То, что учёные обсуждают возможность существования жизни на Венере, является мерой человеческой изобретательности и любопытства. Они давно установили, что поверхность Венеры абсолютно враждебна для жизни. Но разве ученые не нашли биомаркер в облаках планеты? Могла ли там существовать жизнь, никогда не касаясь знойной поверхности планеты?
Кажется, это зависит от того, кого вы спрашиваете.
Начнем с фосфина.
Фосфин является биомаркером, и в 2020 году исследователи сообщили об обнаружении фосфина в атмосфере Венеры. Фосфина быть не должно, потому что фосфор должен окисляться в атмосфере планеты. Согласно статье, ни один абиотический источник не может объяснить обнаруженное количество, составляющее около 20 частей на миллиард.
Впоследствии обнаружение было оспорено. Когда другие пытались его найти, они не смогли. Кроме того, авторы оригинальной статьи сообщили всем об ошибке в обработке данных, которая могла повлиять на выводы. Эти авторы еще раз рассмотрели проблему и в основном остались при своем первоначальном обнаружении.
На данный момент проблема фосфина кажется нерешенной. Но если он присутствует в атмосфере Венеры и имеет биологическую природу, откуда он мог взяться? О поверхности Венеры не может быть и речи.
Таким образом, заполненная облаками атмосфера Венеры остается единственным местом обитания жизни. Хотя на первый взгляд эта идея может показаться смешной, исследователи углубились в нее и получили некоторые интересные результаты.
В новой статье исследователи исследуют идею микроскопической жизни, которая живет и размножается в каплях воды в облаках Венеры. Название — «Необходимые условия для земной жизни, плавающей в атмосфере Венеры». Ведущий автор — Дженнифер Абреу с факультета физики и астрономии Леман-колледжа Городского университета Нью-Йорка. В настоящее время статья находится в предварительной печати.
«Давно известно, что поверхность Венеры — слишком суровая среда для жизни», — пишут авторы. «Напротив, уже давно предполагалось, что облака Венеры представляют собой благоприятную среду обитания для жизни, но регулируются таким образом, чтобы они обитали практически на фиксированной высоте». Итак, если бы жизнь существовала в облаках, она не распространилась бы повсюду. Кажется, только на определенных высотах есть все необходимое для выживания жизни.
Тип жизни, который представляют себе авторы, соответствует другим представлениям об атмосферной жизни Венеры. «Архетип живого существа сферическим изопикническим организмом, содержащим газообразный водород», — заявляют они. (Изопикнический означает постоянную плотность; остальные термины говорят сами за себя.)
Вот как, по мнению авторов, это может работать.
Венера окутана настолько толстыми облаками, что ее поверхность можно увидеть только с помощью радара. Облака распространяются по всему земному шару. Основание облаков находится на расстоянии около 47 км (29 миль) от поверхности, где температура составляет около 100 C (212 F). В экваториальных и средних широтах они простираются до высоты 74 км (46 миль), а на высоте полюсов, они простираются примерно до 65 км (40 миль).
В зависимости от размера аэрозольных частиц облака можно разделить на три слоя: верхний слой из
Высота от 56,5 до 70 км, средний слой от 50,5 до 56,5 км и нижний слой от 47,5 до 50,5 км. Мельчайшие капельки могут плавать во всех трех слоях. Но самые крупные капли, которые авторы называют каплями 3-го типа с радиусом 4 мкм, присутствуют только в среднем и нижнем слоях.
«Давно подозревалось, что облачные покровы Венеры представляют собой водную среду обитания, где микроорганизмы могут расти и процветать», — пишут авторы. Здесь есть все, что нужно жизни: «Углекислый газ, соединения серной кислоты и ультрафиолетовый (УФ) свет могут дать микробам пищу и энергию».
Из-за температуры жизнь в облаках Венеры будет ограничена определенным диапазоном высот. На высоте 50 км температура составляет от 60 до 90 градусов по Цельсию (от 140 до 194 градусов по Фаренгейту). Давление на этой высоте составляет около 1 земной атмосферы.
Есть прецедент существования жизни в облаках. Это происходит здесь, на Земле, где ученые наблюдали бактерии, пыльцу и даже водоросли на высоте до 15 км (9,3 мили). Есть даже свидетельства того, что бактерии растут в каплях в переохлажденном облаке высоко в Альпах. Предполагается, что эти организмы были подняты ветром, испарением, извержениями или даже ударами метеоритов. Но между облаками Земли и Венеры есть важное различие.
Облака Земли преходящи. Они постоянно образуются и растворяются. Но облака Венеры долговечны. Это стабильная среда по сравнению с облаками Земли. В облаках Земли аэрозольные частицы сохраняются всего несколько дней, тогда как в облаках Венеры частицы могут сохраняться в течение гораздо более длительных периодов времени.
Сложите все это, и вы получите стабильную облачную среду, в которой частицы аэрозоля могут поддерживать себя в среде, где доступны энергия и питательные вещества. Исследователи говорят, что, хотя в конечном итоге частицы аэрозоля и жизнь внутри них упадут на поверхность, у них есть время для размножения, прежде чем это произойдет.
Идея жизненного цикла микробов в венерианских облаках была развита другими исследователями в их статье 2021 года «Дымка нижней атмосферы Венеры как депо высушенной микробной жизни: предполагаемый жизненный цикл для сохранения венерианской воздушной биосферы».
Предлагаемый жизненный цикл облака Венеры состоит из пяти этапов:
- Спящие высушенные споры (черные капли) частично заселяют нижний слой дымки атмосферы.
- Восходящие потоки переносят их на обитаемый слой. Споры могли подниматься к облакам посредством гравитационных волн.
- Вскоре после достижения обитаемого слоя (среднего и нижнего облака) споры действуют как ядра конденсации облаков, и все больше и больше воды собирается в одну каплю. Как только споры окружены жидкостью с необходимыми химическими веществами, они прорастают и становятся метаболически активными.
- Метаболически активные микробы (пунктирные капли) растут и делятся внутри капель жидкости (показаны на рисунке сплошными кружками). Капли жидкости продолжают расти за счет коагуляции.
- В конце концов, капли становятся достаточно большими, чтобы оседать из атмосферы под действием гравитации; более высокие температуры и испарение капель вызывают деление клеток и спорообразование. Споры меньше микробов и устойчивы к дальнейшему осаждению вниз. Они остаются подвешенными в нижнем слое дымки (хранилище спящей микробной жизни), чтобы возобновить цикл.
В этой новой работе исследователи фокусируются на времени.
«Одно из ключевых предположений о воздушном жизненном цикле, выдвинутое Сигером и др. 2021 год — это временной масштаб, в течение которого капли будут сохраняться в обитаемом слое, чтобы обеспечить возможность репликации», — пишут авторы. «Именно это мы сейчас и займемся изучением».
В своей работе авторы использовали время генерации E. Coli в оптимальных условиях. В аэробных и богатых питательными веществами условиях кишечная палочка может размножаться за 20 минут. Таким образом, популяция кишечной палочки удвоится три раза за один час. Бактерии должны размножаться быстрее, чем они падают на поверхность, чтобы поддерживать себя. Им нужно сформировать колонию.
Исследователи подсчитали, что для поддержания существования бактерии время, необходимое для перехода из обитаемой части атмосферы в обитаемую, должно превышать половину земных суток. По мере увеличения размера капель капли начнут тонуть. «Когда размер капель приближается к 100 мкм, капли начнут опускаться в нижние слои дымки», — объясняют они. Однако их подробные расчеты показывают, что воспроизводство превышает скорость выпадения осадков.
Согласно работе команды, популяция бактерий могла бы существовать в облаках Венеры.
Очевидно, что еще есть некоторые вопросы. Насколько мы уверены в том, что питательные вещества доступны? Хватит ли энергии? Существуют ли восходящие потоки, способные переносить споры в нужный слой атмосферы?
Но главный вопрос заключается в том, как все это было запущено?
«Оптимист мог бы даже предположить, что микробная жизнь на самом деле возникла в добродушной среде обитания на поверхности, возможно, в примитивном океане, до того, как на планете возникла неконтролируемая теплица, и микробы поднялись в облака», — пишут авторы. Если это так, то эта уникальная ситуация возникла миллиарды лет назад. Есть ли другая возможность? Могла ли жизнь зародиться в облаках?
Многие научные исследования Венеры, фосфина, облаков и жизни опираются на скудные доказательства. Мало кто готов рискнуть и заявить, что Венера может поддерживать жизнь и поддерживает ее. Нам нужно больше доказательств.
Для этого нам придется дождаться таких миссий, как Миссия по поиску жизни на Венере. Это частная миссия, разрабатываемая Rocket Lab и командой Массачусетского технологического института. Кто знает, что найдут VLF и другие миссии, такие как DAVINCI и VERITAS? Более убедительные доказательства наличия фосфина? Лучшие данные об атмосферных слоях Венеры и условиях в них?
Сама жизнь?
