Не радиация и не холод: главный барьер для жизни на Марсе, который игнорирует фантастика

Мечты о терраформировании Марса — превращении его в зеленую, пригодную для жизни планету — будоражат умы со времен классиков научной фантастики. Красная планета всегда была очевидным кандидатом на роль второго дома для человечества. Но за романтическим образом колонизатора, идущего по рыжим пескам, скрываются суровые научные факты. Чтобы понять, почему мы так далеки от марсианских яблоневых садов, нужно разобрать главные барьеры для жизни и обнаружить, что самый непреодолимый из них — вовсе не тот, о котором принято говорить.

Разбирая популярные мифы: радиация, яды и холод

В общественном сознании главными врагами жизни на Марсе считаются радиация и холод. На деле же, для микроорганизмов — главных кандидатов на роль первых терраформаторов — подобные вызовы являются вполне решаемыми задачами.

Радиация. На Марсе нет озонового слоя, и поверхность прожаривается убийственными дозами ультрафиолета (УФ-C). Однако на Земле существует микроб Deinococcus radiodurans, которого впервые обнаружили в банке мясных консервов, которую пытались стерилизовать гамма-излучением.

Данный микроорганизм выдерживает дозы радиации, в тысячи раз превышающие смертельные для человека. Проблема УФ-излучения — сложная инженерная задача, но не фундаментальный биологический запрет.

Токсины. Марсианский грунт пропитан перхлоратами — токсичными солями, которые используются в ракетном топливе. Но и здесь у земной жизни есть ответ. Дрожжи Debaryomyces hansenii, обитающие в сыре, спокойно растут в 30% растворе перхлората, а некоторые бактерии и вовсе используют его как источник энергии.

Температура и давление. Средняя температура в -60°C звучит пугающе, но на экваторе она может достигать комфортных +20°C. В арктической вечной мерзлоте на Земле найден микроб Planococcus halocryophilus, способный размножаться при -15°C. Атмосфера, состоящая на 95% из углекислого газа и имеющая давление в 1% от земного, также не является препятствием для множества анаэробных бактерий.

Казалось бы, если скомбинировать гены этих «супергероев» в одном микробе, задача решена? Нет. Потому что мы подошли к главному, неочевидному барьеру.

Настоящий барьер: планета-осушитель и «активность воды»

Ключевая проблема Марса — не наличие или отсутствие воды, а ее биодоступность. Вся жидкая вода, которая может существовать на планете — не просто соленая вода, а сверхконцентрированный рассол, или рапа. Марсианский грунт, насыщенный солями, работает как гигантский промышленный осушитель. Он, словно пакет силикагеля из коробки с новой обувью, мгновенно высасывает воду из всего, с чем соприкасается.

В науке есть понятие «активность воды» (water activity) — шкала от 0 до 1, где 1 — это чистая дистиллированная вода, а 0 — полное отсутствие доступной влаги. Любой микроорганизм, чтобы жить, должен получать воду из окружающей среды, а не отдавать ее. Для этого активность воды в его клетках должна быть ниже, чем снаружи.

На Земле абсолютный рекорд выживаемости принадлежит грибку Aspergillus penicillioides, способному расти при активности воды 0.585. Продукты с активностью ниже 0.6 не портятся. Именно поэтому мед, найденный в гробнице Тутанхамона, спустя 3000 лет остался съедобным — его активность воды около 0.55, и ни один микроб не может в нем развиваться.

Научные модели, основанные на анализе состава грунта с марсоходов, показывают, что активность воды в любом марсианском рассоле — ниже 0.5.

Именно этот показатель и является фундаментальным ограничением для земных форм жизни. На Земле существуют места с такой же низкой активностью воды, например, высохшие соленые озера в пустыне Атакама. И там не растет ничего. За четыре миллиарда лет эволюция на нашей планете так и не смогла преодолеть данный барьер.

Есть ли надежда?

Наука не стоит на месте. Различные исследовательские группы работают над созданием «полиэкстремофила» — микроба, который объединит в себе гены всех земных «чемпионов по выживанию». Рассматриваются и более сложные идеи: например, микроорганизмы, способные выделять особые вещества, создавая под собой локальный «парник» с более благоприятными условиями. Вдохновение черпают и из лишайников — симбиоза гриба и водоросли, который способен выживать в открытом космосе, но даже он на Марсе смог бы лишь фотосинтезировать, но не расти.

Пока научная фантастика и популярные статьи фокусируются на радиации, холоде и тонкой атмосфере, главный вызов, отделяющий нас от терраформирования Марса, гораздо прозаичнее и фундаментальнее. Он кроется в физической химии воды. Прежде чем человек сможет свободно ступить на поверхность зеленого Марса, биотехнологиям предстоит решить задачу, которая оказалась не под силу самой эволюции на Земле. И пока этот барьер не взят, Красная планета останется враждебной пустыней, способной высушить любую, даже самую стойкую, земную жизнь за считанные мгновения.