Элементы жизни⁠⁠

Всем привет)

предыдущие посты:
Бескислородный мир
Великое кислородное событие
Великий симбиоз

Метеориты, скучный миллиард и лед

Читая комментарии к своим предыдущим постам, я решил, что все-таки придется отступить ненадолго от хронологической шкалы и рассказать о первых этапах зарождения жизни. Ведь раз читатели задают вопросы, горячо обсуждают эту тему, значит, им интересно. Итак, перенесемся назад в прошлое, в самое начало зарождения Земли и Солнечной системы.

Начнем рассказ с того, что определимся, какие элементы периодической таблицы Менделеева есть у нас в распоряжении для конструирования будущей жизни, а также какие могут подойти для этой цели, если мы не хотим мириться с углеводородным "шовинизмом".

Все химические элементы произошли так или иначе из недр звезд; мы с вами и все, что нас окружает, - это звездная пыль. После изначального нуклеосинтеза Большого взрыва во Вселенной были только водород, гелий и какое-то количество лития. С появлением первых звезд в их недрах за счет термоядерных реакций синтезируются четные элементы вплоть до железа и никеля. Ядра железа уже не могут сливаться друг с другом, чтобы образовать более тяжелые элементы, и термоядерный синтез в центре звезды прекращается. Дальше возможно несколько вариантов, в зависимости от характеристик звезды.

В самом центре звезды-сверхгиганта под чудовищным давлением электроны и протоны соединяются и образуется сверхплотное нейтронное вещество; оболочки звезды с разгону налетают на нейтронное ядро; из зоны контакта нейтронного вещества с обычным веществом звезды расходится мощная ударная волна и плотные потоки нейтронов; нейтроны быстро захватываются атомными ядрами - и так синтезируются нечетные элементы от фтора до марганца и большинство элементов тяжелее железа.

Энергия столкновения обрушившейся внешней оболочки с нейтронным ядром столь высока, что она с огромной скоростью отскакивает и разлетается во все стороны от ядра. Звезда буквально взрывается в ослепительной вспышке сверхновой звезды. За считанные секунды при вспышке сверхновой может выделиться в пространство больше энергии, чем выделяют за это же время все звезды галактики вместе взятые. Оставшееся ядро превращается в нейтронную звезду, вещество которой также может послужить в будущем "сырьем" для формирования тяжелых элементов.

Наша с вами жизнь построена буквально на самых распространенных во вселенной элементах: углероде, водороде, кислороде и азоте. Главнейшим из них является углерод. Он способен образовывать разнообразные цепочки и кольца из своих атомов, создавая тем самым огромное количество органических молекул (количество только известных органических соединений составляет почти 27 млн и продолжает расти), из-за этого углерод отлично подходит на роль главного кирпичика жизни. Если углерод - это снова нашей жизни, то жидкая вода - ее дом. Вода нужна в качестве универсального растворителя, в котором происходят основные процессы жизни.

Аналогичными качествами (способностью образовывать сложные молекулы) обладают еще несколько элементов, прежде всего это кремний. Кремний также довольно распространенный элемент. По своим свойствам кремний схож с углеродом, но имеет важные различия, из-за которых аналогичные углеродным соединения кремния менее устойчивы. В целом, роль кремния как главного структурообразующего элемента жизни дискуссионна, и будущим астробиологам, возможно, преподнесет некоторые сюрпризы. Но при всём разнообразии молекул, которые были обнаружены в межзвёздной среде, 84 основаны на углероде и лишь 8 — на кремнии. Более того, из этих 8 соединений 4 включают углерод. Примерное соотношение космического углерода к кремнию — 10 к 1. Все это даёт основание предполагать, что сложные молекулы на основе кремния редки, и во много раз уменьшает шанс формирования кремниевой жизни. Еще один довод против жизни на основе кремния - это сама наша планета. На Земле очень много кремния, однако, жизнь на планете зародилась на основе углерода.

На роль заменителя воды претендуют несколько веществ: аммиак, фтороводород, серная кислота.
Серная кислота (H2SO4) имеет некоторые преимущества перед водой, благодаря увеличенному в несколько раз интервалу существования в жидкой форме (серная кислота при нормальном давлении остается жидкой при температуре до 280 градусов Цельсия). В серной кислоте могли бы жить гипотетические серные (у которых атом кислорода замещен на атом серы) или кремниевые организмы. Так что, возможно, кровь, превращающаяся на воздухе в концентрированную серную кислоту, не такая уж нереальная вещь.

Аммиак (NH3) так же рассматривается как замена воды. Он по некоторым свойствам напоминает воду, но лед из аммиака (в отличие от водного льда) при замерзании тонет, а значит океаны из аммиака будут очень быстро промерзать до дна. При этом температуры существования жизни будут смещены в сторону более отрицательных по сравнению с "водной" жизнью (температура при которой аммиак находится в жидком состоянии от -78 до -34 градусов Цельсия).

Наконец, фтороводород (HF) тоже подошел бы на роль заменителя воды для жизни, если бы не одно "но", которое губит все возможные достоинства такого события, а именно: единственный устойчивый изотоп фтора - 19F - образуется в звездных ядерных реакциях в весьма малых количествах, и содержание фтора во Вселенной примерно в десять тысяч раз ниже, чем кислорода.

В заключении хочется отметить тот факт (раз уж мы говорим о происхождении жизни), что у эволюции нет цели. Она не стремится создать кремниевую жизнь назло углеводородной, чтобы доказать, что такое возможно. Принцип природного созидания совсем не похож на целенаправленное проектирование или творческий замысел, скорее это "самосборка чего получится из чего попало". Если есть возможность и много подходящих элементов, значит, именно из них, простых и доступных, скорее всего и будет построена жизнь.