Журнал «Если», 1993 № 09 - Шлендер Брентон Р. - Страница 42

Живые существа на Земле на 95 % состоят из водорода, кислорода, углерода и азота. Но это (не считая гелия) как раз самые распространенные элементы во Вселенной. Любопытно, что по своему химическому составу живое вещество на Земле больше напоминает состав звезд и межзвездной среды, чем планеты, на которой мы живем. Учитывая распространенность упомянутых химических элементов, можно предположить, что они входят и в состав внеземных организмов. Если это так, то именно углерод составит основу внеземной жизни. Благодаря своим химическим свойствам (наличию четырех сильных ковалентных связей), углерод способен образовывать длинные молекулярные цепи, создавая практически неисчислимое множество сложных и вместе с тем стабильных молекул. Более того, поскольку ковалентные связи имеют пространственную ориентацию, углеродные цепи формируются в гигантские трехмерные структуры, которые характерны для активной формы жизненно важных молекул. Атомы углерода образуют «несущий каркас» этих пространственных конструкций.

В пользу заключения о распространенности «углеродной жизни» говорит и обилие органических соединений в межзвездной среде, в том числе достаточно сложных. Можно думать, что в определенных условиях, на определенном этапе в Космосе действительно возникает жизнь, основанная на углеродных соединениях. Но, конечно, это не означает, что живая материя всюду состоит из точно таких же молекул, как и на Земле. Прежде всего для построения внеземных белков могут использоваться другие аминокислоты, отличные от тех двадцати, которые входят в состав земных организмов. Генетические системы внеземной жизни также не обязательно должны быть химически идентичны нашим. Возможно, что в состав внеземных организмов не входят известные нам белки, ДНК и РНК. Но в таком случае там должны быть молекулы, выполняющие аналогичные функции.

Следующий вопрос связан с природой растворителя. На Земле это вода, что сразу определяет температурный режим жизни: от 0 до 100 градусов Цельсия при нормальном давлении. Возможны ли другие типы растворителя? Надо сказать, что вода — это уникальное вещество, обладающее очень ценными свойствами. Прежде всего она прекрасно растворяет разнообразные органические соединения. Вода обладает высокой теплоемкостью и высокой теплотой парообразования. Это позволяет, с одной стороны, сглаживать резкие изменения внешней температуры окружающей среды, а с другой — регулировать внутреннюю температуру организма путем отвода тепла, выделяемого внутри клетки, за счет испарения. Имеет значение и высокое поверхностное натяжение воды: в живой клетке оно способствует концентрации твердых веществ вблизи мембраны. Этим уникальные свойства воды не исчерпываются. Тем не менее она не является единственно возможным растворителем.

Хорошо растворяет органические вещества аммиак, который и по другим свойствам приближается к воде. Но растворимые в аммиаке органические соединения отличаются по составу от привычных нам водно-углеродных. Чтобы установить соответствие между ними, надо заменить в обычных органических соединениях кислород на аминовую группу NH, а гидроксильную группу заменить на амин NH2. Таким образом можно построить аналоги обычных аминокислот и состоящих из них белковых соединений. Так могут быть получены и аналоги ДНК и РНК с их кодом наследственности.

Если подобные организмы существуют, то они пьют аммиак и дышат азотом. При нормальном давлении аммиак находится в жидком состоянии в интервале температур от -70 до -33 градусов. Стало быть, аммиачная жизнь возможна только при низкой температуре. В Солнечной системе подобные условия существуют в атмосферах планет-гигантов, где имеется и достаточное количество аммиака. Хотя сейчас нет никаких научных данных о существовании аммиачной жизни, принципиально такая возможность не исключена.

Из других растворителей рассматривались метиловый спирт, фтористоводородная кислота и цианистый водород. Впрочем, большинство исследователей приходят в выводу, что это маловероятно, хотя и возможно.

До сих пор речь шла о различных формах углеродной жизни. Но нельзя ли еще больше расширить ее возможности и диапазон условий существования за счет перехода к неуглеродным формам? Существуют ли другие элементы, способные, как и углерод, служить каркасом внеземной жизни? Ближайший к углероду четырехвалентный элемент — кремний. В периодической системе элементов Менделеева он расположен в одной группе с углеродом, непосредственно под ним. Распространенность кремния во Вселенной меньше, чем углерода, но все же она достаточно высока. Но можно ли на основе кремния построить длинные молекулярные цепи? Связь между атомами кремния примерно вдвое слабее, чем между атомами углерода. Но главное в том. что связь кремний-кремний много слабее связи кремний-кислород или кремний-водород. Поэтому длинные цепочки, основанные на структуре — Si — Si — Si — создать сложно.

Однако эта трудность не является непреодолимой. Оказалось, что можно создать кремниевые полимеры на основе кремний-кислородных связей: — Si — О — Si — О — Такие полимеры стабильны и могли бы послужить основой «кремнийорганической» жизни.

На поверхности планет жизнь на основе кремния невозможна — этот элемент при темпертуре до 1000 градусов Кельвина чрезвычайно активно соединяется с кислородом «предпочитая» ему все другие. Остаются условия высоких температур, которые существуют в атмосферах звезд или в недрах планет (может быть, не так уж неправы были те ученые; которые допускали возможность существования жизни на Солнце). Конечно, с нашей точки зрения, это совершенно экзотические формы жизни.

Большинство специалистов все же скептически относятся к возможности существования жизни на кремниевой основе, полагая, что жизнь может быть построена только на основе углеродных соединений. Выступая на советско-американской конференции SETI в 1971 году, К.Саган назвал эту точку зрения «углеродным шовинизмом». «Основанием» для такой позиции, по мнению Сагана, служит лишь то. что ее приверженцы сами состоят из углерода. Саган призвал к свободному от антропоморфизма непредубежденному обсуждению проблемы. Надо признать, что психологически это довольно трудно, ибо мы склонны абсолютизировать известные нам вещи. Имеющиеся на сегодня данные позволяют заключить, что водно-углеродная жизнь, к который мы принадлежим, по-видимому, является достаточно типичной и должна возникать при условиях, близких к тем, которые были на первобытной Земле. В других условиях возможны иные формы углеродной жизни, с иными веществами в качестве растворителей. И, наконец, нельзя исключить вероятность существования неуглеродной жизни, хотя бесконечного разнообразия возможностей здесь, по-видимому, нет. Впрочем, и в рамках углеродной жизни можно встретиться с совершенно необычными формами. На одну такую возможность, связанную со сверхпроводимостью, указал ВЛ.Гинзбург. Высокотемпературная сверхпроводимость наиболее легко достигается для слоистых и нитевидных соединений. Но именно такие структуры и лежат в основании живых систем. Поэтому можно допустить, что на каких-то других планетах в состав живых организмов входят сверхпроводящие вещества, созданные в процессе эволюции. Можно представить, какими необычайными свойствами обладала бы такая жизнь!

Обратимся теперь к физическим основам жизни. Является ли молекулярная основа единственной возможностью? Известный английский астрофизик Ф.Хойл в своем замечательном романе «Черное Облако» описал смешанный тип жизни, в котором используются как химические, так и электромагнитные процессы. Несомненно, Хойл использовал форму фантастического произведения, чтобы выразить свои мысли о возможных формах внеземной жизни. В романе много остроумных и поучительных соображений. Отметим, что такие гипотетические системы позволяют преодолеть так называемый «планетный шовинизм» в представлениях о внеземной жизни, то есть убеждение, что жизнь во Вселенной может развиваться только на планетах. Одновременно преодолевается и стереотип жизни, для которой необходима жидкая внутренняя среда.