Реферат: Де й із чого зароджується життя?

Звичайно як можливий замінник вуглецю розглядається кремній. Дійсно, між цими двома елементами дуже багато загального. У періодичній системі елементів вони перебувають в одній групі, мають однакову валентність. Тому "кремнієве життя" обговорюється досить часто не тільки в науково-фантастичній літературі, але й на сторінках наукової печатки.

Із приводу можливості існування життя, заснованої на кремнії, існують полярні точки зору.

Так, наприклад, англійський астроном-аматор В. Фірсов у своїй книзі "Життя поза Землею" затверджує, що кремнієве життя може бути широко представлена у Всесвіті.

Проте подібність кремнію й вуглецю не дає достатніх підстав для побудови гіпотетичних живих систем, що містять як основна ланка кремній. Проти кремнієвого життя можна висунути ряд серйозних аргументів.

Американський хімік Д. Уолд у своїй роботі "Чому жива речовина базується на елементах другого й третього періодів періодичної системи" звертає увагу на те, що зв'язок між атомами кремнію (ми будемо їх називати надалі кремній кремнієві зв'язки) нестійка в присутності води, аміаку або кисню. Це дуже сильне заперечення проти кремнієвого життя.

Відносна поширеність кремнію в земній корі, майже на два порядки вище вуглецю. Проте, кремній не грає практично ніякої ролі в біохімії живого. Здавалося, для природи було б набагато легше сконструювати життя на основі більше доступного елемента. Однак у цьому випадку природа не пішла за принципом економії, і в неї були вагомі причини. Кремній володіє поруч характерних хімічних властивостей, які роблять його зовсім непридатним для побудови складних біологічних молекул, що працюють у клітці.

Так, всі сполуки кремнію з воднем нестійкі при нормальних температурах, і, навпаки, сполуки, побудовані на основі зв'язків кремній - кисень (це просто добре всім відомий пісок), досить стійкі в термічному відношенні до дуже високих температур.

Помітимо також, що в цей час невідомі сполуки, що є аналогами молекул, що містять вуглець, кисень і водень: альдегідів, кетонів, карбонових кислот, складних ефірів і амінів. Це обумовлено нездатністю кремнію утворювати подвійні й потрійні зв'язки, настільки характерні для органічної хімії; тому кремній утворить тверді полімери із кремній-кисневими зв'язками.

Перераховані вище властивості кремнію (а також аргументи, наведені Уолдом) роблять досить малоймовірним використання такого елемента як основу для побудови життя. Правда, американський хімік з Берклі, Г. Пиментел, уважає, що при низьких температурах кремнієве "псевдо життя" може розвиватися більш успішно, ніж вуглецеве. Однак потрібні неводні розчинники, а ця обставина знову веде нас у сферу спекуляцій. Фірсов пропонує як можливі заміни води як універсального розчинника на сульфіди фосфору й таке абсолютно невивчена сполука, як Н3PS4 - сірчаний аналог ортофосфорної кислоти, що виходить із фосфористого водню й H2S. Мені здається, що це все малоймовірно в силу деяких загальних міркувань астрофізичного плану. Адже вода - одне з найпоширеніших сполук у Космосі.

Розглянемо тепер модель так званого "рідкого аміачного життя", що також досить часто пропонується як можлива форма існування неземних живих систем.

Гіпотетична аміачна біохімія, або, як її ще називають, хімія Франкліна, виходить простою заміною кисню в органічній молекулі на аміногрупу (= NH). Сірка в сполуці залишається або також заміщається на азот, а замість води як універсальний розчинник використовується аміак.

Розглянемо деякі властивості аміаку докладніше.

При нормальному тиску аміак існує як рідина в дуже вузькому інтервалі температур від -77,7 до - 33,4 градуси Цельсія. Критичній температурі + 132,4 градуси, тобто температурі, вище якої не можна одержати аміак у вигляді рідини, відповідає тиск 120 атмосфер. Сховані теплоти в аміаку рівні 332 калоріям на грам для паротворення й 84 калоріям на грам для плавлення. По цих параметрах аміак схожий на воду.

Автори моделей "аміачного життя" затверджують, що в повністю безводних умовах аміачні форми білків будуть діяти як ферменти-каталізатори настільки ж добре, як і у звичайних водних середовищах. Це припущення виглядає сумнівно, тому що швидше за все в рідкому аміаку білки-ферменти через зміну їхньої структури не зможуть "працювати". Крім того, якщо виходити з вимоги нормальних швидкостей хімічних реакцій, необхідно сильно підвищити крапку кипіння аміаку (скажемо, до 100 градусів), що відповідає більше високим тискам близько 60 атмосфер.

Дуже важко уявити собі, що при обраних значеннях тиску й температури можуть де-небудь існувати повністю безводні умови. Але як тільки ми переходимо до водяних розчинів аміаку, аміачні аналоги білків виявляються в сильно лужному середовищі й перестають працювати як ферменти.

Для регулювання діяльності клітинних мембран в аміачній хімії пропонуються такі екзотичні сполуки, як хлористий цезій або хлористий рубідій.

Через малу космічну поширеність цезію й рубідію подібна схема може становити інтерес тільки для умоглядних побудов.

Таким чином, "аміачне життя" з погляду загальних фізико-хімічних міркувань здається досить малоймовірною.

Ще більше екзотичні варіанти пов'язані з використанням галогенів замість водню (галоген вуглецева форма). У цьому випадку використовується хлор або фтор, тому що атоми брому і йоду мають занадто більші розміри.

Які ж повинні бути умови на планеті, багатої галогенами? Атмосфера на такій планеті повинна містити більші кількості фтору й хлору, а гідросфера може складатися із соляної або плавикової кислоти.

Не говорячи вже про те, що всі мінерали нестійкі в присутності плавикової кислоти, виникнення подібних систем виключено в силу одного простого міркування. Життя існує на Землі на поверхні дуже тонкого (у порівнянні з радіусом Землі) шару - земної кори. Здавалося б, хімічний склад живих систем повинен бути хоч у якімсь ступені схожий на хімічний склад екологічної ніші перебування - кори.

Але немає. По своєму хімічному складі жива речовина набагато ближче до Всесвіту, чим до земної кори. Ця обставина є непрямим доказом принципу універсальності побудови живих систем у різних ділянках Всесвіту.

Як видно, саме абсолютні органогени здатні в процесі еволюції утворювати живі системи. Концентрації хлору й фтору у Всесвіті винятково малі стосовно водню (одна десяти міліонна й одна стомільйонна частка відповідно). От чому подібні моделі виглядають досить непереконливо. Незрозуміло, навіщо й де буде відбуватися заміна водню на галогени?

Добре відомо, що саме водень є основним елементом Всесвіту. І тому, розглядаючи нормальні змісти елементів у Всесвіті, ми приходимо до ідеї водно-вуглецевого шовінізму.

Варто підкреслити, що формальні заміни вуглецю на кремній, водню на галогени й так далі малопродуктивні в плані побудови якоїсь нової хімії життя. Ми, очевидно, ніколи не зуміємо підібрати елемента, здатного краще вуглецю утворювати макромолекули, і розчинника більше універсального, чим вода. Крім того, абсолютні органогени є найбільше "доступними" елементами в Космосі.

Безперечно, не можна повністю виключити хімічні флуктуації у Вселеної, і теорія підказує нам такі можливості. Однак спостережливі дані астрономії (я маю на увазі органічні молекули в Космосі) служать серйозною підтримкою того положення, що якщо де-небудь ще, крім Землі, у Всесвіті й існує життя, то в основі її повинна лежати хімія вуглецю.

А це значить, що життя-те у Всесвіті повинна бути схожої в цілому на нашу. Це дуже серйозний висновок, і зроблений він у досить категоричній формі, хоча в попередній фразі не вживаємо слів "обов'язково" і "тільки". Але адже він зроблений після досить ретельного аналізу, з використанням арсеналу сучасної фізики й хімії. І цей висновок не накладає ніяких обмежень на можливість існування форм життя, що зовні відрізняються від земної.

Адже навіть із чисто філософських позицій важко вважати, що наша форма життя унікальна. У Вселеної немає унікальних явищ і об'єктів. Про це говорилося на Бюраканської конференції. Ще раніше цю думку висловлювали древні філософи.

Ну а як же знамениті кіборги - синтез машини й розуму - або вже згадуване плазмена хмара Ф. Хойла?