Почему вода так важна для поиска внеземной жизни?

Вода. На Земле ее находят повсюду, от полярных ледяных шапок до паровых гейзеров. А там, где находят воду, находят и жизнь, почти без исключений. «Когда мы находим воду здесь, на Земле — будь это покрытые льдом озера, глубоководные гидротермальные источники, засушливые пустыни — если есть хоть какая-нибудь вода, мы находим и микробов, которые умудряются в ней жить», — говорит Брайан Глейзер, океанограф из Гавайского университета в Маноа, изучающий астробиологию.

Поэтому девиз NASA в охоте на внеземную жизнь был «следуй за водой».

На днях ученые NASA объявили о находке на Марсе: темные потоки, которые ученые видели в течение летних месяцев на Марсе больше десяти лет, оказались свидетельством текущей воды. В то время как соленые потоки могут быть слишком перенасыщенными хлористыми солями, чтобы поддерживать жизнь, они повышают вероятность наличия жизни на Марсе в текущий момент.

Но почему именно вода является настолько важной молекулой для жизни? Могут ли существовать другие ингредиенты, которые обеспечивают идеальный рецепт для жизни на других планетах?

Оказывается, несколько химических свойств воды делают ее незаменимой для живых существ. Вода не только растворяет почти все, но и является одним из немногих материалов, который может пребывать в твердом, жидком и газообразном состоянии в относительно узком диапазоне температур.

Текущая жизнь

Практически вся жизнь на Земле использует мембрану, которая отделяет организм от окружающей среды. Чтобы оставаться в живых, организм берет важные материалы для выработки энергии, отсеивая токсичные вещества вроде отходов. В связи с этим, вода необходима, поскольку она остается жидкой при земных температурах. Поскольку она течет, это обеспечивает эффективный способ передачи веществ из клетки в окружающую среду клетки. Выделять энергию из твердого вещества куда сложнее (хотя есть микробы, которые едят камень), говорит Глейзер.

Другая часть уравнения — помимо того что вода может выносить вещества в клетку и из нее — связана с уникальной химической конфигурацией. Скромная молекула воды состоит из двух атомов водорода, связанных с атомом кислорода.

«То, как они соединены, делает воду замечательным универсальным растворителем», что позволяет ей растворять практически любое вещество, говорит Глейзер.

В первую очередь это благодаря тому, что у молекулы есть полярность, атомы водорода кучкуются на одной стороне молекулы, образуя положительный регион, а кислород на другом конце образует отрицательный заряд. Положительный водородный конец притягивает отрицательные ионы (или атомы с лишним электроном во внешней оболочке), тогда как отрицательный конец притягивает положительные ионы (которые лишены одного из своих электронов).

Удивительные свойства растворения воды делают ее идеальным средством для передачи веществ, вроде фосфатов или ионов кальция, в клетку и из нее.

Фазы воды

Еще одна особенность воды заключается в том, что она может быть твердой, жидкой и газообразной в пределах диапазона температур, которые наблюдаются на Земле. Другие молекулы, которые были определены в качестве хороших кандидатов для поддержания жизни, как правило, остаются жидкими при температурах или давлении, которые будут негостеприимными для самых известных форм жизни.

«Вода на самом деле является сладким местом», — говорит Глейзер.

Тот факт, что вода может быть во всех трех фазах в относительно узком диапазоне давлений, создает много возможностей для процветания жизни, добавляет он.

«Все три состояния воды, доступные на нашей планете, создают приятное разнообразие сред обитания и микроклимата», — говорит Глейзер. К примеру, замороженный лед можно обнаружить в горных ледниках, тогда как водяной пар помогает согревать атмосферу.

Водяная колыбель жизни

Вода может быть больше чем жидкостью, облегчающей протекание жизненных процессов — она может быть защитной колыбелью, которая принесла строительные кирпичики жизни на Землю, говорит Ральф Кайзер, физик и химик Гавайского университета, изучающий астрохимию.

Согласно одной из теорий возникновения жизни на Земле, теории панспермии, ледяные кометы врезались в Землю, неся крошечные органические молекулы, которые стали основой для жизни. Но путешествие через космос — суровое испытание, в первую очередь из-за мощных уровней радиации, которые могут разрушить нежные органические молекулы.

Впрочем, вода в своей твердой форме может обеспечить защиту молекул от радиации. «Возможно, из-за того, что строительные кирпичики были заморожены в воде, она стала их защитной мантией».

В поисках субститутов

Конечно, хотя вода важна для жизни на нашей собственной планете, могут существовать формы жизни, которые живут не по правилам землян.

Ученые также ищут другие жидкости, которые могли бы сыграть аналогичную роль в качестве универсального растворителя и транспортной среды. Среди главных претендентов — аммиак и метан, говорит Крис Маккей, астробиолог из Научно-исследовательского центра Эймса при NASA в Моффет-Филд, Калифорния. Аммиак, как и вода, — это полярная молекула, относительно распространенная во Вселенной, но ученые пока не нашли крупные тела с аммиаком в Солнечной системе.

Метан не полярен, но может растворять многие другие вещества. Впрочем, в отличие от воды, метан становится жидким только при очень холодных температурах — при минус 182 градусах по Цельсию.

«Мы знаем, что на Титане есть большие озера из жидкого метана и этана», это один из спутников Сатурна, говорит Маккей. «Таким образом, весьма интересен вопрос, может ли жизнь использовать жидкий метан или этан».

Источник