Чарльз Кокелл розмірковує над питанням, чи дійсно планета необхідна для існування життя.

Чарльз Кокелл -- професор астробіології Единбурзького університету, засновник і директор UK Centre for Astrobiology. Працював у NASA Ames Research Center, British Antarctic Survey та Open University. Старший редактор журналу Astrobiology. З лютого 2026 року читає курс астробіології в Київському національному університеті.

Чарльз займається вивченням існування в екстремальних середовищах, а також можливостями для життя на інших планетах. Він керував проектами BioRock і BioAsteroid на Міжнародній космічній станції, де мікроби витягували рідкісноземельні метали з базальтової породи, а гриби видобували паладій і платину з матеріалів, отриманих з метеоритів.

У першій частині розглянемо, яким чином мікроби можуть слугувати засобом для дослідження космосу, чи здатні вони витримувати умови вакууму і радіації, а також чи необхідна для життя наявність планети. У другій частині обговоримо потенційні ризики перенесення земного життя на інші небесні тіла та можливість втягнення чужих організмів на Землю. Також розглянемо, чому результати місій Viking досі викликають дискусії, і чи маємо ми етичне право переносити життя в інші світи.

Концепція пошуку життя в місцях, де його існування здається абсолютно неможливим, виглядає практично як наукова фантастика. Які ж корені цього задуму?

Думаю, воно виросло з розуміння, що багато мікроорганізмів на Землі живуть у значно екстремальніших умовах, ніж ми уявляли сто чи навіть пʼятдесят років тому. Що більше ми знаходили їх в екстремальних середовищах, то ясніше ставало, що деякі з цих умов перетинаються з тими, які ми бачимо на інших планетах. Візьміть Марс. Це холодна планета, дуже сувора, і все ж температури поблизу екватора можуть підвищуватися до двадцяти градусів вище нуля. Там високий рівень радіації, але на Землі ми знайшли мікроорганізми, які живуть за жорсткішого опромінення, ніж марсіанське, або принаймні витримують його.

Тому деякі позаземні середовища тепер розуміють як місця, менш екстремальні за найсуворіші умови, які життя витримує на Землі. Звідси й пішла думка, що навіть якщо там немає життя, ці середовища можуть бути придатними. Теоретично здатними його підтримати. Наше уявлення про межі життя розширювалося, а водночас глибшало знання про умови на інших планетах, про рівні радіації, температури, вміст солей. І в якийсь момент ці дві лінії перетнулися. Тепер ми знаємо, що є позаземні середовища, які в принципі могли б підтримати ріст або розмноження земного життя. Це посилило інтерес до питання, чи є там власне життя, і до того, щоб використовувати земні організми для вивчення меж життя деінде.

Яке запитання ви ставили, щоб здійснити перевірку, і як це виглядало на станції?

Мікроорганізми можна порівняти з мініатюрними природними фабриками. Вони споживають каміння, видобуваючи з нього необхідні елементи, і займаються цим вже три з половиною чи навіть чотири мільярди років — з моменту свого виникнення. Для свого росту мікробам потрібні метали та поживні речовини з гірських порід. Протягом мільярдів років вони вивчали, як перетворити камінь на корисні компоненти. Оскільки їх розміри дуже малі, вони функціонують на зовсім іншому, мікроскопічному рівні. Їх можна вважати маленькими шахтарями природи.

Звідси й випливає ідея застосувати мікроорганізми для промислових процесів на кшталт вилучення елементів із породи. Сьогодні на Землі біологічний видобуток дає близько двадцяти відсотків світової міді й золота. Тому ми подумали, чи можна використати мікроби в космосі, щоб добувати елементи з астероїдів або з поверхні Марса.

BioAsteroid виріс із попереднього експерименту на станції, який називався BioRock. Там ми взяли мікроорганізми, щоб видобути елементи з породи. Частково щоб продемонструвати біологічний видобуток у космосі, частково щоб відповісти на питання, чи впливає гравітація на здатність мікробів виконувати ці процеси. Чи можемо ми вести біовидобуток на астероїдах або на Марсі, де сила тяжіння інша, ніж земна.

Дослідження виявили, що рівні гравітації на Марсі та астероїдах не впливають на здатність мікроорганізмів екстрагувати елементи з порід. Ми продемонстрували, що ці мікроби здатні видобувати елементи платинової групи з астероїдних матеріалів, що є надзвичайно перспективним з економічної точки зору. Крім того, під марсіанською гравітацією вони також можуть успішно видобувати рідкісноземельні елементи з порід.

Згідно з даними American Geosciences Institute, двадцять відсотків видобутку металів стосуються винятково міді. Що стосується золота, то його отримують за допомогою біовидобутку, який забезпечує близько п’яти відсотків. У випадку міді, процес відбувається шляхом безпосереднього вилуговування, коли мікроорганізми перетворюють метал у розчинну форму. На відміну від міді, золото не може розчинятися таким чином, тому мікроби виконують руйнування сульфідних порід, оточуючих золото, що робить метал доступним для традиційних технологій видобутку. Цей процес називається біоокисненням.

Серед авторів статті про BioRock значиться Лука Пармітано, астронавт ESA, який встановлював обладнання експерименту на станції. В червні 2026 року NASA призначила його пілотом місії Artemis III, першим європейцем в екіпажі програми Artemis.

Як мікроорганізми витягують метали з гірських порід? Які фізичні процеси відбуваються в цей момент?

Вони здатні генерувати кислоти, зокрема деякі їх різновиди, які вивільняються назовні. Органічні кислоти знижують pH, підвищуючи кислотність середовища, руйнують структуру породи та сприяють вивільненню металів. Це лише один з можливих механізмів.

Мікроби також здатні синтезувати молекули, які звʼязують іони металів. Уявіть розчин, у якому дрейфують іони рідкісноземельних елементів, скажімо лантаноїди. Мікроб виробляє молекулу, яка чіпляє ці іони і фактично вилучає їх із розчину, концентрує. Це інший механізм, яким вони переважно притягують метал і забирають його з рідини, а далі вилучене можна очистити для промислового використання.

Саме це відбувається в природному середовищі. Коли мікробу потрібна мідь або калій, він застосовує різні механізми, щоб вивільнити ці іони з породи, а потім переносить їх через клітинну мембрану всередину.

Ми використовуємо природні процеси в космічному середовищі, де мікроби виступають у ролі малесеньких шахтарів, здобуваючи елементи з порід і концентруючи їх. Кожен мікроб має вражаючий розмір - всього одну тисячну міліметра, або один мікрон. Однак, коли їх кількість сягає мільярдів у невеликому обсязі, вони здатні здійснити справжній прорив у видобутку корисних речовин.

Ви казали, що ця робота готувалася роками. Скільки часу минуло від першої ідеї до реального експерименту в космосі?

Від початкової концепції до проведення експерименту пройшло близько пʼятнадцяти років. Від моменту подачі заявки до здійснення дослідження минуло десять років. Це означає, що десять років знадобилося для реалізації задуму. Не можу стверджувати, що весь цей час я приділяв увагу лише цьому проєкту, адже паралельно виникали й інші справи. Але ця робота розвивалася повільно, супроводжуючи мою карʼєру протягом усього цього часу.

Сьогодні такі проекти реалізуються набагато швидше. Комерційні космічні польоти сприяють більш оперативному проведенню експериментів. Наприклад, BioAsteroid, який ми розробили після BioRock, був реалізований всього за півтора року від концепції до запуску. Це стало можливим завдяки використанню комерційного маршруту, замість традиційного підходу з поданням заявок.

Чи є видобуток корисних копалин у космосі вже вартісним з економічної точки зору для певних елементів, чи все ще йдеться лише про наукові дослідження?

Гарне питання. Залежить від того, з ким ви говорите. Думаю, економічне обґрунтування видобутку на астероїдах досі під сумнівом. Є речі на кшталт елементів платинової групи, але вони дорогі саме тому, що рідкісні на Землі. Якщо полетіти до астероїдів, видобути їх у великій кількості й привезти сюди, ви обвалите ринок, і вартість впаде. У певному сенсі ви знищите власний ринок, якщо привезете багато. Тож як економіка всього цього складеться в довгій перспективі, сказати важко.

Але є інша причина розбиратися, як діставати елементи з породи й астероїдів. Не так щоб везти їх на Землю, що може виявитися вигідним, а може й ні. Радше щоб підтримати постійну присутність людини в космосі. Якщо ви на Місяці, на Марсі чи на астероїдах, аргумент працює у зворотний бік. Ви не хочете тягнути ці речі з Землі, бо доводиться долати земну гравітацію, а це потенційно величезні енергетичні витрати. Немає сенсу, якщо ви будуєте цивілізацію в космосі та використовуєте астероїди для виробництва будівельних матеріалів. Простіше взяти елементи там же.

Отже, існує видобуток, спрямований на повернення ресурсів на Землю, але економічні аспекти цього питання, на мою думку, ще не зовсім прояснені. Водночас, є думка, що для створення сталої присутності в космосі нам необхідно навчитися видобувати ресурси безпосередньо на місці, щоб мати можливість розширювати нашу діяльність. І в цьому контексті ця ідея виглядає цілком обґрунтованою.

Отже, ці дослідження в основному орієнтовані на перспективу. Чи приносять вони якісь результати в даний момент?

Так, це спрямовано на майбутнє. Проте варто зазначити, що в цьому процесі ми також отримаємо нові знання про біовидобуток на Землі, зокрема, як підвищити ефективність цих процесів і здійснювати переробку. Інтерес до біологічного видобутку зростає, адже в даний час люди використовують небезпечні хімічні речовини, такі як ціанід, додаючи їх до гірських порід для видобутку елементів. Використання мікробів для цього процесу може значно зменшити шкоду для навколишнього середовища.

Цей напрямок є цікавим, оскільки він стосується підвищення ефективності видобутку металів з руд, які стають все більш бідними, при цьому зберігаючи природу. Будь-які дослідження, які допомагають розкрити механізми процесу та знайти способи його вдосконалення, є надзвичайно цінними. Хоча наші основні зусилля зосереджені на освоєнні космосу, в ході цього ми також здобуваємо знання, які можуть позитивно вплинути на технології видобутку на Землі.

Перед тим, як розпочати свою діяльність, організми повинні витримати умови вакууму та вплив радіації. Які з земних форм життя здатні на таке?

Ще раз варто зазначити, що йдеться про мікроорганізми, найменші істоти на нашій планеті, серед яких бактерії та археї. Ці організми здатні виживати в умовах екстремального висихання та високої радіації. У моїй лабораторії є мікроби, які пролежали у висушеному стані протягом тридцяти семи років без доступу води, просто зневоднені на поверхні.

Коли ми робили BioRock, нам довелося взяти саме стійких до висихання мікробів, бо вони кілька тижнів простояли на стартовому майданчику на наших породах, перш ніж вирушити на орбіту, на станцію. Тому потрібні були такі, що витримають бездіяльність тривалий час. До того ж момент запуску непередбачуваний. Іноді старт відкладають. Отже, потрібні мікроби, які можуть висохнути на камені й лишатися там у неактивному стані тижнями. Тобто ще до початку експерименту ви шукаєте організми з такою стійкістю до екстремальних умов.

Ми говорили про мікробів. Але межі витривалості перевіряли й на тихоходах. Що саме вбиває їх у космосі, а що ні?

Тихоходи вражають своєю унікальністю, адже вони є живими істотами. Ці маленькі створіння, з розмірами близько одного міліметра, перевершують більшість мікробів, але належать до царства тварин. Їхня особливість полягає в диференційованій клітинній структурі: це не просто одна клітина, а цілий комплекс клітин. Ще більш дивовижним є те, що вони здатні витримувати повне висихання, що викликає питання про те, якою може бути найбільша складність і розмір організму, який також здатний перенести таке висихання.

У космосі їх убиває переважно радіація. Не так холод і висихання. Якщо вони висушені й перебувають у холодному стані, то виживають роками. Але коли вони потрапляють під високі рівні ультрафіолету або під іонізуюче випромінювання з більшою проникною здатністю, на кшталт гамма-променів чи важких іонів, ці речі руйнують ДНК і мембрани клітин. Я хочу сказати, що ультрафіолет робить те саме, але іонізуюче випромінювання значно енергійніше, воно знищує ключові біологічні молекули всередині тихохода, і це його вбиває.

Отже, тихоходи, які зазнали аварії на Місяці, навряд чи зможуть довго залишатися в хорошому стані. Вони знаходяться на поверхні, частково можуть бути поховані під місячним реголітом, проте їх постійно піддають впливу радіації, тому, ймовірно, їхня активність триватиме недовго. Сумніваюся, що вони досі живі, хоча, можливо, є й винятки.

У ваших дослідах із мікробами в мікрогравітації ви бачили не просто виживання. Ви бачили зміну метаболізму. Наскільки це було очікувано?

Ми припускали, що зміна гравітаційних умов матиме вплив на механіку рідин, адже в стані невагомості відсутні конвекційні процеси та осідання. Це, у свою чергу, змінює динаміку потоків, що впливає на надходження поживних речовин до клітин і видалення відходів їхньої життєдіяльності. Тому було логічно очікувати, що це позначиться на метаболізмі клітини, і ми спостерігатимемо зміни в її реакціях. Отже, зміни в обміні речовин не стали для нас значним сюрпризом.

Складність полягає в тому, щоб усвідомити, що саме відбувається на молекулярному рівні. Клітинний метаболізм є досить складним, навіть у одноклітинних організмах, які мають розмір всього лише один мікрон. Тому, коли виникає безліч різноманітних змін, важко виділити спільні риси. Проте ми дійсно виявили зміни, які свідчать про те, що клітини потрапляють у стан голоду. В метаболічних процесах відбулися зрушення, які, ймовірно, відображають адаптацію до нових умов гравітації в космосі, змінюючи доступність поживних речовин і те, як клітини виводять відпрацьовані продукти, що, в свою чергу, впливає на їх внутрішню біохімію.

У вас є концепція, згідно з якою живі істоти можуть існувати без прив'язки до планети. Це досить оригінальна ідея, яку я б хотів почути більше. Чи могли б ви поділитися своїми думками про це?

Це була спроба дослідити основні вимоги, які роблять середовище придатним для життя. Безумовно, ключовими факторами є рідка вода, елементи для формування клітин і оптимальні температурні умови. Але мова йде не лише про наявність рідкої води; важливо також, щоб температура і тиск були в певних межах. Ці чинники тісно пов'язані з водою, хоча й не є синонімами. Вода може залишатися рідкою під високим тиском і в температурних режимах, що перевищують межі, здатні підтримувати життя. Таким чином, необхідно, щоб рідка вода була присутня саме в тих умовах, де можлива існування живих організмів.

У нашій дослідницькій роботі ми ставили питання про можливість існування певних умов у малих мікросередовищах. Це не обов'язково мають бути планети; йдеться про маленькі осередки в космосі, які можуть бути створені штучно або навіть виникнути природним шляхом. На мою думку, це був захоплюючий інтелектуальний експеримент. Який найменший набір умов потрібен у космосі для того, щоб організми могли розвиватися і розмножуватися? І, насправді, цей мінімум виявляється значно меншим, ніж величезна планета.

У дослідженні Чарльза Кокелла та Робіна Вордсворта "Самопідтримувані житлові середовища в екзопланетних умовах" наведені конкретні дані. Біологічно створений бар'єр, який пропускає видиме світло, захищає від ультрафіолетового випромінювання і підтримує температурну різницю від 25 до 100 кельвінів, а також різницю тиску в 10 кілопаскалів від вакууму, дозволяє сформувати умови, придатні для життя на відстані від однієї до п'яти астрономічних одиниць від Сонця.

В якій області Сонячної системи існування такого життя є фізично можливим?

Вважаю, що завдяки технологічним досягненням можливо створити подібні умови в будь-якому місці, де є доступ до сонячного світла. Хоча, напевно, це не спрацює в віддалених куточках Сонячної системи, зокрема в поясі Койпера, де сонячна радіація є значно менш інтенсивною. Проте в більш близьких до Сонця ділянках системи, напевно, можна було б підтримувати невеликі екосистеми.

Головна проблема полягає в тривалому зберіганні цих екосистем. Жоден метод не є абсолютно досконалим, і частина води завжди буде втрачатися. Це означає, що ці міні-екосистеми потребуватимуть регулярного поповнення водою та необхідними елементами для формування клітин, а не просто можуть бути залишені в космосі без нагляду. Тож, теоретично, оптимальні умови можна створити в значно менших масштабах, ніж планета. Однак питання про те, як довго вдасться підтримувати їх у такому стані без стабільної атмосфери, залишається відкритим.

У дослідженнях Чарльза Кокелла та Робіна Вордсворта наводяться приклади, які свідчать про те, що значення десяти кілопаскалів не є чимось незвичайним у біології. Тиск крові в людини з ростом півтора метра коливається приблизно на рівні пʼятнадцяти кілопаскалів, а у найбільших ссавців може досягати пʼятдесяти. Крім того, водорість Ascophyllum nodosum підтримує тиск у своїх поплавцевих міхурах в межах від пʼятнадцяти до двадцяти пʼяти кілопаскалів, завдяки кисню, що утворюється в процесі фотосинтезу.

Це лише теорія, чи є організми, які показують, що так може бути?

Штучні екосистеми, які працюватимуть у космосі, збудувати цілком можна. Скажімо, на поверхні Місяця, може, навіть на орбіті. Люди ж вирощують культури на Міжнародній космічній станції, а це не планета. Тобто якщо ви забезпечите герметичний контейнер, вирощувати щось можна й не перебуваючи на поверхні планети.

Цікаве питання в іншому. Який мінімальний розмір контейнера, мінімальна кількість енергії, яку треба надати, щоб вирощувати організми в космосі без планети. Це одна з речей, які Робін Вордсворт досліджував у статті про малі екосистеми.

У дослідженнях Чарльза Кокелла та Робіна Вордсворта ідея тераформування розглядається в контексті порівняння з біологічно створеними осередками. Тераформування передбачає кардинальні зміни кліматичних умов на цілій планеті за допомогою промислових процесів, що є надзвичайно витратним і незворотним заходом. Натомість, біологічно створений осередок викликає значно менше екологічних проблем, порівняно з традиційними пілотованими місіями.

Джерела інформації:

Cockell, C. S., et al. conducted a groundbreaking biomining experiment aboard a space station, showcasing the extraction of rare earth elements in both microgravity and Martian gravitational conditions. Published in Nature Communications in 2020, the study can be accessed via https://doi.org/10.1038/s41467-020-19276-w.

Santomartino R. et al. conducted a study on microbial biomining utilizing asteroidal resources aboard the International Space Station. This research was published in the journal npj Microgravity in 2026. The DOI for this article is https://doi.org/10.1038/s41526-026-00567-3.

Wordsworth, R. & Cockell, C. (2024). Autonomous ecosystems in alien settings. Astrobiology. Retrieved from https://arxiv.org/abs/2409.14477

Cockell C. The rights of microbes. Interdisciplinary Science Reviews, 2004. https://doi.org/10.1179/030801804225012635

Cockell, C. (2005). The significance of microorganisms. Environmental Ethics. Retrieved from https://doi.org/10.5840/enviroethics20052744

Cockell, C. (2005). A microbial ethics perspective on planetary protection. Space Policy. https://doi.org/10.1016/j.spacepol.2005.08.003

American Geosciences Institute. What exactly is biomining? You can find more information at: https://profession.americangeosciences.org/society/intersections/faq/what-biomining