Книга Воображаемая жизнь. Путешествие в поисках разумных инопланетян, ледяных существ и супергравитационных животных - Майкл Саммерс

ее из организма гораздо труднее, чем диоксид углерода. В научно‐фантастических повестях, в которых описывается жизнь на кремниевой основе, кремниевые существа выдают свое присутствие тем, что оставляют за собой на своем пути кусочки твердого кремнезема.

Из‐за этих свойств соединений кремния в научном сообществе сложилось мнение, что живые системы, полностью сформировавшиеся на базе кремния (то есть такие, в которых кремний полностью замещает углерод), вряд ли могут существовать на планетах, которые мы обычно рассматриваем как пригодные для обитания. (Сказанное, впрочем, совершенно не подразумевает, что кремний вообще не может входить в состав живых организмов. Многие организмы на Земле – например, диатомовые водоросли – формируют жесткие части своих организмов, включая атомы кремния в свои состоящие преимущественно из углеродсодержащих молекул тела.) Мы, конечно, можем представить себе экзопланеты, на которых из соединений кремния могли возникнуть очень сложные молекулярные структуры: например, землеподобная планета с расплавленной дневной стороной, находящаяся в состоянии синхронного вращения в планетной системе, богатой металлами и другими тяжелыми элементами. Но мы пока не можем узнать наверняка, позволят ли интенсивные потоки энергии создать на такой экзопланете автономные самовоспроизводящиеся системы, которые мы обычно считаем в полной мере живыми.

Закончим обсуждение жизни на основе кремния мы изложением, одного из наиболее убедительных с нашей точки зрения аргументов в пользу углеродного шовинизма. Как мы уже видели, на Земле кремния гораздо больше, чем углерода. Однако, несмотря на это, роль кремния в функционировании живых систем на Земле можно смело характеризовать как незначительную – в то время как углерод, при его относительно низком процентном содержании, образует основу всех живых организмов. Это подсказывает нам, что в плане возможности стать основой для живых организмов в углероде действительно есть что‐то особенное и что жизнь во Вселенной – ну, может быть, за очень редкими исключениями – будет преимущественно углеродной.

Мы потратили столько времени на разговоры о возможности жизни на кремниевой основе по нескольким причинам. Во‐первых, как мы уже сказали, кремний больше всех остальных элементов похож на углерод. Во‐вторых, гипотезы о возникновении жизни на основе кремния наиболее популярны в научной фантастике, где кремниевые организмы обычно предстают в виде одушевленных камней. Изложенные в этом разделе соображения говорят о том, что подобных форм жизни в Галактике, скорее всего, нет.

Какие же виды жизни, непохожей на нашу, у нас есть реальные шансы найти?

Другие варианты

До этого момента мы были довольно небрежны в использовании формулировки «жизнь на углеродной основе». По сути дела, хотя в живых системах на Земле функционирование молекул зависит в первую очередь от свойств входящего в их состав углерода, многие из этих молекул содержат наряду с углеродными и другие атомы. Знакомая всем двойная спираль ДНК, например, в качестве несущей содержит конструкцию из атомов фосфора и кислорода. Таким образом, мы должны рассмотреть возможность сочетания в составе живых организмов кремния с атомами других элементов.

Нам известно много веществ, молекулы которых содержат цепочки, составленные из кремния и кислорода, а не кремния в чистом виде: например, водонепроницаемые герметики. Используя бактерии, обнаруженные в горячих источниках Исландии, ученые Калифорнийского технологического института недавно синтезировали молекулы с прямыми углеродно‐кремниевыми связями. И, хотя главная цель получения подобных молекул состоит в том, чтобы использовать их в качестве ферментов для создания широкого спектра промышленных материалов, само их существование позволяет предположить, что в других мирах могли бы развиться формы жизни на основе сочетаний углерода и кремния.

Ученые время от времени рассматривают возможность замещения в живых организмах углерода какими‐либо еще элементами помимо кремния. Как мы уже видели, при этом стоящая перед ними задача заключается в том, чтобы найти элемент, во‐первых, более или менее распространенный и, во‐вторых, способный образовывать длинные молекулярные цепочки. Один из элементов, удовлетворяющий этим критериям, – сера, расположенная в периодической таблице прямо под кислородом. Сера далеко не так широко распространена, как углерод или кремний, но все же попадает в первую десятку наиболее распространенных элементов в нашей Галактике. Она также способна образовывать линейные молекулярные цепочки, хотя, по‐видимому, и не настолько сложные, как разветвленные структуры, свойственные органическим молекулам на Земле.

Наиболее заметные концентрации серы в Солнечной системе находятся на спутнике Юпитера Ио (той самой луне, что похожа на пиццу пепперони). Ио – ближайший к Юпитеру из четырех его крупнейших спутников, «галилеевых лун»; остальные – Европа, Ганимед и Каллисто. Гравитационные силы, действующие между этими лунами, порождают в их недрах огромные количества тепла. В результате Ио отличается наиболее высокой вулканической активностью во всей Солнечной системе – ее вулканы выбрасывают вещество на сотни миль вверх, в атмосферу. Пестрая окраска поверхности Ио в основном объясняется именно огромными количествами серы, выброшенной на поверхность при извержениях вулканов: чистой серой в нескольких из ее многочисленных форм.

Обычно атомы серы объединяются в группы, насчитывающие от 6 до 20 атомов; наиболее распространена структура в форме короны, состоящая из 8 атомов. В том, что атомы одного элемента собираются в молекулы различной конфигурации, нет ничего необычного: к примеру, и алмаз, и графитовый стержень карандаша представляют собой молекулы чистого углерода, но с разным расположением связей между атомами. Когда молекулы, состоящие из одного и того же вида атомов, имеют различные конфигурации, они называются аллотропными. Большое число аллотропов серы, которое мы видим, например, на Ио, заставляет предположить возможность жизни на основе серы – ее аллотропы отличаются огромным разнообразием форм. Однако на настоящий момент нам не известно ни одной работы, где это предположение рассматривалось бы со всей строгостью научного исследования.

Мы могли бы еще долго продолжать это обсуждение, пройдясь по всей периодической таблице, но чем дальше мы уходим от углерода, тем более слабыми становятся наши доводы. Поэтому нам кажется, что лучше всего оставаться сторонниками углеродного шовинизма, не исключая при этом полностью возможности развития случайных редких форм жизни на основе других химических элементов.

Чем заменить воду

Быть «водным шовинистом» во многих отношениях еще проще, чем шовинистом углеродным. У воды есть множество свойств, которые делают ее средой, крайне благоприятной для поддержания жизни, и соперников в этом отношении у нее немного. Давайте же поговорим о некоторых из них.

Прежде всего, для того чтобы нагреть воду, требуется много энергии. На языке физиков мы говорим, что у воды большая удельная теплоемкость. Поэтому тела, состоящие преимущественно из воды, относительно легко сохраняют постоянную температуру – для живых организмов это будет явным преимуществом.

Кроме того, у воды есть еще одно довольно необычное свойство: плотность ее твердой формы (льда) меньше, чем плотность жидкой формы. Почти у всех остальных веществ дело обстоит ровно наоборот. Это значит, что, когда вода начинает замерзать, лед всплывает, а не