История всего. 14 миллиардов лет космической эволюции. - Нил Деграсс Тайсон

В искусственно воссозданные инопланетные условия можно поместить и сочетания неодушевленных молекул, пытаясь разыграть свою версию классического эксперимента Миллера — Юри или навести глянец на исследования Вехтерсхойзера. Это сочетание размышлений и экспериментов привело нас к некоторым общепринятым заключениям, которые, исходя из того, насколько точно они описывают реальную Вселенную, имеют очень большое значение. Сегодня астробиологи считают, что для существования жизни во Вселенной необходимо следующее:

1) источник энергии;

2) определенный атом, который допускает существование сложных структур;

3) жидкий растворитель, в котором молекулы могут плавать и взаимодействовать друг с другом;

4) достаточный промежуток времени, за который жизнь может возникнуть и эволюционировать.

В этом коротком списке пункты 1 и 4 представляют собой довольно низкие барьеры для преодоления их первыми формами жизни. Каждая звезда в космосе является источником энергии, и все они, за исключением вопиющего 1 % таких звезд, сияют многие сотни миллионов и даже миллиарды лет подряд. Например, наше Солнце обеспечивает Землю бесперебойным запасом тепла и света на протяжении последних пяти миллиардов лет и продолжит делать это еще как минимум столько же. Далее, как мы теперь знаем, жизнь может существовать, прекрасно обходясь и без солнечного света, используя геотермальное тепло и химические реакции в качестве источника желанной энергии. Геотермальная энергия рождается частично за счет радиоактивной природы изотопов таких элементов, как калий, тор и уран, распад которых занимает миллиарды лет, а это уже сравнимо с жизненным циклом среднестатистической солнцеобразной звезды.

Жизнь на планете Земля удовлетворяет пункту 2, говорящему об атоме, способном создавать структуру: у нас есть углерод. Каждый атом углерода может прикрепляться к одному, двум, трем или четырем другим атомам одновременно, что делает его ключевым химическим элементом в структуре всей известной нам жизни. В отличие от углерода, атомы того же водорода могут каждый прикрепляться лишь к одному другому атому, а атомы кислорода — максимум к двум. Так как атомы углерода способны зараз соединяться с целой четверкой других атомов, они формируют «хребет» для всех наиболее простых молекул, из которых состоят живые организмы, а именно белков и сахаров.

Способность углерода создавать сложные молекулы сделала его одним из четырех самых распространенных в мире — и в представленных им формах жизни — элементов наряду с водородом, кислородом и азотом. Мы уже знаем, что, несмотря на то что из четырех самых широко представленных химических элементов земной коры только кислород совпадает с этой четверкой «атомов жизни», она вся представлена в списке шести самых распространенных химических элементов в мире (куда также входят инертные газы гелий и неон). Данный факт может выступать в поддержку теории о том, что жизнь на Земле началась в звездах или в некоторых объектах, по своему составу напоминающих звезды. В любом случае сам факт, что углерод представляет собой лишь незначительную долю в составе поверхности Земли, но столь важен в формировании структуры любого живого существа, служит совершенно явным доказательством того, сколь важна его роль в обеспечении жизни необходимой ей структурой.

Важен ли углерод для жизни во всей Вселенной? Как насчет кремния, который так часто всплывает в научнофантастических романах в качестве базового структурного атома для различных экзотических форм внеземной жизни? Как и в случае с углеродом, атомы кремния могут одновременно соединяться с четырьмя другими атомами, однако природа образуемых кремнием связей такова, что его популярность в роли кандидата в создатели структурных основ для образования более сложных молекул несравнима с углеродом. Углерод формирует с другими атомами довольно слабые связи, поэтому, к примеру, пары атомов «углерод — кислород», «углерод — водород» и «углерод — углерод» разбить довольно просто. Это позволяет основанным на углероде молекулам формировать все новые типы молекул, сталкиваясь и взаимодействуя друг с другом, без чего невозможно представить себе активный обмен веществ, обязательный для любой формы жизни. В отличие от углерода, кремний формирует очень прочные связи со многими другими атомами, особенно с кислородом. Земная кора состоит преимущественно из силикатных — кремниевых — пород, образовавшихся в основном из атомов кремния и кислорода, соединенных друг с другом достаточно крепко для того, чтобы просуществовать незыблемо на протяжении миллионов лет. Эти соединения будет довольно трудно заставить поучаствовать в образовании новых типов молекул.

Различия в механике формирования углеродом и кремнием химических связей с другими атомами подсказывает нам, что мы с гораздо большей вероятностью обнаружим внеземные формы жизни, в основе которых будут лежать углеродные, а не кремниевые молекулярные хребты. Помимо этой парочки остается лишь несколько довольно экзотических типов атомов, распространенных во Вселенной во много раз меньше, чем углерод и кремний, которые могли бы одновременно соединяться сразу с четырьмя другими атомами. Исключительно из статистических соображений вероятность того, что где-то существуют формы жизни, образованной с помощью, скажем, германия — таким же образом, как земная жизнь образовалась на основе углерода, — кажется весьма и весьма незначительной.

Пункт 3 говорит о том, что всем формам жизни необходим жидкий растворитель, в котором молекулы вещества могли бы плавать и взаимодействовать между собой. Здесь слово «растворитель» подчеркивает тот факт, что подобная ситуация, в которой молекулы могли бы «плавать и взаимодействовать», возможна именно в «растворе». Обычная жидкость, как бы сильно она ни была насыщена молекулами, никак не ограничивает подвижность этих самых молекул в своем составе. С другой стороны, в твердых веществах атомы и молекулы имеют свое четко определенное место. Они все еще могут сталкиваться и взаимодействовать, но это происходит в разы медленнее, чем в составе жидкостей. Если взять газ, то там молекулы перемещаются еще более свободно, чем в жидкостях, и могут сталкиваться друг с другом с еще меньшими препятствиями; но их столкновения и взаимодействия происходят по факту в разы реже, чем в жидкостях, потому что плотность газа, как правило, минимум в 1000 раз ниже плотности жидкости. «Если бы только нам хватало мира и времени», как однажды сказал Эндрю Марвел, мы, может, и обнаружили бы истоки жизни в газах, а не в жидкостях. В реальном космосе, которому всего-то 14 миллиардов лет, астробиологи не рассчитывают когда-нибудь обнаружить жизнь, возникшую внутри газовой среды. Нет, они ожидают, что вся внеземная жизнь, как и земная, полагалась, полагается и будет полагаться на резервуары жидкости, внутри которой с помощью сложных химических процессов разные типы молекул сталкиваются друг с другом и образуют все больше новых химических соединений.

Обязательно ли этой жидкости быть водой? Мы живем на весьма водянистой планете, почти три четверти поверхности которой покрывают океаны. Это делает нас уникальным миром Солнечной системы, а также, вполне возможно, довольно нестандартной планетой с точки зрения всей