С этого момента мы оставим количественные соображения, какими бы приблизительными они ни были, и предоставим своему воображению несколько большую свободу. Мы примем без доказательств, что на некой далекой планете приблизительно четыре миллиарда лет назад или около того развился вид высших существ, которые, как и мы, открыли науку и технику, развив их намного дальше того уровня, которого достигли мы, поскольку они имели массу времени и крайне маловероятно, что их общество остановилось как раз на той же ступени развития, на которой находимся сейчас мы. Нам нелегко угадать, насколько именно они продвинулись дальше нас, хотя некоторые из их наук могут быть не похожи на наши. Наше знание многих областей физики и химии сейчас настолько полное и находится на столь прочных основаниях, что их основные особенности, возможно, уже известны нам. Вряд ли это справедливо для всех разделов этих наук. Например, физика высоких энергий, вероятно, все еще держит про запас много сюрпризов. Мы можем рассчитывать на новые методы в физической химии, которые сделают наше знание химической структуры и химических реакций более точным. Даже если уже не осталось еще не открытых радикально новых принципов (а это довольно маловероятно), то многим поколениям ученых еще предстоит провести исследования, открывающие во всех подробностях, как взаимодействуют атомы и молекулы во многих различных смесях и при многих режимах давления и температуры.

Если мы обратимся к астрономии, астрофизике и космологии, то поймем, что в этих областях предстоит открыть еще больше. Мы уже касались некоторых из этих проблем, например, у какого количества звезд есть планеты; кроме того, здесь остаются без ответа еще более важные вопросы, такие как является ли Вселенная открытой или закрытой (то есть обладает ли она достаточной массой, с тем чтобы, в конечном итоге, начать сжиматься, вместо того, чтобы продолжать постоянно расширяться). Наши знания биологии еще более примитивны: например, у нас все еще достаточно поверхностные представления о характере эмбриологии, и, как мы видели, ход и механизм эволюции все еще поняты лишь в общих чертах, а о возникновении жизни известно еще меньше.

Мы можем быть уверены, что если наша собственная цивилизация продолжит существовать хотя бы в течение еще одной тысячи лет, то мы ответим на многие из этих трудных вопросов. Даже если к тому времени будут установлены все фундаментальные принципы всех наук, все же сделать предстоит еще многое. В течение следующих десяти тысяч лет мы можем рассчитывать, что вычислим достаточно обстоятельно многие сложные системы. Прежде всего, мы, вероятно, увидим расцвет инженерных программ, применяющих уже известные к тому времени фундаментальные знания к системам постоянно увеличивающейся мощности, тонкости и сложности. При условии, что человечество не взлетит на воздух или полностью не погубит окружающую среду и среди него не станут преобладать яростные фанатики, противники науки, мы можем рассчитывать увидеть значительные усилия по улучшению природы самого человека. Какие формы они могут принять, насколько успешными они окажутся и сколько времени понадобится, чтобы коренным образом изменить природу человека, мы едва ли можем предполагать, когда всматриваемся сквозь туман неопределенности, окутывающий далекое будущее.

По аналогии мы можем предположить, что эти более древние технократы, вероятно, знали намного больше нас, особенно в области астрономии и биологии, и сконструировали технику, намного превосходящую нашу. Какой могла представляться им их Вселенная?

Было бы удивительно, если бы они не постигали секреты своей собственной природы (до постижения которых нам еще очень далеко), механизмы своей эволюции и глубоких воздействий своего непосредственного физического окружения. Тогда как мы можем только догадываться, у каких звезд могут быть планеты, они, вероятно, это знали, хотя трудно оценить, как много им было известно о конкретных условиях других миров. Если они обладали высокими технологиями и имели достаточно времени, мы можем предположить, что они послали автоматические научно-исследовательские станции, по крайней мере, к нескольким ближайшим звездам и по прошествии нескольких сотен лет, получили ответные послания, сообщающие им кое-что об условиях там. Даже для этого понадобилась бы техника намного более развитая, чем наша.

Предположим, они обнаружили, что в галактике существует много подходящих для жизни мест, где есть и суша, и океаны, а также неизменное снабжение энергией со стороны родительской звезды, подходящая атмосфера, и, следовательно, очень большие массы разбавленного бульона на поверхности. Что мы не можем столь легко предположить, так это то, смогли ли они обнаружить, в каком количестве мест имелась некоторая примитивная форма жизни. Быть может, они установили, что жизнь это действительно очень редкое событие. Даже если верно обратное, возможно, они могли прийти к ложному выводу, что они, на самом деле, единственны в своем роде и в их галактике не существует других форм жизни. Мы можем представить, не слишком насилуя свое воображение, что, когда они внимательно изучили свой небольшой уголок Вселенной, протянувшийся на несколько десятков тысяч световых лет во многих направлениях, они смогли прийти к выводу, что, несмотря на то, что бульоны были обычным явлением, жизнь встречается чрезвычайно редко; что во многих местах существует возможность для зарождения жизни, но ни в одном из них не был сделан важный первый шаг — спонтанное появление химического механизма, необходимого для естественного отбора. И таким образом, мы должны задать вопрос, если Вселенная им представлялась действительно такой, то что они могли предпринять?

Для того чтобы точнее обрисовать их затруднительное положение, необходимо назвать еще один фактор. Они, вероятно, знали, что, в конце концов (и, возможно, по прошествии очень длительного периода времени), их собственная цивилизация обречена. Конечно, можно предположить, что у них были основания считать, что они не смогут выжить даже уже в ближайшее время. Может быть, они обнаружили, что соседняя звезда легла на встречно-пересекающуюся орбиту с их звездой, — весьма маловероятное событие в большей части галактики, но весьма вероятное вблизи галактического центра. Может быть, у них были основания предполагать, что их общественная система окажется неустойчивой неограниченное время, каковой, несомненно, может быть и наша. Они, вероятно, знали, что, в конце концов (имея в виду миллиарды лет), когда ядерное топливо начнет истощаться, их звезда может превратиться в красного гиганта и при этом поглотит их планету и разогреет ее, не оставив им никакой надежды на спасение. Без сомнения, они планировали заселить соседние планеты, но, может быть, это оказалось крайне трудно выполнимо в техническом плане, особенно если им не повезло и ближайшая подходящая планета оказалась на расстоянии многих десятков световых лет. Даже если они сделали такую попытку, то они, должно быть, осознавали, что их шансы на успех невелики и что они должны составить возможные планы действий на случай повторения неудач подобного рода. Какими бы ни были их мотивы, мы можем полагать, что они тщательно изучили другие альтернативы.

Какие другие варианты открывались перед ними? Самый легкий — послать автоматические научно-исследовательские станции, но, несмотря на мнение авторов научно-фантастических книг, их нелегко создавать и восстанавливать. Существовала не только грандиозная задача постройки машины, материалы для которой удобно было бы добывать, но еще и проблема создания таких машин, которые работали бы надежно, не получая значительной помощи со стороны родной базы, особенно после долгого путешествия в космосе и неудачной посадки на далекой планете. Там, вероятно, должны были присутствовать сложные механизмы для автономного ремонта, и они также обязаны были обладать высокой степенью надежности. Единственное благоприятное обстоятельство, вероятно, заключалось в том, что почти наверняка отсутствовало серьезное соперничество. Судя по всему, там не было ни моли, чтобы все портить, ни воров, чтобы разрушать и красть. Нужно было справиться лишь с медленным разрушением под действием ржавчины и другими видами химических и механических разрушений.

Оставалась очевидная возможность послать какие-нибудь другие живые существа со своей планеты. Несмотря на то, что они находились на более низкой ступени эволюции, должно быть, у посылавших их все же была надежда, что они смогут выжить и размножиться, а если повезет, то, в конечном итоге, развиться в высшую форму жизни. Если слишком затруднительно послать в это ужасное путешествие существ, подобных человеку, почему не попытаться послать мышей?

К сожалению, выгоды от использования мышей довольно незначительны. Мышь занимает меньше места, чем человек, но у нее нет ничего похожего на такой же механизм управления окружающей средой. Ее сохранение, как гнездовой колонии в течение сотен лет в космическом корабле, представляет очень значительные трудности, даже если допустить замысловатые формы повторных циклов. Среда, в которой они, вероятно, окажутся по прибытии, почти несомненно окажется постоянно враждебной. В частности, можно предполагать, что они будут испытывать недостаток кислорода, что, в конечном итоге, является почти роковым препятствием. Очевидно, что нам необходим организм, который можно послать в достаточно больших количествах, который может довольно хорошо перенести долгое путешествие в космосе и у которого будет какой-то шанс на выживание как при самой высадке на поверхность планеты, так и в окружающих условиях, в которых он там окажется. Поставив таким образом проблему, мы видим, что микроорганизмы, похожие на наши бактерии, были ли бы хорошим выбором в качестве колонистов, посылаемых для зарождения жизни на далекой планете.

На что похожи бактерии? Основное деление биологического царства заключается не в различии между животными и растениями, как мы, может быть, склонны считать. Это также не деление на организмы лишь с одной клеткой и организмы со многими клетками, подобные нашему. Самое важное различие между организмами заключается в том, что есть организмы, клетки которых имеют ядро, как наши, они называются эукариоты, и есть более простые организмы, у которых отсутствует такое ядро, они известны под названием прокариоты. Термин «высшие организмы», часто используемый биологами, может ввести в серьезное заблуждение. Несомненно, мы являемся высшими организмами и поэтому, говоря в общих чертах, видом животных, которых вы видите в зоопарке. Но перед биологом дрожжевую клетку, например, такую, которая вызывает брожение пива или вина или используется для хлебной закваски, можно охарактеризовать как высший организм. По этой терминологии, под «низшими организмами» имеются в виду прокаритоты. Термин охватывает все бактерии, которые существуют в огромном множестве различных видов, и то, что обычно называют сине-зелеными водорослями. Остальные виды водорослей являются эукариотами, например, амебы, ресничные и многие другие одноклеточные существа.

Деление биологического мира на эти две широкие категории очень важно, потому что оно является одновременно и четким, и глубоким. Оно затрагивает не просто проблему клеточного ядра, а включает в себя многие особенности внутренней архитектуры клетки. Их нельзя было эффективно изучать без использования современного оборудования, такого как электронный микроскоп, который позволяет нам делать видимыми составные элементы клетки в таких мельчайших деталях, которые никогда не были возможны прежде. По этой причине классификация на эукариот и прокариот появилась сравнительно недавно, она относится примерно к 1960 году.

В чем заключается разница между ними? Если говорить в самых общих чертах, эукариоты имеют высокоразвитые хромосомы, которые после репликации делятся в ходе процесса, известного как митоз, который требует особого митотического аппарата. «Хромосомы» прокариот намного проще, и у них отсутствуют молекулы для создания митотического веретена. Эукариоты имеют в своей цитоплазме множество особых компонентов, включая сложные мембранные системы (которые обычно отсутствуют у прокариот) и особые маленькие органеллы, такие как митохондрии. У них есть своя собственная ДНК и свой собственный аппарат для синтеза белка, и широко распространена точка зрения, что они произошли от не паразитирующего прокариота, который проник в клетку и, в конечном итоге, выродился настолько, что мог существовать только в симбиозе с клеткой-хозяином. Митохондрию обычно называют «электростанцией клетки», поскольку она включает молекулярный аппарат для эффективного сжигания пищи с использованием молекулярного кислорода. Каждая из наших собственных клеток насчитывает сотни, если не тысячи, таких митохондрий.

Возможно, что более существенное различие между эукариотами и прокариотами касается способа проникновения веществ в клетку и выхода из нее. У эукариот есть специальные механизмы для поглощения крупных частиц (процесс называется фагоцитоз) и специальные внутренние структуры для их переваривания. У прокариот такие молекулярные механизмы полностью отсутствуют. Через их мембраны могут проникать лишь объекты величиной с молекулу.

У нас нет необходимости вдаваться во все детали. В общих чертах, прокариоты проще, у них отсутствуют специальные молекулы, которые позволяют более совершенным эукариотам осуществлять сложные процессы. Эти процессы позволяют эукариотам нести намного больше генетической информации (разрешая иметь набор хромосом вместо лишь одного отрезка ДНК), жить в других организмах и перемещать молекулы повсюду внутри самих себя с определенной целью. Если есть одно свойство, которое ставит эукариот выше прокариот, так это молекулярный аппарат для генерации и управления движением внутри клетки. Именно он привел к образованию мышц, весьма важных для животных, и допускает сложный танец хромосом, который мы наблюдаем в виде митоза.

Тогда почему, если бактерии находятся в таком невыгодном положении, нам следует их рассматривать в качестве возможных пассажиров нашей ракеты? Ключ к ответу заключается в одном слове: кислород. Вполне вероятно, что в пребиотическом мире в атмосфере было мало кислорода. Следовательно, мы должны исследовать организмы, которые существуют сегодня на Земле, чтобы понять, каковы их потребности в кислороде.

Большое преимущество кислорода заключается в том, что он позволяет клетке получить намного больше энергии при метаболическом усвоении своей пищи. Этот процесс обычно называется респирацией. Немногие бактерии могут использовать определенные неорганические соединения, такие как углекислые соли, нитраты или сульфаты, вместо кислорода, но это именно те соединения, которые вряд ли можно было найти в каком-либо количестве на первозданной Земле вследствие нехватки кислорода в атмосфере. В отсутствии неорганического акцептора электронов, как называются такие соединения, клетка должна пользоваться намного менее эффективным способом, называемым ферментацией. Значение ферментации заключается в том, что она может развиваться при полном отсутствии кислорода, но она создает значительно меньше молекул АТФ (аденозинтрифосфата), энергетической валюты клетки, чем респирация.

Молекулярный кислород мощное, но опасное соединение. Потенциально, он является высокотоксичным веществом для клетки, потому что клеточные процессы могут создавать несколько его смертельных производных, таких как перекись водорода (H2O2) или даже еще более опасное соединение — свободно радикальный супероксид (O2-). Многие клетки имеют особые ферменты, которые поглощают эти угрожающие жизни соединения. У некоторых видов бактерий отсутствуют такие ферменты. Для них кислород — яд, и они могут жить только в тех местах, где его нет, таких как глубокая грязь, но на первозданной Земле они не оказались бы в особо невыгодном положении.

Кислород, который, как следует напомнить, создается сегодня как побочный продукт фотосинтеза, настолько полезен для большинства организмов, что они могут жить без него не больше, чем мы с вами. Именно по этой причине нам не нужно рассматривать большинство более развитых клеток в качестве кандидатов на заселение космоса. Это требование исключает всех претендентов, за исключением некоторых бактерий и немногих простейших, таких как дрожжи. Некоторые из них могут использовать кислород, если он доступен, и снова примером являются дрожжи, тогда как другие совсем не могут пользоваться кислородом. Некоторые анаэробы могут выдерживать кислород, но других он убивает.

После этого вступления давайте посмотрим, что представляют из себя бактерии. Существует такое множество различных видов бактерий, что любое краткое описание обязательно должно быть довольно поверхностным. Обычно они довольно малы, что может быть не слишком удивительно, поскольку они имеют одну из самых небольших величин ДНК, не превышающую миллион пар оснований. Типичный размер, хотя существует большой разброс размеров, обычно составляет около одного или нескольких микрон (микрон — это одна тысячная миллиметра), поэтому обычно они немного больше, чем длины волн видимого света, диапазон которых около половины микрона. По этой причине, хотя их и можно увидеть в мощный оптический микроскоп, так что можно наблюдать их приблизительный размер и форму (сферическую, палочковидную или соединенные в длинные цепочки), для того, чтобы проникнуть в их тайны, нужны другие методы. К счастью, некоторые бактерии оказались идеальными для современных биохимических методов, поэтому на них выполнено огромное количество исследований, особенно в последние тридцать-сорок лет. Они выявили, что бактерии являются действительно удивительными существами.

Можно подумать, что поскольку они такие маленькие, то им будет недоставать химической универсальности, но дело обстоит далеко не так. Многие из них могут жить в очень простой химической среде, содержащей всего лишь один источник углерода, один источник азота (такой как аммиак NH4+) и некое соединение, обычно, но не всегда, органическое, которое они могут использовать для получения энергии. Многим из них не нужна большая часть витаминов, поскольку они могут скорее синтезировать их для себя сами, чем получать их с пищей, как это делаем мы. Не нужны им также «незаменимые» аминокислоты, которые мы получаем путем расщепления белка в нашей пище, поскольку они также могут их для себя вырабатывать. Многие из них подвижны. Они могут передвигаться с помощью своих достаточно простых жгутиков и могут обнаруживать скопление молекул пищи, и с помощью простых приемов они могут плыть в этом общем направлении. Аналогичным образом они могут избегать определенных токсичных веществ. В благоприятных условиях они могут расти и очень быстро делиться. В густом отваре с множеством кислорода они могут разделиться надвое всего лишь за двадцать минут. В менее благоприятных условиях удвоение их числа может занять полдня, но даже с такой скоростью они располагают возможностью быстро увеличить свое количество при условии, что сохраняется запас питания. У них есть эффективные механизмы управления своим метаболическим аппаратом, поэтому ферменты, которые временно не нужны (из-за богатого запаса пищи), отключаются и больше не вырабатываются до тех пор, пока клетка вновь не почувствует в них необходимости. Метаболически они, по-видимому, настроены на быстрый рост, поскольку во многих обстоятельствах выигрывают именно самые быстрые клетки, и с помощью естественного отбора производят последующие поколения. Их половая активность очень незначительна. Большую часть времени одна клетка просто делится на две дочерние клетки, не прибегая к какому-либо половому процессу, но время от времени, с помощью специального механизма, две бактерии могут спариваться, при этом одна («мужская») передает некоторое количество своей ДНК другой («женской»). Процесс может быть относительно медленным, акт передачи занимать до двух часов или несколько обычных жизненных циклов.

Благодаря тому, что половое размножение не существенно, колония бактерий может вырасти лишь из одной особи. Более того, поскольку у них нет необходимости искать себе партнера для размножения, они могут расти очень далеко друг от друга.

У бактерий обычно очень жесткие стенки клетки за пределами нежной плазматической оболочки, что образует на молекулярном уровне эффективный барьер между внутренней и внешней сторонами клетки. Эта стенка защищает плазматическую оболочку от разрушения и особенно от осмотического разбухания, которое, в противном случае, возникнет, если клетка окажется в слишком водянистом растворе. Таким образом, многие бактерии не слишком боятся концентрации солей и органических соединений в окружающей их среде. Еще одно преимущество заключается в том, что они обычно могут подвергаться «лиофилизации», процессу, в ходе которого бактерии сначала охлаждаются, а затем из них извлекается вода таким образом, чтобы нанести минимальный ущерб клеточным структурам.

На Земле существует множество различных видов бактерий, и они живут в самых разных условиях: от горячих источников до бесплодных пустынь. Некоторые из них развились настолько, что могут процветать в условиях интенсивной радиации, существующих в ядерных реакторах. Другие могут утилизировать необычные соединения, такие как сернистый водород (H2S), ионы железа или метан, хотя для этого им обычно требуется кислород. Если они также способны осуществлять фотосинтез, то они, вероятно, могут обойтись без кислорода. Другие бактерии являются исключительно анаэробными и могут использовать водород, образовывая в процессе этого метан. Другие могут «связать» азот, то есть они могут получить свой запас азота из очень инертной молекулы N2 в атмосфере. Тем не менее, другие могут осуществлять различные виды фотосинтеза, получая свою энергию от солнечного света. Обсуждение всех возможностей привело бы нас к слишком многим техническим сторонам дела.

Существует одна группа микроорганизмов, которым следует уделить здесь больше внимания. Это сине-зеленые водоросли или сине-зеленые бактерии, как их сейчас называют, и интересны они хотя бы потому, что древнейшие известные ископаемые микроорганизмы, по-видимому, принадлежат к этому типу. Группа, в целом, весьма разнообразна, хотя ее члены имеют несколько общих характеристик. Все они могут получать энергию от света. Некоторые из них также могут расти в темноте, хотя довольно медленно, и использовать только довольно ограниченный набор соединений углерода для этой цели. Довольно поразительно, но многие из них могут также связывать азот. Если это так, то для жизни им нужно очень немного, поскольку они могут расти в среде, где есть только несколько солей, используя свет для получения углерода из CO2 и азота из N2. Такие организмы обычно состоят из цепочек клеток, соединенных в непрерывную веревочку, связывание азота обычно осуществляется особыми пограничными клетками (они называются гетероцистами), которые специализируются на этой функции и которые никогда снова не делятся.

Не удивительно, что сине-зеленые водоросли живут в самых разнообразных местах обитания, при этом они найдены не только в море, но и в свежей воде и в почве. Некоторые расцветают в горячих источниках, другие — в пустынях, где они населяют расщелины в горных породах.

После этого поверхностного описания мира бактерий перечислим некоторые преимущества, которые эти малые существа могут иметь для космического путешествия. Как мы видели, многие из них довольно малы. Достаточно типичная бактерия, такая как Escherichia coli, имеет всего около одного микрона в ширину и два микрона в длину. Таким образом, миллиард таких бактерий можно упаковать в объем несколько кубических сантиметров. Их можно заморозить живыми, и большая их часть выживет, когда они, в конечном итоге, разморозятся. В этом замороженном состоянии они могут сохраняться почти неограниченно без каких-либо серьезных потерь. При очень низкой температуре, такой как в космосе, многие из них вполне могут оставаться в живых более десяти тысяч лет. Они, вероятно, почти защищены от воздействия столкновений и других подобных опасностей. Лучше всего было бы, если бы они упали в пребиотический океан, где они, вероятно, преуспели бы, особенно потому, что многие виды могут выживать с небольшим количеством кислорода или вообще без него. Действительно, некоторые бактерии могут расти в такой простой среде, что почти любой пребиотический бульон позволит им выжить и размножаться довольно эффективно, при условии, что он не окажется слишком прохладным. Более того, им нет необходимости держаться вместе. Одна бактерия может при благоприятных обстоятельствах инфицировать целый океан.

Возможно, бактерии крайне просты по сравнению с организмами, подобными нашему, но как саморазмножающиеся химические фабрики они не только компактны и крепки, но химически очень универсальны. Насколько мне известно, никто, что довольно удивительно, специально не пытался вырастить бактерии в искусственном «бульоне», созданном в ходе эксперимента типа Урея-Миллера (большинство экспериментаторов доходят до больших длин, чтобы исключить микроорганизмы из своих инкубационных фляг), но ученые обычно рассчитывают, что там существует много видов бактерий, даже в отсутствие атмосферного кислорода.

В таком случае, по всем этим причинам, микроорганизмы, и особенно те, которые могут жить без кислорода, являются вполне очевидными кандидатами для отправки на другую планету, при условии, что цель скорее состоит в зарождении там жизни, чем в доставке туда полностью сформировавшегося высшего организма, у которого есть некоторый шанс на выживание. Вот почему мы с Лесли Оргелом предложили их в качестве самого вероятного груза для непилотируемого космического корабля, когда постулировали свою гипотезу о направленной панспермии.