Жизнь на основе аммиака

Альтернативная биохимия

В 1954 году Джон Бёрдон Сандерсон Холдейн, выступая на симпозиуме по происхождению жизни, предположил, что может быть разработана альтернативная биохимия, в которой вода может быть заменена жидким аммиаком в качестве растворителя.Часть его рассуждений была основана на наблюдении, что вода имеет ряд аналогичных аммиаку свойств. Например, аналогом метанола, CH3OH, является метиламин, CH3NH2. Халдейн предположил, что возможно создание аммиачных аналогов и более сложных веществ, таких как белки и нуклеиновые кислоты, а так же использовал тот факт, что целый класс органических соединений – пептиды, могут существовать без изменений в системах на основе аммиака. Эти амидные молекулы, которые заменяют обычные аминокислоты, могут затем подвергаются конденсации с образованием полипептидов, почти идентичных содержащимся в земных формах жизни. Эта гипотеза, которая была развита далее британским астрономом В. Акселем Фирсоффом, представляет особый интерес при рассмотрении возможности биологической эволюции на богатых аммиаком мирах, таких как газовые гиганты и их луны.

Температура кипения аммиака

С одной стороны жидкий аммиак имеет некоторые химические сходства с водой. Существует целая система органической и неорганической химии, которая происходит в аммонии, а не в водном растворе. Аммиак обладает дополнительным преимуществом: это растворение большинства органических веществ, а так же обладает беспрецедентной способностью растворять многие элементарные металлы, включая натрий, магний и алюминий. Кроме того, несколько других элементов, таких как йод, сера, селен и фосфор также растворимы в аммиаке с минимальной реакцией. Каждый из этих элементов важен для химии жизни и путей пребиотического синтеза. Температура кипения жидкого аммиака – 33 C при давлении 1 атм – для биологии довольно низка. Но, как и в случае с водой, повышение поверхностного давления на планете изменяет эту характеристику. При давлении в 60 атм, например, что ниже давлений, доступных на Юпитере или Венере, аммиак кипит при 98 C вместо -33 C, давая диапазон жидкой фазы 175 C. Жизнь на основе аммиака не обязательно должна быть низкотемпературной!

Органика на основе аммиака

Аммиак имеет диэлектрическую проницаемость около 1⁄4 от водной, что делает его плохим изолятором. С другой стороны, температура плавления аммиака выше, поэтому плавится он относительно тяжелее. Удельная теплоемкость аммиака немного больше, чем воды, и он намного менее вязкий (он более свободно течет). Химия жидкого аммиака в кислотно-щелочной среде изучена достаточно широко, и она оказалась столь же широкой, как у водных сред. Как растворитель, аммиак едва уступает воде. Принудительные аналоги макромолекул земной жизни могут быть сконструированы и в аммиачных системах. Тем не менее биохимия на основе аммиака может развиваться совершенно другими путями. Растворитель для живых клеток должен быть способен диссоциировать их на анионы (отрицательные ионы) и катионы (положительные ионы), что позволяет проводить кислотно-щелочной реакции. В системе растворителей аммиака кислоты и основания отличаются от водной системы (кислотность и основность определяются относительно среды, в которой они растворяются). В аммиачных системах вода, реагирующая с жидким аммиаком, дает ион NH +, который является сильной кислотой – весьма враждебной к жизни. Астрономы миров, жизнь которых основана на аммиаке, глядя на нашу планету, несомненно, рассматривали бы океаны Земли никак иначе, чем чаны с горячей кислотой. Вода и аммиак не являются химически идентичными: они просто аналогичны. В биохимических реакциях обязательно будет много различий. Молтон предположил, например, что в основе жизнедеятельности на основе аммиака могут использоваться хлориды цезия и рубидия для регулирования электрического потенциала клеточных мембран. Эти соли более растворимы в жидком аммиаке, чем соли калия или натрия, используемые земной жизнью.

Минусы аммиака как основы жизни

С другой стороны, существуют проблемы с принятием аммиака в качестве основы для жизни. Они сосредоточены главным образом на том, что температура испарения аммиака составляет лишь половину от температуры воды, а ее поверхностное натяжение составляет лишь одну треть. Следовательно, водородные связи, которые существуют между молекулой аммиака, намного слабее, чем в воде, так что аммиак будет менее способен концентрировать неполярные молекулы за счет гидрофобного эффекта. Поэтому остаются вопросы, насколько хорошо аммиак может удерживать пребиотические молекулы вместе достаточно сильно, чтобы создать самовоспроизводящуюся систему.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Комментарии закрыты.

Этот сайт использует куки. Вы можете отказаться, если хотитеПринятьПрочитать больше

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: