Вярнуцца: Ціхаў Г. А.

Астробиология


Аўтар: Тихов Г. А.,
Дадана: 08-05-2011,
Крыніца: Тихов Г. А. Астробиология // Техника-молодежи. 1952 - №11, С. 23-27.



Возможна ли жизнь на других планетах?» - этот вопрос живо интересует самые широкие круги людей. Есть горячие сторонники мнения, что жизнь существует не только на Земле, но и на бесчисленном множестве других тел вселенной. Однако среди буржуазных ученых немало таких, которые считают Землю единственной носительницей жизни во всей вселенной.

(33KB) Тихов Г. А. Астробиология.

Последнее мнение находится в полном противоречии с философией диалектического материализма, согласно которой жизнь является высшей стадией эволюционного развития материи и должна с железной необходимостью возникать везде, где есть для нее подходящие условия.

В последние десятилетия изучение этого вопроса намного продвинуто вперед.

Работы русских и советских ученых К. А. Тимирязева, И. В. Мичурина, Т. Д. Лысенко, О. Б. Лепешинской, советские исследования в Арктике, изучение жизни в казавшихся раньше недоступными глубинах океана чрезвычайно расширили наши представления о предельных свойствах среды, при которых возможна жизнь растений и животных. Исследования С. Н. Виноградского, В. И. Вернадского, Л. С. Берга и других русских и советских ученых показали удивительную приспособляемость живых организмов к самым тяжелым условиям окружающей среды.

Вот примеры приспособляемости растительной жизни к температуре среды.

На берегах Ледовитого океана в Сибири растет трава, называемая ложечной. В листьях и бутонах она переносит зимние 50-градусные морозы и весной продолжает свое развитие. На Алтае, на Памире и на других горах венчики раскрывшихся цветков ночью совершенно промерзают, становятся хрупкими, как стекло. Утром они оттаивают, не обнаруживая никаких повреждений.

С другой стороны, некоторые растения способны выдерживать очень высокую температуру. Так, академик В. Л. Комаров наблюдал на одной из камчатских сопок сине-зеленые пленки так называемых циановых водорослей в ручейке ю температурой в 82°.

Растительная жизнь на Марсе

Планета Марс во многих отношениях похожа на Землю. На Марсе есть вода, есть атмосфера. Сутки на Марсе равны 24 часам 37 минутам. В каждом полушарии Марса происходит смена времен года: есть весна, лето, осень и зима. Год Марса равен 687 земным суткам, то-есть почти в 2 раза длиннее земного.

Большая часть поверхности Марса имеет желто-оранжевый цвет и с полным основанием считается пустыней. Меньшая часть имеет более темный цвет, который в некоторых местах планеты периодически меняется с временами года. Изменения цвета темных мест очень похожи на сезонные изменения цвета земной растительности. Это уже в конце прошлого века дало астрономам основание считать, что на Марсе есть земноподобная растительность. Различие только в том, что цвет марсианской растительности в основном не зеленый, а голубой, синий и даже фиолетовый. Те же темные места, которые не меняют своего цвета в течение всего марсианского года, напоминают области Земли, покрытые зимне-зелеными растениями.

Сначала это была только догадка, которую требовалось подтвердить убедительными научными фактами.

Марс движется вокруг Солнца на расстоянии в 1½ раза большем, чем Земля. Поэтому климат на Марсе значительно суровее, чем на Земле. Вот почему для понимания особенностей растительности на Марсе мы начали изучать свойства растений, живущих на высоких горах и в субарктике.

О растительности на далекой планете можно судить только по ее оптическим свойствам, а потому и у земных у астений мы изучаем прежде всего их цветовые свойства. Эта задача явилась содержанием новой науки, названной нами астроботаникой.

Астроботаника как наука родилась в 1945 году. Но она начала развиваться так быстро, так стремительно, что уже в 1947 году в Академии наук КазССР был учрежден специальный лектор астроботаники.

Астроботанические наблюдения производились сотрудниками сектора как в Алма-Ате, так и в многочисленных экспедициях на горы в окрестностях Алма-Аты и на Памир. Кроме того, производились наблюдения в районе города Салехарда (у устья Оби) и в пустынях Казахстана.

Эти наблюдения выявили несколько новых цветовых свойств растений и их цветов, что объяснило казавшиеся раньше непонятными цветовые (оптические) свойства марсианской растительности.

Ботаника и оптика

Хорошо известно, что земная растительность сильно рассеивает невидимые для человеческого глаза инфракрасные лучи. Эти лучи имеют длину волны большую, чем лучи красные. (14KB) Белая лилия и разрез черенка ее листа. В разрезе видны пузырьки воздуха, запасаемого растением, приспособившимся к жизни в условиях кислородного голодания. Уже давно найден способ изготовления фотопластинок, чувствительных к инфракрасным лучам. И вот оказывается, что при фотографировании зеленых земных растений в инфракрасных лучах они выходят очень яркими, как бы осыпанными снегом.

Можно было ожидать, что при фотографировании Марса в инфракрасных лучах покрытые растительностью области его выйдут в виде белых пятен. Но этого не получилось. В чем же дело?

Известно, что инфракрасные лучи приносят в себе на земную поверхность почти половину тепла, получаемого ею от Солнца. Земным растениям, для жизни и развития которых достаточно тепла, заключенного в видимой части спектра, энергия инфракрасных лучей уже не нужна, и растения их отбрасывают.

Этот чисто теоретический вывод удалось подтвердить сравнением способности к поглощению и рассеиванию инфракрасных лучей растениями, живущими в теплом и в холодном климате. Сравнение показало, что, например, зеленый овес средней полосы европейской части Советского Союза отбрасывает инфракрасные лучи в 3 раза сильнее, чем тундровый можжевельник. Поэтому можно сделать вывод, что при суровом марсианском климате растения должны приобрести свойство полного поглощения инфракрасных лучей, необходимых для их жизни и развития.

Так астроботаника объяснила первое оптическое отличие марсианской растительности от земной.

Перейдем теперь ко второму отличию.

Если при помощи спектроскопа разложить на составные цвета овет, отражаемый зеленым растением, то-есть получить спектр этого света, то в определенном участке красных лучей будет наблюдаться темная полоса, показывающая, что этот участок лучей растением поглощен. Это поглощение производится тем веществом, которое дает растению зеленый цвет и называется хлорофиллом; поэтому темная полоса в участке красных лучей называется полосой поглощения хлорофилла. Хлорофилл является обязательной составной частью любого зеленого растения. Вот почему астрономы и ботаники ожидали, что в спектре тех мест Марса, где предполагается существование растительности, должна наблюдаться полоса поглощения хлорофилла. Однако многолетние поиски этой полосы не обнаружили ее присутствия.

Обдумывая этот вопрос, я еще в 1946 году писал, что причину отсутствия на этой планете полосы хлорофилла надо искать также в суровом марсианском климате. В самом деле, если земным растениям, живущим в мягком климате, для жизненных потребностей достаточно поглощать сравнительно узкую полосу красных лучей, то растение марсианское, чтобы обеспечить себя нужным теплом, должно заметно поглощать, кроме инфракрасных лучей, все длинноволновые лучи видимого спектра, то-есть лучи красные, оранжевые, желтые и зеленые, несущие около четырех десятых солнечного тепла. Таким образом, полоса поглощения хлорофилла сильно растягивается и становится малозаметной.

Это теоретическое заключение также следовало проверить на земных растениях. Наблюдатели Марса знают, что его растительность имеет в пору расцвета голубой оттенок. Поэтому мы обратили внимание на голубую канадскую ель, сняли спектр этой ели и действительно удостоверились, что полоса хлорофилла в нем не видна. Между тем в спектре обыкновенной сосны полоса хлорофилла видна очень отчетливо. Как показывает само название, родина голубой ели - Канада - имеет суровый климат.

Одновременно мы сделали интересные наблюдения, касающиеся поведения полосы хлорофилла у тянь-шанской ели, растущей близ Алма-Аты. В марте при температуре +2° полоса хлорофилла в ее спектре была очень отчетлива, а при -6° она исчезла. Таким образом, оказалось, что местное растение быстро приспосабливается к условиям окружающей среды. Аспирант сектора астроботаники В. С Тихомиров исследовал поведение полосы поглощения хлорофилла в спектре хвойных деревьев в течение круглого года. Оказалось, что эта полоса весьма отчетлива летом и очень слабо выражена зимой. Далее оказалось, что в спектре почти всех растений, растущих в районе города Салехарда, на далеком севере, полосы хлорофилла не обнаруживается. Таким образом, стало очевидно, что этой полосы у марсианской растительности нет потому, что климат Марса очень суров.

Второе оптическое отличие марсианских растений от земных получило простое объяснение.

Третье оптическое отличие - различие в основном цвете: земные растения зеленые, а марсианские голубые. Но теперь, учитывая все вышеизложенное, нетрудно понять, что если растение сильно поглощает все лучи, кроме голубых, синих и фиолетовых, заключающих в себе минимальную часть энергии спектра, то оно должно иметь цвет, составленный из этих последних лучей.

Предположение, что в суровом климате листва растений должна иметь голубой, синий и даже фиолетовый цвет, подтверждается наблюдениями над растительностью высокогорных районов Земли.

Приспособляемость растений к условиям среды

Противники предположения о существовании на Марсе растительной жизни указывают и на другие трудности для ее развития и существования. К этим трудностям, кроме суровости марсианского климата, они относят также, во-первых, недостаток воды, а следовательно, большую сухость марсианской атмосферы, и, во-вторых, недостаток в ней кислорода.

Рассмотрим эти возражения по порядку.

В Якутской области, в районах Верхоянска и Оймякона, климат не менее суров, чем на Марсе, а между тем там живет около 200 видов растений. Резкие колебания температуры на Марсе от восхода солнца к полудню сравнимы с колебаниями на Памире. К тому же в приполярных областях Марса солнце не заходит в течение более или менее длительного периода, и там в это время температура непрерывно остается выше нуля.

А вот что пишет об условиях жизни на Памире профессор П. А. Баранов: «Континентальность климата на Памире выражена чрезвычайно резко: годовое колебание температуры на поверхности почвы достигает 102°, суточные же колебания на поверхности почвы доходят до 60°.

...Второе, что резко бросается в глаза при изучении климата Памира, - это чрезвычайная сухость воздуха. Памир - высокогорная пустыня. Переваливая через высочайшие хребты, окружающие со всех сторон Памир, воздушные течения иссушаются, оставляя свою влагу в виде грандиозных, величайших в мире ледников и снежников, и приходят в долины Памира с ничтожным содержанием влаги. Влажность воздуха крайне низка. Относительная влажность очень низка в летние полуденные часы, когда температура бывает наиболее высокой...

...Однако все крайности климата не являются непреодолимыми препятствиями для развития культурного растения...

...Своеобразная обстановка Памира преобразует растения, обладающие в обычных условиях высокими показателями испарения влаги, в растения мало испаряющие, несмотря на обильный полив и величайшую сухость воздуха».

Таким образом, ни чрезвычайная сухость воздуха Памира, ни суровость климата не являются препятствиями для жизни и развития растений.

В атмосфере Марса мало кислорода. Для жизни (фотосинтеза) растение использует углекислый газ. Его в атмосфере Марса вдвое больше, чем в земной. Но при фотосинтезе растение выделяет кислород. Спрашивается: почему же в атмосфере Марса так мало кислорода?

Ответ может быть такой. Так как кислород необходим растению для дыхания, то растение при фотосинтезе может не выделять его в атмосферу, но сохранять как в своих наземных частях, так и в корнях. На Земле в почвенном воздухе имеются значительные количества кислорода. Однако дело обстоит так только в почвах с хорошей комковатой структурой. В бесструктурных и особенно заболоченных почвах положение резко меняется. Здесь корневая система растения уже может ощущать недостаток кислорода. «Эволюция болотных растений шла по линии приспособления к уменьшенному количеству кислорода. Как известно, большинство болотных и водных растений имеет значительные запасы воздуха внутри своего тела в виде широких межклетников, аэренхимы, дыхательных корней и других приспособлений», - пишут П. А. Генкель и Л. В. Кудряшов.

Растительность на Венере

В 1948 году астроботаники подтвердили существование самоизлучения зеленых частей растений в красных и инфракрасных лучах и открыли самоизлучение цветов растений в этих же лучах.

Далее было обнаружено, что это самоизлучение увеличивается с возрастанием температуры воздуха. Так, например, при переходе от -40° к +20° самоизлучение пихты увеличивается в 40 раз.

(44KB) Слева - яблони и груши, сфотографированные в синих лучах, справа - в инфракрасных. Оба снимка сделаны в один день. Однако правый снимок кажется сделанным зимой, после обильного снегопада.

Открытие этого факта дало основание считать, что самоизлучение растений является еще одним свойством, при помощи которого растение избавляется от избытка тепла. Как мы видели выше, первое свойство, служащее для той же цели, состоит в отражении растением красных и инфракрасных лучей. Следовательно, растение, живущее в жарком климате, должно отражать красные и инфракрасные лучи и излучать эти же лучи. Кроме того, оно должно отражать и все длинноволновые лучи видимого спектра, то-есть лучи оранжевые, желтые и зеленые. Все это должно придавать растению оранжевый или желтый цвет. Наблюдения А. П. Кутыревой на Памире полностью подтвердили этот вывод астроботаники. Так, в горячих ручьях с температурой до 70° водоросли имеют преимущественно яркооранжевый цвет. В ущелье одного из таких ручьев, с температурой воздуха 45°, Кутырева нашла растение коровяк (медвежье ухо), имевшее желтоватый цвет, тогда как в Алма-Ате цвет этого растения голубовато-зеленый.

Все эти факты дают возможность говорить о цвете предполагаемой растительности на планете Венере. Твердой поверхности этой планеты видеть нельзя, так как в атмосфере ее плавают сплошной пеленой густые облака. В атмосфере Венеры очень много углекислого газа. Температура на поверхности этой планеты должна быть очень высокой - градусов 80. Как показали наблюдения, водоросли на Земле могут существовать при такой температуре. Поэтому можно думать, что и на Венере могут существовать растения, и цвет этих растений должен быть преимущественно желтым или оранжевым.

Из своих многолетних наблюдений на Харьковской астрономической обсерватории академик Н. П. Барабашев делает вывод, что поверхность Венеры отражает преимущественно желтые и красные лучи.

Приспособляемость микроорганизмов к условиям среды

Эта приспособляемость поистине изумительна! Нагревание во влажной среде до 120° не убивает всех спор бактерий. В сухой среде споры надо нагревать до 140°, чтобы убить их жизненные свойства.

(8KB) Цветок дурмана, сфотографированный в его самоизлучении в инфракрасных лучах. В середине виден слегка освещенный цветком, черный, несветящийся гипсовый диск.

Еще дальше идет устойчивость жизни при низкой температуре. Мхи, лишайники, водоросли опускали в жидкий воздух (температура - 190°С) на несколько недель. Когда их потом отогревали в горячей воде, то их отвердевшая протоплазма принимала в воде свое коллоидальное состояние и они оживали.

Даже после шести лет высушивания в пустоте, а затем после погружения в жидкий воздух французский физик Беккерель оживлял такие лишайники, как стеница (ксантория), с их фауной коловраток и тихоходок. Беккерель же подвергал обезвоженные споры бактерий, водорослей, грибов, мхов, папоротников действию самых низких доступных температур (-271,15°) в самой высокой сухой пустоте. После размораживания они давали обычные потомства, не обнаруживая понижения способности к размножению.

Многие виды бактерий, грибов живут без свободного кислорода, их называют анаэробными.

Водоросли и мхи размножаются в запаянной трубке за счет стерилизованных минеральных растворов, лишенных растворенного кислорода. Находясь в пустоте, ограниченной упругостью водяных паров, они живут сначала без воздуха, производя угольную кислоту, затем, по мере восстановления их фотосинтеза, они создают кислородную атмосферу. Именно осциллярии жили таким образом восемь лет в атмосфере, созданной ими самими, до полного истощения питательной среды.

Беккерель пишет, что эти растения, перенесенные на Марс, продолжали бы свое размножение.

Исследования С. Н. Виноградского выяснили возможность существования жизни, при отсутствии готовых органических соединений, в чисто минеральной среде. Споры и зерна - скрытые формы жизни - могут находиться без всякого вреда, повидимому, неопределенно долгое время в среде, лишенной газов и вполне сухой, абсолютно лишенной воды.

Пределы давлений, выдерживаемых микроорганизмами, чрезвычайно широки. Опыты Г. В. Хлопина и Г. Таманна показали, что плесневые грибы, бактерии, дрожжи выдерживают давление до 3 000 атмосфер без всякого видимого изменения свойств. Жизнь дрожжей сохраняется при давлении 8 000 атмосфер. С другой стороны, несомненно, что скрытые формы жизни - семена или споры - могут сохраняться длительное время в «безвоздушном» пространстве, то-есть при давлениях, равных тысячным долям атмосферы.

В то же время разные формы жизни могут существовать без вреда в самых разнообразных химических средах. Бацилла борацикола, живущая в горячих борных источниках Тосканы, может жить в насыщенном растворе борной кислоты; она свободно выдерживает 10-процентный раствор серной кислоты. Некоторые бактерии и инфузории живут в концентрированных растворах сулемы. Приспособляемость форм жизни кажется здесь беспредельной. Горячие источники с температурой до 90°С уже оказываются пригодными для своеобразных, приспособившихся к этим условиям организмов.

Русский биолог С. Н. Виноградский доказал существование живых организмов, лишенных хлорофилла, но добывающих себе питание из неорганических веществ. Эти существа - бактерии - живут в почвах, в верхних слоях земной коры, проникают в глубокие толщи океана. Они независимы в своем питании не только от других организмов, но и от солнечных лучей. Эти бактерии используют для поддержания жизнедеятельности своего тела химическую энергию химических соединений неорганической природы, например минералов, богатых кислородом.

Все изложенное показывает, что жизнь есть явление чрезвычайно настойчивое, чрезвычайно упорное. Она может существовать и в условиях, сильно отличающихся от средних земных.

Микроорганизмы на планетах-гигантах

Зная физические и химические свойства планет солнечной системы и познакомившись с приспособляемостью микроорганизмов к условиям среды, мы можем с уверенностью сказать, что микроорганизмы могут и должны существовать на Марсе и Венере.

Посмотрим теперь, что можно сказать в этом отношении о планетах-гигантах - Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне. Температура на их внешних оболочках очень низка: от -140 до - 200°С. К тому же эти оболочки содержат очень много газа метана (он же болотный, или рудничный, газ). Кроме того, в атмосферах Юпитера и Сатурна много газообразного аммиака. В атмосферах этих газов высшие земные организмы существовать не могут. Однако известны бактерии, которые живут в метане, хотя обыкновенно и нуждаются в кислороде. Но некоторые из них могут вместо кислорода использовать нитраты.

(163KB) Вездесущая жизнь.

Метан образуется при сбраживании многих органических веществ. Те же самые бактерии, которые вызывают метановое брожение органических веществ, способны в присутствии молекулярного водорода восстанавливать углекислый газ до метана. Можно с уверенностью сказать, что в атмосферах планет-гигантов находится водород. Поэтому деятельностью бактерий можно объяснить присутствие метана в атмосферах этих планет.

Аммиак, как и метан, также образуется при гниении органических остатков. Можно предположить, что аммиак и метан образуются в атмосферных глубинах планет-гигантов в результате разложения отживших микроорганизмов и поднимаются из уплотненных внутренних слоев в верхние слои атмосфер.

В земных горных породах, а также в вулканических газах обычно присутствует метан. Для разных вулканов содержание метана в выделяющихся из них газах составляет от 3 до 12%. В газах, выделяющихся из графита, до 40% метана, из базальта - свыше 10%, из гранита - 3%. Раньше предполагали, что метан, выделяющийся из горных пород при нагревании, образуется под воздействием воды на карбиды металлов. Однако при нагревании с водой карбидов кальция, натрия, калия выделяется не метан, а ацетилен. Поэтому теперь считают, что источником метана в дачных случаях является органическое вещество.

Где же могут существовать на планетах-гигантах микроорганизмы? Можно думать, что с погружением в атмосферы этих планет температура повышается и на некоторой глубине становится несколько выше нуля, а поэтому там могут жить и размножаться бактерии.

Хотя метан и аммиак имеют в основном органическое происхождение, но они могут образовываться и без участия организмов. Метан, например, имеется в небольших количествах даже на кометах.

Есть основание считать, что изотопный состав метана и аммиака органического происхождения отличается от изотопного состава этих газов неорганического происхождения, а потому должны различаться и их спектры. Следовательно, изучая спектры этих газов органического и неорганического происхождения и сравнивая их со спектрами планет-гигантов, можно будет решить, есть ли на этих планетах аммиак и метан органического происхождения. Интересно отметить, что при сравнении спектра метана из светильного газа, имеющего органическое происхождение, со спектрами планет-гигантов получалось полное сходство, тогда как между спектрами этих планет и аммиака лабораторного, синтетического происхождения найдено различие.

Итак, есть основание предполагать, что микроорганизмы существуют и на планетах-гигантах.

Таким образом, сейчас исследования по астроботанике переросли уже в исследования о жизни на планетах в более широком смысле.

Астроботаника переросла в астробиологию.

Бесконечно разнообразны жизненные формы, неисчерпаема их приспособляемость к условиям внешней среды.

Выдающийся советский ученый академик В. И. Вернадский создал учение о биосфере - оболочке земной коры, где наряду с неорганической материей существует материя живая. В книге «Биосфера» он впервые поставил вопрос о границах биосферы - об области существования жизни. Где же проходят эти границы?

Шар-зонд принес споры бактерий и плесневых грибков с высоты 33 тыс. м - из пронизываемых мощным космическим излучением заоблачных областей атмосферы.

Глубоководные драги экспедиции профессора Л. А. Зенкевича подняли многочисленных животных со дна глубочайших впадин мирового океана - с глубины 8 тыс. м. В земной коре, на глубине свыше 1 тыс. м, в нефтеносных скважинах М. Гинзбург-Карагичева обнаружила живые микроорганизмы. По мнению академика В. И. Вернадского живые организмы могут встречаться под землей на глубине 4 тыс. м.

При определении границ жизни надо различать две формы жизни - активную, когда живые организмы находятся в состоянии энергичного обмена веществ с окружающей средой, могут размножаться, и пассивную, когда живые организмы находятся в состоянии скрытой жизни - в виде семян, спор, в состоянии анабиоза. Безусловно, зона пассивной жизни значительно шире зоны активной жизни.

Мы даем условную таблицу существования жизни в зависимости от параметров внешней среды - температуры и давления. Несмотря на то, что таблица не отражает всех характеристик среды, в частности ее химического состава, она все же отчетливо показывает почти безграничную приспособляемость самых различных живых организмов к внешним условиям. Почти от абсолютного нуля, от -273°, и до +170°С простирается область существования жизни! Почти весь диапазон давлений - от 0 до 8 тыс. атмосфер - населен живыми организмами!

Вместе с тем таблица выявила огромные пробелы наших знаний в этой области. Почти не выяснено влияние высокого давления на живые организмы разных классов. Совершенно не изучено комплексное влияние на них различных температур и давлений. Именно этим, а не невозможностью существования там живых существ объясняется наличие «незаселенных» областей в отдалении от осей координат нашей таблицы.

На таблице выделены области температур и давлений, существующие на других планетах нашей солнечной системы. Для планет-великанов данные о температурах взяты по радиометрическим измерениям, для Плутона - по расчетам. Данные об атмосферном давлении этих планет получены из допущения, что эти атмосферы подобны земной и плотность их зависит только от силы тяжести на поверхности планет.

Из сопоставления видно, что температуры и атмосферные давления хотя бы для двух планет - Венеры и Марса - широко захватывают область существования жизни, а для большинства остальных планет не выходят за границы этой области. Во всяком случае, возможность существования там даже известных нам, приспособившихся к земным условиям, простейших организмов отрицать нельзя. И, говоря об этом, нельзя забывать мысли Фридриха Энгельса, «...что раз дана органическая жизнь, то она должна развиться путем развития поколений до породы мыслящих существ».

Профессор В. В. Алпатов

Астрономическую часть таблицы консультировал ученый секретарь Центральной астрономо-геодезической секции Всесоюзного общества по распространению политических и научных знаний В. А. Шишаков.

 
Top
[Home] [Library] [Maps] [Collections] [Memoirs] [Genealogy] [Ziemia lidzka] [Наша Cлова] [Лідскі летапісец]
Web-master: Leon
© Pawet 1999-2009
PaWetCMS® by NOX