Какие же опасности подстерегают клетку в открытом космосе? Первая из них - пронизывающие космос излучения. Ультрафиолетовые лучи весьма эффективно повреждают нуклеиновые кислоты, которые активно поглощают свет в области спектра 250–270 нм. Главный вид УФ повреждений ДНК - образование тиминовых димеров. Жесткие гамма-лучи и элементарные частицы (протоны, мезоны, нейтроны и др.) вызывают, главным образом, разрывы как отдельных, так и обеих нитей ДНК. Естественно, эти же воздействия в той или иной степени клетка испытывает и в условиях нормального существования. Для восстановления поврежденных участков ДНК-клетка располагает разнообразными, сформированными из многих ферментов, репарационными системами (для обзора: Мосевицкая, 1978; Жестянников, 1979; Крутяков и др., 1985; Королев, 2005). Однако при попадании в космос клетки обезвоживаются и большую часть времени пребывают при близкой к абсолютному нулю температуре, т. е. никакие биохимические реакции в них идти не могут. Поэтому все повреждения за время блуждания клетки в космосе сохраняются, а значит, и накапливаются.
В реальном эксперименте споры бактерий Bacillus subtilis были экспонированы в открытом космосе в течение шести лет на спутнике и затем доставлены на Землю. В партии, ничем не защищенной от излучения, сохранили жизнеспособность 0.01 % спор. Главным повреждающим агентом было УФ излучение, испускаемое Солнцем. Однако не все так безнадежно. Проникающая способность УФ-лучей крайне мала. В партии, защищенной от УФ лучей тонкой алюминиевой пластинкой 80 % спор сохранили жизнеспособность.
Споры, обретшие чехол благодаря аккреции пылевых частиц, а тем более спрятавшиеся в расщелине метеорита, также оказываются защищенными от этого вида излучения. Однако спутник обращался на невысокой околоземной орбите, где поток космических заряженных частиц существенно ослаблен магнитным полем Земли. Во внешнем по отношению к этому полю космосе в полной мере проявляется воздействие на споры потоков заряженных частиц (протонов, ядер гелия, электронов и др.), а также жестких рентгеновских и γ-лучей. При значительно большей по сравнению с УФ лучами проникающей способности эти формы излучения вызывают в толще метеорита вторичные ливни частиц и "тормозную" радиацию (Hubner et al., 1994; Warmflash and Weiss, 2005). Только споры, находящиеся на расстоянии более 1 м от поверхности метеорита, могут считаться защищенными от действия фонового космического излучения. В этой оценке не учтены нейтральные частицы нейтроны, проникающая способность которых значительно выше. Однако их доля в фоновом космическом излучении невелика. Исключением являются окрестности сверхновых. Судя по довольно частому появлению сверхновых на земном небосводе, клетка за время пребывания в космосе может оказаться (и не раз) в интенсивном потоке нейтронов, испущенных сверхновой, которая вспыхнула на "близком" расстоянии (в пределах 15 световых лет).
Необходимо иметь в виду также внутренние повреждающие факторы. Это частицы и излучения, освобождающиеся при распаде радиоактивных элементов, присутствующих в окружающем клетку материале (пылевой чехол, метеорит-носитель), или непосредственно инкорпорированных в состав клетки (C, H, K, и др.).
Наконец, необходимо иметь в виду еще один механизм повреждения молекулярных структур - спонтанные химические процессы, которые приводят, главным образом, к разрывам химических связей в молекулах белков и нуклеиновых кислот. Этот же механизм может оказаться ответственным за образование случайных связей (сшивок) между оказавшимися в тесной близости реакционными группами. В обычных условиях, а тем более при повышенной температуре, эти процессы являются главной причиной инактивации даже высокоочищенных ферментов, понижения растворимости веществ и др. Однако при сверхнизких температурах, господствующих в космосе, вероятность (скорость) таких процессов резко падает. Это связано с тем, что для осуществления реакции перехода из одного конечного состояния в другое должен быть преодолен активационный барьер, соответствующий энергии активации (U) химической реакции (20–30 ккал/моль). Формально кинетика реакции определяется следующим уравнением:
Kp = Be (Kp - константа скорости реакции).
Kp уменьшается экспоненциально с понижением температуры. Уже при температуре 50° K химическая реакция должна быть полностью замороженной. Фактически это не так. Даже при столь низких температурах химические процессы имеют конечную скорость. Исследуя эту проблему, В.И. Гольданский и сотрудники обратили внимание на возможность туннельного перехода, т. е. осуществления химических реакций (как синтеза, так и деградации) без преодоления активационного барьера (Гольданский, 1986). Таким образом, даже в спрятавшейся в толще метеорита клетке или споре по ряду причин накапливаются повреждения, которые не могут быть своевременно устранены. Повреждаются не только генетические компоненты (ДНК), но и другие клеточные структуры, в том числе ферменты. Именно в инактивации ферментов заключена весьма существенная проблема. После попадания сильно поврежденной клетки даже в самые благоприятные условия она не смогла бы восстановить жизнеспособность, если оказались инактивированными ферменты, осуществляющие репарацию ДНК, транскрипцию (синтез РНК), трансляцию (синтез белка), энергообеспечение и ряд других необходимых для обеспечения жизнедеятельности функций. С учетом всего вышесказанного, способность клетки восстановиться после пребывания в космосе в течение миллионов лет представляется весьма маловероятной. Однако парадокс заключается в том, что большой вероятности тут и не требовалось. Единственная прорвавшаяся из космоса клетка, повреждения которой оказались "совместимы с жизнью", могла бы оплодотворить стерильную, но уже способную принять жизнь Землю. Мы рассмотрели весьма жесткую ситуацию, в которой оказываются клетки при долгом пребывании в космосе. Однако в каких-то случаях это пребывание может быть намного короче.
Исследование магнитных характеристик Марсианского метеорита ALH84001 показало, что внутренние области этого метеорита ни при вылете, ни при приземлении не подвергались нагреву выше 40 °C (Weiss et al., 2000). Доказана также возможность выхода марсианских метеоритов на траектории, по которым они попадают на Землю через несколько лет (Weiss et al., 2000; Gladman et al., 2005).
Очевидно, что пусть не частое, но возможное сочетание этих благоприятных факторов практически гарантировало доставку микроорганизмов, "спрятавшихся" в расщелинах выброшенной породы, живыми, если жизнь на Марсе действительно присутствовала.
Здесь следует заметить, что, признавая возможность заноса жизни на Землю, нельзя исключить обратное явление: распространение земной жизни в космическом пространстве. Действительно, жизнь на Земле существует уже более 3.5 млрд лет. За это время Земля многократно сталкивалась с крупными телами, и каждый раз материал, в котором содержались разнообразные микроорганизмы, оказывался в космосе. Часть этого материала не возвращалась на Землю и в качестве земных метеоритов могла оказаться на других планетах. Поэтому если будет обнаружена жизнь или следы ее существования на других планетах, в том числе на Марсе, то встанет вопрос, не явилась ли она ветвью земной жизни.
В свое время большой интерес вызвали сообщения о присутствии в являющихся ровесниками Солнечной системы углистых хондритах микрообразований, по структуре напоминающих окаменевшие клетки (Claus and Nagy, 1961; Meinschein et al., 1963; Urey, 1966; Nagy, 1975). Размеры микрообразований - 30–40 микрон, толщина стенок - около одного микрона. Интерес к этим структурам был подогрет находками весьма схожих структур в древнейших земных породах (см. Рис. 2). Исследованию подвергали тонкие полированные шлифы, где наблюдаются срезы присутствующих структур. В них хорошо различима оболочка и представлены элементы, которые можно принять за клеточные органеллы. К наиболее впечатляющим земным образцам относятся датируемые ранним палеозоем (600 млн лет) образцы, добытые Рудавской (1972) на трехкилометровой глубине в Восточной Сибири. Присутствующие в них микроструктуры идентифицированы как окаменелые акритархи рода Polyedrixium. Интрига состоит в том, что на них очень похожи микроструктуры, присутствующие в метеорите Оргей (Orgueil).
Подборка образцов на Рис. 3А-Г демонстрирует схожесть микроструктур, выявленных в углистых хондритах и в земных породах. Соответствующая гипотеза не заставила себя ждать (Timoffejev., 1963; Urey, 1966; Rossignol-Strick and Barghoorn, 1971; Nagy, 1975; Pflug, 1984). Идея ее в том, что жизнь появилась еще в период формирования Солнца из газово-пылевой туманности. В сферическом слое на определенном расстоянии от молодого Солнца присутствовали необходимые для формирования жизни условия: температура 0-100 °C, влага, несложная органика, необходимая для синтеза более сложных веществ, наконец, пылевые частицы, о возможной роли которых в формировании жизни говорилось выше. Период, в течение которого могла развиваться жизнь в допланетной Солнечной системе, нельзя назвать длительным - не более 100 млн лет. Относительно небольшой временной интервал компенсируется внушительными размерами пространства, которое могло послужить полигоном для испытания разных подходов к "конструированию" живых организмов. Оно было неизмеримо большим по сравнению с пригодным для этих целей пространством на Земле.