VIVOS VOCO: М.В.Иванов, "Наземная микробиология и стратегия поисков жизни на Марсе"

Наземная микробиология и
стратегия поисков жизни на Марсе

М.В. Иванов

Михаил Владимирович Иванов, академик РАН,
директор Института микробиологии РАН,
президент Российского микробиологического общества

Двадцать пять лет назад, в июле и сентябре 1976 г., два блока американской космической миссии «Викинг» совершили мягкую посадку на поверхность Марса и провели первые эксперименты по поиску живых организмов. Мы еще вернемся к драматической истории программы «Викинг» и обсуждению результатов работы миссии «Викинг» на Марсе. Но до этого заглянем ненадолго в последнюю четверть XIX в., в г.Пизу, где за сто лет до полета «Викингов» итальянский астроном и член Санкт-Петербургской академии наук Дж.Скиапарелли (1835-1910) обнаружил на поверхности Марса темные линейные структуры, которые он назвал каналами.

Известный американский астроном П.Лоуэлл (1855-1916) живо заинтересовался результатами наблюдений Скиапарелли и в течение нескольких десятков лет проводил систематические наблюдения поверхности Марса. Лоуэлл и его сотрудники детально описали более 400 каналов, измерили их протяженность и ширину и создали многочисленные карты каналов и оазисов.

Результаты этих исследований опубликованы в книге «Марс и жизнь на нем», вышедшей в свет в США в 1898 г. и переизданной в России в 1912 г. [1]. Лоуэлл полагал, что сложная сеть каналов была создана разумными обитателями для обеспечения водой поверхности планеты за счет сезонного таяния снеговых полярных шапок. Темные линейные структуры, ширина которых варьирует от 12 до 120 км, - полосы марсианской растительности. Многочисленные оазисы - темные округлые образования на перекрестках каналов - города, населенные разумными существами.

Большой объем новых данных, собранных Лоуэллом, безупречная логика в их интерпретации и блестящий стиль написания книги сделали гипотезу существования на Марсе растительности и высокоразвитой цивилизации весьма популярной как в научных кругах, так и среди широких слоев читающей публики. Российский астроном Г.А.Тихов (1875-1960) и другие исследователи провели многочисленные спектрофотометрические наблюдения и пришли к выводу, что сезонные изменения окраски некоторых участков поверхности - следствие сезонного развития марсианской растительности.

Таким образом, к началу 50-х годов, когда начали создаваться первые программы изучения Марса с помощью автоматических межпланетных станций, существовали научные теории функционирования на Марсе высших форм жизни - растительного покрова и сообщества разумных существ, построивших гигантскую ирригационную систему трансмарсианских каналов.

Стратегия миссии «Викинг»

Основой стратегии поисков жизни на Марсе миссии «Викинг» стали результаты изучения этой планеты в ходе советской программы «Марс» (1962-1974) и американской - «Маринер» (1963-1971). В отличие от исследований предыдущего периода, когда основная информация о Красной планете собиралась путем изучения с поверхности Земли, для получения принципиально иной информации были использованы автоматические межпланетные станции, оснащенные комплексами новейшей измерительной и телевизионной аппаратуры и мощными быстродействующими системами передачи данных на Землю.

Большая часть автоматических станций «Марс» и «Маринер» вела наблюдения в пролетном режиме, причем максимальное приближение к поверхности составляло 3-3.5 тыс. км. С таких расстояний на фотографиях можно уже различить детали размером около 1 км, в то время как при использовании самых совершенных телескопов наземных обсерваторий удавалось видеть отдельные элементы поверхности размером 60-120 км.

Еще более детальная информация получена с искусственных спутников, доставленных на околомарсианскую орбиту межпланетными станциями «Марс-2 и -3» и «Маринер-9». Наконец, в начале 70-х годов к Марсу были направлены автоматические межпланетные станции. В их состав входили не только орбитальные модули, но и посадочные блоки, которые провели комплекс геофизических исследований и телевизионную съемку района посадки.

Из огромного количества нового материала, полученного автоматическими станциями за 15 лет до полета «Викингов», попробуем выделить данные, касающиеся проблемы поисков жизни и использованные при разработке стратегии экспериментов по обнаружению живых организмов в ходе миссии «Викингов».

Анализ фотографий поверхности, число которых только в результате работы экспедиции «Маринер-9» превысило 7300, привел к выводу об отсутствии высших форм жизни (животных и высших растений) на Марсе. Никаких признаков каналов, оазисов и скоплений растительности на самых детальных снимках увидеть не удалось. Этот вывод полностью подтвердился материалами климатических и атмосферных исследований. Положительные температуры на поверхности марсианской «почвы» отмечались лишь в узкой приэкваториальной полосе и только летними днями. Воду определили только в атмосфере в парообразном состоянии и очень низкой концентрации.

В наземных условиях похожая экологическая обстановка наблюдается только в полярных пустынях Антарктиды, где отсутствует фауна, а флора представлена лишь низшими формами: мхами, лишайниками, бактериями и мицелиальными грибами. Именно поэтому основные наземные эксперименты, входившие в программу подготовки биологической программы миссии «Викинг», проводились в Антарктиде под руководством профессора В.Вишняка, где он трагически погиб в одной из экспедиций.

Несмотря на явную безнадежность попыток обнаружить высшие живые организмы, работы по поиску низших форм жизни решено было продолжить, и эта часть программы «Викинг» выглядела особенно интригующей. Тем более материалы, полученные с искусственных спутников и посадочных модулей, показывали, что в геологическом прошлом климат Марса не был столь суровым, как сейчас. На фотоснимках, сделанных искусственным спутником, который был доставлен «Маринером-9» (а потом и на снимках, выполненных орбитальным модулем миссии «Викинг»), обнаружены высохшие русла рек с хорошо развитыми системами притоков, с островами и водоемами конечного стока. Это может свидетельствовать о том, что в прошлом там было достаточное количество воды, следовательно, климат был более мягкий, а атмосфера более плотная. Приведенные данные и сходство формирования и геологической эволюции Земли и Марса позволяли предполагать, что на ранних этапах существования Марса процессы возникновения жизни могли происходить так же, как и на нашей планете.

Сухое русло древней марсианской реки Нергал с притоками длиной около 400 км. Снимок НАСА

Кроме сети речных палеорусел на поверхности Красной планеты хорошо видны многочисленные горы и различные кратеры - вулканического и ударного происхождения; последние образовались при падении метеоритов. Например, хорошо различимы мелкие структуры на дне кальдеры древнего вулкана Аполлинариус Патера.

Кальдера марсианского вулкана Аполлинариус Патера.
Хорошо видны потоки лавы на склонах вулкана и многочисленные
ударные кратеры в кальдере и на склонах. Снимок НАСА

В геологической истории Марса, как и в истории Земли, был период интенсивной вулканической деятельности, сопровождавшийся выбросом в атмосферу углекислоты, водяных паров и восстановленных летучих компонентов (СН₄, Н₂, NH₃, H₂S). Следовательно, палеоатмосфера планеты изначально была восстановленной. О том же, что на смену ей пришла окисленная (кислородсодержащая), однозначно свидетельствуют оранжевые и коричневато-красные тона современной поверхности, обусловленные повышенной концентрацией окислов железа в верхнем слое «почвы». Обобщение разнообразных данных, полученных орбитальными и посадочными блоками «Марса» и «Маринера», привело команду Вишняка к формулировке основных выводов и вытекающих из них задач биологической части программы «Викинг»:

-сходные условия формирования и геологической истории двух соседних планет - Земли и Марса - позволяют полагать, что жизнь на Марсе возникла примерно в то же время, что и на Земле. Следовательно, поиски современных или ископаемых организмов на Марсе не выглядят бесперспективными;

-учитывая крайне суровые экологические условия на современном этапе эволюции Марса, даже более суровые, чем в полярных пустынях Антарктиды, следует ориентироваться на поиск только низших форм организмов: бактерий, лишайников, низших водорослей. Поиски следует вести в наиболее прогреваемых «почвах» экваториальной зоны Марса;

-принимая во внимание тот факт, что на Земле максимальная плотность низших организмов обнаруживается в поверхностных горизонтах почвы, первоочередной интерес представляет изучение самых верхних горизонтов Марса и поиск в них как фотоавтотрофных, так и гетеротрофных организмов, вернее сказать, не самих организмов, а следов их метаболической активности (жизнедеятельности).

На уровне имевшихся к 1975 г. результатов изучения Марса все три вывода и три вытекающие из них задачи выглядят логически обоснованными. Этого не скажешь, однако, об еще одном - четвертом пункте, а именно: об ориентации на поиск только аэробных организмов (способных жить и развиваться только в кислородной среде). Уже во время подготовки экспедиции «Викинг» было известно, что содержание кислорода в атмосфере Марса не превышает 0.1-0.4%, поэтому казалось более логичным включить в программу поиск анаэробных микроорганизмов (способных жить и развиваться при отсутствии в среде свободного кислорода). Однако это не было предусмотрено.

Результаты и уроки миссии «Викинг»

Для поиска следов метаболической активности аэробных гетеротрофных и фотоавтотрофных микроорганизмов в поверхностных горизонтах марсианской «почвы» были использованы следующие методы.

Для обнаружения процесса фотосинтеза образец грунта увлажняли и помещали в освещенную ячейку. Контролем служил темный образец. О наличии фотосинтеза судили по выделению кислорода в освещенной ячейке.

Во втором варианте в атмосферу над увлажненным образцом добавляли СО₂ и СО, меченные радиоактивным углеродом ¹⁴С. По окончании эксперимента грунт помещали в пиролитическую ячейку и проводили операцию ступенчатого сжигания органического вещества до СО₂. В присутствии активных фотосинтетиков часть меченого углерода из ¹⁴СО₂ и ¹⁴СО должна включаться в органическое вещество биомассы.

Для определения возможной физиологической деятельности гетеротрофных бактерий также применялся радиоизотопный метод. Образцы грунта увлажнялись питательной средой, в состав которой входили низкомолекулярные органические вещества, меченные углеродом ¹⁴С. В случае присутствия в грунте жизнеспособных гетеротрофных бактерий, окисляющих добавленные органические соединения, в газовой фазе должен появляться ¹⁴СО₂. Контролем служили простерилизованные образцы.

Перечисленные методы многократно использовались в наземных условиях на разных образцах грунта и почвы, отобранных главным образом в Антарктиде. Были получены характерные кривые выделения кислорода и потребления ¹⁴СО₂ при фотосинтезе и выделения ¹⁴СО₂ при бактериальном окислении радиоактивно меченых органических соединений.

Легко представить волнение исследователей, ожидавших начала задуманных экспериментов на поверхности Марса, за которыми они следили из Центра дальней космической связи на Земле.

И вот на экранах появляются первые результаты. Из увлажненного грунта в освещенной ячейке выделяется кислород, в эксперименте с радиоактивно меченными органическими соединениями идет интенсивное выделение радиоактивного углекислого газа. Значит, задача решена? В грунте Марса присутствуют и фотосинтетики и гетеротрофы? Однако характер кривых выделения и О₂, и ¹⁴СО₂ совсем иной, чем это было в земных образцах. Выделение газов происходит слишком стремительно в первые же минуты и быстро прекращается. Невольно напрашивается вывод о том, что это результаты чисто химических взаимодействий добавленных веществ с какими-то компонентами марсианского грунта, - а не биохимической активности живых организмов.

Кроме того, выделение кислорода из увлажненного грунта наблюдается не только на свету, но и в темновом контроле, а выделение радиоактивного СО₂ происходит не только в случае добавки органических веществ к активному образцу, но и в контрольном варианте со стерилизованным грунтом, где жизнеспособная микрофлора должна погибнуть при нагревании.

Сомнения в биологической природе зафиксированных эффектов газовыделения особенно усиливаются, когда расшифровываются результаты определения органических веществ в грунте Марса при использовании метода пиролиза и газо-хроматографического анализа продуктов пиролиза. Этот эксперимент показывает, что никаких органических соединений в пробах с поверхности Марса нет, а стало быть, нет и клеток микроорганизмов.

Анализ всей совокупности данных, полученных биологическими модулями «Викингов», привел авторов этой программы к выводу о том, что в поверхностном слое марсианского грунта присутствуют пероксидные соединения железа [2]. Именно они окисляли добавленные в грунт радиоактивно меченные органические вещества до углекислоты. Именно из них выделялся кислород при нагревании образцов грунта и при их увлажнении. Остается не совсем ясным, как появились эти пероксидные соединения, хотя большинство исследователей полагает, что они образовались в результате интенсивного космического облучения поверхности Марса, атмосфера которого значительно менее плотная, чем на Земле.

Негативная интерпретация результатов биологических экспериментов с борта «Викингов» привела к приостановке всех программ по поиску жизнеспособных микроорганизмов на Марсе. Большинство экзобиологов переключилось на поиски ископаемых форм.

Не отрицая огромной научной значимости этого направления экзобиологии, я тем не менее полагаю, что проблема обнаружения жизнеспособных микроорганизмов на Марсе остается чрезвычайно актуальной. «Викинги» были ориентированы на поиск микроорганизмов только в одной марсианской экосистеме, а именно в верхних горизонтах «почв», поскольку в условиях нашей планеты именно там обитает наиболее многочисленное и разнообразное микробное сообщество. Наиболее многочисленное и наиболее разнообразное, но не единственное.

Еще в первой половине XX в. усилиями российских и американских микробиологов было показано, что различные, главным образом анаэробные микроорганизмы населяют подземные воды и осадочные породы нашей планеты вплоть до глубин в несколько километров.

Подповерхностная микробиология

Первые результаты по изучению распространения микроорганизмов в подповерхностных осадочных породах вызывали много вопросов. Материалом являлся керн буровых скважин, и он мог загрязняться микрофлорой буровых растворов. Более тщательно проведенные работы последних двух десятилетий позволили, однако, показать, что в керне специально пробуренных скважин также присутствует жизнеспособная микрофлора, находящаяся в состоянии сверхдлительного анабиоза, продолжительностью как минимум несколько миллионов лет.

Первые надежные данные о сверхдлительном анабиозе микроорганизмов получил сотрудник Института микробиологии С.Абызов [3]. Он в течение 20 лет исследовал ледяные керны на советской антарктической станции «Восток» из скважины, которая бурилась при помощи термобура и без применения растворов. С помощью специального пробоотборника талая вода отбиралась из центральной части ледяного керна. Она использовалась для посева на различные питательные среды и определения количества клеток методом прямого счета.

Проведенные исследования показали, что жизнеспособные клетки микроорганизмов обнаруживают в кернах до глубины более 3 тыс. м от поверхности ледника, а возраст их превышает 400 тыс. лет. Результаты Абызова были подтверждены и двумя группами американских исследователей, которые также обнаружили жизнеспособную микрофлору и микробные биомаркеры в аналогичных образцах.

Количество клеток микроорганизмов в кернах ледяного щита Антарктиды было невелико, поскольку эта микрофлора попадала в Антарктиду путем эолового переноса вместе с частичками пыли. Значительно большие количества жизнеспособных клеток обнаружены сотрудниками лаборатории Д.Геличинского, которые в течение длительного времени изучали распространение микроорганизмов в кернах мерзлых грунтов и осадочных пород Восточной Сибири (табл.1) и Антарктиды [4].

Разнообразные микроорганизмы и водоросли определены в грунтах и породах, возраст которых достигал 3-5 млн лет, причем эти породы постоянно находились в замороженном состоянии, что гарантировало их от загрязнения микрофлорой грунтовых вод.

Последние 10-15 лет в США, России, Швеции и других странах проводились широкомасштабные исследования распространения жизнеспособных микроорганизмов в породах различного геологического возраста. Принимались специальные меры для контроля загрязнения бурового керна микрофлорой буровых растворов. Главный вывод этих работ заключался в том, что жизнеспособная микрофлора встречалась по всему разрезу осадочных пород, вплоть до самых древних.

Более того, в пористых и трещиноватых породах, насыщенных пластовыми водами, микроорганизмы не только жизнеспособны, но и геохимически активны. В качестве одного из наиболее хорошо изученных объектов можно указать на девонские (410-350 млн лет) нефтеносные песчаники России, в которых выявлены активные микробиологические процессы, вызываемые анаэробными сульфатредукторами и метаногенами [5].

В большинстве упомянутых выше исследований изучалось распространение гетеротрофных микроорганизмов, хорошо растущих на лабораторных питательных средах, а основными объектами изучения были керны осадочных пород различного возраста или подземные воды, циркулирующие в них.

Горные породы Марса представлены в основном изверженными, содержание органического вещества в них существенно ниже, чем в осадочных, и, следовательно, условия существования для гетеротрофных бактерий менее благоприятны. Для понимания пределов функционирования микроорганизмов в подповерхностных горизонтах Марса необходимо остановиться более детально на работах по микрофлоре изверженных пород.

Подповерхностные автотрофные экосистемы

До недавнего времени о микрофлоре изверженных пород мы судили лишь по анализам микробного населения горячих источников. При этом всегда существовала опасность получить искаженные результаты за счет смешения глубинных нагретых анаэробных растворов с грунтовыми водами, имеющими совершенно иную, в основном аэробную микрофлору. Ситуация существенно изменилась, когда в США, Швеции, Швейцарии и ряде других стран начались работы по созданию подземных хранилищ радиоактивных отходов. Наиболее подходящие вместилища для такого хранения - крупные массивы базальтов Феноскандинавского щита и бассейна р.Колумбия (Колумбиа Ривер, США).

Несмотря на то что содержание органического вещества и в породах, и в воде крайне низкое, П.Педерсон и его сотрудники установили в водоносных горизонтах базальтов Восточной Швеции многочисленную и разнообразную микрофлору. В наиболее глубоких горизонтах заметно преобладали анаэробные микроорганизмы: сульфатредукторы, метаногены и ацетогены. Численность метаногенов, например, достигала 60-80% от общей численности микробов, учитываемых прямым счетом. Обнаружение изотопно легких сульфидов и растворенного в воде метана (до 4 мл/л) позволяет говорить о том, что по крайней мере сульфатредукторы и метаногены активно функционируют в подземной экосистеме базальтовых пород. Основным донором электронов для автотрофных анаэробных бактерий цикла серы и углерода служит водород, содержание которого составляет в пробах подземной воды 3.8 - 4.6 мл/л.

Изотопный состав углерода бикарбоната подземных вод базальтовых водоносных горизонтов бассейна Колумбиа Ривер (США). По мере углубления в толщу базальтовых пород углерод бикарбоната обогащается изотопом ¹³С (слева). Обогащение подземных вод изотопом ¹³С по мере уменьшения в них содержания бикарбоната (справа).

Похожая ситуация описана Т.Стивенсом и Дж.Мак-Кинли [6], которые изучали водоносные горизонты базальтовых пород в массиве Колумбиа Ривер. Содержание метана в обследованных водах доходило до 160 мкМ, а водорода - до 110 мкM. Как видно из данных, приведенных в табл.2, численность автотрофных анаэробов, использующих водород в качестве донора электронов (т.е. сульфатредукторов, метаногенов и ацетогенов), превышает численность гетеротрофных представителей этих же групп бактерий. Изотопный состав углерода бикарбоната подземных вод довольно убедительно доказывает, что по мере потребления углерода бикарбоната в процессе автотрофного метаногенеза происходит существенное обогащение остаточного бикарбоната тяжелым изотопом ¹³С, вплоть до величин d¹³С = 20‰.

Таким образом, две независимые группы исследователей, работавшие в двух разных регионах нашей планеты, пришли к одинаковым выводам: в подповерхностных условиях в изверженных породах существуют анаэробные автотрофные сообщества микроорганизмов, активность которых не зависит от фотосинтеза. Основным донором электронов служит водород, который поступает либо из глубинных магматических очагов, либо образуется in situ при взаимодействии базальтов и подземных вод. Здесь наиболее важен процесс автотрофного метаногенеза, который сопровождается накоплением метана и органического вещества (биомассы бактерий), а также существенным обогащением остаточного бикарбоната тяжелым изотопом ¹³С.

Нам представляется, что существование подобных подповерхностных экосистем в толще изверженных пород Марса вполне вероятно.

Поэтому в сентябре 1988 г. на заседании советско-американской рабочей группы по космической биологии и медицине я предложил начать поиски жизнеспособных микроорганизмов в подповерхностных породах Марса, где есть шансы найти жидкую воду [7]. В первую очередь надо обратить внимание на области с наиболее молодыми проявлениями вулканизма [8], поскольку именно в этих местах можно рассчитывать на остаточную гидротермальную активность, при которой выделяются необходимые для хемолитоавтотрофных микроорганизмов доноры электронов (Н₂, Н₂S, CO, NH₃, CH₄).

Геохимические доказательства микробной активности в породах Марса

Косвенные доказательства существования подповерхностной микробной активности на Марсе удалось обнаружить при анализе литературы, посвященной детальному изучению так называемых SNC-метеоритов. По мнению большинства специалистов, они представляют собой куски марсианских изверженных пород, выброшенных в космос из ударных кратеров.

Комплексное изучение минералогии и геохимии SNC-метеоритов дало новые результаты, очень важные для биогеохимиков, интересующихся проблемой происхождения и эволюции живых систем на Марсе. Геохимики из Открытого университета (Великобритания), обнаружив в одних и тех же пробах органическое вещество и карбонатные минералы [9], обратили внимание на существенные различия в изотопном составе углерода карбонатов и органического вещества. Карбонатные минералы SNC-метеоритов сильно обогащены изотопом ¹³С по сравнению с СО₂ марсианской атмосферы. Средняя величина d¹³С составляет +41.5‰. В то же время органический углерод заметно обогащен изотопом ¹²С (d¹³С колеблется от –20.0 до –33.0‰). Столь заметная величина фракционирования стабильных изотопов углерода может наблюдаться только в низкотемпературных условиях и только при участии живых организмов [10].

Изотопный состав углерода (d¹³С) и кислорода (d¹⁸О) в карбонатах из разных метеоритов. Римскими цифрами обозначены карбонаты: I - углистых хондритов; II - образующиеся при наземном выветривании обычных хондритов. Значения разных авторов для метеорита ALH 84001 взяты из работы [14]. А и Б - изотопный состав CO₂ марсианской атмосферы: А - данные Ч.Гаметца из [14], Б - Х.Тейлора из [15].

По данным Дж.Гудинга [11], карбонаты SNC-метеоритов входят в состав комплекса вторичных минералов, заполняющих трещины и жеоды в основных и ультраосновных породах. Вторичная ассоциация минералов в трещинах метеоритов образовалась из низкотемпературных (ниже 100°С) гидротермальных растворов с pH около 8 и Eh меньше –220 мВ. Такие условия вполне благоприятны для развития термофильных анаэробных микроорганизмов, и можно полагать, что обнаруженные эффекты фракционирования стабильных изотопов углерода - следствие развития хемолитоавтотрофных метаногенов. В табл.3 сравниваются величины d¹³С углекислоты (исходного субстрата для метаногенеза) и органического вещества биомассы метаногенов. В левой колонке приведены данные наших экспериментов с чистыми культурами метаногенов [12], в правой - результаты изучения изотопного состава углеродных соединений марсианских пород и атмосферы Марса. Хорошо видно, что как обогащение остаточной углекислоты изотопом ¹³С, так и обеднение этим изотопом органического вещества в обеих колонках имеют сходные величины. Остается только добавить, что в базальтах Колумбиа Ривер, где современные процессы метаногенеза доказаны экспериментально, наиболее изотопно-тяжелый остаточный минеральный углерод подземных вод обогащен изотопом ¹³С на 37‰ по сравнению с атмосферной углекислотой.

Подводя итоги минералогических и геохимических исследований SNC-метеоритов, необходимо подчеркнуть основные выводы, очень важные для решения проблемы микробной жизни на Марсе. В отличие от данных миссии «Викинг» при изучении SNC-метеоритов обнаружены:

ключевые соединения цикла углерода - карбонатные минералы и органическое вещество. Следовательно, цикл углерода на Марсе функционирует;
дополнительные свидетельства существования на Марсе жидкой воды. Об этом говорит морфология выделения вторичных минералов в трещинах и жеодах изверженных пород. Более того, получены сведения, характеризующие эту воду как низкотемпературный гидротермальный раствор;
доказательства процесса фракционирования стабильных изтопов углерода: установлен изотопно-тяжелый углерод карбонатов и изотопно-легкий углерод органического вещества в одних и тех же пробах. Существенная разница в значениях d¹³С карбонатов и органического вещества свидетельствует о биологическом механизме фракционирования изотопов углерода (например, процессе автотрофного метаногенеза).

Иными словами, результаты миссии «Викинг» похоронили надежды экзобиологов найти жизнеспособные клетки микроорганизмов в верхних слоях марсианской почвы. Результаты же изучения SNC-метеоритов возрождают эти надежды и указывают путь поиска, выдвигая на первый план исследование микробной жизни в подповерхностных горизонтах марсианских горных пород.

Новая стратегия поиска жизни на Марсе

В заключение еще раз подчеркнем, что в связи с переориентацией поиска жизни с поверхности планеты в подповерхностные породы следует ориентироваться на анаэробные хемолитоавтотрофы: метаногены, ацетогены, железо- и сульфатредукторы. Наиболее перспективны области молодого вулканизма, где подповерхностные породы прогреваются глубинным тепловым потоком. Кроме того, в таких местах большая вероятность обнаружить поток восстановленных газов. Последние могут служить донорами электронов для обеспечения жизнедеятельности хемолитоавтотрофных микроорганизмов, продуцирующих органическое вещество биомассы в темновых условиях.

Желательно существенно расширить исследование стабильных изотопов. Это касается в первую очередь изучения распространения изотопов углерода, а также кислорода, серы, водорода и азота, так как известно, что при биологических процессах происходит фракционирование стабильных изотопов всех биогенных элементов.

Учитывая тот факт, что все приборы «Викингов» сработали после длительного перелета от Земли до Марса и выдержали режим торможения и посадки, представляется целесообразным использовать тот же набор методов: газообмен, введение меченых соединений углерода (в первую очередь СО₂ и ацетата, активно потребляемых многими анаэробными микроорганизмами), пиролиз в комбинации с газохроматографическим анализом продуктов пиролиза.

Однако сама схема постановки экспериментов на посадочном модуле должна существенно отличаться от использованной на «Викингах»: исследования надо проводить в анаэробной обстановке; опыты по фиксации ¹⁴СО₂ должны выявить наличие анаэробных хемолитоавтотрофов, а не процесс аэробного фотосинтеза; в экспериментах по активизации нативной (естественной) микрофлоры следует применять не органические соединения, как на «Викингах», когда поиск был направлен на обнаружение гетеротрофов, а восстановленные газы - СН₄, Н₂S, СО и Н₂, добавление которых может активизировать хемолитоавтотрофные микроорганизмы. В экспериментах по газообмену, проводимых с увлажненными образцами в атмосфере водорода, который потребляется большинством анаэробных хемолитоавтотрофов, нужно искать следы их жизнедеятельности - метан, сероводород и ацетат.

В свете всего сказанного желательно также в состав биологического модуля включить масс-спектрометр высокого разрешения, способный измерять стабильные изотопы газообразных соединений биогенных элементов - как природных, так и получающихся при пиролизе исследуемых проб.

Наконец, есть дополнительное требование и к посадочному модулю будущих экзобиологических экспедиций на Марс. Он должен иметь достаточно мощную буровую установку, чтобы можно было отобрать образцы подповерхностных пород, различающихся по составу, из нескольких районов планеты.

Литература

1. Лоуэлл П. Марс и жизнь на нем. Одесса, 1912.

2. Klein H.P. The Viking Biological Investigation // General Aspects, Scientific Results of the Viking Project. Washington, 1977. P.4678-4680.

3. Abysov S.S. Microorganisms in the Antarctic Ice // Antarctic Microbiology. New York, 1993. P.265-295.

4. Vishnevetskaya T., Katharion S., McGrath J. et al. // Extremophiles. 2000. V.4. P.125-134.

5. Ivanov M.V., Belyaev S.S. Microbial Activity in Waterflooded Oil Fields and Its Possible Regulation // Proc. Intern. Conf. on Microb. Engancement of Oil Recovery. Washington, 1983. P.47-54.

6. Stevens T.O., McKinley J.P. // Science. 1995. V.270. P.450-455.

7. Ivanov M.V. Potential for Searching for chemoautotrophic microorganisms on Mars // USSR Space Life Science. Issue 212 NASA Contract Report 3922 (24). 1989. P.38-40.

8. Boston P., Ivanov M.V., McKey C. // Icarus. 1992. V.95. P.300-308.

9. Wright I.R., Grady M.M., Pillinger C.T. // Geochim. et Cosmochim. Acta. 1988. V.52. P.917-924.

10. Иванов М.В., Леин А.Ю. // Докл. АН СССР. 1991. Т.321. С.1272-1276.

11. Gooding J.L. // Icarus. 1992. V.99. P.28-41.

12. Ivanov M.V., Belyaev S.S., Zyakun A.M. et al. Carbon stable isotopes fractionation by methane - producing bacteria growing on different substrates // Isotopes in der Nature. Leipzig, 1983. S.139-158.

13. Ivanov M.V., Lein A.Yu. // Space Res. 1995. V.15. №3. P.215-221.

14. Romanek C.S., Grady M.M., Wright I.P. et al. // Nature. 1994. V.327. P.655-657.

15. Jill A.J., Eastoe C.J., Xue S., Herzog G.F. // Meteoritics. 1995. V.30. P.311-318.