Углерод является ключевым химическим элементом для существования жизни на Земле. Во многом, это обусловлено его главным свойством - молекулы углерода могут соединяться в большом разнообразии форм, причем довольно сложных. Самое главное - несмотря на сложность, соединения остаются стабильными. Но что насчет других химических элементов? Разве не могла бы жизнь зародиться на основе кремния или азота - элементов, которые тоже достаточно распространены? И как бы тогда выглядела подобная форма жизни? Ученые и писатели-фантасты выдвинули несколько интересных предположений. Давайте рассмотрим их.
Почему углерод?
Сначала давайте поймем, что значит, когда говорят, что земная жизнь основана на углероде. В процентном соотношении человеческое тело состоит на 65% из кислорода, на 18.5 - из углерода, на 9.5 - из водорода и так далее. Все это сухие цифры - на самом деле элементы связаны в молекулы и в чистом виде в наших телах, конечно, не присутствуют. Вода, как известно, составляет большую часть тела и, с точки зрения химии, представляет собой соединение водорода и кислорода. Но вода является лишь катализатором для других химических процессов, которые уже невозможны без углерода.
Углерод имеет одно важное химическое свойство - его валентность равна 4. Атомы других элементов могут присоединиться к нему сразу с четырех сторон. В этой связи углерод можно сравнить с квадратным кирпичиком «Лего», который присоединяется к другим кирпичикам с любой стороны. Возможно, он не составит большую часть постройки, но выступит прекрасным соединительным звеном для масштабной и замысловатой постройки.
Таким образом, формируются длинные и сложные цепочки молекул, которые вместе с тем стабильны. Например, углерод входит в состав молекулы ДНК, которая является основой для жизни - она кодирует и переносит генетическую информацию.
Бактерии Титана
Но такова ситуация именно на нашей планете. Вполне возможно, на других небесных телах и в других Галактиках основу живых организмов будут составлять другие элементы. В частности, ученые смоделировали, как мог бы выглядеть микроскопический организм, обитающий на спутнике Сатурна - Титане.
Поскольку это небесное тело очень сильно отдалено от Солнца, температура на его поверхности очень низкая - примерно -180 градусов Цельсия. Пролетавшие через атмосферу Титана зонды передали информацию, что она состоит по большей части из азота и метана. При указанной температуре метан становится жидким, и Титан действительно может похвастать огромными озерами. Глядя на эти озера, ученые задумались: если на Земле жизнь зародилась в воде, то не могла ли она зародиться и в метановых озерах Титана? Конечно, мы не говорим про многоклеточные организмы вроде нас с вами. Такого рода жизнь на спутнике Сатурна мы бы обнаружили на фотографиях с зондов. Но на снимках ее нет. Но там могут быть простейшие, вроде бактерий - их обнаружить без более детального обследования Титана не представляется возможным.
Тем не менее, ученые построили гипотетическую модель клетки, которая могла бы выжить при минусовой температуре в метановых морях. Ее назвали «азотосомой» по аналогии с известной нам липосомой. Липосомы - это внутриклеточные органеллы, мембрано-защищённые сумки, в которых запасаются или транспортируются питательные вещества. Предполагается, что первой формой жизни на Земле был как раз аналог липосомы. Основной характеристикой липосомы является липидный слой - специальный барьер, который разделяет то, что находится внутри сферы от того, что находится снаружи.
Азотосома работала бы по тому же принципу - будучи азотной формой жизни, она содержала внутри сферы ядро, четко отделенное аналогом липидного слоя от холодного сжиженного метана. Какие бы процессы там происходили и во что это могло в итоге эволюционировать, остается только догадываться.
Радиоактивная форма жизни
Более фантастическая форма жизни была предложена китайским фантастом Лю Цысинем в рассказе «Гора». Согласно сюжету рассказа, Землю посещают пришельцы, которые создают в океане огромную волну до самого неба. Главный герой выплывает на вершину этой волны и вступает в диалог с пришельцами. Те рассказывают о своей родной планете, и оказывается, что жизнь на ней зародилась не на поверхности, а под ней - в глубине каменных толщ. Таким образом, инопланетяне представляют собой механическую форму жизни. Их мышцы и кости сделаны из металлов, а мозг представляет собой высокоинтегрированные чипы. Роль кровеносной системы в их телах выполняют электричество и магнетизм.
Как, согласно Лю Цысиню, появились такие удивительные существа? Радиоактивная энергия планеты случайным образом создала в скалах p-n переходы. Возник электрический ток, что привело к образованию одноклеточных форм механической жизни. Источником энергии для такой формы жизни стала радиоактивность из недр планеты. Как мы знаем, мантия нашей планеты так же радиоактивна, поэтому логично предположить, что на планетах в других областях Галактики ситуация обстоит схожим образом. Китайский фантаст, правда, не вдается в подробности, как из электричества могли возникнуть одноклеточные организмы, но теория использования тока в качестве источника энергии для жизни вполне состоятельна. Следующим шагом было бы изобразить форму жизни, которая бы вовсе задействовала ядерный синтез.
В том же рассказе Лю Цысинь описывает мировосприятие подобных существ, для которых Вселенная представляет собой цельный камень. Автор хорошо показывает идеологические диспуты инопланетян о том, конечна такая Вселенная или нет, а также их попытки выйти на поверхность планеты. Не будем здесь пересказывать сюжет, а рекомендуем рассказ к самостоятельному прочтению. Что касается описанной формы жизни, то в качестве химического элемента она наверняка задействовала бы кремний, поскольку он отлично проводит ток. А теперь давайте вернемся к нам на Землю и взглянем на существо, которое в реальности использует кремний для процессов жизнедеятельности.
Под кремниевым панцирем
Эти существа составляют значительный процент биомассы Земли и ответственны за выработку до половины всего кислорода на ее поверхности. Речь о микроводорослях - диатомеях. Они настолько маленькие, что по отдельности их можно увидеть только под микроскопом. Однако хорошо заметны скопления этих водорослей в океанах, озерах и других водоемах по характерному зеленоватому цвету.
Отличительная особенность диатомей - кремниевый панцирь. Вся оболочка клетки состоит из плотного кремниевого слоя, который образуется путем преобразования кремниевой кислоты из внешней среды. Процесс этот до сих пор неясен - например, при делении клетки в процессе роста водоросли другой передается половина панциря, а все остальное «нарастает» за счет внутриклеточных процессов. Вследствие такого необычного синтеза с кремнием, формы диатомей значительно различаются друг от друга и представляют собой всевозможные геометрические фигуры.
Диатомеи играют огромную роль в круговороте кремния на планете. Они получают кремний из океанской воды, в которую он попадает с пылью, через геотермальные источники или из речных источников, и накапливают его. После их гибели кремний снова растворяется в воде. Останки кремниевого панциря диатомей называют диатомитом. Огромные отложения диатомита сейчас располагаются на тех местах, где раньше был океан. В частности, песок во впадине Боделе в Сахаре представляет собой окаменевшие останки диатомей. Когда налетает ветер, образуются мощные пылевые бури, которые разносят песок на сотни и тысячи километров.
Бесконечное число форм
В этой статье мы затронули всего несколько возможных вариантов того, как могла бы выглядеть альтернативная форма жизни. Ученые говорят, что их может быть гораздо больше. Мы говорили о клетке из азота, но что насчет клетки на основе мышьяка? А между прочим, этот ядовитый элемент в небольших количествах необходим для жизнедеятельности. Но это еще ладно. Как насчет жизни на основе пылевой плазмы? Это такой ионизированный газ, внутри которого могут самопроизвольно образовываться маленькие кристаллы. Пылевая плазма составляет основу космических туманностей и планетарных колец. Поскольку некоторые ученые считают, что жизнь на Земле так же произошла от кристаллов, то, глядя на звездную карту, можно вообразить нашу Галактику окруженную формами жизни, процессы жизнедеятельности которых мы даже не можем себе представить.
Кроме того, самым распространенным элементом во Вселенной является водород и его производная в процессе солнечного синтеза - гелий. Углерод, так важный для земной жизни, составляет в космическом роге изобилия менее 1 процента. А потому возможно, что главная форма жизни вселенной - это пылающие по всей Галактике звезды, а мы просто еще не знаем, как с ними коммуницировать?
***
Если вам понравилась статья, вы можете поставить отметку «нравится». Если есть с чем поспорить, пишите в комментарии - мне интересно альтернативное мнение. Также вы можете подписаться на канал. Я пишу материалы о науке, истории и психологии.