Биосигнатуры и их разоблачение: жизненно важные улики инопланетной жизни

Когда-то ученые полагали, что органические молекулы могут синтезироваться только живыми существами, поэтому присутствие органики на неземном теле считалось важнейшей биосигнатурой. Сегодня мы знаем, что это не так.

И в открытом космосе, и на поверхности астероидов можно обнаружить десятки таких молекул, включая аминокислоты и нуклеотиды, «строительные блоки» белков, РНК и ДНК. Доказано, что они могут появляться здесь в результате медленных реакций, не требующих участия живых существ. Возможно, благодаря подобным космическим биогенным веществам и зародилась жизнь на Земле, но сами по себе они еще не говорят о ее присутствии.

Атмосферный метан легко распадается под действием излучения, и если мы заметили его на какой-нибудь планете, значит, запасы газа там постоянно пополняются. На Земле метан производят в основном бактерии, поэтому каждый раз, когда его видят где-то еще, находка становится сенсацией.

Этот газ (с разной степенью надежности) обнаружен на экзопланетах K2-18 b и WASP-80 b и на Марсе. Впрочем, в атмосфере Красной планеты его крайне мало. Но главное — существуют и абиогенные пути образования метана. Недаром атмосфере газового гиганта Урана состоит из него на 2,3%: считается, что метан там появился еще при формировании планеты.

Многие биологические реакции воспроизводят взаимодействия, протекающие в неживой природе. Однако идут они куда быстрее. Самый яркий пример — кислород, которым мы дышим. Немало геологических процессов способствуют появлению молекул свободного кислорода, однако эти молекулы настолько активны, что окисляют первый попавшийся субстрат и оказываются связаны.

На Земле запасы газа поддерживают и пополняют фотосинтезирующие организмы. На других планетах, например на HD 209458 b, кислород если и обнаруживается, то в крайне малых количествах, которые вполне можно объяснить абиогенными реакциями, такими как фотолиз воды.

Фосфин (гидрид фосфора) образуется при разложении мертвой органики. Его молекулы нестабильны и почти сразу распадаются в воздухе. Тем больше внимания привлекло обнаружение небольших количеств этого газа в атмосфере Венеры, причем на высоте 55 км, где не так адски жарко, как у поверхности.

Подсчитав, что время жизни молекул фосфина здесь составляет всего 15 минут, ученые заключили, что концентрацию вещества поддерживает неизвестный процесс. Однако с учетом характера планеты — крайне недружелюбного к живой материи — скорее всего, речь о производящих фосфин микробах не идет. Возможно, это результат реакций с участием газов, выброшенных местными вулканами.

Из приблизительно 6100 известных земных минералов несколько десятков образуются при активном участии живых организмов. Иногда и обычные абиогенные минералы накапливаются внутри клеток в виде кристаллов или структур, которые не встречаются в неживой природе. Заметить такие биосигнатуры на далеких экзопланетах пока невозможно: они выявляются лишь при исследовании реальных физических образцов.

Но на Марсе были найдены кристаллы опала (кремнезема), похожие на те, которыми укрепляют свои клеточные стенки диатомовые водоросли, живущие в океанах Земли. И все же биогенное происхождение марсианских кристаллов считается крайне маловероятным.

Для существ, способных воспринимать магнитное поле Земли, «компасом» служат кристаллы магнетита, которые образуют особые структуры внутри клеток. Очень похожие образования были замечены в метеорите ALH84001, к тому же по соседству с необычными микроскопическими формами, которые отдаленно напоминают бактериальные клетки и колонии.

Впрочем, и в этом случае все удалось объяснить проще. Точность формирования структур здесь оказалась далеко не такой ювелирной, как у живых организмов, а такие неаккуратные вполне могли образоваться и сами собой.

Высокоразвитая цивилизация способна оставлять техносигнатуры. Некоторые из них, в частности радиотрансляции или глобальное искусственное освещение, известны на примере современного человечества. Другие могут подсказать футурологи или фантасты.

Возможно, более «продвинутое» общество захочет сместить орбиту своей планеты, чтобы избежать столкновения с астероидом или передвинуться на более комфортное расстояние от звезды, — в этом случае мы сможем обнаружить работу колоссальных двигателей. А если инопланетяне начнут окружать свое солнце сферой Дайсона, чтобы собирать все излучение, мы заметим это по необычному изменению светимости далекой звезды.

Есть несколько звезд, яркость которых меняется так резко и странно, что астрономы затрудняются найти им обычное объяснение. Например, карлик KIC 8462852 (звезда Табби), яркость которой меняется непредсказуемо и сильно, на величину до 20%.

Однако гипотеза со сферой Дайсона в этом случае не работает: изменения яркости по-разному затрагивают разные части спектра. Другой пример — звезда HD 89389, которая пару раз резко гасла и вспыхивала. Объяснения этому пока нет, но возможно, оно окажется вполне прозаическим.