[Перевод] Экзистенциальная проблема поисков внеземной жизни: мы не знаем, что такое жизнь
В 2020 году группа исследователей обнаружила нечто удивительное в верхних слоях атмосферы Венеры. Земные телескопы обнаружили спектральную подпись фосфина — простой молекулы, которая не должна была сохраняться в этих чрезвычайно кислых облаках. С осторожным восторгом, исследователи написали, что фосфин может быть результатом «неизвестной фотохимии или геохимии» — или, как они почти застенчиво отметили, «возможно, жизни».
Это была захватывающая возможность. «Признаки жизни обнаружены в облаках, окружающих Венеру», — гласил один заголовок; другой — «Инопланетяне были на Венере всё это время?!». Но, как оказалось, это была ложная тревога. Фосфин не только не был сигналом жизни, но, вероятно, его вообще не было — это был промах в интерпретации данных. Облака Венеры, насколько было известно, оставались такими же необитаемыми, какими они всегда казались.
Учёные восприняли ложную тревогу спокойно. Вернёмся к чертёжной доске, сказали они, пожав плечами, — или, по крайней мере, вернёмся к телескопам. Ведь именно так и работает наука: постепенно, маленькими шажками, в виде анонсов, скептицизма и пересмотра данных. Ещё сложнее, когда объект исследования — внеземной. Венера — ближайший возможный дом для инопланетной жизни, но нет никакой возможности поехать и взять образец её атмосферы, чтобы поместить его под микроскоп. Поиск инопланетной жизни ведётся дистанционно, путём интерпретаций и умозаключений. Подозрительный фосфин, который астрофизики считают «биосигнатурой», поскольку фосфин на Земле бывает в изобилии только тогда, когда он является продуктом жизнедеятельности, даже не наблюдался напрямую. Вместо этого исследователи обнаружили его, проанализировав длины волн света, которые могли бы намекнуть на то, какие молекулы могут находиться в атмосфере Венеры. Исследователи искали признаки жизни. Было много возможностей для ошибки.
Поиск внеземной жизни — не тот случай, когда с имеющимися на данный момент инструментами учёные посмотрят на данные, полученные из космоса, и тут же заявят: «Да, это жизнь». Слишком много технических препятствий, слишком много переменных, на разбор которых потребуется время. И даже если учесть все эти проблемы, существует ещё одно препятствие — непреходящая загадка, которая тестирует границы науки на прочность. Дело в том, что мы до сих пор не знаем, что такое жизнь.
Положите камень рядом с цветком, и вы, вероятно, с уверенностью заявите, что знаете разницу между ними. Но со времён Аристотеля учёные и философы пытались провести точную границу между тем, что является живым, и тем, что не является таковым, часто возвращаясь к таким критериям, как самоорганизация, метаболизм и размножение, но так и не найдя определения, которое включало бы всё нужное и исключало всё ненужное. Если вы скажете, что жизнь потребляет топливо для поддержания себя энергией, вы рискуете включить в определение огонь; если вы потребуете от жизни способности к размножению, вы исключите мулов. НАСА не смогло придумать ничего лучше, чем рабочее определение: «Жизнь — это самоподдерживающаяся химическая система, способная к дарвиновской эволюции». Это достойный способ описать жизнь на Земле, но ему не хватает практического применения. Если бы люди нашли на другой планете нечто, похожее на жизнь, сколько времени нам пришлось бы сидеть и ждать, пока оно эволюционирует?
Проблема в том, что при любой попытке дать определение жизни мы по сути ограничены человеческой интуицией и тем единственным примером, который мы имеем на данный момент. Единственная известная нам жизнь — это жизнь на Земле. Некоторые учёные называют это проблемой n=1, где n — количество примеров, на основе которых мы можем сделать обобщение. Мы понятия не имеем, является ли земная жизнь среднестатистической в космосе или каким-то чудаковатым отклонением. При всём разнообразии химического состава других планет, при всех случайностях, определяющих эволюцию, при всех способах взаимодействия материи и энергии — кто знает, насколько странной может быть жизнь в другом мире? Что, если жизнь в том виде, в котором мы её знаем, — это не та жизнь, которую нужно искать?
На самом деле нам нужно нечто большее, чем определение жизни. Мы хотим знать, что такое жизнь в принципе. Для такого понимания учёные обращаются к теориям. Теория — это научный фундамент. Она не только отвечает на вопросы, но и формулирует их, открывая новые направления исследований. Она объясняет наши наблюдения и даёт предсказания для будущих экспериментов. Подумайте о разнице между определением гравитации как «силы, которая заставляет яблоко падать на землю» и объяснением её, как это сделал Ньютон, как универсального притяжения между всеми частицами во Вселенной, пропорционального произведению их масс и так далее. Определение говорит нам о том, что мы уже знаем; теория меняет наше понимание вещей.
В последние годы потенциальная выгода от открытия теории жизни увлекла целую группу исследователей, представляющих самые разные дисциплины. «В жизни есть вещи, которые, кажется, очень трудно объяснить», — сказала мне Сара Имари Уокер, физик из Университета штата Аризона, которая была в авангарде этой работы. «Если заглянуть под поверхность, я думаю, там есть некая структура, которая предполагает формализацию и математические законы». Долгое время считалось, что, хотя теории могут объяснить физику и химию, биология слишком запутанна, слишком условна, чтобы её можно было свести к математике и формулам. В 1997 году известный биолог Эрнст Майр написал, что, хотя молекулы, из которых состоят живые организмы, подчиняются законам физики, как и все молекулы, «организмы фундаментально отличаются от инертной материи». Существует порог, который материя может пересечь, и за которым законы физики не могут объяснить или предсказать происходящее; по ту сторону этого порога и находится жизнь.
Но Уокер думает о жизни не так, как биолог или астробиолог. Когда она говорит о признаках жизни, она не говорит об углероде, или воде, или РНК, или фосфине. Она приводит различные примеры: чашка, мобильный телефон, стул. Эти предметы, конечно, не живые, но они явно являются продуктами жизни. По мнению Уокер, это объясняется их сложностью. Жизнь привносит сложность во вселенную, говорит она, в своё бытие и в свои продукты, потому что обладает памятью: в ДНК, в повторяющихся молекулярных реакциях, в инструкциях по изготовлению стула.
Ли Кронин, профессор химии из Университета Глазго и главный соавтор Уокер, рассказал мне, что, когда Уокер впервые объяснила ему свои идеи относительно теории жизни, «я сказал: «Я понятия не имею, о чём вы говорите. Но мне кажется, что мы говорим о чем-то очень похожем». Кронин изучает происхождение жизни, что также является одним из основных интересов Уокер, и оказалось, что, будучи выраженными в математике, их идеи по сути совпадают. Они оба обратили внимание на сложность как отличительную черту жизни. Кронин разрабатывает способ систематизации и измерения сложности, который он называет теорией сборки. Он измеряет сложность объекта — например, молекулы — путём подсчёта количества шагов, необходимых для того, чтобы собрать мельчайшие строительные блоки объекта определённым образом. Например, его лаборатория при тестировании широкого спектра молекул обнаружила, что те из них, у которых «число сборки» превышало 15, были исключительно продуктами жизни. Жизнь создаёт и более простые молекулы, но только жизнь, похоже, создаёт такие сложные молекулы.
Никто не ожидает найти инопланетный телефон в кратере Джезеро на Марсе. Но идея Уокер заключается в том, что не только теоретически возможно, но и реально достижимо выявить нечто меньшее — гораздо меньшее — что, тем не менее, просто обязано быть результатом жизнедеятельности. В определённом смысле эта модель будет функционировать как биосигнатуры — признаки жизни, которые можно искать. Но она позволит значительно улучшить и расширить цели. Уокер будет использовать теорию для предсказания того, как может выглядеть жизнь на той или иной планете. Для этого нужно будет знать многое о планете — информацию, которую мы можем получить о Венере, но ещё не о далёкой экзопланете, — но, что очень важно, это не будет зависеть от того, как устроена жизнь на Земле, что жизнь на Земле может делать с этими материалами. Без возможности отделить поиск инопланетной жизни от известных нам примеров жизни, считает Уокер, поиск практически бессмыслен. «Любые небольшие колебания в простой химии могут повести вас по радикально иным эволюционным путям», — сказала она мне. «Я не могу представить себе, чтобы [жизнь] изобрела одну и ту же биохимию в двух мирах».
Создание универсальной теории жизни — проект, мягко говоря, амбициозный. Учёные, с которыми я общался, возглавляющие поиск биосигнатур, склонны приветствовать нетрадиционный подход Уокер на том основании, что чем больше инструментов, тем лучше. Тем не менее никто не отказывается от поисков в надежде, что человечество вскоре разгадает тайну жизни. В конце концов, обнаружение любых примеров инопланетной жизни — земноподобной или нет, любыми возможными способами — радикально продвинет нас в понимании этого явления.
Подход Уокер опирается на работы, в частности, философа науки Кэрол Клеланд, которая написала книгу «В поисках универсальной теории жизни» (The Quest for a Universal Theory of Life). Но Клеланд не разделяет амбиций Уокер о том, что теория может быть в пределах досягаемости; вместо этого она предупреждает, что любая теория жизни, как и определение, не может быть ограничена единственным примером жизни, который мы знаем в настоящее время. «Ошибка — начинать теоретизировать на основе единственного примера, даже если вы изо всех сил стараетесь не быть землецентричным. Потому что вы всё равно останетесь землецентричным», — сказал мне Клиланд. Другими словами, пока мы не найдём другие примеры жизни, у нас не будет достаточно данных, чтобы разработать теорию. Абстрагирование от земной сущности — это не способ быть агностиком, утверждает Клеланд. Это способ быть слишком абстрактным.
В этой проблеме легко запутаться: у нас нет теории жизни, которой мы могли бы руководствоваться при поиске инопланетян, но нам нужно найти внеземную жизнь, прежде чем мы сможем понять жизнь с помощью теории. Вместо того чтобы наивно искать жизнь, как мы её знаем, Клеланд призывает к более гибкому поиску, руководствуясь тем, что она называет «предварительными критериями». Такой поиск будет примерно описывать то, что мы ищем, но также будет открыт для аномалий, которые бросают вызов нашим предубеждениям, открытиям, которые не являются ожидаемым видом жизни, но и не являются привычной нам не-жизнью — ни цветком, ни камнем. Это неудовлетворительно, если вы хотите получить твёрдый ответ или быстрый ответ. Но такой подход даёт надежду, что исследования и открытия могут действительно расширить наше понимание космоса и нашего собственного мира.
Подход Клеланда очень похож на многие работы, которые ведутся сегодня в поисках биосигнатур. Настоящее обнаружение фосфина в облаках Венеры, безусловно, стало бы аномалией и поставило бы под сомнение предубеждения о видах химии, происходящих в этих облаках. Другие работы в этой области ищут подобные сюрпризы. Астробиолог Кимберли Уоррен-Роудс изучает жизнь на Земле, которая обитает на границах известной обитаемости, например, в чилийской пустыне Атакама. Цель её экспериментов — лучше понять, как жизнь может сохраниться и как её можно найти на Марсе. «Биология подчиняется некоторым правилам», — сказала она мне. Чем больше этих правил вы наблюдаете, тем лучше понимаете, где искать жизнь на других мирах. В этом свете наиболее актуальной проблемой в поисках внеземной жизни может быть не столько то, что мы знаем только о жизни на Земле, сколько то, что мы вообще мало что знаем о жизни на Земле. «Я бы сказал, что мы понимаем около 5%», — оценивает Уоррен-Роудс наши совокупные знания. n=1 — это проблема, но мы скорее находимся где-то на уровне n=0,05.
Когда я говорю с людьми о теории жизни -, а в последнее это мой лучший вариант светской беседы — я в качестве аналогии обращаюсь к теории гравитации. Кто-то может спросить: «Хорошо, а что касается гравитации, то где мы находимся с точки зрения нашего понимания жизни? Где-то на уровне Ньютона?» Нет, нужно идти ещё дальше в прошлое, говорю я. Уокер сравнивает нас с астрономами докоперниковской эпохи, полагающимися на эпициклы, маленькие орбиты внутри орбит, чтобы придать смысл движению, которое мы наблюдаем в небе. Клеланд выразил это в терминах химии, и в этом случае мы алхимики, даже ещё не настоящие химики. Мы так мало понимаем — и при этом считаем, что готовы к поиску другой жизни?
Возможно, мы никогда не будем готовы. И всё же, как мы можем её не искать? Прямо сейчас космический телескоп имени Джеймса Уэбба изучает атмосферы экзопланет в поисках спектральных признаков. Марсоход «Персеверанс» собирает образцы почвы на Марсе, чтобы в будущем доставить их на Землю для изучения. Как мы можем не исследовать космос в поисках того, что поможет нам понять наше место в нём, наши родственные связи и то, как возникла эта жизнь на Земле? И мы пытаемся. Мы исследуем другие миры, сканируем их облака. Мы пытаемся найти теорию, которая объяснила бы всё это в уравнениях и абстракциях, чтобы увидеть более глубокую истину лежащую в основе того, что находится на поверхности.
