Что там с жизнью на Венере? [Clockwork]
[музыка] Наверное, вы уже слышали, что астрономы обнаружили газ под названием фосфин в верхних слоях атмосферы нашей ближайшей планетной соседки Венеры, и наверняка видели кликбейтные заголовки о том, что на ней есть жизнь или что-то вроде того. Но что такое фосфин и каким образом он указывает на существование жизни в одном из самых адских и негостеприимных мест Солнечной системы? Сегодня разберёмся, из-за чего хай.
Поговорим о биохимических путях появления фосфина на Земле и о том, какие организмы могли бы с помощью фосфина выжить в пропитанных кислотой облаках венерианской атмосферы, и о том, почему так важно, что этот газ там [музыка] нашли. Итак, привет на этом канале! Мы обычно разбираем сложные и запутанные биохимические процессы, которые происходят на Земле, но по заставляет меня попробовать новый формат, может оседлай тренды. Если хотите понять, как крошечные молекулярные машины управляют жизнью на Земле, в том числе и вашей, подписывайтесь и загляните ко мне на Patreon.
Что ж, вкратце о том, что произошло в сентябре 2020 года. В журнале "Нейчур" вышла статья с подробным описанием того, как учёные с помощью астрономических данных подтвердили, что в атмосфере Венеры есть фосфин, его формула PH3. Не буду вдаваться в научные тонкости процесса поиска этого газа, моё видео о другом. Если вы хоть немного интересовались Солнечной системой, то знаете, что Венера — это ад.
Вести разговоры о том, что на ней есть жизнь с точки зрения устоявшейся науки — это разворот на 180°. Конечно, мы не говорим о венерианской поверхности; она годна только на то, чтобы плавить свинец и уничтожать советские посадочные модули. Однако высоко над поверхностью Венеры в облаках обстановка поспокойнее. Температура там несколько более терпимая, а давление вполне сравнимо с давлением на поверхности Земли. Условия настолько заманчивые, что задумалась о миссии на Венеру, а вместо посадочного модуля рассматривает отправку дирижабля с людьми, которые зависли бы в облаках и занялись бы всякой наукой.
Облака на Венере в основном состоят из серной кислоты. А как все мы знаем, живётся в ней не сказать, что очень хорошо, но раз в атмосфере обнаружился фосфин, наше представление стоит пересмотреть. Может быть, в молекулах фосфина связи довольно хрупкие. А поскольку Венера ближе к Солнцу, чем Земля, она больше подвергается воздействию ультрафиолетового излучения, чем мы, поэтому PH3, по идее, должен довольно быстро распадаться, но фосфина очень много — гораздо больше, чем дают известные абиотические процессы.
В обратной ситуации, если бы Венера изучала Землю, они могли бы сказать то же самое о кислороде или даже метане в земной атмосфере. Там гораздо больше кислорода, чем должно быть, значит, этот кислород должен как-то производиться. В случае Земли это фотосистема 2 в любой клетке растений, цианобактерий. Но какой биологический процесс создаёт фосфин? Это печально, но мы пока не определили точные биохимические пути, в результате которых он производится.
Не поймите меня неправильно. Учёные доказали, что огромное количество фосфина на Земле имеет биологическое происхождение. Он возникает в жизнерадостной обстановке болот, канализаций или разлагающихся трупов. Вероятнее всего, этот газ фосфин выделяется в результате метаболизма тех, только вот ученое сообщество пока не созрело для того, чтобы определить, благодаря каким именно организмам, ферментам и белкам это происходит. Впрочем, вполне понятно: наверное, совсем не каждый жаждет изучать болотный газ.
Гораздо интереснее исследовать, как производит энергию листья и животные. Уж точно интереснее, чем копаться в болоте в поисках чрезвычайно специфических видов бактерий, которые надо изучить, а потом поддерживать их жизнь вне анаэробных условий. Исследовать эти бактерии непросто, поэтому ничего удивительного, что мы пока не изучили их биохимию. Однако во многих научных статьях есть подсказки о том, как и почему жизнь вырабатывает фосфин.
Давайте обсудим некоторые из них, а затем поговорим о том, как этот газ мог появиться на Венере. Первый вариант — благодаря трупам. Миленько, учёные-медики обнаружили, что фосфин образуется, когда тело полностью разрушается, а бактерии начинают перерабатывать компоненты клеток, благодаря которым оно когда-то было живым. Фосфин может быть побочным продуктом деятельности бактерий, поедающих фосфатные ионы из ДНК.
Я уже слышу ваши возражения по этому поводу. Если бы жизнь на Венере получала энергию путём такого фосфатного метаболизма, это означало бы, что существует целая венерианская жизнь. Сейчас на Венере могла бы существовать жизнь до того, как цианобактерии и растения наполнили нашу атмосферу кислородом. Жизнь тогда была в значительной степени анаэробной. Для дыхания кислород был не нужен. Более того, многие организмы относились к хемотрофам.
Хемотрофы означают, что они питаются химическими соединениями. На Земле жизнь в основном ела камни у жерла вулканов, и таким образом получала энергию. Как живут хемотрофы, мы изучили довольно неплохо. Например, известны метаногенные археи, которые живут в болотах, из которых на Земле выделяется PH3. Они, условно говоря, поедают водород, дышат углекислым газом и выделяют метан как побочный продукт.
Ещё известны аммонийные бактерии, которые едят аммоний, и дышат диоксидом азота, а также сульфатредуцирующие бактерии и археи, которые дышат сульфат-ионом и питаются водородом. Здесь я очень кратко перечислил то, что расписано в десятках докторских диссертаций.
Но на Земле много живых существ, которые питаются и живут таким образом, поэтому можно предположить, что в сильно закисленных капельках венерианских облаков живут какие-нибудь микроорганизмы, которые усваивают фосфат и в качестве побочного продукта производят фосфин. Особенно если учесть, что большинство хемотрофов на Земле живут в чрезвычайно жарких или кислых средах. Например, рядом с вулканами или глубоко в болотах и так далее. В общем, почему бы и не предположить, что в облаках над Венерой обитают подобные микроорганизмы и наполняют атмосферу PH3?
Но тут есть одно большое "но". Некоторые исследования показали, что создание фосфина через поедание фосфата — это так называемый эндергонический процесс, на него расходуется энергия. То есть он бесполезен для живых существ в ходе метаболизма; накопленная энергия должна высвобождаться, чтобы тратить её в АТФ или другие полезные молекулы, позволяющие заниматься питанием, дыханием и жизнью. Поняв это, можем переходить ко второму варианту.
Знаете, какой ещё процесс эндогонический? Первая фаза фотосинтеза, в ходе которой растения с помощью фотонов солнечного света расщепляют молекулы воды на электроны и протоны, и на этот процесс затрачивается просто безумное количество энергии. Растение получит её потом в виде глюкозы, в которую за счёт этой энергии превратится углекислый газ. Поэтому фосфин в атмосфере Венеры может оказаться только маленьким фрагментом истории о том, как некие организмы успешно выживают в такой суровой среде, как кислотные облака другой планеты.
Хотя и тут, честно говоря, возникает гораздо больше вопросов, чем ответов. Я не пытаюсь доказать, что где-то существует причудливый вариант фотосинтеза на основе фосфора. Это, кстати, скорее напоминало бы азотфиксацию на Земле, где определённые бактерии за счёт огромного количества энергии разрушают газ N2 в атмосфере, превращают его в миак и потом с его помощью производят ДНК, аминокислоты и много других жизненно важных молекул. Да, азотфиксация безумно энергозатратно. Чтобы молекула азота принесла хоть какую-то пользу, некоторые бактерии тратят на неё по 16 молекул АТФ.
Но важность превращения азота в аммиак для жизни невозможно переоценить. Большинство из нас слишком уж сильно полагаются на эти азотфиксирующие бактерии. Благодаря им мы извлекаем из пищи нитраты и строим собственные белки. Это один из самых важных химических процессов на Земле, и не исключено, что фосфин — побочный продукт аналогичного процесса. Честно говоря, эта версия мне нравится больше всего.
Потому что если посмотреть на место азота и фосфора в периодической таблице, мы увидим, что аммиак и фосфин — это такие молекулярные кузены. Возможно, мы имеем дело с разновидностью жизни, у которой атомы фосфора играют ту же роль, что азот на Земле, а лишний фосфин выбрасывается в атмосферу.
Но зачем забивать себе голову этими предположениями? С чего мы взяли, что его производят живые организмы? Ученые подсчитали, сколько фосфина дают геологические и другие процессы вне живой природы, и оказалось, что в атмосфере Венеры этого газа слишком много. И в таком количестве, насколько нам известно, его могут производить только живые организмы. Может быть, ещё через год выдающиеся метеорологи предложат сложное объяснение того, как фосфин возникает в венерианской атмосфере без участия живых организмов.
А может, блестящий коллектив биохимиков бросит все силы на исследование болотного газа и определит точный способ производства фосфина здесь на Земле? Может быть, найдётся ещё одна часть фосфатного метаболизма, новый индикатор для поиска с помощью спектроскопии, и тогда астрономы начнут искать какой-нибудь другой газ. Так или иначе, очень любопытно, что в поисках жизни за пределами Земли, мы, возможно, смотрели не в том направлении, и на суровой Венере что-то живое до сих пор цепляется за верхние слои атмосферы.
Лучший способ выяснить это — отправиться туда и привезти образцы облаков. Давайте отвлечемся от Марса с Луной и запустим космические дирижабли с людьми в верхние слои атмосферы нашей планетной соседки. Что ж, космические дирижабли — запустить тренд. Я не знаю, как работают социальные сети, и даже разбираться не буду, но пока не дошло до запуска дирижабля на Венеру, давайте подумаем: а что это вообще значит? Какой смысл исследовать её атмосферу на предмет жизни?
Что ж, для нас с вами это значит не больше, чем то, что в кабучи тоже кто-то живёт. Это, конечно, здорово, но нам, как существам, обладающим сознанием, было бы интереснее найти за пределами Земли многоклеточную жизнь, с которой можно было бы взаимодействовать. Вот почему имеет смысл подумать на шаг вперёд и не вестись на громкие заголовки.
Почему нам так хочется найти хотя бы самую примитивную микробную жизнь? По меньшей мере, точное знание о том, есть на Венере жизнь или нет, поможет нам в стремлении понять Вселенную. Если окажется, что фосфин на Венере действительно производят некие организмы, а на Марсе совершенно другие организмы жмутся к немногочисленным оставшимся скоплениям воды, значит, жизнь и правда пробьется независимо от среды.
Конечно, развиться до более сложных структур и обзавестись интеллектом — задачка потруднее. Но если жизнь может возникнуть едва ли не на любом камне в Солнечной системе, можно предположить, что многие из тысяч планет Млечного пути — кого-то домом. А значит, гораздо выше вероятность того, что мы не одиноки во Вселенной, и что, возможно, разумная жизнь совсем рядом.
А Вселенная — это тёмный лес, в котором мы не можем найти дорогу друг к другу, или нам не стоит этого делать. С другой стороны, это важно ещё и потому, что если жизни всё-таки нет и никогда не было ни на Венере, ни на Марсе, ни в других точках Солнечной системы, то нам стоит осознать, насколько ценны и редки биохимические процессы и как важно сохранять их здесь на Земле.
Это откровение поставит перед нами задачу сохранить невероятное чудо сознания, а для этого нашему виду нужно как можно больше форпостов на других планетах. Может быть, мы первые на празднике жизни, и наша задача — расселить её по всей галактике. Так или иначе, магия таких открытий в том, что мы всё лучше понимаем, какое место занимаем во Вселенной. Чем больше мы узнаём о том, где находимся и что нас окружает, тем лучше понимаем, куда двигаться дальше.
Я очень ценю ваше время. Спасибо [музыка] большое. И как всегда, большое спасибо, что досмотрели это видео до конца. Если вы хотите увидеть источники, на которые я опирался, ознакомиться с данными и проверить, к правильным ли выводам я пришёл, ищите меня в бывшем Твиттере. Также вы найдёте ссылки на статьи, которые я читал, чтобы разобраться в химии фосфина, а также оригинальную статью, с которой всё это началось. Я даже добавил ссылку на вебинар, на котором авторы открытия рассказывали о своей работе. Я очень рекомендую с ним ознакомиться.
Нет ничего лучше, чем чистая наука, изложенная в этих документах. Читайте, проверяйте и приходите к собственным выводам — вот настоящее волшебство. Переведено и озвучено студией "Верт Дайдер".