Все живое на нашей планете состоит из углерода, кислорода, фосфора и серы. Но это не означает, что на других планетах не может существовать жизнь на основе совершенно других соединений. Так, на основе кремния жизнь может существовать на гораздо более горячих планетах, чем Земля.
Неуглеродная форма жизни в представлении художника
©Flickr
Кремний + кислород
Главным претендентом на роль структурообразующего атома в альтернативной биохимии считается кремний. Он расположен в той же группе периодической системы, что и углерод, поэтому свойства их похожи. Но атомы кремния имеют большую массу и больший радиус, они сложнее образуют ковалентную связь, и это может помешать образованию биополимеров (класс полимеров, который встречается в природе в естественном виде и входит в состав живых организмов: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, лигнин – NS). Кроме того, соединения кремния не столь разнообразны, как соединения углерода.
В то же время, например, соединения кремния и водорода – силаны – являются более жаропрочными, чем углеродно-водородные соединения. Поэтому ученые полагают, что кремниевая жизнь может существовать на планетах, средняя температура которых значительно превышает земную. В этом случае природным растворителем должна быть не животворящая для землян вода, а соединения с более высокой температурой кипения и плавления.
В декабре 2010 года исследователь из NASA Astrobiology Research Фелиса Вольфе-Симон сообщила об открытии бактерии GFAJ-1 из рода Halomonadaceae, способной при определенных условиях заменять фосфор мышьяком.
Соединения кремния, как считается, также должны быть более устойчивыми к серной кислоте. А вот по отношению к другим средам кремниевые соединения считаются менее устойчивыми по сравнению с углеродными.
Азот + фосфор
Подобно углероду, фосфор может составлять цепочки из атомов, которые, в принципе, могли бы образовывать сложные макромолекулы, если бы он не был таким активным. Впрочем, в комплексе с азотом возможен вариант образования более сложных ковалентных связей, что делает возможным и возникновение большого разнообразия молекул, включая кольцевые структуры.
В атмосфере нашей планеты около 78% азота, но в силу инертности двухатомного азота энергетическая «стоимость» образования трехвалентной связи слишком высока. В то же время некоторые растения могут связывать азот из почвы в симбиозе с анаэробными бактериями, которые живут в их корневой системе. Если в атмосфере будет присутствовать значительное количество диоксида азота или аммиака, доступность азота будет выше. Кроме того, атмосфера экзопланет может быть насыщена и другими оксидами азота.
В аммиачной атмосфере растения, молекулы которых состоят из фосфора и азота, получали бы азот из атмосферы, а фосфор – из почвы. Клетки их окисляли бы аммиак для того, чтобы образовать аналоги моносахаридов, а водород выделялся бы как побочный продукт. Поэтому животные в таком случае будут вдыхать водород, расщепляя аналоги полисахаридов до аммиака и фосфора. Таким образом, энергетические цепочки формировались бы в обратной последовательности по сравнению с тем, что мы наблюдаем на Земле (на нашей планете в данном случае был бы распространен метан).
Авторское представление об экзопланете,
на которой аммиак выполняет функцию воды
©Ittiz
Азот + водород
Недавно, по словам теоретика-кристаллографа, химика, физика и материаловеда, популяризатора науки Артема Оганова, их группа установила одну интересную особенность соединений азота и водорода. Выяснилось, что сжатые азотоводороды могут давать гораздо более разнообразную химию, нежели углеводороды (причем эти соединения существуют в термодинамически стабильном состоянии). А ведь именно разнообразие углеводородов, как было сказано выше, дает нам такую биологическую вариативность.
Между тем азотоводородов во Вселенной очень много. Так, планеты Уран и Нептун на 8% состоят из аммиака (относящегося к простейшим азотоводородам), которого там намного больше, чем на Земле. Помимо всего прочего соединения азота и водорода имеют низкую температуру плавления, которая растет с давлением (как и температура в недрах планет).
«Для ковалентных соединений азота с очень сильными направленными связями тоже будет характерна метастабильность – иными словами, мало того, что под давлением есть необычайно большое число стабильных соединений, там еще будет практически неограниченное число метастабильных соединений, – пишет Артем Оганов. – А если туда начать добавлять другие атомы: кислород, серу, – то химическое разнообразие превысит разнообразие органической химии. Это та область химии, которую мы пока что практически не знаем и которая вышла из наших расчетов».
Возможна ли жизнь на таких планетах, как Уран и Нептун? Неизвестно. «Потенциальная проблема состоит в том, что время жизни метастабильных соединений в планетных условиях (высокие температуры и давления) может оказаться недостаточно долгим», – заключает химик.
Источник: naked-science.ru
