Предпосылки возникновения жизни

Планетолог Бетани Эльманн из Калифорнийского технологического института перед запуском флагманской миссии НАСА к Марсу опубликовала в журнале Nature статью, некоторые выдержки из которой были затем представлены в заметке в издании New Scientist.

Был ли Марс на протяжении своей истории некогда похож на Землю, был ли он более влажным и теплым, существовали ли на нем озера и реки. Некоторые косвенные свидетельства, в числе которых, вероятно, прорезанные водой каналы, которые впервые были открыты в 70-е годы прошлого века космическим аппаратом Маринер, говорят о том, что именно так и было, во всяком случае, в течение небольших интервалов времени.

И все же большая часть информации о марсианской воде находится под поверхностью. Мы с коллегами недавно еще раз внимательно просмотрели данные за десятилетие изучения древнейших областей Марса, содержащих глинистые минералы, для формирования которых необходима вода. Главный вопрос состоял в том, образовались ли эти распространенные глины в основном на поверхности планеты, что возможно в том случае, если на раннем Марсе были условия, сходные с земными, или же они сформировались под поверхностью Красной планеты, с помощью циркулирующей через поверхностный слой Марса водой?

Чтобы понять это, мы сопоставили слоистость древних пород и их минералогический состав с известными температурой, давлением и геохимическими условиями, ведущими к формированию глинистых минералов. Полученные данные свидетельствуют о том, что жидкая вода оказывала самое продолжительное воздействие на породы именно под поверхностью Марса.

Это во многом объясняет, почему многие глиносодержащие марсианские породы представлены толстыми слоями, скорее всего, подземные грунтовые воды циркулировали в значительной области слоя находящегося под поверхностью, нагреваемого геотермальным способом в течение первого миллиарда лет существования Марса, прежде чем планета окончательно остыла, отдав практически все тепло горячих недр.

Это объясняет и то, почему богатый магнием и железом состав глинистых пород аналогичен породам, из которых они впоследствии сформировались. Когда водные потоки циркулируют под поверхностью планеты, магний и железо физически не могут переноситься очень далеко. Некоторые из древних областей Марса имеют тонкий одиночный слой богатых на алюминий глинистых пород сверху от слоев, богатых магнием и железом, поэтому мы считаем, что данный слой сформировался, когда циркулировавшие по поверхности планеты воды выщелочили породы, вымыв из них магний и железо и сформировав глины, богатые алюминием. Таким образом, эти данные говорят о том, что на раннем Марсе существовали реки и озера, но это длилось недолго по геологическим меркам.

Одно следствие проведенного исследования относится к потенциальным условиям обитания жизни на древнем Марсе. Если воды циркулировали под поверхностью планеты в течение миллионов лет, то на поверхности жидкая вода была только иногда, поэтому, скорее всего, предпосылки возникновения жизни на Марсе и ее эволюции следует искать в подповерхностных слоях.

Для многих подобное утверждение может выглядеть достаточно странным. На Земле основная часть биосферы питается с помощью фотосинтеза от Солнца. Начиная от зеленых водорослей и фитопланктона и до высших зеленых растений, основа пищевой цепи зависит в основном от солнечного света.

И все же фотосинтез в том виде, который нам известен сегодня, вероятно, не был метаболической реакцией, которая использовалась ранними формами жизни. Очень может быть, что простейшие формы хемосинтеза и фотосинтеза (то есть использование энергии для формирования химических соединений, получаемой в ходе различных окислительно-восстановительных реакций) были главными источниками энергии ранних форм жизни. Хемосинтетическая жизнь имеется на Земле и сегодня, просто она теряется на фоне других форм. Известно, что микробная жизнь процветает при взаимодействии пород и воды, обитая в гидротермальных источниках на огромных глубинах, а также в малоглубинных гидротермальных наземных системах и в грунтовых водах глубоко под землей. Генетическое секвенирование дает результаты, которые говорят о том, что ранняя жизнь на Земле вполне могла быть теплолюбивой, хемосинтетической и термофильной, и существовать только за счет энергии, которая выделялась при преобразовании пород с помощью воды.

Это вероятный сценарий. Мы совсем немного понимаем то, что происходило на Земле в первый миллиард лет ее существования, потому что подавляющая часть пород была переработана тектоникой литосферных плит или же сильно деформирована. Первая геологическая эпоха Земли названа Гадей, поскольку считалось, что это были поистине адские времена. Тепло от аккреции планеты и в результате распада большого количества радиоактивных элементов порождало обширный вулканизм. Одновременно поверхность планеты усиленно бомбардировали метеориты. И все же первые океаны сформировались именно в этот период, к его окончанию первые формы жизни распространилась в количествах, достаточных для того, чтобы сохраниться в окаменелостях. Эти окаменелости, датируемые 3.5 миллиардами лет назад, на первый взгляд кажутся фотосинтетическими, но у нас имеется незначительное количество намеков на старших кузенов по причине отсутствия достаточного количества хорошо сохранившихся пород, а также из-за сложности фиксации свидетельств наличия этих первых живых организмов.

Что и возвращает нас к Красной планете. После более-менее плодотворной политики «следования за водой», которая наблюдалась в последнем десятилетии исследований Марса, НАСА поменяла свои ориентиры в сторону более амбициозных и сложных целей, связанных с «поиском признаков жизни» на Марсе и исследованию изменения условий на нем.

Все последующие посадочные модули и марсоходы обязательно столкнутся с проблемой дистанционного обнаружения ископаемых и химических биомаркеров, говорящих о том, что предпосылки возникновения жизни на Марсе были, а также с еще более актуальной и привлекательной задачей возвращения взятых образцов на Землю для исследования в лабораториях.

Сегодня в древнейших породах нашей планеты очень трудно отыскать свидетельства жизни. Скорее всего, Марс в этом плане нисколько от Земли не отличается. Первая из будущих миссий – Mars Science Laboratory – будет отправлена к осадочным породам в районе кратера Гейл, чтобы изучить изменения условий окружающей среды, а также исследовать по возможности поверхностные воды Марса. Марсоход сможет обнаруживать проявления органических веществ, указывающие на наличие в прошлом планеты жизни, хотя шансы на успех очень низкие, учитывая, насколько легко разрушаются подобные соединения, да еще и в экстремальных условиях.

Поэтому для будущих исследований важным является возможность проникать глубже в прошлое, то есть к ранним подповерхностным слоям планеты, чтобы выявить наличие существовавших для зарождения и поддержания жизни возможностей в первый миллиард лет формирования Марса. Какие условия окружающей среды существовали в первый миллиард лет истории Солнечной системы? Какие среды обитания были доступны для ранних форм жизни? В каких из них и каким образом жизнь зародилась и достигла процветания?

Сегодня нам известна только одна планета, которая способная поддерживать существование жизни, - наша Земля. Наш ближайший сосед Марс может обеспечить вторую точку на временном графике. Он хранит большое количество неповрежденных пород с возрастом, превышающим 3.5 миллиарда лет. Свыше половины его верхней коры хранит запись тех процессов, которые происходили на протяжении первого миллиарда лет существования Солнечной системы. В некоторых областях Марса имеется выход на поверхность пластов, датируемых самым ранним периодом, что позволяет их исследовать с помощью марсоходов.