Фотосинтез, сбор солнечного света и превращение его в энергию, является главным движущим фактором почти всех форм жизни на нашей планете. Подавляющее большинство фотосинтезирующих организмов при этом полагаются на оптическую часть излучения светила, но некоторые способны использовать обладающий меньшей энергией, но зато лучше проникающий через препятствия инфракрасный свет. Наконец, есть организмы, которые используют инфракрасное излучение не от Солнца. Это, конечно, организмы, обитающие в толще океана недалеко от гидротермальных источников. Такие источники почти наверняка должны быть на Европе, ведь источник тепла для ее подледного океана исходит из трения воды и ядра луны, в том числе воды о дно океана.

Вопрос о возможностях жизни, опирающийся на фотосинтез в условиях гидротермальных источников, попал в фокус внимания ученых Центрального кубинского университета в Санта-Кларе. На дне океанов гидротермальные источники появляются в местах, где сдвигаются тектонические плиты. Множество бактерий питается минералами, выделяющимися при контакте горячей магмы с холодной водой. Эти бактерии поддерживают целые экосистемы, в которых встречаются черви, крабы, улитки. Восемь лет назад Томасс Бетти, сотрудник Университета Британской Колумбии, открыл бактерии, которым недостаточно одних минералов. Эти бактерии, найденные на глубине 2400 метров у побережья Мексики, используют излучение для проведения химических реакций с серой, после которых высвобождается нужная им энергия. Фотоны солнечного излучения не проникают глубже 200 метров в толщу океана. Поэтому бактерии используют единственный источник излучения, которое появляется при быстром остывании горячей воды, встречающейся с практически замерзающими водами океана.

Эти зеленые серобактерии обладают похожей на антенну структурой, которая позволяет эффективно собирать излучение. Это единственный организм, который существует за счет излучения гидротермальных источников. Изучение обходящихся без Солнца бактерий – сложное и дорогое мероприятие. Поэтому кубинские ученые обратились к математическому моделированию, которое, к тому же, может указать на потенциальные свойства подводных организмов далеких миров, которых нет у земных глубоководных жителей. Сначала была создана модель самого источника, который способен излучать почти только в инфракрасном спектре, с незначительной добавкой в оптической части. Несмотря на заметно большую энергию фотонов оптического света, их вклад в общий энергетический баланс источника мог быть опущен. Модель фотосинтеза была настроена таким образом, чтобы с ее помощью можно было объяснить его поведение на поверхности и в верхней толще воды, но также чтобы она позволяла работать при температурах до 400 градусов Цельсия.

В результате получилось, что эффективность фотосинтеза для инфракрасного излучения очень мала – лишь небольшая часть излучаемой гидротермальным источником энергии может использоваться бактериями. Этот вывод совпадает с наблюдениями на дне океана, показавшими, что зеленые серобактерии не являются доминирующей формой жизни или хотя бы устойчивыми к неблагоприятным условиям организмами. Выходит, существование такой жизни на далеких мирах представляет очень ограниченный интерес. Борьба за существование и выделение энергии вряд ли оставят время этим бактериям для исследования космического пространства. Поэтому, отталкиваясь от земного примера, для других планет есть смысл моделировать поведение аналогичных организмов, но использующих другие длины волн.

Диапазон потенциально поглощаемых внеземными подводными бактериями длин волн был расширен до 1300 нанометров. Это намного более длинные и менее энергетические волны, чем те, что доступны земным бактериям. Инфракрасное излучение начинается с 700 нанометров, а зеленые серобактерии способны использовать излучение примерно до 1000 нанометров. Это, впрочем, не означает, что выход за пределы возможностей земной биологии приведет к принципиально другим процессам. Условия у гидротермальных источников Европы, если они излучают хотя бы до 1100 нанометров, могут быть приемлемы для зеленых серобактерий. Однако химический состав океана на далекой луне или планете может привести к изменению в полосах поглощения излучения. Что, если на Европе все инфракрасное излучение будет поглощено толщей соленой воды при прохождении всего нескольких сантиметров или метров? Тогда бактериям останется очень тонкий слой для жизни, между местами, где уже нет излучения, и местами, где оно мощнее, но жидкость слишком горяча. В таких условиях небольшие колебания в активности гидротермального источника легко уничтожат всю экосистему. Есть, конечно, и другая возможность – меньшая способность внеземного океана по поглощению и более интенсивное излучение (которое, прочем, прямо связано со слишком горячей и непригодной для жизни зоной).

Сейчас размышления о химическом составе придонных вод океанов около гидротермальных источников далеких миров и о свойствах самих источников являются исключительно полетом фантазии, которая в зависимости от квалификации специалиста может несколько удаляться от имеющего на Земле примера. Предположение о том, что подледная жизнь Европы использует фотосинтез, а не более привычные минералы, имеет под собой слабую почву. Однако как на Земле удалось найти такие организмы, так и на других планетах и лунах не стоит сбрасывать со счетов даже такой маловероятный сценарий. Мы пока не нашли другой жизни и не имеем возможности отказаться даже от странных предположений.