Вся известная жизнь на Земле построена на углероде и соединениях на его основе. Но, может быть, в других мирах она имеет другую основу? Может ли она быт построена, например, на основе кремния? Который будет выступать в качестве основного строительного блока живого организма?
Первые предположения
Немецкий астроном Юлиус Шейнер стал пожалуй первым человеком, предположившим, что кремний может быть основой для жизни. Это произошло в 1891 году. Идея была подхвачена британским химиком Джеймсом Рейнольдсом. В 1893 г. в своем вступительном слове в Британской ассоциации развития науки он отметил, что термостабильность соединений кремния может позволить жизни существовать при очень высоких температурах.
Тридцать лет спустя Дж.Б.С. Холдейн предположил, что кремниевая жизнь может существовать в глубинах нашей планеты. Она могла возникнуть на основе частично расплавленных силикатов. А процесс окисления железа, возможно, обеспечивал ее энергией.
Кремниевая биохимия?
На первый взгляд кремний выглядит как многообещающая органическая альтернатива углероду. Он широко распространен во Вселенной. И является элементом p-блока группы IV. И расположен непосредственно под углеродом в периодической таблице элементов. Поэтому большая часть его химии похожа на углеродную. Например кремний, так же как и углерод, соединяется с четырьмя атомами водорода. При этом образуется бесцветный газ – силан. Силикаты являются аналогами карбонатов. Оба элемента образуют длинные цепи или полимеры, в которых они чередуются с кислородом. В простейшем случае углерод-кислородные цепи дают полиацеталь. Это пластик, используемый в синтетических волокнах. А из основной цепи чередующихся атомов кремния и кислорода образуются полимерные силиконы.
Возможно некоторые странные формы жизни могли бы быть построены из силиконоподобных веществ. Если бы не явный фатальный недостаток биологических свойств кремния. Это его реакция с кислородом. Когда углерод окисляется во время дыхательного процесса земного организма, он становится газообразным углекислым газом. Этот отход жизнедеятельности живое существо легко удаляет из своего организма. Окисление кремния же дает твердое вещество. Сразу после своего образования диоксид кремния организуется в решетку. В ней каждый атом кремния окружен четырьмя атомами кислорода. Утилизация подобного вещества создаст серьезную проблему для дыхания.
Любые жизненные формы должны уметь собирать, хранить и использовать энергию из окружающей среды. В биологии на основе углерода основными соединениями, аккумулирующими энергию, являются углеводы. В них атомы углерода связаны простыми связями в цепочки. Углеводы окисляются, чтобы высвободить энергию, используя для этого ферменты. Эти ферменты являются большими, сложными молекулами, которые катализируют специфические реакции.
Разная химия
Особенностью химии углерода является то, что многие из ее соединений могут принимать правую и левую формы. И именно это свойство, или хиральность, дает ферментам способность распознавать и регулировать огромное разнообразие процессов в организме. Кремний, в основном, не способен создавать подобные соединения. Поэтому трудно понять, может ли он служить основой для многих взаимосвязанных реакций, необходимых для поддержания жизни.
Отсутствие в космосе пребиотических химических веществ на основе кремния подтверждается астрономическими данными. Ученые, конечно, их находили. В метеоритах, кометах, в атмосферах планет-гигантов, а также в межзвездной среде и во внешних слоях холодных звезд есть соединения кремния. Но это, в основном, диоксид кремния и другие силикаты. Эти соединения слишком просты, чтобы считаться строительными блоками сложных органических молекул.
Тем не менее кремний мог сыграть свою роль в возникновении жизни на Земле. Интересно, но земные формы жизни используют исключительно правосторонние углеводы и левосторонние аминокислоты. Одна из теорий, объясняющих это факт, утверждает, что первые пребиотические углеродные соединения образовались в среде «первичного супа» на поверхности кремнезема, имеющего определенную жесткость. Эта стойкость соединения кремния определила предпочтительную направленность соединений углерода, которые сейчас встречаются в земной жизни.
И все же кремний не безнадежен. Ведь он широко используется в микропроцессорной технике. А она, быть может, когда-нибудь станет самостоятельной формой жизни. Существующей на основе кремния.
Кремниевая жизнь в научной фантастике
Несмотря на мрачный прогноз химиков, жизнь на основе кремния процветает в воображаемых мирах научной фантастики. В одном из своих самых ранних рассказов Стенли Вейнбаума – «Марсианская одиссея» описывается странное существо. Ему было полмиллиона лет, и оно каждые десять минут откладывало кирпич. Таким был ответ Вейнбаума на одну из главных проблем, стоящих перед кремниевой жизнью. Как рассказывал один из наблюдающих существо ученых:
«Эти кирпичи были его отходами … Мы – углеродная жизнь. Наши отходы – это углекислый газ. А здесь жизнь кремниевая. И ее отходы – кремнезем. Но кремнезем является твердым, следовательно получаются кирпичи…»
Подведя итог можно отметить, что кремний не сможет обеспечить биохимию, подобную существующей на Земле. Но в других мирах могут быть совершенно другие условия. Например: температура, давление, излучение от звезды. Поэтому кремний, в сочетании в другими элементами, вполне может стать основой жизни. Ведь жизнь не обязательно должна использовать кислород…