Чому інопланетяни на основі кремнію воліють з'їсти наші міста, ніж нас: думки про невуглецеву астробіологію

Примітка редактора: Брюс Дорміні, науковий журналіст і автор «Далекі мандрівники: пошук планет за межами Сонячної системи», бере інтерв’ю у астрохіміка NASA Макса Бернштейна для Universe Today про можливість життя на основі кремнію.

Традиційна мудрість давно стверджує, що життя на основі вуглецю, настільки поширене тут, на землі, безсумнівно, має бути в достатку в інших місцях; як у нашій галактиці, так і у Всесвіті в цілому.

Ця лінія міркувань заснована на двох основних припущеннях; Перша полягає в тому, що складні молекули вуглецевого ланцюга, будівельні блоки життя, яким ми його знаємо, були виявлені в усьому міжзоряному середовищі. Велика кількість вуглецю, здається, простягається на більшу частину космічного часу, оскільки вважається, що його виробництво досягло піку приблизно 7 мільярдів років тому, коли Всесвіт був приблизно вдвічі свого віку.

Інше важливе припущення полягає в тому, що життя потребує еліксиру, розчинника, на якому воно може розвивати свою унікальну складну хімію. Вода і вуглець йдуть рука об руку, щоб зробити це.

У той час як світ, яким ми його знаємо, працює на вуглецю, тривале загравання наукової фантастики з життям на основі кремнію — «Це життя, але не таке, як ми його знаємо» — стало знайомим крилатою фразою. Але будь-яке життя має розвиватися, харчуватися, виділятися, відтворюватися і реагувати на подразники.

І хоча життя без вуглецю — це дуже довго, ми думали, що обговоримо це питання з одним з провідних астрохіміків країни — Максом Бернштейном, керівником наукової місії в штаб-квартирі NASA у Вашингтоні, округ Колумбія.

Брюс Дорміні-ЧИ НЕПРАВИЛЬНО ПРИПУСКАТИ, ЩО ЖИТТЯ МОЖЕ БУТИ ЗА ЩОДОМ, НЕ ВІД ВУГЛЕЦЮ?

Макс Бернштейн. Авторство: NASA

Макс Бернштейн— Для нас важливо зберігати відкрите ставлення до інопланетного життя, щоб не натрапити на нього і не пропустити. З іншого боку, вуглець набагато краще за будь-який інший елемент утворює основні структури живих істот. Вуглець може утворювати багато стабільних складних структур великої різноманітності. Коли вуглець утворює молекули, що містять кисень і азот, зв’язки вуглецю з азотом і киснем є стабільними. Але не настільки, щоб їх не можна було досить легко розірвати, на відміну від, наприклад, кремній-кисневих зв’язків.

dorminey-ЧИ НЕДАВНІ ДОСЛІДЖЕННЯ НАСА НА ОЗЕРІ МОНО, КАЛІФОРНІЯ, ЯКІ ГОЛОВУЮТЬ ВІДКРИТТЯ БАКТЕРІЙ З ДНК, ЯКІ ВИКОРИСТОВУЮТЬ МИШЯК ЗАМІСТЬ ФОСФОРУ, ГРІМУТЬ СУЧАСНУ ПАРАДИГМУ?

Бернштейн— Це був дійсно крутий результат, але базовою структурою все ще був вуглець. Вважалося, що миш'як замінив фосфор, а не вуглець. Відкриття цього імовірного організму миш’яку може виявитися невірним, але це гіпотеза, за якою стоїть наука, а не просто хтось відкидає ідею і залишає її на рівні, що якби ви замінили вуглець кремнієм?

Структура силану, аналога метану на основі кремнію.

dorminey-КРЕМНІЙ, ЗДАВАЄТЬСЯ НАЙПОПУЛЯРНІШИМ НЕВУГЛЕВОДІЙНИМ КАНДИДАТОМ, ЧИ ІСНУЮТЬ ІНШІ, ЯКІ ТАКОЖ МОЖЛИ БУТИ Здійснюваними?

Бернштейн— Важко уявити щось, що було б більш імовірним, ніж кремній, тому що немає нічого ближче до вуглецю, ніж кремній з точки зору його хімії. Він знаходиться в потрібному місці в періодичній таблиці, трохи нижче вуглецю. На перший погляд, [життя на основі кремнію] не здається надто абсурдним, оскільки кремній, як і вуглець, утворює чотири зв’язки. CH4 – це метан, а SiH4 – силан. Це аналогічні молекули, тому основна ідея полягає в тому, що, можливо, кремній може утворити цілу паралельну хімію і навіть життя. Але з цією ідеєю є маса проблем. Ми не бачимо складної стабільної хімії [виключно] кремнію та водню, як ми бачимо у вуглецю та водню. Ми використовуємо вуглеводневі ланцюги в наших ліпідах (молекулах, які утворюють мембрани), але аналогічні силанові ланцюги не будуть стабільними. У той час як вуглець-кисневі зв’язки можна створювати і розірвати — це відбувається в нашому тілі постійно — це не стосується кремнію. Це суттєво обмежить реальну хімію кремнію. Можливо, у вас є щось на основі кремнію, яке є наче живим, але тільки в тому сенсі, що воно передає інформацію.

dorminey-ЯКЩО ЖИТТЯ, ОСНОВАНЕ НА КРЕМНІЮ, ТАМ, ЯК МИ МОЖЕМО КОЛИ-небудь виявити його ВІДДАЛЕНО?

Бернштейн— Ми серйозно сперечаємося про те, як дистанційно виявляти таке життя, як ми, тому я справді не міг сказати. Імовірно, організми, які використовують технології, незалежно від їх біохімії, вироблятимуть технологію, тому Пошук позаземного інтелекту (SETI) може бути нашим найкращим варіантом.

dorminey-ЯК ВИ БУДЕТЕ шукати ЖИТТЯ НА ОСНОВІ КРЕМНІЮ ТУТ, НА ЗЕМЛІ?

Бернштейн— Шукати інопланетний організм дуже важко, тому що ви просто не знаєте, які молекули шукати. Треба було б задовольнитися чимось більш неоднозначним, наприклад наборами молекул, яких там не повинно бути. Наприклад, якби ви були інопланетним кремнієвим організмом, ви могли б не шукати нашої біохімії, але той факт, що ви постійно бачите однакову довжину ланцюга знову і знову, міг би підказати вам, що ці прокляті вуглецеві ланцюги можуть насправді бути основою мембран організму.

Орта, вигадана форма життя на основі кремнію у всесвіті Star Trek. Зображення з Star Trek: The Original Series © 1967 Paramount Pictures

dorminey-ДЕ ТУТ НАЙБІЛЬШІ КОНЦЕНТРАЦІЇ КРЕМНІЮ?
У ПІСКУ?

Бернштейн— У піску чи камені. На Землі є буквально мегатонни силікатних мінералів.

dorminey-ЧИ КТО КОЛИ-небудь стверджував, що ТУТ, НА ЗЕМЛІ, ВИНАКЛЮЄТЬСЯ ПРИКЛАДІВ КРЕМНІЮ, ЩО ВІДТВОРЮЄТЬСЯ?

Бернштейн— Існують ідеї про мінерали, які містять інформацію так само, як ДНК містить інформацію. ДНК містить інформацію в ланцюжку, який зчитується від одного кінця до іншого. Навпаки, мінерал міг утримувати інформацію в двох вимірах [на своїй поверхні]. Кристал росте, коли нові атоми надходять на поверхню, будуючи шар за шаром. Отже, якби кришталевий лист відколовся, а потім почав рости, це було б схоже на народження нового організму і передавало б інформацію з покоління в покоління. Але чи живий кристал, що реплікується? На сьогоднішній день я не думаю, що насправді є якісь докази того, що мінерали передають подібну інформацію.

dorminey-ЧИ СУТЬ ПРОБЛЕМИ У ТОМУ, ЩО ЖИТТЯ, ОСНОВАНЕ НА КРЕМНІЮ, БУДЕ ТАК ПОВІЛЬНО ВІДТВОРЮВАТИСЯ, ЩО НЕ МОЖЕ ВИСТАТИ У ДИНАМІЧНОМУ Всесвіті?

Бернштейн— Я не думаю, що будь-яка кремнієва форма життя може бути для нас біологічною загрозою. Якби вони були високотехнологічними, вони могли б з’їсти наші будівлі або стріляти в нас, але я не розумію, як вони могли б нас заразити. Ми бігаємо гарячими та швидко рухаємося. Якщо ми цього не зробимо, речі зловлять нас і з’їдять.

Якщо вони також жорсткіші, ніж ми, і все, що ними живиться, також повільно, і на основі кремнію, можливо, повільність не має значення.

dorminey-ЯКІМИ БУДЕ ПІДПИСИ ЖИТТЯ НА ОСНОВІ КРЕМНІЮ?

Бернштейн— Якщо вони не технологічні, їх було б дуже важко виявити. Ми могли б шукати нестабільні, несподівані молекули кремнію; якась високоенергетична молекула, якої там не повинно бути, або молекулярні ланцюги однакової довжини.

dorminey-ВИ ДУМАЄТЕ, ЩО ЖИТТЯ НА ОСНОВІ КРЕМНІЮ МОЖЕ існувати десь?

Бернштейн— Можливо, глибоко під поверхнею планети в якомусь дуже гарячому, багатому воднем і бідному киснем середовищі, у вас буде ця складна хімія силану. Там, можливо, силани утворять оборотні кремнієві зв’язки з селеном або телуром.

dorminey-ЯКЩО ВИНИКЛО ТАКЕ ЖИТТЯ НА ОСНОВІ КРЕМНІЮ, ЯКИЙ БУДЕ ЇЇ ЕВОЛЮЦІЙНИЙ ФІНШГРІЙ?

Бернштейн— Якби він міг еволюціонувати за стадію протистів [мікроорганізмів], я думаю, що він міг би розвивати інтелект. Я поняття не маю, наскільки ймовірно, що інтелект буде розвиватися, але я можу вірити в кристали кремнію, що передають інформацію від шару до шару, або в кремнієвий штучний інтелект, але я не очікую побачити силіконових мавп, які грають у свій еквівалент «Angry Birds». на своїх Silicon-телефонах.

dorminey-ЯКЩО КРЕМНІЮ-ЖИТТЯ РОЗВИВАЄТЬСЯ, ЧИ БУДЕ ЙОГО ЖИТТЯ НАБАГАТО ДОВШЕ, НІЖ ЙОГО АНАЛОГІВ НА ОСНОВІ ВУГЛЕЦЯ?

Бернштейн— Мінерал, що реплікується, який я описав раніше, буде жити дуже, дуже повільно на поверхні Землі. Але, можливо, десь набагато спекотніше, його термін служби був би коротшим. Це тому, що, ймовірно, тривалість життя пов’язана з темпом вашої хімії, яка залежить від температури.

dorminey-Зрештою, ЩО СТАЛО б під загрозу ЖИТТЮ НЕ ВУГЛЕВОДІ?

Бернштейн— Фізична шкода точно. Мабуть, ви могли б взяти до нього відбійний молоток?

Але наша біохімія не була б збудником цього; ми не могли «заразити» їх, як це було у «Війні світів».