Тревожное одиночество космоса
Александр СЕВЕР – Тревожное одиночество космоса
Позвольте представить Вашему вниманию инструментальную композицию из альбома «Хроники иных миров»
Исследователи космоса
19 076 постов
•
48 809 подписчиков
0 просмотренных постов скрыто
Ответ на пост «Красивые кадры пуска "Ангары А5" с Плесецка»1
Ещё фотографии от Министерства обороны и оригиналы в большем разрешении:
Показать полностью
9
Чайка
Новая композиция, премьера которой состоялась на прошедшем концерте 14 июня 2025 года. Москва, ВДНХ
Чайка
Это позывной Валентины Владимировны Терешковой
Концерт был приурочен к дате полета первой женщины-космонавта. И я решил написать вот такое музыкальное посвящение.
Сейчас подвиг Валентины Терешковой не воспринимается, как нечто из ряда вон. Во многом это из-за того, что профессия "космонавт" за последние десятилетия стала обыденной, а работа, которую выполняют самые отважные люди Земли, сильно рутинизировалась — это уже не называется подвигом. К тому же, например Гагарин погиб — не во время полета, но в процессе подготовки к следующему, а Валентина Терешкова жива-здорова (и слава Богу). А в нашей ментальности как-то укоренилось убеждение, что истинный герой должен умереть. А пока ты жив, у тебя есть много шансов внезапно перечеркнуть собственные достижения и обесценить, обнулить некогда совершенный подвиг. И тут к первой женщине-космонавту может возникнуть много вопросов. Но я их задавать не буду.
Практически сразу после полета Гагарина и ответных полётов американских астронавтов в идеологической среде обеих космических держав возникали идеи и предложения — чтобы такого опять сделать космического, чего еще никто не делал?
Животных запускали. Человека запускали... постойте — тот человек был мужчина. Почему бы теперь ни запустить женщину, и доказать всему Миру... — нет, вы серьезно? — женщину в космос?!
Подобные проекты возникли синхронно и в СССР и в США, но американцы не решились форсировать воплощение, понимая, что погубить мужика при неудаче неприятно, конечно, но не катастрофично. Но угробить женщину — это будет идеологический провал высшего порядка, тем более, что вероятность того, что женщина в экстремальной ситуации не справится с ручным управлением, во много раз выше.
Сергей Павлович Королёв тоже был категорически против подобных политических шоу, но Никита Сергеевич Хрущев идею поддержал, и настоял на скорейшей её реализации. Из примерно сотни кандидаток было отобрано 5 женщин, среди которых лучшей оказалась Валентина Пономарёва — по всем показателям, включая физподготовку, навыки парашютирования и качество выполнения всех заданий... но кроме способности к социальной коммуникации, какая потребовалась бы в случае успешности миссии с последующим гастролированием по колхозам и совхозам, несчетным встречам с трудящимися страны и иностранными журналистами. В этой категории лучшей оказалась Валентина Терешкова (по всем остальным показателям она была в конце рейтинга). К тому же Валентина Терешкова была не замужем, детей не имела. Это было вторым её неоспоримым преимуществом перед Валентиной Пономарёвой, которая в итоге оказалась дублёром Терешковой.
Предполётная подготовка заняла менее года — к миссии готовились очень спешно, и можно сказать, что едва ли достаточная. Но политический запрос был огромен — первоначально даже хотели запустить два женских экипажа — одновременно. Последнее оказалось невыполнимым, хотя в середине июня 1963 года действительно стартовали два корабля Восток. Восток 5 с Валерием Быковским, и Восток 6 с Валентиной Терешковой. Разница между стартами составила 2 суток, но Быковский пробыл на орбите как раз на эти 2 суток дольше. И трое суток корабли летали буквально синхронно.
Сейчас, когда вспоминают о полёте Валентины Терешковой, то в первую очередь говорят, что она очень хорошо отработала на старте. Но дальше ситуация сильно испортилась — в первую очередь по части самочувствия женщины-космонавта. Она оказалась не готова к столь длительному пребыванию в невесомости в крайне ограниченном объеме корабля. Восток — самый первый в истории космический корабль — был весьма тесен. В нем невозможно было как-то перемещаться паря в невесомости, как это сейчас делают космонавты на МКС. К тому же пилот Востока был постоянно пристегнут к креслу катапульты, и даже согнуться в пояснице космонавт не мог. В таком зафиксированном положении Валентина Терешкова провела трое суток. По каким-то причинам у неё сильно разболелась нога — острая режущая боль, источник которой не ясен до сих пор. Были сильное головокружение и дезориентация, приступы тошноты и рвота прямо в салон корабля — выполнять полёт во всем этом было наверное не так романтично, как это представляют многие. А ведь требовалось не просто отсидеться в корабле, а еще и проводить разного рода научные эксперименты, большую часть которых Терешкова провалила.
Поскольку полет имел значительную идеологическую нагрузку, с участием первой женщины-космонавта регулярно проводились разного рода новостные репортажи, интервью — ей фактически не давали спать. Уснуть в её состоянии и без того было большой проблемой, но когда — из-за сильного утомления — она все же провалилась в сон, её внезапно разбудили для очередной прямой линии с каким-то отдаленным регионом.
Когда пришло время возвращаться на Землю, оказалось, что Валентина Терешкова не может сориентировать корабль. Выполняя команды в строгом соответствии с правилами, она приводила корабль в такое положение, при котором тормозной импульс оказывается ускоряющим, и корабль рисковал не спуститься к Земле, а — напротив — улететь подальше в космос. Истиной причины этой ситуации до сих пор не раскрыто, но сама Валентина Терешкова утверждает, что корабль был собран с неправильной полярностью электропитания агрегатов, управляющих ориентацией, из-за чего некоторые действия приводили к полностью противоположному результату. Такое объяснение можно было бы назвать не слишком удачным оправданием, если бы этот же эффект не повторялся потом в разных других космических миссиях — пилотируемых и автоматических. И что уж говорить — сборка, как автомобилей, так и космических кораблей, была всегда в советской индустрии самым слабым местом.
Тем не менее Валентина Терешкова все же смогла корректно произвести тормозной импульс и благополучно приземлиться в Алтайском крае... ну, как благополучно... осталась жива, но разбила лицо при посадке (все ж таки парашютная подготовка в ту эпоху для космонавтов была критична, а у Валентины Терешковой это было одно из слабых мест). На фоне того, что в ЦУПе уже присутствовали панические настроения, и живой первую женщину-космонавта на Земле не сильно надеялись встретить, легкая травма при парашютировании не расценивалась как неприятность.
Ну, а дальше началось все то, ради чего и запускали женщину в космос: поездки, встречи, выступления, интервью... Весь Мир, как заровоженный слушал, что говорит первая женщина Земли, побывавшая на космической орбите. Это событие повлияло на успех разного рода феминистических движений по всему Миру, помогло женщинам стать ровнее в правах, а в какой-то их части даже доминировать над мужчинами (что, наверняка, рано или поздно случилось бы и без столь трудного для женщины испытания).
Однако, следующий полет женщины в космос случился очень не скоро. Вторая женщина-космонавт — Светлана Савицкая — полетела почти два десятилетия спустя — в 1982 году. А первая американская женщина астронавт — Салли Райд — отправилась в космос еще годом позже — в 1983 (хотя, потом — за счет вместимости шаттлов — американцы обогнали СССР и Россию по количеству женщин, летавших в космос, в 10 раз). И, конечно, больше никогда женщины не летали в космос в одиночестве.
Интересно, что первоначально для Валентины Терешковой был предложен другой позывной, но он неудобно выбивался морзянкой, и тогда Гагарин предложил слово "Чайка". Я до недавнего времени не знал, что для космонавтов азбука Морзе была актуальна. Но, когда сочинял произведение, подумал, что неплохо было бы пропустить в аранжировке позывной "Чайка" выбитый азбукой Морзе. И только когда уже ехал на концерт, прочитал в сети то, что "Чайка" действительно именно так и отбивалась — при тренировках — на тот случай, если вдруг космонавт окажется в трудной ситуации с ограничением по возможности связи — в космосе или на Земле.
Ссылки на видео:
Показать полностью
1
"Тёмная галактика" в созвездии Персея: загадка космической пустоты
Астрономы обнаружили вторую в истории "тёмную галактику" — странный объект, состоящий почти исключительно из шаровых звездных скоплений, но лишенный привычного звездного диска. Она находится в созвездии Персея, в 75 миллионах световых лет от Земли, и выглядит как плотно сгруппированная "горстка" звездных скоплений, погруженных в почти полную темноту.
Шаровые скопления вместо звёзд
Обычно галактики представляют собой гигантские скопления звезд, газа и пыли, образующие спирали, эллипсы или неправильные структуры. Но CDG-2 — вторая найденная "тёмная галактика" — состоит всего из четырех шаровых скоплений, упакованных в область диаметром менее 4000 световых лет (для сравнения, диск Млечного Пути простирается на 100 000 световых лет).
Предполагаемая «темная галактика» CDG-2
Шаровые скопления — это плотные "шары" из десятков тысяч звезд, которые вращаются вокруг галактик, как спутники. Вокруг Млечного Пути их известно около 150. Ученые предполагают, что в их центрах могут скрываться черные дыры, как и в полноценных галактиках.
Почему "тёмная"?
Главная загадка CDG-2 — почти полное отсутствие фоновых звезд. В отличие от обычных галактик, где звезды заполняют пространство между скоплениями, здесь их крайне мало. Первая обнаруженная "тёмная галактика" и вовсе казалась абсолютно черной — лишь шаровые скопления, висящие в пустоте.
Астрономы считают, что основную массу CDG-2 составляет темная материя — невидимая субстанция, удерживающая галактики от распада. Обычно в центрах галактик доминирует видимое вещество (звезды, газ), но здесь его почти нет. Например, в ядре Млечного Пути темная материя составляет лишь около трети массы, а в CDG-2 она, похоже, полностью преобладает.
Как такое возможно?
Учёные пока не понимают, как формируются такие объекты. Почему звезды в них рождаются только в виде шаровых скоплений, а не распределяются по всей галактике? Может быть, CDG-2 — это "неудавшаяся" галактика, в которой по какой-то причине не смогли образоваться звёзды в большом количестве.
Открытие заставляет пересмотреть представления о структуре Вселенной. Если "тёмных галактик" окажется больше, это может означать, что тёмная материя играет в эволюции космоса гораздо большую роль, чем считалось. Следующий шаг — поиск аналогичных объектов и изучение их природы.
Показать полностью
1
Симфония дальнего космоса
Александр СЕВЕР – Симфония дальнего космоса
Позвольте представить Вашему вниманию инструментальную композицию из альбома «Хроники иных миров»
Космические войска провели успешный пуск ракеты-носителя «Ангара-А5» с космодрома Плесецк
19 июня с космодрома Плесецк выполнен пуск ракеты-носителя «Ангара-А5» производства Центра Хруничева (входит в Роскосмос) с космическими аппаратами на борту.
Показать полностью
2
Гипотеза о микробном метаболизме на древнем Марсе и потере атмосферы
Резюме
В публикации приводится исследование убедительной гипотезы о том, что древние марсианские микроорганизмы, особенно в гесперийскую эру, развили метаболические пути, которые значительно потребляли атмосферный углекислый газ (CO2), тем самым способствуя резкому истончению атмосферы планеты. Этот сценарий проводит параллель с Великим кислородным событием на Земле (ВКО), где микробная активность глубоко изменила состав атмосферы, горных пород планеты и климат.
Этот анализ показывает, что анаэробные хемолитоавтотрофные метаболизмы, в частности метаногенез и ацетогенез, представляют собой наиболее вероятных кандидатов для такого потребления CO2 на гесперийском Марсе. Эти пути очень хорошо совместимы с наблюдаемым геологическим и химическим составом планеты, включая обилие водорода (H2) и CO2, а также преобладание подповерхностных, бескислородных сред. Микробное потребление H2, сильного марсианского парникового газа, наряду с CO2, непосредственно способствовало бы охлаждению планеты. Кроме того, секвестрация углерода (в виде метана или ацетата) в изобилующих смектитовых глинах в марсианской коре обеспечивает надежный геохимический механизм для крупномасштабного удаления атмосферного CO2, потенциально усиленного биотическими процессами.
Эта гипотеза предлагает новое, интегрированное объяснение потери марсианской атмосферы, выходящее за рамки чисто физических механизмов утечки. Она подчеркивает глубокий потенциал ранней жизни формировать планетарные среды, даже в ущерб себе, и обозначает критические направления для будущих астробиологических исследований и поисков биосигнатур таких древних марсианских экосистем.
1. Введение: Загадка древнего Марса и его потерянной атмосферы
Марс, в настоящее время представляющий собой холодную, гиперзасушливую пустыню с разреженной атмосферой, состоящей в основном из углекислого газа, резко контрастирует со своим древним прошлым. Геологические данные, такие как сети долин и особенности, образованные текущей водой, убедительно указывают на то, что в течение Нойской эры (приблизительно от 4,1 до 3,5 миллиардов лет назад) Марс обладал более плотной атмосферой и поддерживал жидкую воду на своей поверхности, создавая условия, потенциально пригодные для микроорганизмов. 1
Гесперийская эра, промежуточный и переходный период, последовавший за Нойской, стала свидетелем драматического перехода от этого «теплого и влажного» состояния к сухой, холодной и пыльной планете, наблюдаемой сегодня.3 Этот переход характеризовался значительным истончением атмосферы и повсеместной потерей поверхностной жидкой воды.3 Центральной загадкой в марсианской планетарной науке является судьба ее ранней, плотной, доминирующей CO2 атмосферы, которая, по оценкам, составляла от 0,25 до 4 бар.5 Существующие механизмы утечки атмосферы, объясняющие лишь около 1,3–6,3 мбар потери CO2 с Нойской эры, на порядки не дотягивают до объяснения этого существенного исчезновения.5
Гипотеза, выдвинутая в данном исследовании, предполагает, что микробная жизнь на Марсе, развивавшаяся в гесперийскую эру, выработала метаболизм, который активно потреблял атмосферный CO2. Это потребление, подобно Великому кислородному событию на Земле (ВКО), могло сыграть ключевую роль в истончении атмосферы планеты. ВКО на Земле, вызванное оксигенным фотосинтезом цианобактерий, фундаментально преобразовало раннюю восстановительную атмосферу Земли (богатую CO2 и метаном) в окислительную, что привело к значительным климатическим изменениям и глубоким последствиям для ранней жизни.9 Основной вопрос, на который необходимо ответить, заключается в следующем: какой конкретный тип(ы) микробного метаболизма мог действовать в уникальных условиях гесперийского Марса для достижения такого крупномасштабного потребления атмосферного CO2, и как это могло способствовать наблюдаемой потере атмосферы?
2. Гесперийский Марс: Экологический контекст для жизни
Гесперийская эра на Марсе представляет собой критический период в истории планеты, характеризующийся значительными изменениями в ее атмосфере, гидросфере и климате. Понимание этих условий имеет решающее значение для оценки возможности существования и влияния микробной жизни.
Атмосферный состав и давление в гесперийскую эру
К началу позднего Гесперия атмосфера Марса, вероятно, истончилась до своей нынешней низкой плотности.4 Это указывает на быстрое снижение давления по сравнению с более ранним, более плотным состоянием. Ранняя марсианская атмосфера преимущественно состояла из CO2, с оценками от 1 до 3 бар.5 Вулканическая дегазация, особенно во время перехода от Нойской к Гесперийской эре, высвободила значительные количества диоксида серы (SO2) и сероводорода (H2S) в атмосферу.3 Это привело к значительному увеличению концентрации этих газов в сокращающейся атмосфере.3 Переход от потенциально плотной, богатой CO2 атмосферы к тонкой, в сочетании с увеличением SO2 и H2S, указывает на динамичную и развивающуюся атмосферную систему. Истончение атмосферы CO2 привело к уменьшению парникового эффекта и охлаждению планеты. Вулканические выбросы, хотя и пополняли атмосферный состав, также вводили реактивные сернистые соединения, которые влияли бы на химический состав воды (кислотность) и, возможно, на химический состав атмосферы, создавая условия для различных типов химических источников энергии для жизни. Это означает, что микробная активность, если бы она потребляла парниковые газы, могла бы действовать как значительный фактор изменения климата, ускоряя охлаждение и последующую потерю атмосферы.
Доступность, состояние и химический состав воды
В течение Гесперия жидкая вода становилась все более локализованной и кислой, в основном из-за ее взаимодействия с вулканическими SO2 и H2S, которые образовывали серную кислоту.3 Этот сдвиг привел к изменению типа выветривания с преимущественно филлосиликатного (глинистого) на сульфатный.4 По мере охлаждения планеты грунтовые воды, хранящиеся в верхней коре, начали замерзать, образуя толстую криосферу, под которой находилась более глубокая зона жидкой воды.4 Катастрофические паводки, резко отличающиеся от более ранних речных процессов, происходили на протяжении всего Гесперия, прорезая огромные каналы. Эти паводки были результатом вулканической или тектонической активности, разрушающей криосферу и высвобождающей огромное количество глубоких грунтовых вод на поверхность.3 Большая часть этой воды стекала в северное полушарие, где, вероятно, скапливалась, образуя большие временные озера или покрытый льдом океан.4 Атмосферное давление упало ниже тройной точки воды при марсианских температурах, что означало, что вода обычно переходила бы непосредственно из льда в пар при нагревании, хотя в очень низких местах могли временно наблюдаться эпизоды жидкой воды.3 Увеличение кислотности и перемещение жидкой воды преимущественно в подповерхностные, защищенные криосферой зоны 4 являются критическими факторами. Это предполагает, что любая широко распространенная, устойчивая жизнь в течение Гесперия, вероятно, приспособилась бы к этим подповерхностным, бескислородным и химически сложным средам, а не полагалась бы на поверхностный фотосинтез. Спорадические «катастрофические паводки» 3 указывают на временную доступность поверхностной воды, но не на стабильные, широко распространенные условия. Это убедительно свидетельствует в пользу хемолитоавтотрофных метаболизмов, которые используют градиенты химической энергии в подповерхностных условиях.
Эволюция климата и температурные диапазоны
Гесперий представляет собой период значительных климатических изменений, переходя от потенциально более теплого и влажного Ноя к засушливым, холодным условиям современного Марса.4 Скорость эрозии резко снизилась по мере высыхания планеты.3 Моделирование предполагает, что Марс переживал эпизодические теплые периоды, каждый продолжительностью 100 000 лет или более, в течение Нойской и Гесперийской эр.12 Эти потепления были вызваны гидратацией коры, которая обеспечивала достаточное количество водорода (H2) для накопления в атмосфере. Этот H2 в сочетании с CO2 мог создать мощный парниковый эффект.12 Температура поверхности в эти теплые периоды могла колебаться от 10 до 20 градусов Цельсия, но опускалась до суровых минус 57 градусов Цельсия во время холодных фаз.13 Эпизодические теплые периоды, вызванные H2 и CO2 12, имеют прямое отношение к выдвинутой гипотезе. Если гесперийские микробы развились, чтобы потреблять именно эти парниковые газы (H2 и CO2), они бы напрямую подорвали способность планеты удерживать тепло. Это создает мощную, самоуничтожающуюся обратную связь: рост микробов, потребляя ключевые атмосферные агенты потепления, мог ускорить охлаждение планеты, вынуждая жизнь отступать глубже в кору или сталкиваться с вымиранием.13 Это напрямую затрагивает аналогию с «кислородной катастрофой», показывая, как микробный метаболизм, даже если он полезен для самих организмов, мог иметь пагубное макроэкологическое воздействие.
Геологическая активность и особенности поверхности
Гесперий характеризуется широко распространенной вулканической активностью, включая извержения базальтовых потоков.4 Эта активность высвобождала большое количество SO2 и H2S в атмосферу.4 Квадрант Mare Tyrrhenum, типовая область для Гесперия, состоит из холмистых, изрезанных ветром равнин с обильными морщинистыми грядами, интерпретируемыми как базальтовые лавовые потоки.4 «Широко распространенная вулканическая активность» 4 является важным показателем внутренней планетарной тепловой и геохимической активности. Вулканизм обеспечивает постоянный источник восстановленных газов (например, H2S, а потенциально и H2 из взаимодействий воды и горных пород на глубине) и тепла, которые являются необходимыми источниками энергии для хемолитоавтотрофной жизни, особенно в подповерхностных средах, где отсутствует солнечный свет. Базальтовые потоки также указывают на источник богатых железом пород, которые могут подвергаться изменению (например, серпентинизации), что дополнительно генерирует доноры электронов. Этот геологический контекст обеспечивает необходимое «топливо» для предлагаемых микробных метаболизмов.
Ниже представлены ключевые параметры окружающей среды Гесперийского Марса, дающие представление о сложных, но потенциально пригодных для жизни условиях, которые могли бы поддерживать микробную активность.
Ключевые параметры окружающей среды Гесперийского Марса (приблизительные диапазоны)
Период времени
Промежуточный и переходный период, абсолютный возраст неопределен.4 Следует за Нойской эрой (4,1–3,5 млрд лет назад).1
Атмосферное давление
Истончилось до нынешней плотности к позднему Гесперию.4 Ниже тройной точки воды.3 Ранний Гесперий потенциально 0,25–4 бар CO2, быстро истончающийся.5
Доминирующие атмосферные газы
CO2.7 Увеличение SO2, H2S из-за вулканизма.3 Возможно наличие H2, CH4.5
Состояние воды
Жидкая вода локализована и кислая.4 Грунтовые воды замерзают, образуя криосферу, более глубокая жидкая вода.4 Спорадические катастрофические паводки.3 Вода переходит из льда в пар на поверхности.3
Диапазон температур поверхности
Переход от «более влажного и, возможно, более теплого» к «сухому, холодному и пыльному».4 Эпизодические теплые периоды (10–20°C), сменяющиеся суровым холодом (-57°C).13
Диапазон pH воды
Более кислая из-за образования H2SO4.3
Ключевая геологическая активность
Широко распространенная вулканическая активность, базальтовые потоки.4 Катастрофические паводки, огромные каналы стока.3
3. Геохимия Марса: Субстраты и источники энергии для микробной жизни
Понимание химического и минералогического состава Марса имеет фундаментальное значение для выявления потенциальных субстратов и источников энергии, которые могли бы поддерживать микробную жизнь, особенно хемолитоавтотрофные организмы, не зависящие от солнечного света.
Элементарный и минералогический состав марсианской коры и подповерхности
Марсианская кора в основном состоит из вулканических базальтовых пород под слоем мелкой пыли.16 Марс является дифференцированной планетой с центральным ядром (в основном из металлического железа и никеля) и менее плотной силикатной мантией и корой.14 Его ядро богаче серой, чем земное, а мантия примерно в два раза богаче железом.14 Отличительный красный цвет Марса обусловлен оксидами железа на его поверхности.14 Марсианская кора содержит более высокий процент летучих элементов, таких как сера и хлор, по сравнению с земной корой.14 Наиболее распространенными химическими элементами в марсианской коре являются кремний, кислород, железо, магний, алюминий, кальций и калий. Менее распространенные, но все же важные элементы включают титан, хром, марганец, серу, фосфор, натрий и хлор.14 Водород присутствует в виде водяного льда и в гидратированных минералах.14 Углерод существует в виде CO2 в атмосфере и иногда в виде сухого льда на полюсах, с неизвестным количеством, хранящимся в карбонатах.14 Молекулярный азот (N2) составляет 2,7% атмосферы.14 Бор, важный ингредиент для жизни на Земле, был обнаружен в кратере Гейла, что подтверждает возможную раннюю обитаемость региона.2 Следовые количества метана были обнаружены в марсианской атмосфере, с локализованными «десятикратными всплесками», наблюдаемыми марсоходом Curiosity.14 Недавние данные свидетельствуют о наличии радиоактивного магматического океана под корой Марса.14 Высокое содержание железа и серы 14 является критическим фактором для хемолитотрофной жизни. Способность железа существовать в нескольких степенях окисления (Fe2+/Fe3+) и широкий окислительно-восстановительный континуум серы (от -2 до +6) 17 обеспечивают богатый набор потенциальных доноров и акцепторов электронов. Это имеет первостепенное значение для метаболизмов, которые извлекают энергию из химических реакций. Присутствие воды (даже если она замерзшая или в гидратированных минералах) 14 обеспечивает среду для этих реакций. Обнаружение необходимых питательных веществ, таких как калий, фосфор и бор 2, дополнительно подтверждает химическую осуществимость жизни. Подповерхностный магматический океан 14 предполагает продолжающееся внутреннее тепло и потенциальную гидротермальную активность, создавая благоприятные ниши для термофильной или гипертермофильной жизни и стимулируя геохимические реакции, которые производят субстраты.
Потенциальные окислительно-восстановительные градиенты и источники энергии
Микробная жизнь в глубоких подповерхностных слоях Марса, скорее всего, зависела бы от анаэробных, хемосинтетических путей, движимых геохимическими источниками энергии.18 Эти источники энергии включают водород, серу, железо и углеродные соединения.18 Процессы, такие как радиолиз воды и окисление сульфидов, могут обеспечивать как сульфат, так и водород.18 Что крайне важно, гидротермальное изменение ультрамафических пород (богатых Fe(II) и Mg) посредством серпентинизации высвобождает H2 из воды.5 Этот H2 затем может реагировать с CO2 посредством реакции Сабатье с образованием метана.5 Считается, что серпентинизация на Марсе произвела значительно больше восстановительных газов, чем предполагалось ранее, из-за высокого содержания железа в марсианской коре.15 Потеря этих восстановительных газов и последующее окисление марсианской атмосферы теоретически могли бы привести к охлаждению климата.15 Непрерывная генерация H2 посредством серпентинизации 5 является ключевым фактором для рассматриваемой гипотезы. H2 — это мощный донор электронов и, что важно, парниковый газ. Его абиотическое производство обеспечивает готовый субстрат для метаболизмов, восстанавливающих CO2, таких как метаногенез и ацетогенез. Если микробы затем потребляют этот H2, они непосредственно используют геохимический источник энергии и одновременно удаляют ключевой атмосферный агент потепления. Это устанавливает четкую геохимическую основу для предлагаемого микробного воздействия на атмосферу, связывая внутренние процессы планеты с эволюцией ее атмосферы.
Ниже представлен подробный список основных химических элементов и минералов, обнаруженных на Марсе, а также их потенциальная роль в поддержании микробной жизни.
Основные химические элементы и минералы на Марсе, имеющие отношение к микробному метаболизму
Углерод (CO2, карбонаты, органические вещества)
Обилен в атмосфере (CO2), хранится в карбонатах.7
Источник углерода для автотрофов. 7
Водород (H2O, гидратированные минералы, H2)
Присутствует в виде водяного льда/гидратированных минералов.14 H2 из серпентинизации.5
Донор электронов для метаногенеза, ацетогенеза, сульфатредукции.
Кислород (O2, оксиды, H2O)
Окисленная атмосфера.19 Компонент воды, оксидов (Fe2O3, FeO(OH)H2).3
Акцептор электронов (если аэробный), компонент минералов.
Железо (Fe, оксиды Fe, сульфиды Fe, сульфаты Fe)
Кора в основном базальтовая.16 Мантия вдвое богаче земной.14 Красный цвет из-за оксидов железа.14 Сульфиды Fe (пирротит, пирит), сульфаты Fe (ярозит).17
Донор/акцептор электронов (Fe2+/Fe3+).
Сера (S, SO2, H2S, сульфаты, сульфиды)
Ядро богаче серой.14 Кора содержит больше летучей серы.14 Вулканические SO2, H2S.3 Планета, богатая S, сульфаты (Ca/Mg/Fe-сульфаты).17
Акцептор электронов (сульфатредукция), донор электронов (окисление серы).
Фосфор (P)
Мантия богаче земной.14
Важное питательное вещество.
Калий (K)
Питательное вещество в почве.16 Мантия богаче земной.14 Компонент ярозита.17
Важное питательное вещество.
Натрий (Na), Магний (Mg), Хлор (Cl)
Питательные вещества в почве.16 Mg – компонент минералов.14
Важные питательные вещества.
Бор (B)
Обнаружен в кратере Гейла, необходим для жизни на Земле.2
Важное питательное вещество.
Смектитовые глины
Обильны на поверхности.6
Ключевой элемент для секвестрации углерода.6
4. Микробный метаболизм: Пути потребления CO2
Для понимания того, как микробная жизнь могла повлиять на атмосферу Марса, необходимо рассмотреть типы метаболизма, способные фиксировать углекислый газ, особенно в условиях, характерных для Гесперийской эры.
Обзор автотрофных и анаэробных метаболизмов, фиксирующих CO2
Микроорганизмы могут метаболизировать углекислый газ (CO2) двумя основными способами: путем создания биосинтетических путей у естественно фиксирующих углерод организмов или путем превращения гетеротрофных штаммов в «синтетические автотрофные штаммы».20 Автотрофные организмы получают углерод для синтеза клеточной массы непосредственно из CO2.21 Хемолитоавтотрофы являются ключевой категорией, получающей энергию от окисления неорганических соединений и углерод от фиксации CO2.21 Примеры включают нитрифицирующие бактерии, сероокисляющие бактерии и железоокисляющие бактерии.21 Учитывая гесперийскую марсианскую среду (истощающаяся атмосфера, кислая вода, потенциальные подповерхностные ниши), анаэробные условия были бы преобладающими, что делает анаэробные пути фиксации CO2 весьма актуальными.18 По мере того как Марс переходил от потенциально «теплого и влажного» Ноя к «холодному и сухому» Гесперию, поверхностные условия становились все более враждебными для светозависимой жизни (фотосинтеза). Зависимость от химической энергии из неорганических соединений (хемолитотрофия) становится первостепенной. Кроме того, возрастающая засушливость и истончение атмосферы благоприятствовали бы анаэробным метаболизмам, особенно в защищенных подповерхностных средах. Это убедительно указывает на то, что если жизнь существенно влияла на атмосферу, то это происходило бы через хемолитоавтотрофные, анаэробные пути, а не через оксигенный фотосинтез, как это наблюдалось при ВКО на Земле.
Обсуждение циклов фиксации углерода
Цикл Кальвина-Бенсона-Бассама (ЦКБ) (Цикл Кальвина): Это наиболее распространенный цикл фиксации углерода на Земле, на который приходится 90% биологической фиксации углерода.22 Он встречается у растений, водорослей, цианобактерий и различных протеобактерий.22 Он потребляет АТФ и НАДФН и использует фермент RuBisCO для фиксации CO2 в сахара.22 Хотя он доминирует, он в основном связан с оксигенным фотосинтезом или аэробными условиями.23
Обратный цикл Кребса (оЦТК) (Восстановительный цикл лимонной кислоты): Альтернатива циклу ЦКБ, обнаруженная у строго анаэробных или микроаэробных бактерий (например, Aquificales) и анаэробных архей.22 Он обращает окислительный цикл ТКА для фиксации CO2.24
Восстановительный ацетил-КоА (путь Вуда-Льюнгдаля): Этот путь использует CO2 как акцептор электронов и источник углерода, а водород (H2) часто служит донором электронов для производства уксусной кислоты.22 Он широко распространен среди анаэробных бактерий (например, Clostridia) и архей (например, метаногенов), а также некоторых анаэробных хемолитоавтотрофов, таких как сульфатредуцирующие бактерии.22
Другие циклы: Другие менее распространенные пути включают 3-гидроксипропионатный [3-ГП] путь и связанные с ним циклы.22
Ключевое отличие для Марса заключается в доступности доноров и акцепторов электронов в бескислородной среде. Цикл ЦКБ, хотя и эффективен, с меньшей вероятностью был основным движущим фактором крупномасштабного потребления CO2 на Гесперийском Марсе из-за его связи с оксигенными или аэробными условиями. Обратный цикл ТКА и особенно путь Вуда-Льюнгдаля гораздо более совместимы с предлагаемой марсианской подповерхностной, анаэробной и геохимически обусловленной средой. Прямое использование CO2 в качестве акцептора электронов и H2 в качестве донора электронов в пути Вуда-Льюнгдаля делает его основным кандидатом, поскольку как CO2, так и H2, вероятно, были в изобилии.5 Этот путь непосредственно удаляет газообразный CO2 и превращает его в негазообразное органическое соединение (ацетат), обеспечивая прямой механизм секвестрации атмосферного углерода.
Сравнение с ранней жизнью на Земле и Великим кислородным событием (ВКО) как аналогом атмосферной трансформации
Ранняя атмосфера Земли была восстановительной, состоящей из углекислого газа, метана и водяного пара.9 ВКО, произошедшее примерно 2,46–2,06 миллиарда лет назад, ознаменовало резкое увеличение концентрации свободного кислорода в атмосфере Земли и мелководных морях.10 Это событие было в первую очередь вызвано эволюцией цианобактерий, которые осуществляли оксигенный фотосинтез, высвобождая O2 как побочный продукт фотолиза воды.9 По мере накопления кислорода он реагировал с атмосферным метаном (мощным парниковым газом) и вытеснял его, что привело к глобальному похолоданию и одному из самых ранних ледниковых периодов на Земле.9 ВКО также вызвало массовое вымирание многих анаэробных организмов, одновременно проложив путь для аэробного метаболизма.9 Экскурсия изотопов углерода Ломагунди (2,3-2,08 млрд лет назад) включала массовое захоронение органического углерода, которое служило значительным источником кислорода в атмосферу.25
Хотя выдвинутая гипотеза проводит прямую параллель с ВКО, крайне важно подчеркнуть фундаментальные различия в лежащей в основе биологии и химии. ВКО на Земле было вызвано производством кислорода (событие окисления), что привело к окислению метана и последующему изменению климата. Марсианская гипотеза, напротив, включает потребление CO2 (событие восстановления) анаэробными организмами. Однако следствие — значительное изменение состава атмосферы, ведущее к охлаждению климата и проблемам с обитаемостью, — поразительно аналогично. На Марсе, если бы микробы потребляли CO2 и H2 (оба парниковые газы), это привело бы непосредственно к охлаждению, подобно потере метана на Земле. Это различие жизненно важно для нюансированного понимания предлагаемого марсианского сценария.
Показать полностью