Дисклеймер. КДПВ поставлена для красоты и не вполне реалистична – в период, описываемый в статье, елок на нашей планете еще не было.

Зарождение жизни как возникновение живого из неживого, то есть, как превращение химии в биохимию, является одним из интереснейших интерфейсов и рубежей между физикой и биологией. Несмотря на успехи в генной инженерии и синтетической биологии, пока не приходится ожидать скорого появления полностью синтетического организма. Некоторые успехи в этом направлении достигнуты – так, в 2017 году было объявлено о создании полностью синтетической хромосомы для дрожжей. Также удалось создать полусинтетический одноклеточный организм. Но вопрос о зарождении жизни на Земле по-прежнему сопровождается многочисленными оговорками и допущениями. Один из наиболее развернутых ответов на этот вопрос дан в книге Френсиса Крика «Жизнь как она есть» (оригинал - 1981).

В этой статье будут рассмотрены современные представления о панспермии - гипотезе о внеземном происхождении сложной органики, которая послужила материалом для образования живой материи на нашей планете.

Оговорюсь, что в этой статье я обхожу вниманием авторитетную и научно обоснованную теорию, согласно которой первичным источником жизни на нашей планете могут быть черные курильщики – гидротермальные источники на дне океана. О биохимической составляющей черных курильщиков замечательно рассказано в этой статье на Хабре. Экосистемы черных курильщиков создают некоторые важные предпосылки для образования клеточной жизни, в частности, располагают к образованию мембран. Тем не менее, тщательное изучение этих экосистем позволяет заключить (см. раздел «Hydrothermal vents» по ссылке), что в современных условиях органика в таких источниках гораздо активнее распадается, чем образуется, а безусловно гидротермальное происхождение можно доказать только для простейших органических соединений – этана и метана. Действительно, экосистемы черных курильщиков богаты специфической экстремофильной жизнью, но скорее демонстрируют пример адаптации бактерий к суровой экологической нише, чем представляют собой колыбель жизни.

Притом, что тема лабораторного синтеза живой материи, несомненно, заслуживает подробного рассмотрения, в этой статье я собираюсь подробно остановиться на последних данных в пользу гипотезы панспермии, то есть, свободного рассеивания в космосе органической и почти живой (пребиотической) материи, носителями которой являются кометы и метеориты.

Гипотеза панспермии, уходящая корнями в философию Анаксагора, постепенно получала научное обоснование в течение XIX века и особенно в начале XX, когда ею всерьез занимались Сванте Аррениус, Фред Хойл и Чандра Викрамасингх. В частности, Фред Хойл (1915-2001) высказывал мнение, что органические молекулы могут содержаться непосредственно в космической пыли – действительно, так и есть, и этот вопрос будет затронут ниже.

Тем не менее, в середине XX века идея панспермии оставалась экзотической, и предпринимались эксперименты, призванные доказать возможность зарождения жизни в «первичном бульоне» - той биохимической среде, которая существовала на Земле в архее, около 3 миллиардов лет назад.

С учетом того, что закон Мура является всего лишь эмпирическим наблюдением и упирается в физическую вместимость микропроцессора, то есть, в количество транзисторов, которые можно уместить на единицу площади, вполне логично, что программно-аппаратная инженерия пытается уйти от традиционных носителей информации на материале соединений кремния. Тем более, что срок действия закона Мура явственно подходит к концу. Возможной альтернативой для вычислительной неорганики много лет мыслится вычислительная органика. То есть, теоретически, а также (возможно) практически должны быть варианты хранения информации в белках и нуклеиновых кислотах. Тем более, что нуклеиновые кислоты в природе превосходно справляются с кодированием и передачей информации.

Сразу оговоримся, что для информации нужно не только хранилище; нужен еще и процессор, а также устройства ввода-вывода. Поскольку до создания подобной инфраструктуры еще очень далеко, тема казалась бы спекулятивной, но в январе 2021 года в журнале «Nature of Chemical Biology» была опубликована статья, описывающая довольно простую технологию кодирования 3-битных информационных последовательностей в ДНК. Вот о чем она:

В современном мире постоянно генерируется все больше данных, и исследователи как могут изобретают новые способы их хранения. ДНК по-прежнему считается весьма перспективной в качестве исключительно компактного и устойчивого носителя информации. А прямо сейчас формируется новый подход, позволяющий записывать цифровые данные непосредственно в геномы живых клеток.

Попытки переориентировать технологии запоминания данных, изобретенные природой, не новы, но в последнее десятилетие интерес к таким подходам оживился, и уже есть заметные достижения в этой области. Ситуация вызвана взрывным ростом генерируемых данных, причем, нет никаких признаков его замедления. Предполагается, что в 2025 году во всем мире ежедневно будет создаваться 463 эксабайт данных.

Хранение всех этих данных с применением кремниевых технологий вскоре может стать непрактичным, но выход может заключаться в использовании ДНК. Во-первых, плотность информации ДНК в миллионы раз выше, чем на обычных жестких дисках. Всего в одном грамме ДНК можно хранить до 215 миллионов гигабайт данных.

Кроме того, при правильном хранении ДНК исключительно стабильна. В 2017 году ученым удалось полностью восстановить геном лошади (вымершего вида), жившей 700 000 лет назад. Научившись хранить данные и обращаться с ними на том же языке, который используется в природе, мы открываем путь к множеству новых биотехнологических возможностей.

В истории идей, появившихся в XX веке, особое место занимает триада из парадокса Ферми, шкалы Кардашёва и сферы Дайсона. Не вдаваясь в их подробности, изложенные по приведенным ссылкам, отмечу, что объединяю их по общему допущению о существовании во Вселенной высокоразвитых разумных цивилизаций. Несмотря на то, что ни малейших признаков внеземного разума на данный момент не найдено, эти идеи выдают, какого поведения мы ожидаем от представителей сверхцивилизаций, в число которых надеемся когда-нибудь войти. Это:

1. Готовность и даже стремление общаться с другими разумными существами (поэтому Ферми счел парадоксальным факт молчания Вселенной, учитывая, что за время ее существования на обитаемых планетах должно было сформироваться множество цивилизаций не примитивнее нашей),

2. Стремление к экстенсивному технологическому развитию, где развитие цивилизации требует постоянного наращивания энергопотребления и перехода от примитивных источников энергии ко все более обильным и высокотехнологичным,

3. В качестве первого шага на пути вверх по шкале Кардашёва необходимо принципиально оптимизировать сбор энергии нашего Солнца – сегодня она чуть менее чем полностью рассеивается в космосе. Поэтому было бы целесообразно окружить Солнце рукотворной сферой, которая могла бы использоваться либо как грандиозная солнечная батарея, либо как пространство для заселения людьми.

Не будет преувеличением сказать, что тема этой публикации вынесена из комментариев, а именно из обсуждения статьи о бонобо Канзи. Благодарю уважаемого @kraidiky за ссылку на статью Максима Руссо о неандертальском искусстве. Также с огромным интересом прочел материал уважаемого @ra3vdx «Застывшее время. Научные подходы к датированию». Действительно, датировка неандертальских рисунков при помощи уран-ториевого метода примечательна тем, что здесь мы наблюдаем применение геохронологического метода в археологии. Это исследование является не только замечательным примером «перекрытия» традиционно геологических и традиционно исторических методов, но и заставляет задуматься, в каких исторических масштабах радиоуглеродная датировка действительно проигрывает другим методам, и каковы перспективы уран-ториевого и уран-свинцового методов датировки при изучении сравнительно недавнего прошлого.

Фундаментальная наука иногда кажется настолько оторванной от повседневной реальности, что хочется вдохновляться, как минимум, масштабностью ее проблем или зрелищностью экспериментов и установок. Типичным примером такой научной дисциплины, которая ассоциируется с абсолютной фундаментальностью и при этом грандиозностью, является изучение нейтрино.

28 октября 2020 года исполнилось 40 лет Канзи. Это самый известный представитель бонобо — карликовых шимпанзе, дикие популяции которых обитают в Экваториальной Африке на территории Демократической Республики Конго. Канзи известен как первый представитель своего вида (и человекообразных обезьян в принципе), самостоятельно освоивший языковое общение.

Канзи можно назвать «раскрученной» персоной в области антропологии. В частности, о нем рассказано в книге Светланы Бурлак «Происхождение языка. Факты, исследования, гипотезы», а еще в 1996 году вышла отдельная книга, посвященная этому примату. Канзи упоминается в книге Александра Маркова «Обезьяны, кости, гены», книге Франса де Вааля «Истоки морали», которая в оригинале называется «The Bonobo and The Atheist», а также в журнале «Троицкий вариант». Общее впечатление о Канзи можно составить по этой публикации с сайта «Антропогенез», а в особенности по книге З.А. Зориной и А.А. Смирновой «О чем рассказали говорящие обезьяны».

Тема терраформирования Марса не один десяток лет относится к числу наиболее амбициозных планов человечества. Кажется, что марсианскую природу достаточно лишь немного «подправить», чтобы холодная планета бурь превратилась в жизнепригодный мир, расположенный в непосредственной близости от Земли.

Наряду с первоочередными задачами по увеличению концентрации кислорода и повышению температуры на Марсе требует решения еще одна проблема: восстановление марсианской магнитосферы. Дело в том, что на Марсе нет стабильного планетарного магнитного поля, хотя, остаточные магнитные поля на планете сохранились, особенно в южной части. Вопрос фатального влияния солнечного ветра на размагниченную планету подробно рассмотрен в научно-популярных источниках, в том числе, на Хабре. Поэтому читатели, уже интересовавшиеся проблемой марсианской магнитосферы, вполне могут пропустить обзор, расположенный прямо под катом, и переходить к самому интересному, в особенности, к инженерной части

Обзор. Другая сторона солнечного ветра

Подходы к терраформированию Марса (приближению условий окружающей среды на нем к земным) постепенно детализируются и представляются все менее разрушительными и более «зелеными». В частности, Илон Маск, еще в 2015 году продвигавший идею о термоядерной бомбардировке Марса с целью вызвать на нем парниковый эффект, в 2019 году предлагал растопить марсианские льды при помощи системы орбитальных зеркал. Развивая эту идею, Роберт Зубрин и Кристофер Маккей рассуждали о 100-километровом цельном орбитальном зеркале. Тем не менее, сегодня считается, что даже всего льда с марсианских полярных шапок может не хватить для вызова парникового эффекта. Пытаясь поднять температуру на Марсе такими грубыми способами, мы бы боролись со следствиями, а не с причиной экологической катастрофы на этой планете. Причина продолжающегося истончения марсианской атмосферы заключается в выдувании ее солнечным ветром, а  отсутствии у Марса постоянного магнитного поля. В далеком прошлом, 4,2-4,3 миллиарда лет назад Марс должен был обладать сильным магнитным полем, а последний период активного действия магнитосферы на Марсе относится, вероятно, к 3,7 миллиарда лет назад.

Если бы потребовалось выбрать на территории России одну точку с уникальными геохимическими характеристиками, сырьевой рог изобилия – то весьма вероятно, что пьедестал возглавил бы сложный стратовулкан Кудрявый, расположенный в северной части острова Итуруп в составе Курильской гряды. Причудливость Кудрявого заключается в том, что это единственный в мире вулкан, чьи фумаролы в промышленных количествах извергают в атмосферу редчайший элемент рений.