Мы, живые существа планеты Земля являемся представителями углеродной жизни: это значит, что основной элемент нашего организма - углерод. Но может ли в других местах нашей необъятной Вселенной встречаться жизнь, основанная на другом химическом элементе?
Какой элемент выбрать для альтернативной формы жизни?
Взглянем на таблицу Менделеева. Она так устроена, что соседи элемента, находящиеся над и под этим элементом, имеют с ним больше общего, чем соседи по горизонтали. Под углеродом находится кремний, и это самый близкий родственник углерода. Для того, чтобы понять их родство, нужно немного окунуться в химию.
Каждый атом состоит из ядра и электронов, бегающих вокруг этого ядра. Электроны бегают не хаотично, а по орбитам. Орбит у атомов несколько (только у водорода одна). Внешняя орбита, та, которая наиболее удалена от ядра, называется валентной орбиталью. Именно за счёт электронов, находящихся на этой орбитали происходят химические реакции и в том числе образуется жизнь.
Каждый элемент стремится, чтобы на его валентной орбитали было 8 электронов - тогда он будет находиться в стабильном состоянии. Например, благородные газы потому называются благородными, что ни с кем не вступают в реакции, так как у них на валентной орбитали уже 8 электронов - они уже стабильны.
Но не всем дана стабильность. Например, у углерода на валентной орбитали всего 4 электрона, поэтому он участвует в химических связях с другими атомами и, таким образом, "берёт поносить" их электроны, достигая при этом стабильного состояния с восемью электронами. На валентной орбитали кремния тоже всего 4 электрона, что и роднит его с углеродом. Нехватка 4 электронов делает углерод способным создавать живую материю. Но наделяет ли нехватка четырёх электронов кремний такой же способностью? Этот вопрос не даёт покоя научным фантастам и побуждает их придумывать различные гипотезы о существовании кремниевой жизни. Что ж, посмотрим насколько это вероятно...
Кремниевая жизнь на Земле???
Да, на самом деле на другую планету лететь не нужно, чтобы увидеть живые организмы, в теле которых встречается кремний. Например, иглы морских ежей содержат кремний. Ещё существует такой интересный организм, как радиолярия - это планктон, удивительное одноклеточное существо, скелет которого состоит из кремния. Но несмотря на кремниевые включения в земных организмах, все мы преимущественно состоим из углерода.
Развитие искусственного интеллекта и вычислительной техники показывает нам, что из кремния можно создать не менее сложный мозг, чем из углерода: нейроны мозга можно заменить кремниевыми транзисторами.
Так возможна ли жизнь из кремния?
Одно из свойств живого - это обмен веществ и энергии.
Нам, углеродным представителям, для обмена веществ необходим диоксид углерода, он же углекислый газ, являющийся соединением углерода и кислорода. Кремний тоже может связываться с кислородом и образовывать диоксид кремния. Мы любим, когда пляж заполнен диоксидом кремния, а не галькой. Диоксид кремния - это песок. Клеточное дыхание при помощи твёрдых частиц, даже очень мелких, невозможно. Да, диоксид кремния тоже может приобретать газообразную форму, только для этого его придётся разогреть до 2200 градусов Цельсия!
Можно ли придумать какой-нибудь другой способ обмена веществ с участием кремния? Кремний не растворяется в самой распространённой жидкости Вселенной - в воде. Это лишает кремниевых организмов таких ништяков, как, например, кровообращение, а оно обеспечивает циркуляцию питательных веществ. В принципе, обмен веществ примитивных форм жизни мог бы образовываться только из твёрдых соединений. Но твёрдые соединения смешиваются очень плохо.
Другие ограничения жизни на основе кремния
Кремний в таблице Менделеева находится под углеродом, что значит, что он имеет больше электронов. У кремния 14 электронов, у углерода - 6 (но на валентной орбитали и у кремния и у углерода 4 электрона! ). Такое большое общее число электронов - 14 штук - делает невозможным создание сложных, разнообразных устойчивых соединений, например, белков, нуклеиновых кислот и так далее. Из кремния из-за его больших габаритов нельзя сделать кольцевую молекулу. Кольцевые молекулы из углерода ещё называются сахарами, и из-за своей формулы они обладают сильным напряжением и являются контейнерами для энергии.
В пользу того, что жизнь скорее всего возможна только на основе углерода свидетельствует и то, что кремний - один из самых распространённых веществ на Земле. Его гораздо больше, чем углерода. И всё же жизнь на Земле развилась из углерода, а это значит, что углерод более подходит для её создания.
Радикальная химия и кремниевая жизнь
На данный момент только радикальная химия допускает существование кремниевых организмов, способных расти, размножаться, реагировать на раздражители и обладать остальными признаками живого. Да, морские ежи и радиолярии используют кремний, но для создания опорных элементов - скелетов, иголок. Они не используют кремний для дыхания или хранения энергии.
Однако никто полностью не исключает возможность существования такой жизни. Но, если она возможна, то кремниевые организмы могли бы жить только на планете, где постоянно извергаются вулканы, выбрасывающие каждую секунду кремниевую пыль. Температура на таких планетах должна быть в тысячу, а то и более раз выше земной. Даже на самой горячей планете Солнечной системы - Венере - нет таких высоких температур: она может разогреться не выше 500 градусов по Цельсию. Вода на планетах, где возможна кремниевая жизнь, не могла бы быть универсальным растворителем, ведь её температура кипения всего 100 градусов по Цельсию - она бы просто испарилась.
Углеродно-кремниевая жизнь
Однако в 2016 году в Science была опубликована статья, авторы которой исследовали бактерию из горячих источников Исландии. У этой бактерии удалось выделить белок и несколько раз изменить его ДНК. В итоге таких мутаций был получен устойчивый белок, который может связывать углерод с кремнием. До этого синтетически уже много раз были получены соединения из углерода и кремния, но чтоб живая клетка сама такое могла сделать - это удивительно! Это открытие означает, что эволюция имеет возможность создавать переходную углеродно-кремниевую жизнь, а может и кремниевую...
