Сергей Попов - Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени - от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной

Определение жизни («самоподдерживающаяся химическая система, способная к дарвиновской эволюции») оставляет в стороне существование (и, возможно, недарвиновскую эволюцию) технических систем или компьютерных программ, а также развитие цивилизации, освоившей генную инженерию (исключающую естественный отбор из биологической эволюции). Такой подход оправдан, поскольку для появления самоэволюционирующих роботов или компьютерных кодов, равно как и высокоразвитой цивилизации, необходим предшествующий этап эволюции химических систем под действием естественного отбора.

Синтетическая биология показала возможность модификации молекул ДНК.

Земная жизнь использует воду как растворитель и основана на углеродных соединениях, а окислителем является кислород, также большую роль в биохимии играет фосфор. Возможны ли иные варианты, при которых основой существования жизни являются другие вещества? Пока у нас есть лишь гипотезы на этот счет, но некоторые из них обсуждаются достаточно серьезно.

Лабораторные эксперименты продемонстрировали возможность существования ДНК, использующих другие азотистые основания (или же их количество может отличаться от того, что используют все существа на Земле). Кроме того, нет сомнений в том, что можно менять и расширять список аминокислот, используемых живыми организмами, поэтому, безусловно, возможно существование жизни, основанной на углероде и воде, но использующей другой «биохимический набор».

Альтернативными растворителями могут быть, например, аммиак, метанол, формамид, а также, возможно, метан.

Кроме того, вода не является единственно возможным растворителем для обеспечения существования жизни. Безусловно, в некотором диапазоне температур вода – лучший вариант, особенно для углеродной жизни (кроме того, вода и углерод более распространены, чем возможные альтернативы). Однако есть и другие жидкости, которые могут выполнять эту роль. Важно, чтобы это был так называемый полярный растворитель, к числу которых помимо воды относятся спирты, аммиак, формамид (амид муравьиной кислоты) и некоторые другие жидкости. В экзотических условиях растворителем могут быть жидкие серодовород (H 2S) и углекислый газ (CO 2). Некоторые исследователи рассматривают в качестве подходящего вещества даже серную, плавиковую и синильную кислоты! Разумеется, если мы меняем растворитель, то меняется вся биохимия, в том числе придется заменить молекулу ДНК на другой молекулярный носитель генетической информации.

Замена растворителя приводит к изменению всей биохимии.

Аммиак является одним из лучших кандидатов на роль растворителя. Во многом он похож на воду, и довольно легко представить некоторые основы биохимии с аммиаком в качестве растворителя. Разумеется, биомолекулы претерпят изменения: например, во многих случаях двойная связь углерод – кислород заменится на углерод – азот. Оставаясь жидким при более низких температурах, чем вода, аммиак мог бы служить основой жизни на холодных телах. Однако некоторые особенности этой жидкости (например, аммиачный лед тяжелее жидкой фазы, поэтому океан, скажем, может легко промерзнуть целиком) могут помешать развитию жизни более высокого уровня, чем бактериальный.

Хорошим вариантом является смесь воды и аммиака, поскольку она может оставаться жидкой при низких температурах, по той же причине в качестве альтернативы рассматривается и смесь воды с перекисью водорода, еще одним хорошим кандидатом в растворители в холодных мирах является метанол. А вот метан является неполярным растворителем и хуже подходит на роль «жидкости жизни». Кроме того, жидкий метан требует низких температур, при которых все химические процессы протекают медленно, так что формирование сложных структур, необходимых для появления жизни, может быть невозможным. Тем не менее некоторые ученые полагают, что даже метан может стать средой, пригодной для зарождения и существования жизни (например, на Титане).

Некоторые потенциально хорошие растворители (скажем, формамид) являются слишком редкими, чтобы серьезно рассматривать их в качестве основы для биосферы. Однако в некоторых (тоже редких) условиях они могут прекрасно подойти на эту роль.

Рассматриваются и совсем экзотические варианты жидких растворителей, существующих при экстремальных условиях. Например, это жидкий молекулярный водород (H2) в недрах планет-гигантов, или жидкий азот, который может существовать на поверхности спутника Нептуна – Тритона. Жидкий азот рассматривали и как растворитель для жизни, основанной на кремнии (вместо углерода).