Как насчёт поисков внеземной жизни всерьёз? Отложим на время разговоры о зондах высокоразвитых цивилизаций и недостроенных сферах Дайсона; нас и внеземная бактерия обрадует. Вот вам инженерная задачка: попробуйте спроектировать детектор внеземной жизни, который зажигает индикатор и пищит при контакте с живым образцом.

Погодите тянуться за паяльником. На что должен реагировать прибор? На обмен веществ? Отдельные реакции ничего не доказывают: их на раз имитирует автокатализ. Рост и поддержание структуры? Под такой размытый критерий попадает даже пламя свечи. Может, способность к размножению — маркер жизни? Но мулы, гибриды кобылы и осла, потомства не дают. А как реагировать на пограничные формы жизни, вроде прионов, белков без генома, которые, в отличие от мулов, размножаются? Сейчас разговор не о них; считать прионы живыми или нет, может быть делом договорённости. Хуже другое: мы тратим миллиарды на поиски следов жизни в марсианских песках и облаках Венеры, так и не договорившись окончательно, по какому признаку признаем находку живой.

Ощущение, что вопрос очень прост, появляется у нас лет в пять: кошка живая, камень нет, дерево живое, стол нет. Так устроена простейшая классификация, которую дети осваивают раньше, чем счёт. И, взрослея, мы её не пересматриваем, потому что в быту она не подводит ни разу. Беда в том, что на других планетах нет ни кошек, ни деревьев.

Как поступает инженер, столкнувшись с неожиданно сложной задачей? Он решает её упрощённый, частный вариант, убеждается в работоспособности, а потом постепенно усложняет. Так поступим и мы. Сделаем для разгона прибор поскромнее: детектор земной микробной жизни, без обобщений космического масштаба. В наши дни ищут нуклеиновые кислоты или АТФ; раньше кормили образцы бульоном и следили за изменениями. Именно такой экспедиционный детектор жизни NASA и отправило на Марс в семидесятых.

Два «Викинга» сели в двух разных местах, имея на борту комплекты из трёх приборов для проверки на наличие микроорганизмов. Pyrolytic Release искал фиксацию углекислоты, Gas Exchange следил за газообменом, Labeled Release подкармливал грунт раствором органики, меченной углеродом-14, и ждал появления углекислого газа с ним. Один «Викинг» взял пробу с освещённой поверхности, другой — из‑под камня, чтобы исключить влияние ультрафиолета.

Случилось странное: детекторы обоих «Викингов» просигналили о наличии жизни. Тест Labeled Release дал положительный результат: после добавления питательного бульона началось выделение газа с радиоактивными метками, а после контрольной стерилизации образцов нагревом прекратилось, как и положено. Вот только бортовые GCMS, газовые хроматографы с масс‑спектрометрами, не нашли в марсианском грунте органики; его состав оказался беднее лунного.

Консилиум NASA отменил открытие, списав положительные результаты тестов на неорганическую химию. Их вывод имел основания. Во‑первых, углерода в образце было найдено немного; при нагреве шёл только водяной пар и углекислота с «нашим» углеродом. Во‑вторых, живые клетки после новой порции еды дают всплеск активности, а тут вторая и третья инъекция бульона ничего не дали. Ну, и в‑третьих, при смачивании водой началось бурное выделение кислорода; это признак наличия сильных окислителей, плохо совместимых с земной жизнью.

Гилберт Левин, автор эксперимента, отказался признать выводы консилиума. Почти полвека, до своей кончины в 2021, он доказывал, что интерпретация NASA узколоба и консервативна. Он писал статьи, выступал, требовал повторить эксперимент, разбирал новые марсианские находки, в том числе грунтовые перхлораты, обнаруженные «Фениксом» в 2008, которые при контрольном нагреве разрушают любую органику. Левин так и не смог добиться продолжения опытов, а NASA со времён «Викингов» ни разу не отправила в космос прибор, который напрямую искал бы жизнь.

Давайте усовершенствуем наш детектор, чтобы искать жизнь, как её ищут сегодня, без этих ложноположительных сигналов на бульон от специфичной неорганики. У нас в наборе (сейчас будут страшные для небиологов слова) ПЦР‑тесты, секвенирование и метагеномика. Если совсем по‑простому, зачерпываем образец из почвы или лужи, химией и центрифугой вытаскиваем из неё всю ДНК — обрывки генетического кода от всех, кто там живёт или жил. Длинные молекулы ломаем на короткие фрагменты, токены, так как секвенатор лучше читает «слова», чем «романы». Ну, и он после сканирования выдаст миллионы коротких строк, вроде «ATCGGAT». Нам останется найти совпадения по базе данных геномов известных видов. Так находят жизнь и часто даже определяют, кому эти обрывки принадлежали.

Вот вам универсальный триггер: присутствие генов рибосомной РНК — 16S, 18S; митохондриальный тест на 12S. Нашёл их — нашёл жизнь. Нашу, земную жизнь, которая построена на четырёх буквах алфавита ACGT: аденин, цитозин, гуанин, тимин. Может ли жизнь быть построена на другом алфавите? О да, ещё как. В лабораториях синтезировали искусственную Hachimoji DNA, которая основана на алфавите из восьми букв вместо четырёх («Hachimoji» — «восемь букв»). А ещё синтезировали ксенонуклеиновые кислоты с совсем другими сахарами: они тоже умеют хранить наследственную информацию, реплицироваться и даже «эволюционировать». Наш детектор, настроенный на земные ACGT, такую жизнь пропустит.

Тем более, что такая альтернативная жизнь теоретически может существовать даже на Земле. Это так называемая «теневая биосфера» — дожившие до наших дней свидетельства независимого, параллельного зарождения жизни. Они могут использовать углерод, но строиться на иной молекулярной архитектуре. Про это на Хабре была недавно статья.

Если коротко: Пол Дэвис и его коллеги давно твердят, что жизнь на Земле могла зарождаться много раз. Вся известная нам клеточная жизнь имеет одного предка и пользуется одним и тем же типом генетического кода. Представителям другой генетической линии не обязательно быть на нас похожими. Проблема в том, что современные методы, вроде поиска 16S, заточены под нашу биохимию. Организм с другим устройством тест на жизнь не пройдёт, для стандартных анализов он невидим, хотя под микроскопом может выглядеть как живая клетка. Не думаю, что рядом с нами живут призраки, но в узких нишах, глубоко в коре или на дне океанов, такие реликты могли уцелеть. Почему бы и нет?

Чтобы обнаруживать и такую жизнь, в нашем детекторе придётся выкинуть поиск по регуляркам вроде 16S и переключиться на нечёткую логику. Известная нам жизнь использует ограниченный набор аминокислот, а в метеоритах их находят десятками. Все комбинации не проверишь, даже алфавит не составишь. Группа Стивена Беннера предложила искать повторяющиеся фрагменты. Если носителем наследственной информации является длинная цепь или кольцо, наподобие ДНК, то её звенья должны быть примерно одинакового размера. Если они присутствуют, прогоняем через масс‑спектрометр или нанопоры и смотрим, проявляются ли «буквы» и «слова». Гомополимеры «текста» не содержат, там все звенья одинаковы; синтетические Hachimoji и XNA — содержат.

Отлично, детектор на Земле отладили, возвращаемся в космос. При поиске жизни на других планетах крайне важно не завезти туда свою. Опасно и для тамошней жизни, если она есть, и для наших исследований. Поэтому в NASA есть должность с пафосным названием не скромнее «агента MiB» — «офицер планетарной защиты». Нет, он не бегает в деловом костюме и чёрных очках по сборочным помещениям с УФ‑лампой; он задаёт правила, устанавливает категории миссий и следит, чтобы инженерные команды им следовали. Не над каждым зондом трясутся; это зависит от цели полёта. К Луне или астероидам требования мягче. К Марсу, Европе или какому‑нибудь Энцеладу, где земные экстремофилы могли бы прижиться, не в пример суровее. Там сборочные комнаты «высокой чистоты», лимиты на число спор, а иногда и полная предполётная стерилизация отдельных узлов без разговоров.

Обжёгшись на «Викингах», в NASA решили больше не искать жизнь кавалерийскими наскоками, а приступить к долгой осаде. Сначала ищем воду, потом органику, потом делаем общую оценку: энергия, химия, условия среды. Ну, и поиск косвенных следов жизни: газы, изотопные перекосы, редкие соединения.

В 2021 году команда NASA предложила шкалу CoLD (Confidence of Life Detection) с семью уровнями, от «намёк на биосигнатуру» до «независимое подтверждение другим методом на другом образце». Обнаружение внеземной жизни вряд ли будет каким‑нибудь горящим индикатором на приборе, сиреной или надписью на весь экран «ОБНАРУЖЕНА ЖИЗНЬ!», как в фантастических фильмах. Скорее, как бы медленным подъёмом по лестнице доверия, от первых сигналов «мы нащупали кое‑что любопытное» до полного засекречивания при независимых подтверждениях. Шутка.

Кстати, почему мы фокусируемся только на органике, то есть углероде, и воде? Дело вовсе не в консерватизме астробиологов. Углерод — идеальный инженерный материал. Он даёт четыре связи, с лёгкостью собирается в длинные цепи и формирует структуры достаточно прочные, чтобы не распадаться от любого сквозняка, и достаточно гибкие, чтобы их можно было перестраивать с минимальными затратами энергии. К тому же, это четвёртый по распространённости элемент после водорода, гелия и кислорода. А вода — универсальный растворитель с аномально высокой теплоёмкостью, который встречается везде. Кирпичики, из которых состоит привычная нам жизнь, присутствуют в космосе в промышленных масштабах; они встречаются и в метеоритах, и в туманностях.

Но может ли жизнь быть построена не на углероде, а на чём‑нибудь ещё? На кремнии, к примеру; кремнийорганика — это же любимая тема НФ! Увы, кремний — жалкая замена углероду. Связи между атомами кремния хрупки, а сам он при первой возможности окисляется до диоксида, инертного кварцевого песка. Углеродная жизнь выдыхает газ, который легко включить обратно в биохимический цикл; кремниевая жизнь в водном мире выдыхала бы, по сути, камни. Как основа биохимии в воде кремний практически безнадёжен; разве что в концентрированной серной кислоте он способен на какое‑то разнообразие реакций, но это уже другая история.

Альтернативные воде растворители выглядят чуть жизнеспособнее. На Титане, например, текут реки из жидкого метана. Органики там хоть отбавляй, но она вся неполярная, и привычные нам биомолекулы ведут себя в ней совершенно иначе. Одно время для метановых озёр предлагали «азотосомы» из акрилонитрила — гипотетические аналоги наших клеточных мембран. Сам акрилонитрил на Титане в итоге нашли, а вот поздние опыты показали, что сами собой в устойчивые структуры эти мембраны не собираются. Точнее выясним, когда в середине тридцатых там будет летать дрон «Dragonfly» с ядерными элементами питания.

Идей, какой может быть другая жизнь, невообразимо много. Тут и упомянутая кремнийорганика в крайне агрессивных средах, и парящие в атмосферах газовых гигантов лёгкие создания, и огненные существа, живущие в коронах звёзд, и ещё тысячи других вариантов, почерпнутых из гор, нет, Гималаев фантастической литературы. Всё это можно вообразить, но детектор невозможно спроектировать под все абстрактные гипотезы; его создают под конкретную задачу.

И именно из желания расширить диапазон поиска сегодня всё чаще говорят о так называемых «агностических» биосигнатурах. Это уже попытки искать не конкретную биохимию, а общие признаки существования сложной системы: какую‑нибудь глубокую термодинамическую неравновесность, статистические аномалии. Всё, что нехарактерно для неживой природы и не могло возникнуть случайно. И всё равно, на каком базисе построена такая жизнь, лишь бы найти что‑нибудь!

Главная слабость такого подхода — его абсолютная, почти религиозная зависимость от добытых знаний нашей, земной геологии и химии. Чтобы с чистой совестью заявить: «вот этот пик на диаграмме распределения чего‑то там не мог появиться сам», нужно исчерпывающе знать всё, на что способна природа в экстремальных, неземных условиях. А мы этого не знаем. Фосфин в облаках Венеры, диметилсульфид на экзопланете K2-18b или знаменитые микроструктуры в марсианском метеорите ALH84001: каждый раз, когда астробиологи готовы были откупоривать шампанское, химики находили сугубо природный способ сгенерировать подобный «маркер жизни». Эти бесконечные ложноположительные сигналы уже стали классикой в научных кругах.

Сам концепт агностических биосигнатур родился именно из отчаяния бесплодных поисков. Раз мы не можем угадать конкретную биохимию внеземной жизни, давайте хотя бы попробуем искать термодинамические и статистические аномалии: состояния, в которые неживая система не должна сваливаться ни при каких раскладах.

Живой организм непрерывно потребляет энергию, удерживая среду в состоянии, далёком от термодинамического равновесия. Далеко за примерами ходить не надо: наша собственная атмосфера, где метан и кислород сосуществуют в огромных концентрациях, хотя по всем законам должны были бы давно прореагировать и превратиться в воду и углекислый газ. Джеймс Лавлок предложил проверять Марс именно так ещё в шестидесятых, задолго до «Викингов». Но неравновесность умеют создавать и естественные процессы, геохимия с фотохимией, поэтому искать приходится не сам факт аномалии, а величину отклонения, которую ну уж совсем невозможно объяснить.

Второй путь — анализ распределения молекулярной сложности. Если построить гистограмму по случайной, природной органике, получится плавный, затухающий спад: безбрежное море простых органических соединений, меньше средних и совсем мало сложных. У биохимии совсем другой почерк. Вместо гладкой гистограммы она отрисует гигантские пики на строго определённых соединениях, которые организму нужны миллионными тиражами, и оставит глубокие провалы рядом. Причём неважно, какие соединения используются: важна лишь форма такого «биоспектра».

Самой изящной и одновременно самой скандальной попыткой формализовать этот подход стала «теория сборки» Ли Кронина и Сары Уокер. У любой молекулы, утверждают они, есть свой индекс, минимальное число шагов, за которое её можно собрать из базовых блоков. Если масс‑спектрометр фиксирует в образце заметную концентрацию молекул со сложностью выше определённого порога, значит, случайный тепловой шум тут ни при чём: где‑то там работает фабрика, заточенная под реплицирование этих специфических конструкций. Кронин заявлял, что в экспериментах на земной органике черту проводили по 15 шагам сборки. Критики возражают, что порог «15» откалиброван строго по земным образцам, а сам индекс подозрительно сильно коррелирует с банальной молекулярной массой. В целом это так; мы вечно попадаем в ловушку статистики на выборке из одного‑единственного элемента — нас самих, но сам метод кажется интересным.

В 2011 году Эдвард Трифонов взял 123 опубликованных определения жизни и попробовал привести их к общему знаменателю. Получилось что‑то вроде «жизнь — самовоспроизведение с вариациями». Такая формула вызвала бурные дискуссии и критику в научной среде. Получается, писали тогда, по Трифонову, растущие кристаллы с дефектами или полиморфные программные вирусы, претендуют на право называться живыми? Джордж Уолд сказал как‑то, что биология — единственная наука, которая до сих пор не определилась с предметом изучения. Уже сам факт, что понадобилось разбирать сотню частных определений, описывает отчаянное положение дел.

Даже агностические биосигнатуры выглядят как признание, что мы не способны дать универсальное определение жизни, поэтому пытаемся определить её через отрицание: «живое — это всё, что не мёртвое». Но чтобы обоснованно утверждать «неживая природа так не умеет», нужно досконально знать, что неживая природа умеет, и где границы её возможностей. И химия — не единственный тупик, в который нас загоняют рамки поиска. Есть ещё физика, шкалы температуры, давления и времени.

По температуре и давлению мы хотя бы нащупали диапазоны. Верхний температурный предел известной нам жизни держится в районе 122 °C; на этой отметке при высоком давлении растёт архея Methanopyrus kandleri из гидротермальных источников. Теоретический потолок для нашей биохимии обычно устанавливают в районе 150–180 °C: вода при таких температурах быстро гидролизует ключевые метаболиты, без шанса на починку. Но это предел не жизни как явления, а конкретно нашей белково‑нуклеиновой биохимии. На нижнем краю температурной шкалы активность фиксируют и при -20 °C, в микроскопических плёнках сверхсолёного рассола внутри льда. Там главным врагом становится даже не холод сам по себе, а вязкость среды: молекулы просто теряют скорость и перестают взаимодействовать.

С давлением картина намного оптимистичнее: запас прочности у жизни огромный. Пьезофилы чувствуют себя отлично на дне Марианской впадины при тысяче атмосфер, а в лабораториях бактерии спокойно выдерживали и десятки тысяч. Давление, если оно не меняется быстро, вообще фактор куда более милосердный, чем высокая температура: оно не разрушает химические связи напрямую, а лишь сдвигает точки равновесия реакций и меняет объёмы. Именно поэтому глубинная биосфера, уходящая на километры вглубь земной коры, не просто обитаема, а держит в себе, по некоторым оценкам, едва ли не большую часть всей биомассы планеты.

И вот там, в этой тьме, мы и сталкиваемся с темпоральным сдвигом, от которого можно только развести руками. Образно выражаясь, мы измеряем Вселенную секундомером, откалиброванным под наш ритм жизни, мы не умеем иначе, и поэтому процесс с характерным темпом в десять тысяч лет для нас неотличим от мёртвой материи.

На Земле, в глубоких донных кернах найдены микробы, чьё время оборота биомассы оценивают от лет и десятилетий до сотен лет. Их метаболизм находится на самом нижнем пороге детектирования: получаемой из бедной питательными веществами среды энергии едва‑едва хватает на то, чтобы чинить редкие повреждения собственных молекул. Ни о каком росте или экспансии речь уже не идёт. Где вообще пролегает граница между «экстремально медленно жить» и «очень аккуратно разрушаться»? Если система тратит сто процентов энергетического бюджета на латание дыр, она ещё живая, или это просто хорошо сохранившаяся консерва?

Любой космический аппарат, который мы отправляем к другим мирам, — заложник своего окна наблюдения. Эксперименты «Викингов» были рассчитаны на часы и дни. Современные марсоходы могут месяцами исследовать интересную локацию. Но если на каком‑нибудь Энцеладе существует форма жизни, которая что‑то делает раз в триста лет, мы решим, что там только мёртвые камни. Давайте признаемся, что мы ищем не просто жизнь, а жизнь, суетящуюся именно в нашем темпе.

В романе «Штамм Андромеды» Крайтона есть сцена, которую я часто вспоминаю. Ливитт выложил перед коллегами кусок гранита и объявил его живым. Он дышит, ходит и говорит, — заявил Ливитт, — только очень медленно. Камень живёт три миллиарда лет. Мы не в состоянии заметить, что с ним происходит, по той же причине, по которой не услышали бы мелодию с пластинки, делающей один оборот в столетие. И для камня мы, живущие меньше сотни лет, даже не бабочки‑однодневки, а всего лишь искры в ночи.

Давайте проведём мысленный эксперимент и посмотрим на себя со стороны. Представим, что мы — какие‑нибудь арктурианцы, и мы ищем жизнь нашим новым планетоскопом имени местной шишки. Найдём ли мы жизнь на Земле? Скорее всего, да, и даже отсюда, с расстояния в тридцать семь световых лет. В спектре Земли горит дикое, невозможное для неорганической химии, сочетание кислорода и метана. Считывается резкий скачок в ближнем инфракрасном диапазоне, характерный для хлорофилла. В ритмичных колебаниях уровня углекислого газа угадывается дыхание гигантского организма. А наши чувствительные приёмники нового поколения вытаскивают из фонового шума космоса модулированное электромагнитное излучение неэкранированных каналов связи.

Помните «шкалу доверия» CoLD от NASA? Каждую упомянутую сигнатуру можно при желании объяснить естественными процессами. Но сложим их вместе, и на экранах арктурианского планетоскопа Земля засверкает бенгальским огнём.

Надо только не забывать, что все эти сигнатуры различимы только потому, что земная жизнь перепахала под себя всю планету, начисто переписав состав атмосферы и геологию, и этот праздник жизни длится лишь пятую часть истории Земли. Первые три с лишним миллиарда лет тут царил бескислородный мир, без всяких характерных для хлорофилла сдвигов в спектре, без нынешнего кислородно‑метанового резонанса. Арктурианский астрофизик увидел бы ничем не примечательную каменистую экзопланету среди других экзопланет системы, коих в галактике миллиарды. Вот вам ещё условие обнаружения жизни: издали можно распознать только предельно агрессивную, древнюю и невероятно успешную биосферу планетарного масштаба. Молодые, локальные, зажатые в своих нишах, будут совершенно незаметны.

А заметность, как мне кажется, вовсе не свойство жизни. Земля большую часть своей истории не выглядела живой со стороны. Земная биосфера уже пережила несколько полных смен режимов, и нынешний, кислородный, наверняка не последний. Через сотни миллионов лет наша планета может стать совершенно иной, естественным путём или благодаря нашей целенаправленной деятельности. Заметность обеспечивает не жизнь вообще, а сегодняшний её режим, и он не обязан оставаться таким всегда.

Чтобы два живых существа не заметили друг друга, не требуются световые годы между ними. Достаточно разницы в темпе жизни. Или в среде обитания. Или в химии. Или в масштабах. Или просто в понимании того, как она выглядит, эта другая жизнь.

Паскаль когда‑то писал о космосе в возвышенном стиле, свойственном его веку, что «вечное молчание бесконечных пространств ужасает его». Мы с тех пор построили внеземные телескопы, отправили зонды за пределы Солнечной системы и научились находить гены рибосомной РНК. Но мы боимся признаться себе, что под научным любопытством прячется то же чувство, в котором триста лет назад откровенно признавался Паскаль — страх ребёнка, потерявшегося в ночном лесу. Ребёнка, который замер и вслушивается в темноту: есть тут кто‑нибудь, кроме меня? Поэтому мы строили и будем строить детекторы жизни. Если они ничего не найдут, мы придумаем другие, более совершенные. Не потому, что рассчитываем однажды обрадоваться плесени в грунте другой планеты. А потому что не искать подобных себе мы не можем. И будем искать, пока существуем.