Жизнь как она есть: её зарождение и сущность - Фрэнсис Крик

На Земле существует множество различных видов бактерий, и они живут в самых разных условиях: от горячих источников до бесплодных пустынь. Некоторые из них развились настолько, что могут процветать в условиях интенсивной радиации, существующих в ядерных реакторах. Другие могут утилизировать необычные соединения, такие как сернистый водород (H2S), ионы железа или метан, хотя для этого им обычно требуется кислород. Если они также способны осуществлять фотосинтез, то они, вероятно, могут обойтись без кислорода. Другие бактерии являются исключительно анаэробными и могут использовать водород, образовывая в процессе этого метан. Другие могут «связать» азот, то есть они могут получить свой запас азота из очень инертной молекулы N2 в атмосфере. Тем не менее, другие могут осуществлять различные виды фотосинтеза, получая свою энергию от солнечного света. Обсуждение всех возможностей привело бы нас к слишком многим техническим сторонам дела.

Существует одна группа микроорганизмов, которым следует уделить здесь больше внимания. Это сине-зеленые водоросли или сине-зеленые бактерии, как их сейчас называют, и интересны они хотя бы потому, что древнейшие известные ископаемые микроорганизмы, по-видимому, принадлежат к этому типу. Группа, в целом, весьма разнообразна, хотя ее члены имеют несколько общих характеристик. Все они могут получать энергию от света. Некоторые из них также могут расти в темноте, хотя довольно медленно, и использовать только довольно ограниченный набор соединений углерода для этой цели. Довольно поразительно, но многие из них могут также связывать азот. Если это так, то для жизни им нужно очень немного, поскольку они могут расти в среде, где есть только несколько солей, используя свет для получения углерода из CO2 и азота из N2. Такие организмы обычно состоят из цепочек клеток, соединенных в непрерывную веревочку, связывание азота обычно осуществляется особыми пограничными клетками (они называются гетероцистами), которые специализируются на этой функции и которые никогда снова не делятся.

Не удивительно, что сине-зеленые водоросли живут в самых разнообразных местах обитания, при этом они найдены не только в море, но и в свежей воде и в почве. Некоторые расцветают в горячих источниках, другие — в пустынях, где они населяют расщелины в горных породах.

После этого поверхностного описания мира бактерий перечислим некоторые преимущества, которые эти малые существа могут иметь для космического путешествия. Как мы видели, многие из них довольно малы. Достаточно типичная бактерия, такая как Escherichia coli, имеет всего около одного микрона в ширину и два микрона в длину. Таким образом, миллиард таких бактерий можно упаковать в объем несколько кубических сантиметров. Их можно заморозить живыми, и большая их часть выживет, когда они, в конечном итоге, разморозятся. В этом замороженном состоянии они могут сохраняться почти неограниченно без каких-либо серьезных потерь. При очень низкой температуре, такой как в космосе, многие из них вполне могут оставаться в живых более десяти тысяч лет. Они, вероятно, почти защищены от воздействия столкновений и других подобных опасностей. Лучше всего было бы, если бы они упали в пребиотический океан, где они, вероятно, преуспели бы, особенно потому, что многие виды могут выживать с небольшим количеством кислорода или вообще без него. Действительно, некоторые бактерии могут расти в такой простой среде, что почти любой пребиотический бульон позволит им выжить и размножаться довольно эффективно, при условии, что он не окажется слишком прохладным. Более того, им нет необходимости держаться вместе. Одна бактерия может при благоприятных обстоятельствах инфицировать целый океан.

Возможно, бактерии крайне просты по сравнению с организмами, подобными нашему, но как саморазмножающиеся химические фабрики они не только компактны и крепки, но химически очень универсальны. Насколько мне известно, никто, что довольно удивительно, специально не пытался вырастить бактерии в искусственном «бульоне», созданном в ходе эксперимента типа Урея-Миллера (большинство экспериментаторов доходят до больших длин, чтобы исключить микроорганизмы из своих инкубационных фляг), но ученые обычно рассчитывают, что там существует много видов бактерий, даже в отсутствие атмосферного кислорода.

В таком случае, по всем этим причинам, микроорганизмы, и особенно те, которые могут жить без кислорода, являются вполне очевидными кандидатами для отправки на другую планету, при условии, что цель скорее состоит в зарождении там жизни, чем в доставке туда полностью сформировавшегося высшего организма, у которого есть некоторый шанс на выживание. Вот почему мы с Лесли Оргелом предложили их в качестве самого вероятного груза для непилотируемого космического корабля, когда постулировали свою гипотезу о направленной панспермии.

Глава 12. Конструкция ракеты

Прежде чем рассматривать возможную конструкцию ракеты для отправки микроорганизмов на другую планету, обсудим для начала, как можно послать астронавтов. Для того чтобы продвигаться вперед с высокими скоростями, такому космическому кораблю потребуется очень мощный реактивный двигатель и хороший запас топлива. В нем должно быть как помещение для астронавтов, так и средства к существованию (пища, кислород и т. д.) для длительного путешествия в темноте, наряду со всеми приборами для контроля и управления ракетой и связи с родной планетой. Там должно остаться достаточно топлива для торможения космического корабля по прибытии и благополучной высадки астронавтов на какой-нибудь планете или астероиде выбранной звезды. Ни ускорение, ни торможение не должны быть такими сильными, чтобы нанести ущерб пассажирам. Космическому кораблю нет необходимости доставить их обратно, поскольку они скорее являются колонистами, чем путешественниками.

По очевидным причинам, они оказались бы в лучшем положении, если бы перемещались достаточно быстро. Если бы они могли лететь чрезвычайно быстро, близко к скорости света, то действовало бы релятивистское расширение времени. Несмотря на то, что путешествие, когда судишь о нем, находясь на любой звезде, могло бы потребовать тысячи лет, внутри космического корабля прошло бы только несколько десятков лет. Это один из самых замечательных выводов, который можно сделать на основе специальной теории относительности.

Оказывается, что для людей (в противоположность электронам) достижение расширения времени почти Невозможно, не только вследствие необходимости самых передовых технологий, но И вследствие основных законов физики, касающихся энергии, мощности и массы. Например, ракете необходимо много энергии, но она не должна быть слишком тяжелой. Поэтому необходимо богатое энергией горючее. Мы не знаем лучшего способа его выработки, кроме как в процессе аннигиляции антиматерии материей, но проблема безопасного хранения антиматерии, по-видимому, непреодолима. Следующий, почти не уступающий по качеству метод — использование ядерного синтеза, в процессе которого водород преобразуется в гелий, при этом гелий выбрасывается обратно, создавая тягу. Эдвард Перселл рассчитал, что даже с «идеальным» ракетным двигателем такого типа скорость на выхлопе составила бы только одну восьмую скорости света. На практике она окажется еще меньше. Ракета становится непроизводительной, как только она достигнет скоростей намного больше, чем скорость на выхлопе. Такие расчеты доказывают, что масса ракеты вместе с топливом окажется значительно больше, чем полезная нагрузка для того, чтобы достичь скоростей, близких к скорости света.

Кроме проблемы ускорения космического корабля до столь высоких скоростей, не говоря уже об уменьшении скорости по прибытии, еще одну существенную трудность представляет защита космического корабля от повреждений. Большая часть космического пространства пуста, но в ней встречаются случайные атомы и молекулы и даже мелкие частички пыли. Несмотря на то, что сами они перемещаются довольно медленно, они могут очень сильно удариться о космический корабль из-за собственной скорости космического корабля. При средних скоростях груз космического корабля и оборудование можно защитить толстым слоем материала, действующего в качестве щита. При очень высоких скоростях, приближающихся к скорости света, необходимая толщина становится невероятно большой.

Предлагались различные остроумные способы преодоления этих трудностей. Вместо того чтобы перевозить много топлива, космический корабль может собирать материю в космосе и использовать ее в качестве топлива. Даже если это можно было бы успешно осуществить, материя там настолько разрежена, что коллектор должен быть очень огромным, до ста миль в диаметре. Возможно, повреждения можно избежать, отклоняя материю в одну сторону, но это также представляется героическим предприятием. Таким образом, представляются хоть в какой-то степени жизнеспособными только те идеи, которые связаны с обеспечением ракетного двигателя энергией не из космического корабля, а с родной планеты, например, с помощью лазерного луча. Это позволит космическому кораблю быть относительно маленьким и легким (хотя все еще значительного размера), поскольку ему не нужно будет перевозить огромное количество топлива, необходимого при более традиционных методах. Даже эти способы, которые являются делом очень далекого будущего, вероятно, не будут приводить в движение космический корабль быстрее, чем с половиной скорости света. При такой скорости расширение времени имеет сравнительно небольшое влияние. Мы можем сделать предварительный вывод, что релятивистское космическое путешествие невозможно.