кто, не взирая ни на какие научные данные, продолжает считать планету обитаемой. Время от времени приходится, например, слышать, что где-то на Марсе все же может существовать сырое и теплое место-марсианский рай, богатый своеобразными, марсианскими формами жиз- ни. Порой ставятся под сомнения и выводы, сделанные па основании полетов "Викингов", ибо полученные результаты можно интерпретировать, предполагая, что в грунте планеты обитают микроорганизмы, плотность популяции которых ниже порога чувствительности газового хроматографа с масс-спектрометром.

Эти взаимоисключающие точки зрения-одна, допускаю- щая, что жизнь на Марсе, как и на Земле, нуждается в воде, и другая, напротив, отрицающая подобную необходимость,- совершенно фантастичны. "Райский сад", будь он на Марсе, был бы различим на фотографиях марсианской поверхности по висящему над ним облаку водяных паров и, возможно, по наличию снега. Но этих признаков обнаружено не было, и очень маловероятно, что подобное место может существо- вать на Марсе. Равнина Утопия (где совершил посадку один из спускаемых аппаратов), грунт на которой в течение длительного времени ежегодно бывает покрыт инеем, явля- ется по марсианским стандартам очень влажным местом, и поэтому нет оснований говорить, что при осуществлении научной программы "Викинг" образцы отбирались только в самых засушливых областях. А второе предположение, сог- ласно которому в марсианском грунте даже и сейчас обита- ют микроорганизмы-не более чем еще один вариант леген- ды о голубом единороге, утверждающей, что этот зверь живет в пещере на Луне. Данное утверждение невозможно опровергнуть, поскольку создатель легенды наделил едино- рога всеми свойствами, необходимыми для выживания на Луне. По аналогии марсианские организмы должны быть, например, способны к существованию без воды или иного растворителя и быть устойчивыми к процессу, разрушающе- му органические вещества, фотодеструкции.

Неудавшиеся попытки обнаружить жизнь на Марсе яви- лись не только разочарованием, но и открытием. Поскольку Марс, несомненно, считался наиболее "перспективным" объектом для поисков внеземной жизни в Солнечной систе- ме, то теперь, в сущности, стало ясно, что Земля - единствен- ная несущая жизнь планета в ближайшей к нам области Галактики. Мы пробудились ото сна! Мы одиноки, мы и все другие виды-наши фактические родственники, с которыми мы делим Землю. Если современные исследования Солнеч- ной системы заставят нас глубже осознать уникальность нашей маленькой планеты и усилят тем самым нашу реши- мость избежать самоуничтожения, то они дадут человечеству нечто большее, чем просто сумму новых научных знаний.

Словарь терминов Адсорбция. Связывание молекул газа или молекул, находящихся в растворе, с твердыми поверхностями под действием специфических физических или химических сил.

Альдегид. Органическое соединение, общая структура которого опи- сывается формулой где R-либо водород (образующий формальдегид), либо органи- ческий радикал. Знак "- -" означает двойную связь (см. Химическая св.чзь).

Аминокислота. Основная субъединипа белков с общей формулой RCH(NH^)COOH, где R любой из 20 различных радикалов.

Белок. Молекула, образованная одним или несколькими полипепти- дами (см. По.шпептид). Белки в виде ферментов (см. Фермент) играют основную роль практически во всех химических реакциях.

протекающих в живых клетках. Они выполняют также многие другие биологические функции, например образуют мышечные волокна.

Водородная связь. См. Химическая связь.

Возгонка. Испарение твердого тела, минуя фазу таяния.

Восстановление. Присоединение атомов водорода или электронов (либо отщепление атомов кислорода) к элементу или соединению.

Генетическая система. Химические вещества и физические механиз- мы, лежащие в основе саморепликации и мутации.

Давление паров. Давление, вызываемое паром, находящимся в рав- новесии с жидкой или твердой фазой вещества.

Диэлектрическая проницаемость. Величина, характеризующая поля- ризацию диэлектрика под действием электрического поля; показыва- ет. во сколько раз сила взаимодействия двух свободных зарядов в диэлектрике меньше, чем в вакууме. Величина диэлектрической проницаемости важна для объяснения свойств жидкостей как раство- рителей. Среди жидкостей вода имеет одно из самых высоких значений диэлектрической проницаемости.

Изотоп. Разновидности одного и того же химического элемента, отличающиеся друг от друга массой атомов. Изотопы одного элемента сходны по химическим свойствам, но некоторые из них нестабильны и подвержены радиоактивному распаду.

Иней. Мельчайшие кристаллы льда. образующиеся при конденсации газа на холодной поверхности.

Ион. Атом или группа атомов, несущие электрический заряд вследствие потери либо приобретения одного или более электронов.

Катабатический ветер. Нисходящий воздушный поток в атмосфере.

Такие ветры возникают в результате нагревания, вызванного ло- кальным возрастанием давления, и характеризуются относительно низкой влажностью.

Катализатор. Вещество, которое ускоряет химическую реакцию, не расходуясь и не изменяясь при этом.

Мантия. Слой Земли, лежащий между земной корой и ядром, расположенным в центре.

Микромоль (мкмоль). Милионная доля моля. Моль-это количество граммов вещества, численно равное его молекулярной массе.

В 1 моле содержится 6.02 х 10 молекул вещества.

Мономер. Молекула (например, нуклеотид или аминокислота), из которой обычно образуются линейные цепи полимеров (в частности, нуклеиновые кислоты и белки).

Мутация. Случайное изменение структуры гена, которое закрепляет- ся в результате саморепликации.

Нуклеиновая кислота. Линейный полимер, образующийся из нуклео- тидов в результате связывания остатка фосфорной кислоты одного нуклеотида с сахаром следующего. Одна из двух типов нуклеиновых кислот. ДНК. образует гены. Другая. РНК. участвует в процессе синтеза белков.

Нуклеотид. Мономерная субъединица нуклеиновых кислот с общей структурой: азотистое основание-сахар-фосфорная кислота.

Окисление. Присоединение кислорода к элементу или соединению либо отщепление водорода или электронов.

Оптический изомер. Химическое соединение, которое, находясь в растворе, вызывает вращение плоскости поляризации света по ча- совой стрелке или против нее. У каждого такого соединения есть пара-соединение, представляющее собой зеркальное отражение пер- вого, которое вызывает поворот плоскости поляризации света в

-- Origin:Оставь надежду всяк сюда входящий Sergey Kozlov 2963@dialup.mplik.ru 2963@mail.ur.ru противоположном направлении.

Относительная влажность. Концентрация паров воды в воздухе.

выраженная в процентах по отношению к насыщающей концентра- ции при той же температуре.

Парниковый эффект. Нагревание атмосферы, вызванное ее непро- зрачностью для инфракрасного излучения; возникает в результате поглощения грунтом солнечного (главным образом видимого) све- та, для которого атмосфера прозрачна.

Полимер. См. Мономер.

Полипептид. Линейный полимер, образованный в результате соеди- нения аминокислот.

Полярная молекула. Молекула, в которой центр положительного заряда не совпадает с центром отрицательного заряда, вследствие чего возникают положительный и отрицательный полюса. Боль- шинство молекул, входящих в состав живых клеток, полярны, как и многие растворители, например вода, аммиак, спирты. Полярные растворители характеризуются высокой диэлектрической проницае- мостью (см. Диэлектрическая проницаемость).

Радикал. Атом или группа атомов, обладающих одним или более неспаренными электронами. Свободные радикалы, т. е. радикалы, не объединенные в молекулы, например образующиеся при фотолизе воды Н и ОН, обычно отличаются очень высокой реакционно- способностью.

Сахар. Углевод, содержащий, как правило, не более 12 атомов углерода и имеющий общую формулу С^(НдО)". Обычный пищевой сахар, или сахароза, имеет формулу С^Н^Ои.

Свободная энергия. Мера количества работы (химической, механи- ческой или электрической), связанной с химическими реакциями.

протекающими при постоянных давлении и температуре. Реакции с выделением свободной энергии, например окисление сахара, про- исходят самопроизвольно и могут служить источником энергии.

Реакции с поглощением свободной энергии, т. е. запасающие ее.

например фотосинтез, не могут протекать без поступления энергии извне. Про реакции, в ходе которых не происходит изменения свободной энергии, говорят, что они находятся в равновесии.

Спектрограмма. Фотография спектра.

Тройная точка. Температура, при которой твердая, жидкая и газо- образная фазы вещества находятся в равновесии. Температура тройной точки чистой воды равна 0,0099 С.

Углеводород. Химическое соединение, состоящее только из углерода и водорода.

Фермент. Белок, функционирующий как биологический катализатор.

Фотолиз. Расщепление молекул, как правило, вызванное поглоще- нием ультрафиолетового излучения.

Фотосинтез. Процесс, при котором зеленые растения, морские во- доросли и некоторые бактерии используют солнечный свет для синтеза органического вещества из диоксида углерода (углекислого газа).

Химическая связь. Сила, удерживающая вместе атомы в молекулах.

Наиболее часто встречающаяся химическая связь-это образование у двух атомов пары обобщенных электронов. Двойная химическая связь создается двумя, а тройная тремя парами обобщенных электронов. Водородные связи, играющие важную роль в формиро- вании структуры воды, ДНК и белков, создаются ионами водорода, каждый из которых связан с двумя отрицательно заряженными атомами, например атомами кислорода или азота.

Электролит. Вещество, которое при растворении в воде диссоцииру- ст на положительно и отрицательно заряженные ионы.

Электрострикция. Изменение объема и ограничение свободы движе- ния молекул растворителя, вызванное воздействием электрических полей, возникающих в ходе многих химических реакций.