Поиски жизни в Солнечной системе

В настоящее время принято считать, что необходимым условием жизни является также наличие растворителя того или иного типа. Многие химические реакции, протекающие в живых системах, без растворителя были бы невозможны. На Земле таким биологическим растворителем служит вода. Она представляет собой главную составляющую живых клеток и одно из самых распространенных на земной поверх ности соединений. Ввиду того что образующие воду хими ческие элементы широко распространены в космическом пространстве, вода, несомненно,-одно из наиболее часто встречающихся соединений во Вселенной. Но, несмотря на такое изобилие воды повсюду. Земля-единственная планета в Солнечной системе, имеющая на своей поверхности океан: это важный факт, к которому мы вернемся позже.

Вода обладает рядом особых и неожиданных свойств, благодаря которым она может служить биологическим растворителем-естественной средой обитания живых орга низмов. Этими свойствами определяется ее главная роль в стабилизации температуры Земли. К числу таких свойств относятся: высокие температуры плавления (таяния) и кипе ния: высокая теплоемкость; широкий диапазон температур, в пределах которого вода остается в жидком состоянии; боль шая диэлектрическая постоянная (что очень важно для раст ворителя); способность расширяться вблизи точки замерза ния. Всестороннее развитие эти вопросы получили, в част ности, в трудах Л.Дж. Гендерсона (1878-1942), профессора химии Гарвардского университета.

Современные исследования показали, что столь необыч ные свойства воды обусловлены способностью ее молекул образовывать водородные связи между собой и с другими молекулами, содержащими атомы кислорода или азота. В действительности жидкая вода состоит из агрегатов, в кото рых отдельные молекулы соединены вместе водородными связями. По этой причине при обсуждении вопроса о том, какие неводные растворители могли бы использоваться жи выми системами в других мирах, особое внимание уделяется аммиаку (МНд), который также образует водородные связи и по многим свойствам сходен с водой. Называются и другие вещества, способные к образованию водородных связей, в частности фтористоводородная кислота (HF) и цианистый водород (HCN). Однако последние два соединения-малове роятные кандидаты на эту роль. Фтор относится к редким

элементам: на один атом фтора в наблюдаемой Вселенной приходится 10000 атомов кислорода, так что трудно пред ставить на любой планете условия, которые благоприятство вали бы образованию океана, состоящего из HF, а не из Н^О. Что касается цианистого водорода (HCN), составля ющие его элементы в космическом пространстве встречают ся в изобилии, но это соединение термодинамически недоста точно устойчиво. Поэтому маловероятно, чтобы оно могло в больших количествах когда-либо накапливаться на какой-то планете, хотя. как мы говорили раньше. HCN представляет собой важное (хотя и временное) промежуточное звено в предбиологическом синтезе органических веществ.

Аммиак состоит из довольно распространенных элемен тов и. хотя он менее стабилен, чем вода, все же достаточно устойчив, чтобы его можно было рассматривать как возмож ный биологический растворитель. При давлении в 1 атм он находится в жидком состоянии в интервале температур -78 - -33"С. Этот интервал (45'') намного уже соответству ющего интервала для воды (100"С), но он охватывает ту область температурной шкалы, где вода не может функцио нировать как растворитель. Рассматривая аммиак. Гендер сон указывал, что это единственное из известных соединений. которое как биологический растворитель приближается по своим свойствам к воде. Но в конце концов ученый отказался от своего утверждения по следующим причинам. Во-первых, аммиак нс может накопиться в достаточном количестве на поверхности какой-либо планеты; во-вторых, в отличие от воды он не расширяется при температуре, близкой к точке замерзания (вследствие чего вся его масса может целиком остаться в твердом, замороженном состоянии), и наконец, выбор его как растворителя исключает выгоды от использо вания кислорода в качестве биологического реагента. Ген дерсон не высказал определенного мнения о причинах, кото рые помешали бы аммиаку накапливаться на поверхности планет, но тем не менее он оказался прав. Аммиак разруша ется УФ-излучением Солнца легче, чем вода, т. е. его молеку лы расщепляются под воздействием излучения большей длины волны, несущего меньше энергии, которое широко представлено в солнечном спектре. Образующийся в этой реакции водород улетучивается с планет (за исключением самых больших) в космическое пространство, а азот остает ся. Вода также разрушается в атмосфере под действием солнечного излучения, но только гораздо более коротковол нового, чем то, которое разрушает аммиак, а выделяющиеся