На 504-километровом спутнике Сатурна Энцеладе бьют гейзеры — но не из горячей воды, а из ледяной. Струи взмывают на сотни километров в космос, формируя E-кольцо планеты-гиганта.
Эта активность связана с тем, что под 20-километровой ледяной корой скрывается глобальный океан. Зонд NASA «Кассини», изучавший систему окольцованного гиганта с 1 июля 2004 года до 15 сентября 2017 года, обнаружил в выбросах сложные органические молекулы, водород, соли — все, что нужно для зарождения и поддержания жизни.
Почему обнаружение водорода, самого распространенного элемента во Вселенной, так интригует? Дело в том, что его присутствие указывает на гидротермальные процессы на дне океана — там, где горячая вода взаимодействует с породами. Аналогичное есть и на дне земных океанов — гидротермальные источники "черные курильщики", которые являются "оазисами жизни", процветающей на морской глубине без доступа к солнечному свету.
Откуда энергия?
Откуда столь крошечный мир берет энергию для извержений? Приливные силы Сатурна разогревают недра спутника изнутри. Орбита Энцелада слегка вытянута, и гравитация гиганта то сжимает, то растягивает его. Эти непрерывные процессы генерируют тепло. Трение превращает лед в воду, давление — в гейзеры.
Примечательно, что гейзерная активность сконцентрирована на южном полюсе спутника, что можно объяснить более тонкой ледяной корой. Там проходят четыре гигантских разлома — "тигровые полосы". Именно из них вырываются ледяные фонтаны, питающие кольцо Сатурна и обновляющие и без того белоснежную поверхность Энцелада.
Миссия будущего
Вне всяких сомнений Энцелад — один из главных кандидатов на роль дома для внеземной жизни. И для проверки этого нам даже не нужно бурить — океан сам великодушно выплескивается в космос.
Европейское космическое агентство (ESA) планирует организацию масштабной миссии к Энцеладу, подразумевающей не только отправку орбитального аппарата, но и спускаемого модуля, который совершит посадку на южный полюс для сбора образцов выбросов непосредственно у источника.
Если под льдами Энцелада действительно существует жизнь, мы можем найти ее доказательства уже в ближайшие десятилетия. А если мы не найдем там жизнь? Тогда мы будем искать ответ на вопрос, почему в идеальных условиях она не появилась.
За красивым названием "Восточная изумрудная элизия" (лат. Elysia chlorotica) скрывается морской слизень, обитающий у восточного побережья Северной Америки. Это создание выглядит скорее как плоский лист, чем как моллюск. А его необычный цвет является результатом одного из самых удивительных биологических "ограблений" в природе.
Elysia chlorotica питается нитчатыми желто-зелеными водорослями Vaucheria litorea. Но в отличие от обычных травоядных, слизень не просто переваривает пищу — он "ворует" у нее органеллы, отвечающие за фотосинтез. Хлоропласты из клеток водоросли встраиваются в клетки пищеварительной системы слизня и продолжают полноценно работать там месяцами.
Как работает биологическая кража
Хлоропласты не могут функционировать самостоятельно — им нужны сигналы от ядра клетки растения, которое содержит критически важные гены. Но эволюция вручила слизню решение этой проблемы: моллюск ворует не только хлоропласты, но и часть генетического кода водоросли.
Для успешного встраивания генов водоросли в геном Elysia chlorotica используется горизонтальный перенос генов. Это явление, когда генетический материал передается между организмами не через размножение, а напрямую — редкость для многоклеточных животных, но обычное дело для бактерий.
Благодаря этим украденным генам слизень начинает производить белки, необходимые для обеспечения работы хлоропластов. То есть животное научилось управлять растительной органеллой столь же качественно, как родительское растение.
Когда молодой слизень впервые съедает водоросль и "заражается" хлоропластами, он может обходиться без пищи до 10 месяцев — при условии доступа к солнечному свету. Хлоропласты используют энергию света для преобразования углекислого газа и воды в органические вещества, которые и идут на корм слизню.
Важно понимать, что это не симбиоз, когда два организма мирно сосуществуют на взаимовыгодных условиях. Это клептопластия — буквально "кража пластов" (в данном случае хлоропластов). Водоросль погибает, но ее органеллы продолжают какое-то время выполнять свои функции в теле нового хозяина.
Elysia chlorotica ставит под сомнение четкое разделение между животными и растениями. Да, перед нами, определенно, животное с пищеварительной и нервной системами, способное свободно передвигаться. Но при этом оно фотосинтезирует как растение и располагает растительными генами в своем геноме.
Эволюция — гораздо более творческая и гибкая штука, чем принято считать.
Стоит бросить щепотку соли в воду, и она растворится за секунды. Но если капнуть масло — оно останется плавать. Почему вода ведет себя так избирательно? Секрет в полярности.
Молекула воды (H2O) — это крошечный "магнит". Кислород тянет электроны на себя сильнее, чем водород, поэтому у него появляется легкий отрицательный заряд, а у двух атомов водорода — положительный. Получается "электрический перекос": одна часть молекулы отрицательная, другая — положительная.
Эта асимметрия позволяет воде взаимодействовать с ионными соединениями и полярными молекулами — противоположно заряженные части молекулы воды притягиваются к разным ионам вещества, разрушая его структуру.
Как вода "ломает" соль
Соль (NaCl) — это соединение с кристаллической решеткой (ионной решеткой кубической формы) из положительного натрия (Na⁺) и отрицательного хлора (Cl⁻). Как только соль попадает в воду, сразу же запускается реакция:
Отрицательная часть молекул воды (кислород) притягивается к Na⁺;
Положительная часть (атомы водорода) — к Cl⁻;
Решетка разрушается, ионы растаскиваются в разные стороны.
Молекулы воды буквально отрывают ионы друг от друга и формируют вокруг каждого гидратную оболочку — слой из нескольких молекул воды, повернутых к иону противоположно заряженной частью, что препятствует их воссоединению. Так разрушается кристаллическая решетка, и ионы равномерно распределяются в объеме раствора.
Схожим образом вода связывается с полярными молекулами вроде сахаров, спиртов и кислот, образуя водородные связи.
Почему масло не растворяется?
Молекулы жиров и масел неполярные, так как состоят из длинных углеводородных цепей, где электроны распределены равномерно (отсутствуют заряженные участки). А вода, являющаяся полярной, не способна взаимодействовать с такой электрически нейтральной структурой, потому что ей просто не за что "зацепиться".
Когда масло попадает в воду, то молекулы воды "игнорируют" его, продолжая образовывать водородные связи между собой. Масло быстро вытесняется и собирается в капли на поверхности. В природе существует четкое правило: полярное растворяет полярное, неполярное растворяет неполярное.
Именно поэтому для удаления жирных загрязнений используют моющие средства — они содержат молекулы с двойной природой (амфифильные), которые могут одновременно взаимодействовать и с водой, и с жирами. У таких молекул одна часть (гидрофильная "голова") полярная и любит воду, а другая (гидрофобный "хвост") неполярная и притягивается к жирам. Когда моющее средство попадает в воду с маслом, его молекулы окружают жировые капли хвостами внутрь, а головами наружу — образуются мицеллы.
Перед вами спиральная галактика-медуза (PGC 29820) — удивительное "существо" с призрачными щупальцами из газа и звезд, удаленное примерно на 600 миллионов световых лет от нас.
Вот уже несколько сотен миллионов лет эта галактика переживает разрушительную трансформацию. Проносясь через скопление других галактик, она сталкивается с невидимым барьером — разреженным межгалактическим газом. Для галактики, движущейся с огромной скоростью, даже небольшая концентрация материи становится мощным встречным ветром, порывы которого приводят к необратимым изменениям.
Давление буквально выдувает из PGC 29820 газ и пыль, формируя характерные светящиеся шлейфы-щупальца.
Это явление, называемое "давлением набегающего потока", приводит к тому, что галактика теряет материал, необходимый для зарождения новых светил. В итоге звездообразование замедляется, а потом прекращается полностью и галактика медленно угасает.
Выдутые газ и пыль не пропадают бесследно — они обогащают межгалактическую среду тяжелыми элементами, которые появились в ходе нуклеосинтеза*. Со временем все это станет строительным материалом для следующего поколения галактик и планет, замыкая великий космический круговорот вещества.
*Нуклеосинтез — процесс образования химических элементов в звездах и при их взрывах. Углерод, кислород, железо синтезируются в недрах светил, а более тяжелые элементы (золото, уран) рождаются при катаклизмах — взрывах сверхновых и слияниях нейтронных звезд.
Изображение было получено с помощью космического телескопа NASA/ESA "Хаббл".
Ксеноботы — это синтетические организмы, представляющие собой микроскопических "роботов" из живых клеток, которые способны выполнять действия, предопределенные их создателями.
Первые ксеноботы были созданы в 2020 году учеными из Университета Тафтса (США), успешно объединившими биологию и робототехнику.
Как создают ксеноботов?
"Строительным материалом" ксеноботов являются стволовые клетки африканской когтистой лягушки (Xenopus laevis — отсюда название).
С помощью компьютерного моделирования проектируется форма будущего существа, а после вручную "складывают" клетки в заданную структуру. В итоге получаются организмы, состоящие из 500-1000 клеток, но при этом их размер не превышает одного миллиметра.
Важно отметить, что ксеноботы не похожи ни на один живущий на Земле организм или естественно функционирующий орган.
Что они умеют?
Перемещаться за счет сокращений сердечных клеток, которые используются при их создании;
Транспортировать микрочастицы;
Самоорганизовываться в группы;
Быстро восстанавливаться после повреждений (клетки регенерируют).
Примечательно, что у ксеноботов отсутствует нервная система, они не способны размножаться, а их продолжительность жизни составляет всего 7-10 дней, после чего существа распадаются на отдельные клетки, утрачивая первоначально заданный функционал.
Зачем они нужны?
Ученые считают, что в обозримом будущем ксеноботы найдут применение в таких областях, как:
Медицина. Крошечные существа будут доставлять лекарства к конкретным органам для минимизации побочных эффектов, очищать сосуды от бляшек и ускорять регенерацию тканей.
Экология. Ксеноботы будут собирать микропластик в водоемах и очищать их от токсинов.
Фундаментальная наука. Ксеноботы — прекрасная модель для изучения морфогенеза (откуда клетки "знают", какую часть тела им сформировать).
Ксеноботы — пример программируемой формы жизни: их поведение задается не генами, а формой, составом и желанием создателей. Они совершенно безопасны для окружающей среды (не оставляют следов, являясь биоразлагаемыми) и способны работать там, где наша техника бессильна (например, внутри тела).
Сейчас ученые стремятся создать устойчивых ксеноботов из клеток других видов, включая человека. Параллельно они пытаются "обучать" их сложным задачам и продлевать им жизнь.
В 2020 году австралийский радиотелескоп ASKAP зафиксировал странный сигнал ASKAP J173608.2-321635, источник которого скрывался в направлении центра Млечного Пути. Сначала казалось, что это рядовое явление, так как космос полон радиоисточников: пульсары, квазары, остатки сверхновых.
Однако чем больше данных накапливалось, тем очевиднее становилось, что "нечто", породившее сигнал ASKAP J173608.2-321635, не похоже ни на что известное науке.
Космический хаос
Космические источники излучения обычно предсказуемы. У каждого типа объектов есть свой "почерк". Например:
Пульсары вращаются вокруг своей оси с точностью атомных часов — от одного оборота за несколько секунд до нескольких сотен оборотов в секунду.
Звезды в двойных системах регулярно затмевают друг друга, создавая периодические провалы в яркости. Цикл повторяется раз за разом.
Пульсирующие переменные звезды меняют светимость из-за поочередного расширения и сжатия внешних слоев и изменения их температуры. Этот процесс подчиняется законам звездной физики и полностью предсказуем.
Даже квазары, питаемые сверхмассивными черными дырами и демонстрирующие на первый взгляд хаотичное поведение, подчиняются статистическим закономерностям.
ASKAP J173608.2-321635 игнорирует все правила.
Объект может молчать три недели, а потом внезапно вспыхнуть на пять дней. Затем полугодавая тишина, которая сменится вспышкой, длящейся всего несколько часов. И вновь тишина. За пять лет наблюдений астрономы зарегистрировали десятки активных фаз — ни одна не повторила предыдущую ни по длительности, ни по мощности.
Это не просто нерегулярность. Это полное отсутствие какой-либо систематичности.
Примечательно, что между периодами активности объект не тускнеет постепенно. Он "выключается" мгновенно и полностью.
Представьте радиоисточник как лампочку. Обычные переменные объекты ведут себя как лампы с диммером — плавно становятся ярче или тусклее. А вот ASKAP J173608.2-321635 работает как обычная лампа накаливания: щелк — горит, щелк — не горит. Никаких промежуточных состояний.
Такое поведение противоречит физике большинства известных астрономических процессов, которые имеют инерцию и не могут "выключаться" мгновенно.
Призрак в радиодиапазоне
Одна из самых загадочных особенностей объекта — его избирательность по длинам волн. ASKAP J173608.2-321635 излучает исключительно в узком радиодиапазоне около 1 гигагерца. Астрономы, в попытках понять природу аномалии, наводили на эту область:
Рентгеновские телескопы — ничего;
Инфракрасные обсерватории — пусто;
Оптические телескопы — тишина;
Ультрафиолетовые детекторы — ноль.
Объект буквально неуловим во всех диапазонах, кроме радио.
Следовательно, это исключает практически все кандидатов:
Пульсары светятся постоянно во всем спектре — от радио до гамма-лучей. Они не могут "спрятаться".
Магнетары (сверхнамагниченные нейтронные звезды) производят мощнейшие рентгеновские вспышки, которые невозможно не заметить.
Переменные звезды видны в оптическом (видимом) диапазоне по определению — это же звезды.
Черные дыры и нейтронные звезды с аккреционными дисками разогревают падающее вещество до миллионов градусов. Такой объект сияет в рентгене ярче прожектора.
Что может излучать только в радио и быть абсолютно невидимым во всех остальных диапазонах? Астрономы не знают.
Первое предположение — необычный пульсар с нестабильным вращением. Возможно, его магнитное поле устроено так, что луч излучения "мигает" непредсказуемо.
Проблема: пульсары не "выключаются" полностью. Их сигнал может ослабевать, но полностью исчезать на недели, а то и месяцы — это за гранью известной физики нейтронных звезд.
Версия 2: магнетар в спящем режиме
Магнетары периодически "просыпаются", производя всплески активности в виде радиоволн. Может быть, перед нами такой случай?
Проблема: магнетары обязательно излучают в рентгеновском и гамма-диапазонах. Даже в спокойной фазе их рентгеновское свечение регистрируется. Здесь его нет вообще.
Версия 3: двойная система с затмениями
Возможно, это пара объектов, где один периодически заслоняет излучение другого?
Проблема: Затмения в двойных системах происходят регулярно, с четким периодом обращения. Здесь никакой периодичности нет.
Версия 4: белый карлик с аномальным магнитным полем
Некоторые белые карлики обладают чрезвычайно сильными магнитными полями и могут производить радиовспышки.
Проблема: белые карлики горячие — их можно наблюдать в ультрафиолетовом и видимом диапазонах. Объект ASKAP J173608.2-321635 невидим в этих спектрах.
Версия 5: коричневый карлик с радиовспышками
Коричневые карлики — "неудавшиеся звезды" — иногда производят мощные радиовсплески из-за магнитной активности.
Проблема: коричневые карлики излучают преимущественно в инфракрасном диапазоне. Они недостаточно горячи для того, чтобы наблюдать их в оптические телескопы, но по ИК-излучению их легко найти. Здесь инфракрасного излучения нет.
В настоящее время научное сообщество склоняется к радикальной гипотезе: мы нашли нечто, для чего у нас нет теоретической модели. Вероятно, мы столкнулись с новым классом космических объектов, который выходит за рамки наших стандартных классификаций.
История науки знает такие примеры. Например, когда в 1967 году открыли первый пульсар, то астрономы были так поражены, что устроили масштабную проверку данных — сигнал был настолько регулярным, что его даже в шутку назвали LGM-1 (Little Green Men — "маленькие зеленые человечки"). Потребовалось время, чтобы понять: это быстровращающаяся нейтронная звезда.
А когда в 1960-х годах обнаружили первые квазары, то их яркость казалась невозможной, а удаленность от Земли — просто запредельной. Потребовались десятилетия исследований, чтобы ученые осознали, что имеют дело со сверхмассивными черными дырами, активно пожирающими окружающую материю.
Возможно, ASKAP J173608.2-321635 — начало новой главы в астрономии.
22 июня 1978 года астрономы Джеймс Кристи и Роберт Харрингтон, работавшие при Военно-морской обсерватории США (NOFS) во Флагстаффе, штат Аризона, открыли Харон — крупнейший спутник Плутона.
Кристи и Харрингтон вовсе не охотились за спутниками. Перед собой они поставили задачу уточнить параметры орбиты Плутона. Но Кристи, изучая снимки, заметил нечто странное: на некоторых фотография карликовая планета (тогда еще полноценная девятая планета Солнечной системы) выглядела немного вытянутой, словно размазанной. Еще больше интриговал тот факт, что это "размытие" меняло положение с четкой периодичностью — каждые 6,39 дня.
Заинтригованный астроном рассказал о странности коллеге. Они подняли архивные снимки Плутона и обнаружили, что аномалия повторяется систематически. У этого могло быть только одно объяснение: рядом с Плутоном присутствует массивное тело, которое является его спутником.
Так человечество узнало, что далекий Плутон не одинок — у него есть своя луна. Сегодня же нам известны еще четыре спутника помимо Харона: Гидра и Никта (открыты в 2005 году), Кербер (открыт в 2011 году) и Стикс (открыт в 2012 году).
Все названия связаны с греческими мифами о подземном царстве:
Плутон - бог подземного царства;
Харон - перевозчик душ;
Никта - богиня ночи;
Гидра - девятиглавое змееподобное чудовище;
Кербер (Цербер) - трехглавый пес, охраняющий выход из царства мертвых;
Стикс - река в подземном царстве, отделяющая мир живых от мира мертвых.
Международная команда исследователей, опираясь на возможности искусственного интеллекта (нейросетей, обучаемых на гигантских массивах данных), смогла выявить структуру языка китов, которая оказалась очень похожей на человеческую речь.
Следовательно, общение с другим видом — не фантастика, а вопрос времени.
Мечта становится реальностью
В 2020 году стартовал амбициозный проект CETI (Cetacean Translation Initiative — Инициатива по переводу китообразных). Ключевая цель казалась невероятной: расшифровать язык кашалотов и научиться говорить с ними.
Четыре года спустя в журнале Nature Communications было опубликовано исследование, авторами которого выступили ученые из Массачусетского технологического института (MIT) и проекта CETI. Если очень кратко, то суть такова: исследователи обнаружили "фонетический алфавит" кашалотов — систему звуков, структурно похожую на человеческую речь.
"Коды" кашалотов
Кашалоты общаются друг с другом с помощью серий щелчков, которые ученые называют "кодами" (англ. codas). Громкость этих звуков может достигать 200 децибел — громче, чем взлетающая ракета.
Изначально считалось, что коды — это просто идентификационные сигналы, вроде позывных. Но исследования показали, что они на самом деле представляют собой полноценный язык с грамматикой, контекстом и смысловой нагрузкой.
Ученые выделили 156 различных кодов и их базовые компоненты — что-то вроде фонем в человеческой речи. Кроме того, обнаружились "гласные" и "дифтонги"* в китовых звуках.
*Дифтонги — это сложные гласные звуки, состоящие из двух разных гласных, произносимых как один слог без паузы. В латинском языке это, например, ae, oe и au.
Как ИИ помогает понять китов?
Основным инструментом исследователей стали технологии обработки естественного языка (NLP), которые являются фундаментом всем известного ChatGPT и других современных языковых моделей.
Было установлено, что структура китовой коммуникации меняется в зависимости от контекста разговора. Киты не просто повторяют одни и те же звуки (как кошки или собаки) — они выстраивают сложные комбинации, придавая им новые значения. Аналогичным образом мы складываем буквы в слова, а слова в словосочетания и предложения.
"Мы выявили структурированное информационное содержание, — заявила Даниэла Рус, директор Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта (CSAIL) MIT. — Это бросает вызов преобладающему среди многих лингвистов убеждению, что сложная коммуникация уникальна для людей".
Технологии будущего в действии
Для сбора данных о китах, в рамках проекта CETI был разработан целый арсенал "деликатной робототехники":
Беспилотные дроны отслеживают китов с воздуха;
Подводные глайдеры (аппараты, приводимые в движение гидродинамическими силами за счет изменения плавучести) с микрофонами, которые бесшумно следуют за китами на глубине до двух километров;
Биоинспирированные метки на присосках, прикрепляемые на тела китов, записывают звуки и отслеживают движения;
Алгоритмы машинного обучения, которые с поразительной точностью предсказывают, где кит всплывет.
Система AVATARS (Автономные средства для отслеживания и встречи с китами) отвечает за сбор данных в режиме реального времени, координируя все системы.
Сколько данных нужно для понимания?
Здесь начинается самое сложное. Для обучения языковой модели GPT-3 потребовалось около 175 миллиардов слов. Ученые CETI поставили перед собой цель собрать более миллиарда комбинаций кодов от кашалотов, включая полный контекст: кто с кем говорит, в какой ситуации развивается общение и какое действие следует за этим.
По состоянию на 2025 год собрано несколько миллионов записей (данные уточняются), но это огромный прогресс по сравнению со 100 000 в 2021 году. Уже сегодня создана уникальная база данных звуков и поведения кашалотов — единственная в истории.
Примечательно, что наибольшее количество данных обеспечивает одна группа кашалотов, проживающая у берегов острова Доминика в Карибском море. За ней наблюдают уже более 15 лет.
Почему именно кашалоты? Выбор неслучаен. У кашалотов:
Самый большой мозг среди всех животных на планете;
Сложная социальная структура — они живут тесными семейными группами, демонстрируя человекоподобную привязанность друг к другу;
Развитая коммуникация — они учат своих детенышей "говорить". А еще перенимают особенности общения у других групп.
Это перевернет наше сознание
В 1960-х годах Роджер Пейн (29 января 1935 года — 10 июня 2023 года), американский биолог, а после советник CETI, записал "Песни горбатых китов". Эти записи вдохновили людей на создание движения "Спасем китов", которое привело к принятию Закона о защите морских млекопитающих в 1972 году и спасло несколько видов китов от вымирания.
И это огромное достижение стало возможно потому, что люди просто услышали звуки китов. Представьте, что произойдет, когда мы сможем понимать китов и отвечать им.
Что дальше?
Прямо сейчас команда CETI работает над несколькими направлениями:
Расшифровка значений кодов. Ученые стремятся понять, есть ли у китов "слова" для конкретных объектов или действий (как они называют, например, море). Более того, исследователи хотят выяснить, как киты передают информацию между поколениями.
Создание языковой модели, которая не только будет понимать китов, но и сможет генерировать ответы. Проведение экспериментов по воспроизведению китовых звуков и наблюдению за реакцией животных в их естественной среде обитания.
Совместно с юридическим факультетом NYU разрабатываются этические принципы для коммуникации с другими видами. Как использовать эту технологию ответственно? Какие права появятся у китов, которые докажут свою разумность.
Демонстрация человечеству, что киты — это не просто "ресурс" или "красивые животные", а разумные существа с языком, культурой, семьями и обществом.
"Если мы обнаружим, что целая цивилизация, по сути, находится у нас под носом, возможно, это приведет к сдвигу в нашем отношении к окружающей среде", — говорит Майкл Бронштейн, руководитель направления машинного обучения в CETI.
Человечество стоит на пороге первого в истории осмысленного диалога с другим видом. И это не предположение со страниц научной фантастики, а реальность, к которой мы приближаемся, благодаря объединению биологии, лингвистики, робототехники и искусственного интеллекта.
В ближайшие годы мы услышим первый ответ от кашалотов. И что бы они ни сказали нам, это навсегда изменит наше понимание того, что значит быть разумным существом на этой планете.
