Я очень скептически отношусь к тому, что где то во Вселенное еще есть жизнь. Это не значит, что она возможна только на Земле. Это значит, что во времени мы не пересекаемся. Когда Земля станет необитаема (а вы думаете человечество будет покорять просторы Галактик?), возможно на какой то другой планете и появится какая то форма жизни.
А как представляют себе инопланетян ученые?
Несомненно, ученые по всему миру — самые настоящие, читающие лекции в ведущих университетах и обремененные статусом и званиями, — задумываются над тем, как могла бы выглядеть инопланетная жизнь.
Последняя волна таких размышлений была связана с высказыванием Стивена Хокинга, который в апреле 2017 года обратил внимание ученых, ищущих инопланетную жизнь, на то, что долгожданная находка может стать роковой для человечества: "Однажды, когда мы получим сигнал с подобной планеты, мы должны аккуратно отвечать на него. Встреча с более развитой цивилизацией может быть похожа на встречу коренных жителей Америки с Колумбом. И такая встреча не закончилась хорошо".
Условно всех ученых можно было бы разделить на три лагеря:
- одни считают, что наша водно-углеродная жизнь уникальна для Вселенной, вторые — что не уникальна, а третьи — что мы сильно заблуждаемся, считая, что живые существа могут возникнуть только из тех соединений, что и мы сами.
Такую позицию даже назвали в научной литературе "углеродным шовинизмом". Автор термина, известнейший американский астрофизик Карл Саган, часто говорил, что основанием для поиска водно-углеродной инопланетной жизни является лишь то обстоятельство, что ее приверженцы сами состоят из углерода и воды.
Справка:
Кстати, а вы знаете, почему нашу жизнь называют углеродной? То, что мы дышим кислородом вовсе не означает, что он — основа нашей формы жизни. Ведь есть анаэробные организмы, которым не нужен кислород. Жизнь появилась на Земле до того, как появился кислород в свободном виде (благодаря цианобактериям).
Живые организмы состоят в основном из органических соединений (и воды). Органические соединения - это, собственно, соединения углерода (за исключением карбидов, карбонатов и еще некоторого количества соединений углерода, которые относятся к неорганическим веществам). Отсюда и термин "углеродные формы жизни". Возможно, более правильно было бы назвать это "углеводородной" жизнью, но это уже вопрос терминологии. Основу всех биологических соединений составляют углеродные цепочки - стабильные и в то же время способные образовывать многочисленные связи (содержание углерода в организме человека равно примерно 21%).
Действительно, другие химические элементы, например кремний, также могут сформировать молекулы значительной сложности. Другое дело, что в таких размышлениях можно пойти еще дальше, как сделал американский астроном Виктор Стенджер, который утверждал, что жизнь необязательно должна состоять из молекул.
Так сформировался вот этот условный список выдуманных существ, которые теоретически могли бы существовать в разных атмосферных и безатмосферных условиях.
Плазмоиды — существа, населяющие звездные атмосферы. Они образуются за счет магнитных сил, связанных с группами подвижных электрических зарядов.
Радиобы — жители межзвездных облаков. Они представляют собой сложные агрегаты атомов, находящихся в состоянии возбуждения.
Лавобы — организованные структуры из кремния, живущие в озерах расплавленной лавы на очень горячих планетах.
Водоробы — амебообразные формы, плавающие в жидком метане и извлекающие энергию из превращений ортоводорода в параводород.
Термофаги — вид космической жизни, выделяющий энергию из градиента температур в атмосфере или океанах планеты.
Все эти теоретически существующие виды жизни объединены по следующим параметрам: они могут извлекать и отдавать энергию, они способны сохранять форму и самовоспроизводиться. А теперь посмотрим, чем можно заменить воду, кислород и углерод.
Универсальный растворитель — вода может теоретически быть заменена на серную кислоту, аммиак, фтороводород и цианистый водород. Главное, чтобы растворитель оставался жидким в большом интервале температур.
Вода, как мы все знаем, остается жидкой в интервале от нуля до 100 градусов Цельсия (при давлении в одну атмосферу). А вот, например, серная кислота — до 200 градусов Цельсия и более.
Аммиак пригодился бы в качестве растворителя на холодных планетах, так как находится в жидком состоянии при температурах от −78 до −33 градусов Цельсия. Однако при замерзании твердый аммиак не всплывает вверх, как вода, а тонет (у нас при таком поведении водного льда стали бы необитаемыми все реки, озера, а также прибрежные части морей и океанов).
Атомы кислорода могут быть заменены на атомы серы. При таком замещении возможны "серные организмы", которые могли бы существовать при более высокой температуре на суше или в океане из олеума (безводной серной кислоты).
Такие условия существуют на Венере. Там практически бескислородная атмосфера: 95% углекислого газа + 5% азота. На поверхности 460 градусов "тепла".
И тем не менее, доктор физико-математических наук, профессор, заслуженный деятель науки Российской Федерации, член Научного совета РАН по астробиологии Леонид Ксанфомалити на полном серьезе говорит о возможности жизни на Венере:
"Представить, что в среде, близкой к красному калению, может быть жизнь, — практически невозможно. И все же с помощью советских аппаратов "Венера-9", "Венера-10", "Венера-13" и "Венера-14" мы смогли увидеть и флору, и фауну Венеры. Однако снимки очень плохие, и чтобы точно убедиться в существовании живых существ, нужны новые исследования".
Но чем же может быть заменен углерод? Среди наиболее вероятных претендентов — кремний. Конечно, соединения кремния не могут быть настолько разнообразны, как соединения углерода. Но зато кремневая жизнь может существовать на планетах с температурой, значительно превышающей земную.
Азот:
«Азот никогда всерьез не рассматривался как основа для жизни, поскольку при нормальных условиях единственным стабильным азотоводородным соединением является аммиак NH3, — говорит Артем Оганов, руководитель лаборатории компьютерного дизайна материалов МФТИ, профессор Нью-Йоркского университета Стоуни-Брук и Сколковского института науки и технологий (Сколтех). — Однако недавно, проводя моделирование различных азотоводородных систем при высоких давлениях (до 800 ГПа) с помощью нашего алгоритма USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography, Универсальный предсказатель структур: эволюционная кристаллография, см. «ПМ» № 10'2010), наша группа обнаружила удивительную вещь.
Оказалось, что при давлениях свыше 36 ГПа (360?000 атм) появляется целый ряд стабильных азотоводородов, таких как длинные одномерные полимерные цепи из звеньев N4H, N3H, N2H и NH, экзотические N9H4, образующие двухмерные листы атомов азота с присоединенными катионами NH4+, а также молекулярные соединения N8H, NH2, N3H7, NH4, NH5. Фактически мы обнаружили, что при давлениях порядка 40−60 ГПа азотоводородная химия по своему разнообразию значительно превосходит химию углеводородных соединений при нормальных условиях. Это позволяет надеяться, что химия систем с участием азота, водорода, кислорода и серы также более богата по своему разнообразию, чем традиционная органическая при нормальных условиях».
Шаг к жизни
Эта гипотеза группы Артема Оганова открывает совершенно неожиданные возможности в плане неуглеродной основы жизни. «Азотоводороды могут образовывать длинные полимерные цепи и даже двухмерные листы, — объясняет Артем. — Сейчас мы изучаем свойства подобных систем с участием кислорода, потом добавим к рассмотрению в наших моделях углерод и серу, а это, возможно, откроет путь к азотным аналогам углеродных белков, пусть для начала и самых простых, без активных центров и сложной структуры. Вопрос об источниках энергии для жизни, основанной на азоте, пока остается открытым, хотя это вполне могут быть какие-то пока неизвестные нам окислительно-восстановительные реакции, идущие в условиях высоких давлений. В реальности такие условия могут существовать в недрах планет-гигантов типа Урана или Нептуна, хотя температуры там слишком высоки. Но пока мы не знаем точно, какие реакции могут там происходить и какие из них важны для жизни, поэтому не можем достаточно точно оценить необходимый температурный диапазон».
Условия «обитания» живых существ на основе азотных соединений могут показаться читателям чрезвычайно экзотичными. Но достаточно вспомнить тот факт, что распространенность планет-гигантов в звездных системах как минимум не меньшая, чем каменистых земплеподобных планет. А это означает, что во Вселенной именно наша, углеродная жизнь может оказаться куда большей экзотикой.
Артем Оганов, руководитель лаборатории компьютерного дизайна материалов МФТИ, профессор Нью-Йоркского университета Стоуни-Брук и Сколковского института науки и технологий (Сколтех):
«Азот — седьмой по распространенности элемент во Вселенной. Его довольно много в составе планет-гигантов, таких как Уран и Нептун. Считается, что там азот находится в основном в виде аммиака, но наше моделирование показывает, что при давлениях свыше 460 ГПа аммиак перестает быть стабильным соединением (каким он является при нормальных условиях). Так что, возможно, в недрах планет-гигантов вместо аммиака существуют совсем другие молекулы, и именно эту химию мы сейчас исследуем».
При высоких давлениях азот и водород образуют множество стабильных, сложных и необычных соединений. Химия этих азотоводородов гораздо более разнообразна, чем углеводородная при нормальных условиях, так что есть надежда, что азото-водородо-кислородо-сернистые соединения могут превзойти по богатству возможностей органическую химию.
На рисунке — структуры N4H, N3H, N2H, NH, N9H4 (розовые — атомы водорода, синие — азота). В розовой рамке — мономерные звенья.
Вполне возможно, что в поисках экзотической жизни нам не придется лететь на другой конец Вселенной. В нашей собственной Солнечной системе присутствуют две планеты с подходящими условиями. И Уран, и Нептун окутаны атмосферой, состоящей из водорода, гелия и метана, и, по-видимому, имеют силикатно-железо-никелевое ядро. А между ядром и атмосферой находится мантия, состоящая из горячей жидкости — смесь воды, аммиака и метана.
Именно в этой жидкости при нужных давлениях на соответствующих глубинах может происходить предсказанный группой Артема Оганова распад аммиака и образование экзотических азотоводородов, а также более сложных соединений, включающих кислород, углерод и серу. Нептун к тому же обладает внутренним источником тепла, природа которого до сих пор точно не выяснена (предполагается, что это радиогенный, химический или гравитационный нагрев). Это позволяет значительно расширить «зону обитаемости» вокруг нашей (или другой) звезды далеко за пределы, доступные для нашей хрупкой углеродной жизни.
