7 августа 1996 года журналисты, фотографы и операторы телекамер ворвались в штаб-квартиру НАСА в Вашингтоне, округ Колумбия. Толпа сосредоточилась не на ряду сидящих ученых в аудитории НАСА, а на маленькой прозрачной пластиковой коробке на столе перед ними. Внутри коробки была бархатная подушка, и на ней, словно жемчужиной короны, была скала - с Марса. Ученые объявили, что нашли признаки жизни внутри метеорита. Администратор НАСА Даниэль Голдин радостно сказал, что это был «невероятный» день. Он был более точным, чем он знал.
Исследователи объяснили, что камень образовался 4, 5 миллиарда лет назад на Марсе, где он оставался до 16 миллионов лет назад, когда он был запущен в космос, вероятно, под воздействием астероида. Скала бродила по внутренней солнечной системе до 13 000 лет назад, когда упала в Антарктиду. Он находился на льду возле AllanHills до 1984 года, когда геологи-снегоходы собрали его.
Ученые во главе с Дэвидом МакКеем из JohnsonSpaceCenter в Хьюстоне обнаружили, что камень, названный ALH84001, имеет своеобразный химический состав. Он содержал комбинацию минералов и соединений углерода, которые на Земле созданы микробами. У этого также были кристаллы магнитного оксида железа, названного магнетитом, который производят некоторые бактерии. Кроме того, Маккей представил публике вид с помощью электронного микроскопа породы, на которой видны цепочки глобул, которые имеют поразительное сходство с цепочками, которые образуются на Земле некоторыми бактериями. «Мы считаем, что это действительно микрофоссили с Марса», - сказал Маккей, добавив, что доказательства были не «абсолютным доказательством» прошлой марсианской жизни, а скорее «указателями в этом направлении».
Одним из последних, кто выступил в тот день, был Дж. Уильям Шопф, палеобиолог из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, специализирующийся на ранних окаменелостях Земли. «Я покажу вам самое древнее свидетельство жизни на этой планете», - сказал Шопф аудитории и продемонстрировал слайд из окаменелой цепочки микроскопических шариков возрастом 3, 465 миллиарда лет, найденный им в Австралии. «Это явно окаменелости», сказал Шопф, подразумевая, что марсианские фотографии НАСА не были. В заключение он процитировал слова астронома Карла Сагана: «Необычные заявления требуют исключительных доказательств».
Несмотря на замечание Шопфа о скептицизме, объявление НАСА было озвучено по всему миру. «Марс жил, рок показывает, что Метеорит содержит доказательства жизни в другом мире», - пишет New York Times. «Ископаемые с красной планеты могут доказать, что мы не одни», - заявил The Independent of London .
За последние девять лет ученые очень близко восприняли слова Сагана. Они изучили марсианский метеорит (который теперь можно увидеть в Смитсоновском национальном музее естественной истории), и сегодня мало кто верит, что в нем обитали марсианские микробы.
Спор побудил ученых спросить, как они могут узнать, является ли какой-то шарик, кристалл или химическая странность признаком жизни - даже на Земле. Адебате вспыхнуло из-за некоторых из самых старых свидетельств жизни на Земле, в том числе окаменелостей, которые Шопф с гордостью показал в 1996 году. В этой дискуссии поставлены основные вопросы, в том числе о том, как жизнь впервые возникла на Земле. Некоторые ученые предполагают, что в течение первых нескольких сотен миллионов лет существования жизнь имела мало общего с жизнью, какой мы ее знаем сегодня.
Исследователи НАСА извлекают уроки из дебатов о жизни на Земле и Марса. Если все пойдет по плану, новое поколение роверов прибудет на Марс в течение следующего десятилетия. Эти миссии будут включать передовые биотехнологии, разработанные для обнаружения отдельных молекул, созданных марсианскими организмами, живыми или давно умершими.
Поиски жизни на Марсе стали более актуальными, в частности благодаря исследованиям двух роверов, которые теперь бродят по поверхности Марса, и еще одному космическому кораблю, который вращается вокруг планеты. В последние месяцы они сделали ряд удивительных открытий, которые еще раз побуждают ученых верить, что Марс таит в себе жизнь - или делал это в прошлом. На февральской конференции в Нидерландах аудитория экспертов Марса была опрошена о марсианской жизни. Приблизительно 75 процентов ученых сказали, что думали, что жизнь когда-то существовала там, и из них 25 процентов думают, что Марс питает жизнь сегодня.
Поиск ископаемых останков примитивных одноклеточных организмов, таких как бактерии, начался в 1953 году, когда Стэнли Тайлер, экономический геолог из Университета Висконсина, озадачил около 2, 1 миллиарда лет назад породы, которые он собрал в Онтарио, Канада., Его стеклянные черные камни, известные как сундуки, были загружены странными микроскопическими нитями и пустотелыми шарами. Работая с палеоботонистом Гарварда Эльзо Баргхорном, Тайлер предположил, что формы на самом деле были окаменелостями, оставленными древними формами жизни, такими как водоросли. До работы Тайлера и Баргхорна было найдено несколько окаменелостей, предшествовавших кембрийскому периоду, который начался около 540 миллионов лет назад. Теперь два ученых утверждают, что жизнь существовала намного раньше в истории нашей планеты за 4, 55 миллиарда лет. Как далеко назад это пошло, оставалось для более поздних ученых, чтобы обнаружить.
В последующие десятилетия палеонтологи в Африке обнаружили окаменелые следы микроскопических бактерий в возрасте 3 миллиардов лет, которые жили в огромных морских рифах. Бактерии также могут образовывать так называемые биопленки, колонии, которые растут тонкими слоями на поверхностях, таких как скалы и дно океана, и ученые нашли веские доказательства биопленок, датируемых 3, 2 миллиарда лет.
Но во время пресс-конференции НАСА самое старое ископаемое заявление принадлежало Уильяму Шопфу из Калифорнийского университета, человеку, который скептически говорил о находках НАСА на той же конференции. В течение 1960-х, 70-х и 80-х годов Шопф стал ведущим экспертом по ранним формам жизни, обнаруживая окаменелости по всему миру, в том числе окаменелые бактерии 3 миллиарда лет в Южной Африке. Затем, в 1987 году, он и некоторые его коллеги сообщили, что они обнаружили микроскопические окаменелости на 3, 465 миллиарда лет в месте, называемом Варравона в глубине Западной Австралии, - те, которые он покажет на пресс-конференции НАСА. Шопф говорит, что бактерии в окаменелостях были настолько изощренными, что указывают на то, что «в то время жизнь процветала, и, следовательно, жизнь зародилась значительно раньше, чем 3, 5 миллиарда лет назад».
С тех пор ученые разработали другие методы для обнаружения признаков ранней жизни на Земле. Один включает измерение различных изотопов или атомных форм углерода; соотношение изотопов указывает на то, что углерод когда-то был частью живого существа. В 1996 году группа исследователей сообщила, что они нашли подпись жизни в породах Гренландии, датируемых 3, 83 миллиарда лет.
Признаки жизни в Австралии и Гренландии были удивительно старыми, особенно учитывая, что жизнь, вероятно, не могла сохраниться на Земле в течение первых нескольких сотен миллионов лет планеты. Это потому, что астероиды бомбардируют его, кипятят океаны и, вероятно, стерилизуют поверхность планеты примерно 3, 8 миллиарда лет назад. Ископаемые данные свидетельствуют о том, что жизнь возникла вскоре после того, как наш мир остыл. Как писал Шопф в своей книге «Колыбель жизни», его открытие 1987 года «говорит нам, что ранняя эволюция прошла очень далеко, очень быстро».
Быстрое начало жизни на Земле может означать, что жизнь может также быстро возникнуть и в других мирах - либо планеты, похожие на Землю, окружающие другие звезды, либо, возможно, даже другие планеты или луны в нашей собственной солнечной системе. Из них Марс давно выглядел наиболее перспективным.
Поверхность Марса сегодня не выглядит как место, гостеприимное для жизни. Это сухо и холодно, опускаясь до -220 градусов по Фаренгейту. Его тонкая атмосфера не может блокировать ультрафиолетовое излучение из космоса, которое может разрушить любое известное живое существо на поверхности планеты. Но Марс, который столь же стар, как и Земля, в прошлом мог бы быть более гостеприимным. Обрывы и сухие озера, которые отмечают планету, указывают на то, что вода когда-то текла туда. Астрономы говорят, что есть основания полагать, что ранняя атмосфера Марса была достаточно богата улавливающим тепло углекислым газом, чтобы создать парниковый эффект, нагревая поверхность. Другими словами, ранний Марс был очень похож на раннюю Землю. Если бы Марс был теплым и влажным в течение миллионов или даже миллиардов лет, у жизни могло бы быть достаточно времени, чтобы появиться. Когда условия на поверхности Марса стали мерзкими, жизнь там могла исчезнуть. Но окаменелости, возможно, остались позади. Даже возможно, что жизнь могла бы выжить на Марсе под поверхностью, судя по некоторым микробам на Земле, которые процветают за много миль под землей.
Когда в этот день в 1996 году Маккей из «Насы» представил свои фотографии окаменелостей Марса, один из миллионов людей, которые видели их по телевизору, был молодой британский микробиолог-эколог по имени Эндрю Стил. Он только что получил докторскую степень в Портсмутском университете, где изучал бактериальные биопленки, которые могут поглощать радиоактивность из загрязненной стали на ядерных объектах. Эксперт по микроскопическим изображениям микробов, Стил узнал номер телефона Маккея из справочной службы и позвонил ему. «Я могу дать вам лучшую картину, чем эта», - сказал он и убедил Маккея отправить ему кусочки метеорита. Анализы Стила были настолько хороши, что вскоре он работал на НАСА.
По иронии судьбы, его работа подорвала доказательства НАСА: Стил обнаружил, что земные бактерии загрязнили метеорит Марса. Биопленки образовались и распространились сквозь трещины в его внутренности. Результаты Стила не опровергли марсианские окаменелости прямо - возможно, что метеорит содержит как марсианские окаменелости, так и антарктические загрязнители, - но он говорит: «Проблема в том, как вы различаете разницу?» В то же время другие ученые указали из того, что неживые процессы на Марсе также могли бы создать глобулы и комки магнетита, которые ученые НАСА выдвинули в качестве ископаемых доказательств.
Но Маккей поддерживает гипотезу о том, что его микрофоссили от Марса, говоря, что он «согласован как пакет с возможным биологическим происхождением». Любое альтернативное объяснение должно объяснять все доказательства, говорит он, а не только один фрагмент за раз.
Спор поднял глубокий вопрос в умах многих ученых: что нужно, чтобы доказать существование жизни миллиарды лет назад? в 2000 году оксфордский палеонтолог Мартин Браузер позаимствовал оригинальные окаменелости Warrawoona у музея NaturalHistoryMuseum в Лондоне, и он, и Стил и их коллеги изучили химию и структуру пород. В 2002 году они пришли к выводу, что невозможно сказать, были ли окаменелости настоящими, по существу подвергая работу Шопфа тому же скептицизму, который Шопф выразил в отношении окаменелостей с Марса. «Ирония не была потеряна для меня, - говорит Стил.
В частности, Шопф предположил, что его окаменелости были фотосинтезирующими бактериями, которые захватывали солнечный свет в мелкой лагуне. Но Браузер, Стил и его коллеги пришли к выводу, что камни образовались в горячей воде, нагруженной металлами, возможно, вокруг перегретого отверстия на дне океана - вряд ли такое место, где мог бы процветать любящий солнце микроб. Микроскопический анализ породы, говорит Стил, был неоднозначным, поскольку однажды он продемонстрировал в своей лаборатории, выскальзывая слайд из сундука Warrawoona под микроскопом, прикрепленным к его компьютеру. «На что мы там смотрим?» - спрашивает он, наугад выбирая волнистую кривую на своем экране. «Какая-то древняя грязь, которая была поймана в скале? Мы смотрим на жизнь? Может быть, может быть. Вы можете видеть, как легко вы можете обмануть себя. Нет ничего, что говорило бы, что бактерии не могут жить в этом, но нет ничего, чтобы сказать, что вы смотрите на бактерии ».
Шопф ответил на критику Стила новыми собственными исследованиями. Анализируя свои образцы далее, он обнаружил, что они были сделаны из формы углерода, известной как кероген, который можно ожидать в остатках бактерий. Шопф говорит, что о своих критиках «они хотели бы поддержать дискуссию, но доказательства неопровержимы».
Разногласия типичны для быстро движущихся полей. Геолог Кристофер Федо из Университета Джорджа Вашингтона и геохронолог Мартин Уайтхаус из Шведского музея естественной истории оспорили молекулярный след легкого углерода в Гренландии, возраст которого составляет 3, 83 миллиарда лет, заявив, что порода образовалась из вулканической лавы, которая слишком горяча для микробов выдержать. Другие недавние претензии также находятся под угрозой. Несколько лет назад группа ученых сделала заголовки своих сообщений о крошечных туннелях в африканских скалах, возраст которых составляет 3, 5 миллиарда лет. Ученые утверждали, что туннели были созданы древними бактериями в то время, когда образовалась порода. Но Стил отмечает, что бактерии могли вырыть эти туннели миллиарды лет спустя. «Если бы вы так встречались с лондонским метро, - говорит Стил, - вы бы сказали, что ему 50 миллионов лет, потому что именно столько камней вокруг него».
Такие дебаты могут показаться несостоятельными, но большинство ученых рады видеть их разворачивание. «То, что это сделает, заставит многих людей закатывать рукава и искать больше вещей», - говорит геолог MIT Джон Гротцингер. Безусловно, споры о тонкостях окаменелости, а не о существовании микробов давным-давно. Даже такой скептик, как Стил, остается достаточно уверенным, что микробные биопленки жили 3, 2 миллиарда лет назад. «Вы не можете пропустить их», - говорит Стил об их характерных нитях в виде паутины, видимых под микроскопом. И даже критики не оспаривали последнюю из работ Миника Роузинга из Геологического музея Копенгагенского университета, который обнаружил, что углеродная изотопная метка жизни в образце 3, 7-миллиардного камня из Гренландии - самое старое неоспоримое свидетельство жизни на Земле.,
На карту поставлены не только сроки ранней эволюции жизни, но и путь, по которому она прошла. Например, в сентябре прошлого года Майкл Тис и Дональд Лоу из Стэнфордского университета сообщили о скоплениях микробов в возрасте 3, 416 млрд. Лет, сохранившихся в породах из Южной Африки. Они утверждают, что микробы проводили фотосинтез, но при этом не выделяли кислород. Небольшое число видов бактерий сегодня делают то же самое - аноксигенный фотосинтез, который он называет - и Тис и Лоу предполагают, что такие микробы, а не обычные фотосинтетические, изученные Шопфом и другими, процветали в ранней эволюции жизни. Выяснение ранних глав жизни расскажет ученым не только многое об истории нашей планеты. Это также будет направлять их поиски признаков жизни в других местах вселенной - начиная с Марса.
В январе 2004 года НАСА «Роверс Спирит» и «Возможность» начали катиться по марсианскому ландшафту. В течение нескольких недель Opportunity нашла лучшее доказательство того, что вода когда-то текла по поверхности планеты. Химический состав горных пород, взятых на равнине под названием Меридиани Планум, показал, что она образовалась миллиарды лет назад в мелком, давно исчезнувшем море. Один из самых важных результатов миссии ровера, говорит Гротцингер, член научной команды ровера, было наблюдение робота о том, что камни на Меридиани Планум, кажется, не были раздроблены или приготовлены до такой степени, что земные породы того же самого возраст был - их кристаллическая структура и расслоение остаются нетронутыми. Палеонтолог не мог попросить лучшего места для сохранения ископаемого в течение миллиардов лет.
Прошедший год принес много волнующих сообщений. Орбитальный зонд и наземные телескопы обнаружили метан в атмосфере Марса. На Земле микробы производят большое количество метана, хотя он также может быть вызван вулканической активностью или химическими реакциями в коре планеты. В феврале в средствах массовой информации появились сообщения об исследовании НАСА, в котором якобы делается вывод о том, что марсианский метан мог быть получен подземными микробами. Штаб-квартира НАСА быстро налетела - возможно, обеспокоенная повторением безумия СМИ, окружающего марсианский метеорит - и заявила, что у нее нет прямых данных, подтверждающих заявления о жизни на Марсе.
Но всего несколько дней спустя европейские ученые объявили, что они обнаружили формальдегид в атмосфере Марса, еще одно соединение, которое на Земле вырабатывается живыми существами. Вскоре после этого исследователи из Европейского космического агентства опубликовали снимки Элизиевых равнин, региона вдоль экватора Марса. Они утверждали, что текстура ландшафта показывает, что этот район был замерзшим океаном всего несколько миллионов лет назад - недолго, в геологическое время. Афрозенское море все еще может быть там сегодня, погребенное под слоем вулканической пыли. В то время как вода еще не найдена на поверхности Марса, некоторые исследователи, изучающие марсианские овраги, говорят, что черты, возможно, были получены подземными водоносными горизонтами, предполагая, что вода и формы жизни, которые требуют воды, могут быть скрыты под поверхностью.
Эндрю Стил - один из ученых, разрабатывающих оборудование следующего поколения для исследования жизни на Марсе. Один инструмент, который он планирует экспортировать на Марс, называется микрочипом, стеклянным предметным стеклом, на котором прикреплены различные антитела. Каждое антитело распознает определенную молекулу и фиксируется на ней, и каждая точка конкретного антитела настроена на свечение, когда оно находит своего молекулярного партнера. У Стила есть предварительные доказательства того, что микрочип может распознавать ископаемые гопаны, молекулы, обнаруженные в клеточных стенках бактерий, в остатках биопленки, возраст которой составляет 25 миллионов лет.
В сентябре прошлого года Стил и его коллеги отправились на бурный арктический остров Шпицберген, где они испытали инструмент в экстремальных условиях этого района в качестве прелюдии к его развертыванию на Марсе. Пока вооруженные норвежские охранники следили за белыми медведями, ученые часами сидели на холодных скалах, анализируя фрагменты камня. Поездка увенчалась успехом: антитела из микрочипов обнаружили образцы, вырабатываемые выносливыми бактериями в образцах горных пород, и ученые избегали превращаться в пищу для медведей.
Стил также работает над устройством под названием MASSE (Модульные анализы для исследования Солнечной системы), которое предположительно планируется запустить в экспедицию Европейского космического агентства 2011 года на Марс. Он предполагает, что ровер сокрушает камни в порошок, который можно поместить в МАССУ, которая будет анализировать молекулы с помощью микроматрицы в поисках биологических молекул.
Рано, в 2009 году, НАСА запустит научную лабораторию Марс Ровер. Он предназначен для проверки поверхности скал на наличие специфических текстур, оставленных биопленками. Лаборатория Марса может также искать аминокислоты, строительные блоки белков или другие органические соединения. Нахождение таких соединений не доказало бы существование жизни на Марсе, но это подкрепило бы аргумент для этого и подтолкнуло ученых НАСА к более пристальному вниманию.
Как бы ни были сложны анализы Марса, они становятся еще более сложными из-за угрозы загрязнения. Марс посетили девять космических кораблей, от Марса-2, советского зонда, который врезался в планету в 1971 году, до НАСА «Возможности и дух». Любой из них мог нести автостопные микробы Земли. «Может случиться так, что они потерпели крушение и им там понравилось, и тогда ветер мог разнести их повсюду», - говорит Ян Топорски, геолог из Кильского университета в Германии. И та же самая межпланетная игра автомобилей-бамперов, которая бросила кусочек Марса на Землю, могла бы осыпать куски Земли на Марсе. Если бы одна из этих земных пород была заражена микробами, организмы могли бы выжить на Марсе - по крайней мере какое-то время - и оставить там следы в геологии. Тем не менее, ученые уверены, что они могут разработать инструменты для разграничения импортируемых земных микробов и марсианских.
Нахождение признаков жизни на Марсе отнюдь не единственная цель. «Если вы найдете обитаемую среду и не найдете ее обитаемой, то это вам кое-что говорит», - говорит Стил. «Если нет жизни, то почему нет жизни? Ответ приводит к большему количеству вопросов ». Первым было бы то, что делает изобилующую Землю такой особенной. В конце концов, усилия, предпринимаемые для обнаружения первобытной жизни на Марсе, могут оказаться наиболее ценными прямо здесь, дома.
