Жизнь на нашей планете – это пока единственный пример подобного явления, который нам известен. Земная биохимия использует для своих нужд много разных химических элементов. Но один из них является основой всех органических молекул – это углерод. Однако до сих пор не ясно, должна ли обязательно жизнь в других уголках Вселенной тоже базироваться на основе углерода? Или в этом качестве могут выступать и другие элементы? Давайте порассуждаем на эту интересную тему.
Биохимия на основе бора
Бор обладает сложной, даже причудливой химией. Но есть две проблемы. Во-первых, бор – это довольно редкий элемент. Так произошло потому, что ядерный синтез в недрах звезд редко приводит к синтезу лития, бериллия и бора. Вторая возможная проблема с бором состоит в том, что его оксид является твердым веществом. А жизнь на Земле, как известно, очень сильно зависит от цикла переноса углекислого газа в атмосфере. Да, оксид бора (или борная кислота) растворим в воде. Это хорошо, поэтому это не исключает водную биохимию. Но все же относительная редкость этого элемента делает жизнь на его основе маловероятной.
Жизнь на основе кремния
Описание кремниевой жизни часто встречаются в научной фантастике. Кремний, в отличие от бора, чрезвычайно распространен в природе. Но, как и в случае с последним, диоксид кремния – это тоже твердое вещество. И это вещество не растворимо в воде. И, к тому же, для разрыва связи кремний-кислород нужно потратить достаточно много энергии. Кремниевая жизнь должна будет есть камни. А продуктом еще жизнедеятельности будут кирпичи. Сложные молекулы кремния, содержащие водород, менее стабильны, чем соответствующие углеродные соединения. И, как правило, разрушаются при воздействии воды или кислорода. В общем совершенно очевидно, что силикаты и кварц слишком стабильны и инертны, чтобы их могла использовать биохимия.
На Земле практически все организмы дышат кислородом. Но науке известно, что сначала земная жизнь была анаэробной. Однако подобный метаболизм, вероятно, не может обеспечить достаточное количество энергии для крупных активных животных. И все же. Есть ли у животных альтернатива кислородному дыханию?
Может ли атмосфера поставлять топливо или «пищу» для животных вместо окислителя? Водородные или дышащие метаном животные также рассматривались в научно-фантастических рассказах. Проблема в том, что атмосфера не может содержать одновременно и окислитель, и пищу. Потому что в этом случае она будет взрывоопасна. Таким образом, проблема использования восстановительной атмосферы в качестве пищи заключается в том, что необходимо принимать внутрь какой-то источник стабильного твердого окислителя. Но на самом деле таких веществ в природе не так уж и много. А вот почти все интересные и полезные соединения углерода умеют восстанавливаться. Например, белок и целлюлоза. Таким образом, сами организмы не могут быть источником пищевого кислорода, если они не содержат резервуар нитратов или пероксидов. Можно придумать самые сложные сценарии. Но природа, похоже, отказывается от таких замыслов. Ведь есть более простые и эффективные альтернативы.
Хлор для дыхания
Может ли чужая биохимия использовать хлор вместо кислорода? Мы считаем что хлор – это крайне ядовитый элемент. Однако на самом деле наш любимый кислород является гораздо более едким веществом. Поэтому, в принципе, хлор можно рассмотреть как газ для дыхания. Но плохо одно – с углеродом он не дружит. Земные растения производят избыток кислорода, потому что они расщепляют воду (или углекислый газ), чтобы получить необходимые соединения водород-углерод-азот-кислород. В случае с хлором было бы энергетически невыгодно высвобождать его из солей щелочных металлов. Ну разве что только в ходе какого-то странного ионно/электрического метаболизма.
Данные лабораторного моделирования и спектрального анализа межзвездных облаков позволяют предположить, что аминокислоты, нуклеотиды и простые сахара являются весьма распространенными в космосе веществами. Знаменитый эксперимент Стэнли Миллера показал, что случайные химические реакции быстро приводят к образованию аминокислот и других важных органических химических веществ. По-видимому, эти соединения легко образуются. И некоторые из них впоследствии способны полимеризоваться с образованием белков, целлюлозоподобных полисахаридов или РНК. Считается, что РНК является основой ранней формы жизни. Поскольку она способна действовать в качестве основного механизма создания белковых ферментов.
Поэтому становится очевидно, что жизнь на других планетах, вероятно, будет основана на углероде. И на кислородном дыхании. Однако бесчисленные вариации в остальной базовой биохимии вполне возможны. Чужая жизнь может, например, использовать РНК, но не использовать ДНК. Скелет крупных инопланетных организмов может, например, состоять из белкового или полисахаридного волокна. Возможно, с жестким минеральным усилением. А если чужая жизнь будет использовать левовращающие изомеры, ее биосфера может быть чрезвычайно токсичной для посетителей с Земли.