Воображаемая жизнь. Путешествие в поисках разумных инопланетян, ледяных существ и супергравитационных животных

До сих пор мы, явно или неявно, говорили о жизни, похожей на нашу. Иначе говоря – о жизни на основе химических реакций с участием углеродных соединений и существующей (или по крайней мере зародившейся) преимущественно в водной среде. В этой главе мы будем говорить о жизни, непохожей на нашу – эта жизнь все еще основана на химии, но в ее базе лежат другие элементы – не углерод, или друге жидкости – не вода. Такое расширение нашего определения жизни кратно увеличивает разнообразие возможных живых существ в нашей Галактике.

Здесь мы должны подчеркнуть, что в этой главе будем говорить только о жизни, возникшей естественным образом. Увлекательная возможность жизни, появившейся вследствие появления высокоразвитой техники (вспомним о компьютерах и роботах), будет предметом следующей главы, в которой мы поговорим о жизни, совершенно непохожей на нашу.

Мы начнем наш разговор с декларации о правдивости информации: как и в рекламном деле, мы будем исходить только из проверенных и не вводящих в заблуждение утверждений. При этом оба автора сознаются, что являются приверженцами точки зрения, называемой на профессиональном сленге углеродным шовинизмом. Это означает, что мы считаем, что атом углерода обладает рядом свойств, которые делают его идеальной основой для развития и функционирования сложных форм жизни. И возможно, лучший способ начать наше исследование гипотетической жизни на основе других элементов – понять, что именно делает углерод таким особенным.

В ядре атома углерода находится шесть положительно заряженных протонов. Этот положительный заряд компенсируется шестью отрицательно заряженными электронами на орбитах вокруг ядра. Законы квантовой механики накладывают на вероятные положения этих электронов два ограничения:

• Электроны могут находиться только на так называемых орбиталях, расположенных на точно определенных расстояниях от ядра.

• На каждой орбитали может находиться только строго определенное количество электронов.

На ближайшей к ядру орбитали может разместиться всего два электрона, а на следующих двух орбитах – до восьми на каждой. (Атомы больших размеров имеют и большее количество электронов, размещающихся на более высоких орбиталях. На этих орбиталях тоже может содержаться фиксированное число электронов, но вычислять их количество приходится по более сложным правилам.) Это означает, что в атоме углерода на внутренней орбитали находится два электрона из шести, а на следующей по счету от ядра – остальные четыре. Именно эти внешние электроны (они называются валентными) формируют связи с другими атомами и образуют молекулы. Можно представлять себе каждый из этих четырех внешних электронов как что‐то вроде «липучек» на поверхности атома – посредством этих липучек атом углерода сцепляется с другими атомами, в том числе и с другими атомами углерода.

Сцепляясь друг с другом, атомы углерода образуют длинные цепочки, кольца, сложные петли и множество других конфигураций, на основе которых и существует вся жизнь на Земле. Иногда для сцепления с другим атомом углерода используется сразу два валентных электрона – представьте себе, что два атома сцеплены друг с другом двумя парами липучек вместо одной. Эти так называемые двойные связи играют основную роль в создании того разнообразного и сложного строения, которое мы наблюдаем среди углеродосодержащих молекул на Земле.

Одна из наиболее примечательных молекул на основе углерода – ДНК. Эта молекула позволяет живым существам на Земле передавать генетическую информацию от поколения к поколению. Для этого используются четыре молекулы, называемые азотистыми основаниями. Эти основания обычно обозначаются по первым буквам своих названий – аденин, гуанин, цитозин и тимин – и их последовательность в ДНК организма представляет собой закодированную информацию, передающуюся из поколения в поколение. Мы уверены, что любая жизнь, построенная на основе химических соединений, должна иметь в своем составе что‐то, что играло бы роль ДНК – что‐то, что может передавать информацию от поколения к поколению. Очевидно, что это «что‐то» не обязано быть идентичным нашей ДНК. И действительно, ученые сумели создать в лаборатории ДНК, в которой информация кодируется на основе других молекул. Тем самым можно считать доказанным, что в других мирах могут образовываться и другие молекулы, переносящие информацию.

История кремния

Многие ученые подходят к вопросу о жизни, построенной на другой основе, так: они берут некоторую функцию, которую в живых организмах на Земле выполняют углеродосодержащие молекулы, а затем пытаются понять, могут ли ту же самую функцию выполнить молекулы на базе атомов другого элемента. Мы вполне можем начать наш разговор по этой же схеме – хотя ниже мы еще поговорим о том, что она может быть связана с неоправданными ограничениями.