Кремниевые формы жизни на земле: Ученые доказали вероятность существования кремниевых форм жизни — Платформа — «Новини»

10 возможных форм жизни — Мастерок.жж.рф — LiveJournal

Так как мы активно обсуждали новость о том, что доказали существование кремниевых форм жизни, давайте еще выясним еще вот такой вопрос.

В поисках внеземного разума ученые часто получают обвинения в «углеродном шовинизме», поскольку ожидают, что другие жизнеформы во Вселенной будут состоять из тех же биохимических строительных блоков, что и мы, соответствующим образом выстраивая свои поиски. Но жизнь вполне может быть другой — и люди об этом задумываются — поэтому давайте изучим десять возможных биологических и небиологических систем, которые расширяют определение «жизни».

А вы прочитав, скажете, какая форма для вас под вопросом даже теоретически.

Метаногены

В 2005 году Хизер Смит из Международного космического университета в Страсбурге и Крис Маккей из Исследовательского центра Эймса в NASA подготовили документ, рассматривающий возможность существования жизни на базе метана, так называемых метаногенов. Такие формы жизни могли бы потреблять водород, ацетилен и этан, выдыхая метан вместо углекислого газа.

Это могло бы сделать возможными зоны обитаемости жизни в холодных мирах вроде луны Сатурна Титан. Подобно Земле, атмосфера Титана представлена по большей части азотом, но смешанным с метаном. Титан также единственное место в нашей Солнечной системе, кроме Земли, где присутствуют большие жидкие водоемы — озера и реки из этано-метановой смеси. (Подземные водоемы также присутствуют на Титане, его сестринской луне Энцелад, а также на спутнике Юпитера Европе). Жидкость считается необходимой для молекулярных взаимодействий органической жизни и, конечно, основное внимание будет сосредоточено на воде, но этан и метан также позволяют таким взаимодействиям осуществляться.

Миссия NASA и ESA «Кассини-Гюйгенс» в 2004 году наблюдала грязный мир с температурой -179 градусов по Цельсию, где вода была твердой как камень, а метан плыл по речным долинам и бассейнам в полярные озера. В 2015 году команда инженеров-химиков и астрономов Корнелльского университета разработала теоретическую клеточную мембрану из небольших органических соединений азота, которые могли бы функционировать в жидком метане Титана. Они назвали свою теоретическую клетку «азотосомой», что в буквальном переводе означает «азотное тело», и она обладала такой же стабильностью и гибкостью, что и земная липосома. Самым интересным молекулярным соединением была акрилонитриловая азотосома. Акрилонитрил, бесцветная и ядовитая органическая молекула, используется для акриловых красок, резины и термопластмассы на Земле; также его нашли в атмосфере Титана.

Последствия этих экспериментов для поисков внеземной жизни сложно переоценить. Жизнь не только потенциально могла развиться на Титане, но ее еще и можно обнаружить по водородным, ацетиленовым и этановым следам на поверхности. Планеты и луны, в атмосферах которых преобладает метан, могут быть не только вокруг подобных Солнцу звезд, но и вокруг красных карликов в более широкой «зоне Златовласки». Если NASA запустит Titan Mare Explorer в 2016 году, уже в 2023 году мы получим подробную информацию о возможной жизни на азоте.

Жизнь на основе кремния

Жизнь на основе кремния — это, пожалуй, самая распространенная форма альтернативной биохимии, любимой популярной наукой и фантастикой — вспомните хорта из «Звездного пути». Эта идея далеко не нова, ее корни уходят еще в размышления Герберта Уэллса в 1894 году: «Какое фантастическое воображение могло бы разыграться из такого предположения: представим кремниево-алюминиевые организмы — или, может, сразу кремниево-алюминиевых людей? — которые путешествуют через атмосферу из газообразной серы, положим так, по морям из жидкого железа температурой в несколько тысяч градусов или вроде того, чуть выше температуры доменной печи».

Кремний остается популярным именно потому, что очень похож на углерод и может образовывать четыре связи, подобно углероду, что открывает возможность создания биохимической системы полностью зависимой от кремния. Это самый распространенный элемент в земной коре, если не считать кислород. На Земле есть водоросли, которые включают кремний в свой процесс роста. Кремний играет вторую после углерода роль, поскольку тот может образовывать более стабильные и разнообразные комплексные структуры, необходимые для жизни. Углеродные молекулы включают кислород и азот, которые образуют невероятно крепкие связи. Сложные молекулы на основе кремния, к сожалению, имеют тенденцию распадаться. Кроме того, углерод чрезвычайно распространен во Вселенной и существует миллиарды лет.

Едва ли жизнь на основе кремния появится в окружении, подобном земному, поскольку большая часть свободного кремния будет заперта в вулканических и магматических породах из силикатных материалов. Предполагают, что в высокотемпературном окружении все может быть по-другому, но никаких доказательств пока не нашли. Экстремальный мир вроде Титана мог бы поддерживать жизнь на основе кремния, возможно, вкупе с метаногенами, так как молекулы кремния вроде силанов и полисиланов могут имитировать органическую химию Земли. Тем не менее на поверхности Титана преобладает углерод, тогда как большая часть кремния находится глубоко под поверхностью.

Астрохимик NASA Макс Бернштейн предположил, что жизнь на основе кремния могла бы существовать на очень горячей планете, с атмосферой богатой водородом и бедной кислородом, позволяя случиться комплексной силановой химии с обратными кремниевыми связями с селеном или теллуром, но такое, по мнению Бернштейна, маловероятно. На Земле такие организмы размножались бы очень медленно, а наши биохимии никак бы не мешали друг другу. Они, впрочем, могли бы медленно поедать наши города, но «к ним можно было бы применить отбойный молоток».

Другие биохимические варианты

В принципе, было довольно много предложений касательно жизненных систем, основанных на чем-то другом, помимо углерода. Подобно углероду и кремнию, бор тоже имеет тенденцию образовывать прочные ковалентные молекулярные соединения, образуя разные структурные варианты гидрида, в которых атомы бора связаны водородными мостиками. Как и углерод, бор может связываться с азотом, образуя соединения, по химическим и физическим свойства подобным алканам, простейшим органическим соединения. Основная проблема с жизнью на основе бора связана с тем, что это довольно редкий элемент. Жизнь на основе бора будет наиболее целесообразна в среде, температура которой достаточно низка для жидкого аммиака, тогда химические реакции будут протекать более контролируемо.

Другая возможная форма жизни, которая привлекла определенное внимание, это жизнь на основе мышьяка. Вся жизнь на Земле состоит из углерода, водорода, кислорода, фосфора и серы, но в 2010 году NASA объявило, что нашло бактерию GFAJ-1, которая могла включать мышьяк вместо фосфора в клеточную структуру без всяких последствий для себя. GFAJ-1 живет в богатых мышьяков водах озера Моно в Калифорнии. Мышьяк ядовит для любого живого существа на планете, кроме нескольких микроорганизмов, которые нормально его переносят или дышат им. GFAJ-1 стала первым случаем включения организмом этого элемента в качестве биологического строительного блока. Независимые эксперты немного разбавили это заявление, когда не нашли никаких свидетельств включения мышьяка в ДНК или хотя бы каких-нибудь арсенатов. Тем не менее разгорелся интерес к возможной биохимии на основе мышьяка.

В качестве возможной альтернативы воде для строительства форм жизни выдвигался и аммиак. Ученые предположили существование биохимии на основе азотно-водородных соединений, которые используют аммиак в качестве растворителя; он мог бы использоваться для создания протеинов, нуклеиновых кислот и полипептидов. Любые формы жизни на основе аммиака должны существовать при низких температурах, при которых аммиак принимает жидкую форму. Твердый аммиак плотнее жидкого аммиака, поэтому нет никакого способа остановить его замерзание при похолодании. Для одноклеточных организмов это не составило бы проблемы, но вызвало бы хаос для многоклеточных. Тем не менее существует возможность существования одноклеточных аммиачных организмов на холодных планетах Солнечной системы, а также на газовых гигантах вроде Юпитера.

Сера, как полагают, послужила основой для начала метаболизма на Земле, и известные организмы, в метаболизм которых включена сера вместо кислорода, существуют в экстремальных условиях на Земле. Возможно, в другом мире формы жизни на основе серы могли бы получить эволюционное преимущество. Некоторые считают, что азот и фосфор могли бы также занять место углерода при довольно специфических условиях.

Меметическая жизнь

Ричард Докинз считает, что основной принцип жизни звучит так: «Вся жизнь развивается, благодаря механизмам выживания воспроизводящихся существ». Жизнь должна быть способна воспроизводиться (с некоторыми допущениями) и пребывать в среде, где будут возможны естественный отбор и эволюция. В своей книге «Эгоистичный ген» Докинз отметил, что понятия и идеи вырабатываются в мозгу и распространяются среди людей в процессе общения. Во многом это напоминает поведение и адаптацию генов, поэтому он называет их «мемами». Некоторые сравнивают песни, шутки и ритуалы человеческого общества с первыми стадиями органической жизни — свободными радикалами, плавающими в древних морях Земли. Творения разума воспроизводятся, эволюционируют и борются за выживание в царстве идей.

Подобные мемы существовали до человечества, в социальных призывах птиц и усвоенном поведении приматов. Когда человечество стало способно абстрактно мыслить, мемы получили дальнейшее развитие, управляя племенными отношениями и формируя основу для первых традиций, культуры и религии. Изобретение письма еще больше подтолкнуло развитие мемов, поскольку они смогли распространяться в пространстве и времени, передавая меметичную информацию подобно тому, как гены передают биологическую. Для некоторых это чистая аналогия, но другие считают, что мемы представляют уникальную, хотя немного рудиментарную и ограниченную форму жизни.

Некоторые пошли еще дальше. Георг ван Дрим разработал теорию «симбиосизма», которая подразумевает, что языки — это сами по себе формы жизни. Старые лингвистические теории считали язык чем-то вроде паразита, но ван Дрим полагает, что мы живем в сотрудничестве с меметическими сущностями, населяющими наш мозг. Мы живем в симбиотических отношениях с языковыми организмами: без нас они не могут существовать, а без них мы ничем не отличаемся от обезьян. Он считает, что иллюзия сознания и свободной воли вылилась из взаимодействия животных инстинктов, голода и похоти человека-носителя и лингвистического симбионта, воспроизводящегося с помощью идей и смыслов.

Синтетическая жизнь на основе XNA

Жизнь на Земле основана на двух переносящих информацию молекулах, ДНК и РНК, и долгое время ученые размышляли, можно ли создать другие похожие молекулы. Хотя любой полимер может хранить информацию, РНК и ДНК отображают наследственность, кодирование и передачу генетической информации и способны адаптироваться с течением времени в процессе эволюции. ДНК и РНК — это цепи молекул-нуклеотидов, состоящих из трех химических компонентов — фосфата, пятиуглеродной сахарной группы (дезоксирибоза в ДНК или рибоза в РНК) и одного из пяти стандартных оснований (аденин, гуанин, цитозин, тимин или урацил).

В 2012 году группа ученых из Англии, Бельгии и Дании первой в мире разработала ксенонуклеиновую кислоту (КНК, XNA), синтетические нуклеотиды, функционально и структурно напоминающие ДНК и РНК. Они были разработаны путем замены сахарных групп дезоксирибозы и рибозы различными субститутами. Такие молекулы делали и раньше, но впервые в истории они были способны воспроизводиться и эволюционировать. В ДНК и РНК репликация происходит с помощью молекул полимеразы, которые могут читать, транскибировать и обратно транскрибировать нормальные последовательности нуклеиновых кислот. Группа разработала синтетические полимеразы, которые создали шесть новых генетических систем: HNA, CeNA, LNA, ANA, FANA и TNA.

Одна из новых генетических систем, HNA, или гекситонуклеиновая кислота, была достаточно надежной, чтобы хранить нужное количество генетической информации, которая может послужить в качестве основы для биологических систем. Другая, треозонуклеиновая кислота, или TNA, оказалась потенциальным кандидатом на таинственную первичную биохимию, царившую на рассвете жизни.

Есть масса потенциальных применений этих достижений. Дальнейшие исследования могут помочь в разработке лучших моделей появления жизни на Земле и будут иметь последствия для биологических измышлений. XNA может получить терапевтическое применение, ведь можно создать нуклеиновые кислоты для лечения и связи с конкретными молекулярными целями, которые не будут портиться так быстро, как ДНК или РНК. Они даже могут лечь в основу молекулярных машин или вообще искусственной формы жизни.

Но прежде чем это станет возможно, должны быть разработаны другие энзимы, совместимые с одной из XNA. Некоторые из них уже разработали в Великобритании в конце 2014 года. Есть также возможность, что XNA может причинять вред РНК/ДНК-организмам, поэтому безопасность должна быть на первом месте.

Хромодинамика, слабое ядерное взаимодействие и гравитационная жизнь

В 1979 году ученый и нанотехнолог Роберт Фрейтас-младший предположил возможную небиологическую жизнь. Он заявил, что возможный метаболизм живых систем основан на четырех фундаментальных силах — электромагнетизме, сильном ядерном взаимодействии (или квантовой хромодинамике), слабом ядерном взаимодействии и гравитации. Электромагнитная жизнь — это стандартная биологическая жизнь, которую мы имеем на Земле.

Хромодинамическая жизнь могла бы быть основана на сильном ядерном взаимодействии, которое считается сильнейшим из фундаментальных сил, но только на чрезвычайно коротких расстояниях. Фрейтас предположил, что такая среда может быть возможна на нейтронной звезде, тяжелом вращающемся объекте 10-20 километров в диаметре с массой звезды. С невероятной плотностью, мощнейшим магнитным полем и гравитацией в 100 миллиардов раз сильнее, чем на Земле, у такой звезды было бы ядро с 3-километровой коркой кристаллического железа. Под ней было бы море с невероятно горячими нейтронами, различными ядерными частицами, протонами и ядрами атомов и возможные богатые нейтронами «макроядра». Эти макроядра в теории могли бы сформировать крупные сверхъядра, аналогичные органическим молекулам, нейтроны выступали бы эквивалентом воды в причудливой псевдобиологической системе.

Фрейтас видел формы жизни на базе слабого ядерного взаимодействия как маловероятные, поскольку слабые силы действуют лишь в субъядерном диапазоне и не особенно сильны. Как часто показывает бета-радиоактивный распад и свободный распад нейтронов, формы жизни слабого взаимодействия могли бы существовать при тщательном контроле слабых взаимодействий в своей среде. Фрейтас представил существ, состоящих из атомов с избыточными нейтронами, которые становятся радиоактивными, когда умирают. Он также предположил, что есть регионы Вселенной, где слабая ядерная сила сильнее, а, значит, шансы на появление такой жизни выше.

Гравитационные существа тоже могут существовать, поскольку гравитация является самой распространенной и эффективной фундаментальной силой во Вселенной. Такие существа могли бы получать энергию из самой гравитации, получая неограниченное питание из столкновений черных дыр, галактик, других небесных объектов; существа поменьше — из вращения планет; самые маленькие — из энергии водопадов, ветра, приливов и океанических течений, возможно, землетрясений.

Формы жизни из пыли и плазмы

Органическая жизнь на Земле основана на молекулах с соединениями углерода, и мы уже выяснили возможные соединения для альтернативных форм. Но в 2007 году международная группа ученых во главе с В. Н. Цытовичем из Института общей физики Российской академии наук документально подтвердила, что при нужных условиях частицы неорганической пыли могут собираться в спиральные структуры, которые затем будут взаимодействовать друг с другом в манере, присущей для органической химии. Это поведение также рождается в состоянии плазмы, четвертом состоянии вещества после твердого, жидкого и газообразного, когда электроны отрываются от атомов, оставляя массу заряженных частиц.

Группа Цытовича обнаружила, что когда электронные заряды отделяются и плазма поляризуется, частицы в плазме самоорганизуются в форму спиральных структур вроде штопора, электрически заряженных, и притягиваются друг к другу. Они также могут делиться, образуя копии оригинальных структур, подобно ДНК, и индуцировать заряды в своих соседях. По мнению Цытовича, «эти сложные, самоорганизующиеся плазменные структуры отвечают всем необходимым требованиям, чтобы считать их кандидатами в неорганическую живую материю. Они автономны, они воспроизводятся и они эволюционируют».

Некоторые скептики считают, что такие заявления являются больше попыткой привлечь внимание, нежели серьезными научными заявлениями. Хотя спиральные структуры в плазме могут напоминать ДНК, сходство в форме необязательно предполагает сходство в функциях. Более того, тот факт, что спирали воспроизводятся, не означает потенциал жизни; облака тоже так делают. Что еще больше удручает, большая часть исследований была проведена на компьютерных моделях.

Один из участников эксперимента также собщил, что хотя результаты действительно напоминали жизнь, в конце концов, они были «просто особой формой плазменного кристалла». И все же, если неорганические частицы в плазме могут перерасти в самовоспроизводящиеся, развивающиеся формы жизни, они могут быть наиболее распространенной формой жизни во Вселенной, благодаря вездесущей плазме и межзвездным облакам пыли по всему космосу.

Неорганические химические клетки

Профессор Ли Кронин, химик Колледжа науки и инженерии при Университете Глазго, мечтает создать живые клетки из металла. Он использует полиоксометаллаты, ряд атомов металла, связанных с кислородом и фосфором, чтобы создать похожие на клетки пузырьки, которые он называет «неорганическими химическими клетками», или iCHELLs (этот акроним можно перевести как «неохлетки»).

Группа Кронина начала с создания солей из отрицательно заряженных ионов крупных оксидов металла, связанных с небольшим положительно заряженным ионом вроде водорода или натрия. Раствор из этих солей затем впрыскивается в другой солевой раствор, полный больших положительно заряженных органических ионов, связанных с небольшими отрицательно заряженными. Две соли встречаются и обмениваются частями, так что крупные оксиды металла становятся партнерами с крупными органическими ионами, образуя что-то вроде пузыря, который непроницаем для воды. Изменяя костяк оксида металла, можно добиться того, что пузыри приобретут свойства биологических клеточных мембран, которые выборочно пропускают и выпускают химические вещества из клетки, что потенциально может позволить протеканию того же типа контролируемых химических реакций, который происходит в живых клетках.

Группа ученых также сделала пузыри в пузырях, имитируя внутренние структуры биологических клеток, и добилась прогресса в создании искусственной формы фотосинтеза, которая потенциально может быть использована для создания искусственных клеток растений. Другие синтетические биологи отмечают, что такие клетки могут никогда не стать живыми, пока не получат систему репликации и эволюции вроде ДНК. Кронин не теряет надежду на то, что дальнейшее развитие принесет свои плоды. Среди возможных применений этой технологии есть также разработка материалов для солнечных топливных устройств и, конечно, медицина.

По словам Кронина, «основная цель — это создать комплексные химические клетки с живыми свойствами, которые могут помочь нам понять развитие жизни и пойти этим же путем, чтобы привнести новые технологии на основе эволюции в материальный мир — своего рода неорганические живые технологии».

Зонды фон Неймана

Искусственная жизнь на основе машин — это довольно распространенная идея, чуть ли не банальная, поэтому давайте просто рассмотрим зонды фон Неймана, чтобы не обходить ее стороной. Впервые их придумал в середине 20 века венгерский математик и футуролог Джон фон Нейман, который считал, что для того, чтобы воспроизводить функции человеческого мозга, машина должна обладать механизмами самоуправления и самовосстановления. Так он пришел к идее создания самовоспроизводящихся машин, в основе которых работают наблюдения за возрастающей сложностью жизни в процессе воспроизводства. Он считал, что такие машины могут стать своего рода универсальным конструктором, который мог бы позволить не только создавать полные реплики себя самого, но и улучшать или изменять версии, тем самым осуществляя эволюцию и наращивая сложность со временем.

Другие футурологи вроде Фримена Дайсона и Эрика Дрекслера довольно быстро применили эти идеи к области космических исследований и создали зонд фон Неймана. Отправка самовоспроизводящегося робота в космос может быть самым эффективным способом колонизации галактики, ведь так можно захватить весь Млечный Путь меньше чем за один миллион лет, даже будучи ограниченными скоростью света.

Как объяснил Мичио Каку:
«Зонд фон Неймана — это робот, предназначенный для достижения далеких звездных систем и создания фабрик, которые будут строить копии самих себя тысячами. Мертвая луна, даже не планета, может стать идеальным пунктом назначения для зондов фон Неймана, поскольку там будет проще садиться и взлетать с этих лун, а также потому что на лунах нет эрозии. Зонды могли бы жить за счет земли, добывая железо, никель и другое сырье для строительства роботизированных фабрик. Они бы создали тысячи копий самих себя, которые затем разошлись бы в поисках других звездных систем».

За долгие годы были придуманы различные версии базовой идеи зонда фон Неймана, включая зонды освоения и разведки для тихого исследования и наблюдения внеземных цивилизаций; зондов связи, разбросанных по всему космосу, чтобы лучше улавливать радиосигналы инопланетян; рабочие зонды для строительства сверхмассивных космических структур; зонды-колонизаторы, которые будут покорять другие миры. Могут быть даже путеводные зонды, которые будут выводить юные цивилизации в космос. Увы, могут быть и зонды-берсеркеры, задачей которых будет уничтожение следов любой органики в космосе, за чем последует строительство полицейских зондов, которые будут эти атаки отражать. Учитывая то, что зонды фон Неймана могут стать своего рода космическим вирусом, нам стоит осторожно подходить к их разработке.

Гипотеза Геи

В 1975 году Джеймс Лавлок и Сидни Эптон совместно написали статью для New Scientist под названием «В поисках Геи». Придерживаясь традиционной точки зрения о том, что жизнь зародилась на Земле и процветала благодаря нужным материальным условиям, Лавлок и Эптон предположили, что жизнь таким образом взяла на себя активную роль в поддержании и определении условий для своего выживания. Они предположили, что вся живая материя на Земле, в воздухе, океанах и на поверхности является частью единой системы, ведущей себя подобно сверхорганизму, который способен настраивать температуру на поверхности и состав атмосферы нужным для выживания образом. Они назвали такую систему Геей, в честь греческой богини земли. Она существует, чтобы поддерживать гомеостаз, благодаря которому на земле может существовать биосфера.

Лавлок работал над гипотезой Геи с середине 60-х годов. Основная идея в том, что биосфера Земли имеет ряд природных циклов, и когда один идет наперекосяк, другие компенсируют его так, чтобы поддерживать жизненную способность. Это могло бы объяснить, почему атмосфера не состоит целиком из диоксида углерода или почему моря не слишком соленые. Хотя вулканические извержения сделали раннюю атмосферу состоящей преимущественно из диоксида углерода, появились вырабатывающие азот бактерии и растения, производящие кислород в процессе фотосинтеза. Спустя миллионы лет атмосфера изменилась в нашу пользу. Хотя реки переносят соль в океаны из пород, соленость океанов остается стабильной на 3,4%, поскольку соль просачивается через трещины в океаническом дне. Это не сознательные процессы, но результат обратной связи, которая удерживает планеты в пригодном для обитания равновесии.

Другие свидетельства включают то, что если бы не биотическая активность, метан и водород исчезли бы из атмосферы всего за несколько десятилетий. Кроме того, несмотря на увеличение температуры Солнца на 30% за последние 3,5 миллиарда лет, средняя глобальная температура пошатнулась всего на 5 градусов по Цельсию, благодаря регуляторному механизму, который удаляет диоксид углерода из атмосферы и запирает его в окаменелой органической материи.

Первоначально идеи Лавлока были встречены насмешками и обвинениями. Со временем, однако, гипотеза Геи повлияла на идеи о биосфере Земли, помогла сформировать цельное их восприятие в ученом мире. Сегодня гипотеза Геи скорее уважается, нежели принимается учеными. Она является скорее положительной культурной рамкой, в которой должны проводиться научные исследования на тему Земли как глобальной экосистемы.

Палеонтолог Питер Уорд разработал конкурентную гипотезу Медеи, названную в честь матери, которая убила своих детей, в греческой мифологии, основная идея которой сводится к тому, что жизнь по своей сути стремится к саморазрушению и самоубийству. Он указывает на то, что исторически большинство массовых вымираний были вызваны формами жизни, например, микроорганизмами или гоминидами в штанах, которые наносят тяжелые увечья атмосфере Земли.

[источники]источники
По материалам listverse.com
http://hi-news.ru/science/10-vozmozhnyx-form-zhizni.html

Вот вам кстати еще Новая теория, которая утверждает, что темная материя не существует, а вот что признано главным кандидатом на звание эликсира бессмертия. Вот еще вам история, Как атомную бомбу вручную запускали и что это за Септонное поле Животного начала

Tags: Наука

Возможна ли кремниевая форма жизни на Земле?

Знаменитый геохимик академик Ферсман выдвинул гипотезу, что на нашей планете возможна кремниевая форма жизни (неуглеродная). Аналогичные предположения делались различными учеными в разное время. В ноябре этого года было распространено сообщение о том, что биотехнологи Калифорнийского института вывели бактерию, которая способна синтезировать соединения с SiO₂. Таким образом, они существенно продвинулись в исследованиях, связанных с созданием существ, метаболизм которых базируется на неорганических молекулах.

Кремниевая форма жизни: витолитическая теория

В процессе исследований ученые искали в информационной базе белковых последовательностей ферменты, которые обладают способностью связывать С и SiO₂. Для этой реакции были выбраны гемопротеины. Они представляют собой белки, в которых присутствуют соединения железа и порфиринов. Исследователи выбрали цитохром. Этот белок синтезирует бактерии, присутствующие в горячих подводных источниках Исландии. Ученые выделили и размножили ген, который кодирует фермент. После этого он был подвергнут случайным мутациям. Созданные последовательности ДНК исследователи внедрили в кишечную палочку. В процессе наблюдений было установлено, что некоторые мутации на активном участке привели к тому, что взятые бактерии стали вырабатывать белок, способный осуществлять синтез кремнийорганических соединений. Его эффективность, определяемая по скорости реакции и количеству продукта, превосходит результативность искусственных катализаторов. Ученые намерены продолжить исследования. Их цель состоит в том, чтобы понять, почему, несмотря на широкое распространение кремниевых соединений на Земле, в ходе эволюции была создана и развилась именно углеродная форма. В природе отсутствуют организмы, которые могли бы использовать SiO₂ в метаболизме. Вполне возможно, что в будущем исследователям удастся создать организм, с которого начнется кремниевая форма жизни на Земле.

Литературные представления

Кремниевая форма жизни на Земле незаметна человеческому глазу. Метаболизм в ней настолько растягивается во времени, что люди не принимают во внимание саму возможность ее существования. В книгах Пратчетта (английского писателя) о Плоском мире описана оригинальная раса кремний-органических существ – троллей. Их мышление зависит от температуры среды обитания. Глупость, которая свойственна троллям, объясняется плохим функционированием кремнийорганического мозга в тепле. При значительном охлаждении эти существа проявляют сверхвысокие интеллектуальные способности. Представители кремниево-кальциевого мира могут трансформироваться в скелет животных и растения, а также в кораллы.

Природные явления

Французские геологи Решар и Эсколье достаточно продолжительное время очень тщательно исследовали образцы пород из разных уголков планеты. Они выяснили, что камням присущи определенные признаки процессов жизнедеятельности. Только протекают они крайне медленно. Ученые выяснили, что структура камней может изменяться. Они могут быть старыми или молодыми. Кроме этого, исследователи установили их способность «дышать». Но один «вдох» растягивается на 1-14 дней, а «удар сердца» – почти на сутки. Ученые фотографировали камни в разные периоды времени и установили их способность перемещаться. Между тем, «движущиеся глыбы» есть во многих уголках планеты.

Кремниевая форма жизни: агаты, живые камни

Существует гипотеза, что кристаллическая минеральная решетка способна накапливать сведения и оперировать ими. То есть выдвигается теория «мыслящих камней». По мнению ряда исследователей, все биологические организмы, человек в том числе, являются только «инкубаторами». Их значение заключается в рождении «камней». Установлено, что из пепла после кремации человека можно изготовить алмаз. Такая услуга достаточно популярна в некоторых странах. К примеру, из 500 г праха под давлением и высокой температурой за 2 месяца можно вырастить голубой алмаз, диаметр которого 5 мм. Человек в среднем за свою жизнь синтезирует порядка 100 кг кварца и кремния. Считается, что они, попадая в организм, начинают расти, зачастую причиняя дискомфорт. После смерти эти камни, вероятно, проходят еще один цикл развития уже в естественных (природных) условиях. Они превращаются в обособленные самородки, которые напоминают агаты. Скопление и развитие песчинок в организме известно давно. Такой процесс именуется псевдоморфозой. Так, кости динозавров сохранились до настоящего времени именно благодаря этому явлению. При этом химический состав остатков ничего общего с костной тканью не имеет. По сути, их существование обуславливает кремниевая форма жизни. Это доказано рядом исследований. В одном случае слепки костных останков халцедоновые, в другом – апатитовые. В Австралии были обнаружены необычные белемниты – головоногие моллюски, широко населявшие планету в мезозойскую эру. Их костные остатки замещены опалом.

Исследования А. Боковикова

Достаточно оригинально объясняется кремниевая форма жизни на примере минерала «агат». Отечественный исследователь Боковиков обнаружил несколько признаков, позволяющих сформулировать гипотезу. Агат является скрытокристаллической разновидностью кварца. Он представлен в виде тонковолокнистого агрегата халцедона, отличается полосчатым распределением расцветки и слоистой структурой. В ходе многолетних наблюдений была описана кремниевая форма жизни. Агат, как растительный организм, не бессмертен, несмотря на то, что существует миллионы лет.

Характеристики

В образцах разного возраста четко выявляются анатомические черты. В частности, в ходе исследований ученый и его команда обнаружили полосатое и кристаллическое тело, донышко-зеркало (значение этого элемента не было установлено точно, предполагается, что это в некотором роде подобие зрительного анализатора). Агаты имеют кожу, которая может линять и регенерироваться. Как и многие другие организмы, они болеют и залечивают свои раны (трещины и сколы). Кремниевая форма жизни предполагает питание, захват определенных пространств, сохранение сложных форм в динамике.

Размножение

В ходе исследований ученые выявили интересный факт. Было установлено, что агаты двуполы. Кристаллическое тело является женским, а полосатое – мужским. Присутствуют в них и гены. Они представлены кристаллами женского тела. Размножение может осуществляться несколькими способами. Например, кремниевая форма жизни развивается из «семян». Кроме этого, на конкретных примерах Боковиков показал, что возможно и отпочкование, клонирование, деление с формированием разделительных центров. Исследователь наблюдал размножение криотами в базальте. Ученый выделил ряд процессов. Например, зарождение криот, развитие, появление младенца, превращение в организм, возникновение вокруг зародышей сферических структур, гибель.

Масонские представления

В ходе многочисленных исследований сформировалось новое учение – антропософия. Ее основателем стал Р. Штайнер. Он утверждал, что кремниевая форма жизни является главенствующей на планете. Рождение, развитие и смерть человека необходимо только ради одной цели. Она состоит в служении минеральному миру. Человек и другие организмы обеспечивают существование соединений с атомными кристаллическими решетками. Задачу людей Штайнер видел в преобразовании минерального мира в произведение искусства. Он говорил о том, что электричество свидетельствует об оккультных глубинах вещества. Когда люди заново выстроят минеральный мир, в соответствии со своим внутренним восприятием, прекратит развиваться планета в физическом смысле. Она перейдет в другое состояние, в котором в уплотненном виде будет находиться отражение всего, чем была когда-то минеральная Земля. Штайнер приводит в обоснование слова Гете, когда тот говорил о Духе планеты. Вместе с этим ученый указывает, что существует и кремниевая форма жизни на Луне. Он говорит о том, что и на этом небесном теле был план развития. В каждом конкретном случае, относительно каждой планеты, существует своя схема. Атомы, оставшиеся после прекращения физического развития, стали основой для создания Земли. Для планеты разрабатывается свой план. Достигая конца развития, ее атомы переходят к другому небесному телу. В результате может возникнуть кремниевая форма жизни на Венере, Марсе, Юпитере.

Круговорот в природе

Кремниевая форма жизни выступает как начальная и конечная цель существования организмов на планете. Ряд крупных ученых предлагает видеть смысл возникновения человеческой цивилизации исключительно в участии круговорота в природной среде. Пока люди были собирателями и охотниками, они выступали как члены естественных биоценозов. Однако цивилизация обладает рядом специфических черт. По мнению В. В. Малахова, человек извлекает из недр то, что вышло из круговорота. К примеру, это нефть, уголь, газ. При этом в землю человек возвращает углерод в наиболее доступной для организмов форме. Извлекая из недр металлы, люди насыщают ими промышленные стоки, возвращая отработанные соединения в Мировой океан в приемлемом для его обитателей виде. В этом, собственно, состоит биосферная задача человечества.

Гибель человечества

По мнению Малахова, когда данная функция будет полностью реализована, цивилизации придет тихий и естественный конец, обусловленный исчерпанием запасов. Это будет не атомная война, а медленное угасание человечества. При этом биосфера выйдет на качественно новый уровень развития. Ее ожидает расцвет. Безусловно, считает Малахов, насыщение атмосферного воздуха углекислотой, вероятный парниковый эффект, обогащение тяжелыми металлами океана приведет к гибели огромного количества организмов. Это будет одним из биосферных кризисов. Однако вместе с этим жизнь на новом этапе расцветет. Появятся новые системы с необычными веществами и металлами. Однако все это будет существовать без человека.

Выводы

Исходя из гипотезы Малахова, умирание цивилизации не будет означать смерть человека. В течение определенного периода люди еще будут жить на Земле. Они объединятся в примитивные общины скотоводов, охотников, собирателей. Однако это будет уже существование биологического вида как элемента естественного биоценоза. Другими словами, суть бытия заключается не в антропоцентризме. Оно состоит в служении «Иному», которое, как считает И. Ефремов, можно также определить, изучая камень в качестве одной из его манифестаций.

«Темная материя»

По мнению некоторых ученых, она также может выступать в качестве одной из форм жизни. Термином «темная материя» исследователи обозначают гипотетическое вещество, которое заполняет примерно 27% Вселенной. Физиками это понятие было придумано для объяснения некоторых противоречий. По мнению экспертов, эта материя может являться разумной и взаимодействовать с человеком. Однако эта ткань располагается на квантовом уровне. Это объясняет тот факт, что многолетние изучения космоса не показали ученым сколько-нибудь удовлетворительного доказательства наличия другой жизни на планетах.

Заключение

В популярных медицинских изданиях можно встретить результаты исследований, указывающие на то, что организму человека требуется каждый день около 40-50 мг кремния. В качестве его ключевой функции выступает поддержание нормального обмена веществ. Установлено, что многих болезней организма могло бы не быть, если бы в нем было достаточно кремния. В этой связи считается, что здоровье предков человека было подорвано продуктами, препятствующими его усвоению. Многие из них входят в рацион и сегодня. Это, в частности, мясо, белая мука, сахар, консервы. Смешанная пища задерживается в пищеварительной системе до 8 часов. Это означает, что на протяжении этого времени организм переваривает продукты, задействовав большую часть ферментов. В такой ситуации, как считал И. П. Павлов, организм не может обеспечивать достаточное поступление энергии в другие органы – сердце, почки, мышцы, мозг. Из этого исследователи делают один важный вывод. Они говорят о том, что, вероятно, Штайнер, который говорит о том, что смысл существования человека состоит в служении минералам, прав.

10 возможных форм жизни

В поисках внеземного разума ученые часто получают обвинения в «углеродном шовинизме», поскольку ожидают, что другие жизнеформы во Вселенной будут состоять из тех же биохимических строительных блоков, что и мы, соответствующим образом выстраивая свои поиски. Но жизнь вполне может быть другой — и люди об этом задумываются — поэтому давайте изучим десять возможных биологических и небиологических систем, которые расширяют определение «жизни».

Метаногены

В 2005 году Хизер Смит из Международного космического университета в Страсбурге и Крис Маккей из Исследовательского центра Эймса в NASA подготовили документ, рассматривающий возможность существования жизни на базе метана, так называемых метаногенов. Такие формы жизни могли бы потреблять водород, ацетилен и этан, выдыхая метан вместо углекислого газа.

Это могло бы сделать возможными зоны обитаемости жизни в холодных мирах вроде луны Сатурна Титан. Подобно Земле, атмосфера Титана представлена по большей части азотом, но смешанным с метаном. Титан также единственное место в нашей Солнечной системе, кроме Земли, где присутствуют большие жидкие водоемы — озера и реки из этано-метановой смеси. (Подземные водоемы также присутствуют на Титане, его сестринской луне Энцелад, а также на спутнике Юпитера Европе). Жидкость считается необходимой для молекулярных взаимодействий органической жизни и, конечно, основное внимание будет сосредоточено на воде, но этан и метан также позволяют таким взаимодействиям осуществляться.

Миссия NASA и ESA «Кассини-Гюйгенс» в 2004 году наблюдала грязный мир с температурой -179 градусов по Цельсию, где вода была твердой как камень, а метан плыл по речным долинам и бассейнам в полярные озера. В 2015 году команда инженеров-химиков и астрономов Корнелльского университета разработала теоретическую клеточную мембрану из небольших органических соединений азота, которые могли бы функционировать в жидком метане Титана. Они назвали свою теоретическую клетку «азотосомой», что в буквальном переводе означает «азотное тело», и она обладала такой же стабильностью и гибкостью, что и земная липосома. Самым интересным молекулярным соединением была акрилонитриловая азотосома. Акрилонитрил, бесцветная и ядовитая органическая молекула, используется для акриловых красок, резины и термопластмассы на Земле; также его нашли в атмосфере Титана.

Последствия этих экспериментов для поисков внеземной жизни сложно переоценить. Жизнь не только потенциально могла развиться на Титане, но ее еще и можно обнаружить по водородным, ацетиленовым и этановым следам на поверхности. Планеты и луны, в атмосферах которых преобладает метан, могут быть не только вокруг подобных Солнцу звезд, но и вокруг красных карликов в более широкой «зоне Златовласки». Если NASA запустит Titan Mare Explorer в 2016 году, уже в 2023 году мы получим подробную информацию о возможной жизни на азоте.

Жизнь на основе кремния

Жизнь на основе кремния — это, пожалуй, самая распространенная форма альтернативной биохимии, любимой популярной наукой и фантастикой — вспомните хорта из «Звездного пути». Эта идея далеко не нова, ее корни уходят еще в размышления Герберта Уэллса в 1894 году: «Какое фантастическое воображение могло бы разыграться из такого предположения: представим кремниево-алюминиевые организмы — или, может, сразу кремниево-алюминиевых людей? — которые путешествуют через атмосферу из газообразной серы, положим так, по морям из жидкого железа температурой в несколько тысяч градусов или вроде того, чуть выше температуры доменной печи».

Кремний остается популярным именно потому, что очень похож на углерод и может образовывать четыре связи, подобно углероду, что открывает возможность создания биохимической системы полностью зависимой от кремния. Это самый распространенный элемент в земной коре, если не считать кислород. На Земле есть водоросли, которые включают кремний в свой процесс роста. Кремний играет вторую после углерода роль, поскольку тот может образовывать более стабильные и разнообразные комплексные структуры, необходимые для жизни. Углеродные молекулы включают кислород и азот, которые образуют невероятно крепкие связи. Сложные молекулы на основе кремния, к сожалению, имеют тенденцию распадаться. Кроме того, углерод чрезвычайно распространен во Вселенной и существует миллиарды лет.

Едва ли жизнь на основе кремния появится в окружении, подобном земному, поскольку большая часть свободного кремния будет заперта в вулканических и магматических породах из силикатных материалов. Предполагают, что в высокотемпературном окружении все может быть по-другому, но никаких доказательств пока не нашли. Экстремальный мир вроде Титана мог бы поддерживать жизнь на основе кремния, возможно, вкупе с метаногенами, так как молекулы кремния вроде силанов и полисиланов могут имитировать органическую химию Земли. Тем не менее на поверхности Титана преобладает углерод, тогда как большая часть кремния находится глубоко под поверхностью.

Астрохимик NASA Макс Бернштейн предположил, что жизнь на основе кремния могла бы существовать на очень горячей планете, с атмосферой богатой водородом и бедной кислородом, позволяя случиться комплексной силановой химии с обратными кремниевыми связями с селеном или теллуром, но такое, по мнению Бернштейна, маловероятно. На Земле такие организмы размножались бы очень медленно, а наши биохимии никак бы не мешали друг другу. Они, впрочем, могли бы медленно поедать наши города, но «к ним можно было бы применить отбойный молоток».

Другие биохимические варианты

В принципе, было довольно много предложений касательно жизненных систем, основанных на чем-то другом, помимо углерода. Подобно углероду и кремнию, бор тоже имеет тенденцию образовывать прочные ковалентные молекулярные соединения, образуя разные структурные варианты гидрида, в которых атомы бора связаны водородными мостиками. Как и углерод, бор может связываться с азотом, образуя соединения, по химическим и физическим свойства подобным алканам, простейшим органическим соединения. Основная проблема с жизнью на основе бора связана с тем, что это довольно редкий элемент. Жизнь на основе бора будет наиболее целесообразна в среде, температура которой достаточно низка для жидкого аммиака, тогда химические реакции будут протекать более контролируемо.

Другая возможная форма жизни, которая привлекла определенное внимание, это жизнь на основе мышьяка. Вся жизнь на Земле состоит из углерода, водорода, кислорода, фосфора и серы, но в 2010 году NASA объявило, что нашло бактерию GFAJ-1, которая могла включать мышьяк вместо фосфора в клеточную структуру без всяких последствий для себя. GFAJ-1 живет в богатых мышьяков водах озера Моно в Калифорнии. Мышьяк ядовит для любого живого существа на планете, кроме нескольких микроорганизмов, которые нормально его переносят или дышат им. GFAJ-1 стала первым случаем включения организмом этого элемента в качестве биологического строительного блока. Независимые эксперты немного разбавили это заявление, когда не нашли никаких свидетельств включения мышьяка в ДНК или хотя бы каких-нибудь арсенатов. Тем не менее разгорелся интерес к возможной биохимии на основе мышьяка.

В качестве возможной альтернативы воде для строительства форм жизни выдвигался и аммиак. Ученые предположили существование биохимии на основе азотно-водородных соединений, которые используют аммиак в качестве растворителя; он мог бы использоваться для создания протеинов, нуклеиновых кислот и полипептидов. Любые формы жизни на основе аммиака должны существовать при низких температурах, при которых аммиак принимает жидкую форму. Твердый аммиак плотнее жидкого аммиака, поэтому нет никакого способа остановить его замерзание при похолодании. Для одноклеточных организмов это не составило бы проблемы, но вызвало бы хаос для многоклеточных. Тем не менее существует возможность существования одноклеточных аммиачных организмов на холодных планетах Солнечной системы, а также на газовых гигантах вроде Юпитера.

Сера, как полагают, послужила основой для начала метаболизма на Земле, и известные организмы, в метаболизм которых включена сера вместо кислорода, существуют в экстремальных условиях на Земле. Возможно, в другом мире формы жизни на основе серы могли бы получить эволюционное преимущество. Некоторые считают, что азот и фосфор могли бы также занять место углерода при довольно специфических условиях.

Меметическая жизнь

Ричард Докинз считает, что основной принцип жизни звучит так: «Вся жизнь развивается, благодаря механизмам выживания воспроизводящихся существ». Жизнь должна быть способна воспроизводиться (с некоторыми допущениями) и пребывать в среде, где будут возможны естественный отбор и эволюция. В своей книге «Эгоистичный ген» Докинз отметил, что понятия и идеи вырабатываются в мозгу и распространяются среди людей в процессе общения. Во многом это напоминает поведение и адаптацию генов, поэтому он называет их «мемами». Некоторые сравнивают песни, шутки и ритуалы человеческого общества с первыми стадиями органической жизни — свободными радикалами, плавающими в древних морях Земли. Творения разума воспроизводятся, эволюционируют и борются за выживание в царстве идей.

Подобные мемы существовали до человечества, в социальных призывах птиц и усвоенном поведении приматов. Когда человечество стало способно абстрактно мыслить, мемы получили дальнейшее развитие, управляя племенными отношениями и формируя основу для первых традиций, культуры и религии. Изобретение письма еще больше подтолкнуло развитие мемов, поскольку они смогли распространяться в пространстве и времени, передавая меметичную информацию подобно тому, как гены передают биологическую. Для некоторых это чистая аналогия, но другие считают, что мемы представляют уникальную, хотя немного рудиментарную и ограниченную форму жизни.

Некоторые пошли еще дальше. Георг ван Дрим разработал теорию «симбиосизма», которая подразумевает, что языки — это сами по себе формы жизни. Старые лингвистические теории считали язык чем-то вроде паразита, но ван Дрим полагает, что мы живем в сотрудничестве с меметическими сущностями, населяющими наш мозг. Мы живем в симбиотических отношениях с языковыми организмами: без нас они не могут существовать, а без них мы ничем не отличаемся от обезьян. Он считает, что иллюзия сознания и свободной воли вылилась из взаимодействия животных инстинктов, голода и похоти человека-носителя и лингвистического симбионта, воспроизводящегося с помощью идей и смыслов.

Синтетическая жизнь на основе XNA

Жизнь на Земле основана на двух переносящих информацию молекулах, ДНК и РНК, и долгое время ученые размышляли, можно ли создать другие похожие молекулы. Хотя любой полимер может хранить информацию, РНК и ДНК отображают наследственность, кодирование и передачу генетической информации и способны адаптироваться с течением времени в процессе эволюции. ДНК и РНК — это цепи молекул-нуклеотидов, состоящих из трех химических компонентов — фосфата, пятиуглеродной сахарной группы (дезоксирибоза в ДНК или рибоза в РНК) и одного из пяти стандартных оснований (аденин, гуанин, цитозин, тимин или урацил).

В 2012 году группа ученых из Англии, Бельгии и Дании первой в мире разработала ксенонуклеиновую кислоту (КНК, XNA), синтетические нуклеотиды, функционально и структурно напоминающие ДНК и РНК. Они были разработаны путем замены сахарных групп дезоксирибозы и рибозы различными субститутами. Такие молекулы делали и раньше, но впервые в истории они были способны воспроизводиться и эволюционировать. В ДНК и РНК репликация происходит с помощью молекул полимеразы, которые могут читать, транскибировать и обратно транскрибировать нормальные последовательности нуклеиновых кислот. Группа разработала синтетические полимеразы, которые создали шесть новых генетических систем: HNA, CeNA, LNA, ANA, FANA и TNA.

Одна из новых генетических систем, HNA, или гекситонуклеиновая кислота, была достаточно надежной, чтобы хранить нужное количество генетической информации, которая может послужить в качестве основы для биологических систем. Другая, треозонуклеиновая кислота, или TNA, оказалась потенциальным кандидатом на таинственную первичную биохимию, царившую на рассвете жизни.

Есть масса потенциальных применений этих достижений. Дальнейшие исследования могут помочь в разработке лучших моделей появления жизни на Земле и будут иметь последствия для биологических измышлений. XNA может получить терапевтическое применение, ведь можно создать нуклеиновые кислоты для лечения и связи с конкретными молекулярными целями, которые не будут портиться так быстро, как ДНК или РНК. Они даже могут лечь в основу молекулярных машин или вообще искусственной формы жизни.

Но прежде чем это станет возможно, должны быть разработаны другие энзимы, совместимые с одной из XNA. Некоторые из них уже разработали в Великобритании в конце 2014 года. Есть также возможность, что XNA может причинять вред РНК/ДНК-организмам, поэтому безопасность должна быть на первом месте.

Хромодинамика, слабое ядерное взаимодействие и гравитационная жизнь

В 1979 году ученый и нанотехнолог Роберт Фрейтас-младший предположил возможную небиологическую жизнь. Он заявил, что возможный метаболизм живых систем основан на четырех фундаментальных силах — электромагнетизме, сильном ядерном взаимодействии (или квантовой хромодинамике), слабом ядерном взаимодействии и гравитации. Электромагнитная жизнь — это стандартная биологическая жизнь, которую мы имеем на Земле.

Хромодинамическая жизнь могла бы быть основана на сильном ядерном взаимодействии, которое считается сильнейшим из фундаментальных сил, но только на чрезвычайно коротких расстояниях. Фрейтас предположил, что такая среда может быть возможна на нейтронной звезде, тяжелом вращающемся объекте 10-20 километров в диаметре с массой звезды. С невероятной плотностью, мощнейшим магнитным полем и гравитацией в 100 миллиардов раз сильнее, чем на Земле, у такой звезды было бы ядро с 3-километровой коркой кристаллического железа. Под ней было бы море с невероятно горячими нейтронами, различными ядерными частицами, протонами и ядрами атомов и возможные богатые нейтронами «макроядра». Эти макроядра в теории могли бы сформировать крупные сверхъядра, аналогичные органическим молекулам, нейтроны выступали бы эквивалентом воды в причудливой псевдобиологической системе.

Фрейтас видел формы жизни на базе слабого ядерного взаимодействия как маловероятные, поскольку слабые силы действуют лишь в субъядерном диапазоне и не особенно сильны. Как часто показывает бета-радиоактивный распад и свободный распад нейтронов, формы жизни слабого взаимодействия могли бы существовать при тщательном контроле слабых взаимодействий в своей среде. Фрейтас представил существ, состоящих из атомов с избыточными нейтронами, которые становятся радиоактивными, когда умирают. Он также предположил, что есть регионы Вселенной, где слабая ядерная сила сильнее, а, значит, шансы на появление такой жизни выше.

Гравитационные существа тоже могут существовать, поскольку гравитация является самой распространенной и эффективной фундаментальной силой во Вселенной. Такие существа могли бы получать энергию из самой гравитации, получая неограниченное питание из столкновений черных дыр, галактик, других небесных объектов; существа поменьше — из вращения планет; самые маленькие — из энергии водопадов, ветра, приливов и океанических течений, возможно, землетрясений.

Формы жизни из пыли и плазмы

Органическая жизнь на Земле основана на молекулах с соединениями углерода, и мы уже выяснили возможные соединения для альтернативных форм. Но в 2007 году международная группа ученых во главе с В. Н. Цытовичем из Института общей физики Российской академии наук документально подтвердила, что при нужных условиях частицы неорганической пыли могут собираться в спиральные структуры, которые затем будут взаимодействовать друг с другом в манере, присущей для органической химии. Это поведение также рождается в состоянии плазмы, четвертом состоянии вещества после твердого, жидкого и газообразного, когда электроны отрываются от атомов, оставляя массу заряженных частиц.

Группа Цытовича обнаружила, что когда электронные заряды отделяются и плазма поляризуется, частицы в плазме самоорганизуются в форму спиральных структур вроде штопора, электрически заряженных, и притягиваются друг к другу. Они также могут делиться, образуя копии оригинальных структур, подобно ДНК, и индуцировать заряды в своих соседях. По мнению Цытовича, «эти сложные, самоорганизующиеся плазменные структуры отвечают всем необходимым требованиям, чтобы считать их кандидатами в неорганическую живую материю. Они автономны, они воспроизводятся и они эволюционируют».

Некоторые скептики считают, что такие заявления являются больше попыткой привлечь внимание, нежели серьезными научными заявлениями. Хотя спиральные структуры в плазме могут напоминать ДНК, сходство в форме необязательно предполагает сходство в функциях. Более того, тот факт, что спирали воспроизводятся, не означает потенциал жизни; облака тоже так делают. Что еще больше удручает, большая часть исследований была проведена на компьютерных моделях.

Один из участников эксперимента также собщил, что хотя результаты действительно напоминали жизнь, в конце концов, они были «просто особой формой плазменного кристалла». И все же, если неорганические частицы в плазме могут перерасти в самовоспроизводящиеся, развивающиеся формы жизни, они могут быть наиболее распространенной формой жизни во Вселенной, благодаря вездесущей плазме и межзвездным облакам пыли по всему космосу.

Неорганические химические клетки

Профессор Ли Кронин, химик Колледжа науки и инженерии при Университете Глазго, мечтает создать живые клетки из металла. Он использует полиоксометаллаты, ряд атомов металла, связанных с кислородом и фосфором, чтобы создать похожие на клетки пузырьки, которые он называет «неорганическими химическими клетками», или iCHELLs (этот акроним можно перевести как «неохлетки»).

Группа Кронина начала с создания солей из отрицательно заряженных ионов крупных оксидов металла, связанных с небольшим положительно заряженным ионом вроде водорода или натрия. Раствор из этих солей затем впрыскивается в другой солевой раствор, полный больших положительно заряженных органических ионов, связанных с небольшими отрицательно заряженными. Две соли встречаются и обмениваются частями, так что крупные оксиды металла становятся партнерами с крупными органическими ионами, образуя что-то вроде пузыря, который непроницаем для воды. Изменяя костяк оксида металла, можно добиться того, что пузыри приобретут свойства биологических клеточных мембран, которые выборочно пропускают и выпускают химические вещества из клетки, что потенциально может позволить протеканию того же типа контролируемых химических реакций, который происходит в живых клетках.

Группа ученых также сделала пузыри в пузырях, имитируя внутренние структуры биологических клеток, и добилась прогресса в создании искусственной формы фотосинтеза, которая потенциально может быть использована для создания искусственных клеток растений. Другие синтетические биологи отмечают, что такие клетки могут никогда не стать живыми, пока не получат систему репликации и эволюции вроде ДНК. Кронин не теряет надежду на то, что дальнейшее развитие принесет свои плоды. Среди возможных применений этой технологии есть также разработка материалов для солнечных топливных устройств и, конечно, медицина.

По словам Кронина, «основная цель — это создать комплексные химические клетки с живыми свойствами, которые могут помочь нам понять развитие жизни и пойти этим же путем, чтобы привнести новые технологии на основе эволюции в материальный мир — своего рода неорганические живые технологии».

Зонды фон Неймана

Искусственная жизнь на основе машин — это довольно распространенная идея, чуть ли не банальная, поэтому давайте просто рассмотрим зонды фон Неймана, чтобы не обходить ее стороной. Впервые их придумал в середине 20 века венгерский математик и футуролог Джон фон Нейман, который считал, что для того, чтобы воспроизводить функции человеческого мозга, машина должна обладать механизмами самоуправления и самовосстановления. Так он пришел к идее создания самовоспроизводящихся машин, в основе которых работают наблюдения за возрастающей сложностью жизни в процессе воспроизводства. Он считал, что такие машины могут стать своего рода универсальным конструктором, который мог бы позволить не только создавать полные реплики себя самого, но и улучшать или изменять версии, тем самым осуществляя эволюцию и наращивая сложность со временем.

Другие футурологи вроде Фримена Дайсона и Эрика Дрекслера довольно быстро применили эти идеи к области космических исследований и создали зонд фон Неймана. Отправка самовоспроизводящегося робота в космос может быть самым эффективным способом колонизации галактики, ведь так можно захватить весь Млечный Путь меньше чем за один миллион лет, даже будучи ограниченными скоростью света.

Как объяснил Мичио Каку:

«Зонд фон Неймана — это робот, предназначенный для достижения далеких звездных систем и создания фабрик, которые будут строить копии самих себя тысячами. Мертвая луна, даже не планета, может стать идеальным пунктом назначения для зондов фон Неймана, поскольку там будет проще садиться и взлетать с этих лун, а также потому что на лунах нет эрозии. Зонды могли бы жить за счет земли, добывая железо, никель и другое сырье для строительства роботизированных фабрик. Они бы создали тысячи копий самих себя, которые затем разошлись бы в поисках других звездных систем».

За долгие годы были придуманы различные версии базовой идеи зонда фон Неймана, включая зонды освоения и разведки для тихого исследования и наблюдения внеземных цивилизаций; зондов связи, разбросанных по всему космосу, чтобы лучше улавливать радиосигналы инопланетян; рабочие зонды для строительства сверхмассивных космических структур; зонды-колонизаторы, которые будут покорять другие миры. Могут быть даже путеводные зонды, которые будут выводить юные цивилизации в космос. Увы, могут быть и зонды-берсеркеры, задачей которых будет уничтожение следов любой органики в космосе, за чем последует строительство полицейских зондов, которые будут эти атаки отражать. Учитывая то, что зонды фон Неймана могут стать своего рода космическим вирусом, нам стоит осторожно подходить к их разработке.

Гипотеза Геи

В 1975 году Джеймс Лавлок и Сидни Эптон совместно написали статью для New Scientist под названием «В поисках Геи». Придерживаясь традиционной точки зрения о том, что жизнь зародилась на Земле и процветала благодаря нужным материальным условиям, Лавлок и Эптон предположили, что жизнь таким образом взяла на себя активную роль в поддержании и определении условий для своего выживания. Они предположили, что вся живая материя на Земле, в воздухе, океанах и на поверхности является частью единой системы, ведущей себя подобно сверхорганизму, который способен настраивать температуру на поверхности и состав атмосферы нужным для выживания образом. Они назвали такую систему Геей, в честь греческой богини земли. Она существует, чтобы поддерживать гомеостаз, благодаря которому на земле может существовать биосфера.

Лавлок работал над гипотезой Геи с середине 60-х годов. Основная идея в том, что биосфера Земли имеет ряд природных циклов, и когда один идет наперекосяк, другие компенсируют его так, чтобы поддерживать жизненную способность. Это могло бы объяснить, почему атмосфера не состоит целиком из диоксида углерода или почему моря не слишком соленые. Хотя вулканические извержения сделали раннюю атмосферу состоящей преимущественно из диоксида углерода, появились вырабатывающие азот бактерии и растения, производящие кислород в процессе фотосинтеза. Спустя миллионы лет атмосфера изменилась в нашу пользу. Хотя реки переносят соль в океаны из пород, соленость океанов остается стабильной на 3,4%, поскольку соль просачивается через трещины в океаническом дне. Это не сознательные процессы, но результат обратной связи, которая удерживает планеты в пригодном для обитания равновесии.

Другие свидетельства включают то, что если бы не биотическая активность, метан и водород исчезли бы из атмосферы всего за несколько десятилетий. Кроме того, несмотря на увеличение температуры Солнца на 30% за последние 3,5 миллиарда лет, средняя глобальная температура пошатнулась всего на 5 градусов по Цельсию, благодаря регуляторному механизму, который удаляет диоксид углерода из атмосферы и запирает его в окаменелой органической материи.

Первоначально идеи Лавлока были встречены насмешками и обвинениями. Со временем, однако, гипотеза Геи повлияла на идеи о биосфере Земли, помогла сформировать цельное их восприятие в ученом мире. Сегодня гипотеза Геи скорее уважается, нежели принимается учеными. Она является скорее положительной культурной рамкой, в которой должны проводиться научные исследования на тему Земли как глобальной экосистемы.

Палеонтолог Питер Уорд разработал конкурентную гипотезу Медеи, названную в честь матери, которая убила своих детей, в греческой мифологии, основная идея которой сводится к тому, что жизнь по своей сути стремится к саморазрушению и самоубийству. Он указывает на то, что исторически большинство массовых вымираний были вызваны формами жизни, например, микроорганизмами или гоминидами в штанах, которые наносят тяжелые увечья атмосфере Земли.

Источник: listverse.com

« Вернуться назад | Все новости
| Следующая новость »

Nerdfighteria Wiki — Жизнь на основе кремния: могут ли существовать живые камни?

• Информация
• Описание
• Стенограмма

Категории

Статистика

Возможно, жизнь могла бы сформироваться на основе элементов, отличных от углерода, но они будут сильно отличаться от той жизни, к которой мы привыкли.

Ведущий: Кейтлин Хофмайстер

———-

Поддержите SciShow, став покровителем на Patreon: https://www.patreon.com/scishow

———-

Dooblydoo благодарит следующих сторонников Patreon — без них мы не смогли бы сделать SciShow! Приветствую Патрика Мерритью, Уилла и Соню Марпл, Томаса Дж., Кевина Билера, Криса Питерса, Чарльза Джорджа, Кэти и Тима Филипа, Тима Кервика, Бадера Аль-Гамди, Джастина Ленца, Патрика Д. Эшмора, Марка Террио-Камерона, Бенни, Фатима Икбал, Аккалия Элементия, Кайл Андерсон и Филипп фон Берген.

———-

Нравится SciShow? Хотите помочь поддержать нас, а также получить вещи, которые можно повесить на стены, прикрыть туловище и хранить жидкости? Ознакомьтесь с нашими замечательными продуктами на DFTBA Records: http://dftba.com/scishow

———-

Ищете SciShow в другом месте в Интернете?

Facebook: http://www.facebook.com/scishow

Твиттер: http://www.twitter.com/scishow

Тамблер: http://scishow. tumblr.com

Инстаграм: http://instagram.com/thescishow

———-

Источники:

http://www.sciencemag.org/news/2016/03/researchers-take-small-step-toward-silicon-based-life

http://www.airspacemag.com/daily-planet/is-silicon-based-life-possible-5120513/

https://www.cfa.harvard.edu/~ejchaisson/cosmic_evolution/docs/fr_1/fr_1_future5.html

http://news.nationalgeographic.com/news/2012/07/120709-arsenic-space-nasa-science-felisa-wolfe-simon/

http://www.startrek.com/database_article/devil-in-the-dark-the

https://www.sfu.ca/colloquium/PDC_Top/OoL/whatislife.html

http://www.sciencemag.org/news/2015/02/shadow-biosphere-might-be-hiding-strange-life-right-under-our-noses

http://jwst.nasa.gov/index.html

https://bigpictureeducation.com/possibility-silicon-based-life

Изображения:

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Deoxycholic_acid_3D_ball.png

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Melatonin_molecule_ball. png

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ascorbic-acid-from-xtal-1997-3D-balls.png

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Silicate-double-chain-3D-balls.png

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Quartz_2(США).jpg

[Играет интро SciShow]

Кейтлин: Люди все время говорят о поиске инопланетной жизни: почему мы еще не нашли ее и что нам следует искать. Но где-то там, во Вселенной, могут быть существа, настолько отличные от нас, что мы даже не признаем их живыми.

Все живые существа, о которых мы знаем, имеют некоторые общие черты: они растут, размножаются, реагируют на раздражители в окружающей среде и эволюционируют с течением времени. Все они также имеют одну и ту же базовую биохимию: они состоят из длинных цепей молекул углерода, которые висят в водной среде. Но также возможно, что существует жизнь, не основанная на углероде. И это будет сильно отличаться от того, к чему мы привыкли.

Способность углерода образовывать длинные цепочки делает его идеальной основой для построения молекул, достаточно сложных, чтобы поддерживать живое существо. .. живым. Но хотя углерод отлично подходит для создания этих больших сложных молекул, это не единственный элемент, способный на это. Кремний, который в периодической таблице находится под углеродом, обладает многими схожими химическими свойствами. Как и углерод, внешний слой атома кремния имеет четыре неспаренных электрона, готовых к образованию связей, образующих молекулы.

Кремний также может образовывать длинные цепи и связываться с кислородом — опять же, как и углерод. Но многие связи, образованные кремнием, слабее, чем связи, образованные углеродом, особенно связи кремний-кремний, необходимые для создания этих длинных цепочек. И даже когда связи кремний-кремний формируются, они, как правило, нестабильны, если вокруг есть кислород. Тем не менее, поскольку углерод и кремний имеют так много общего, некоторые ученые считают, что жизнь на основе кремния теоретически возможна, хотя мы так и не нашли ее.

Как и жизнь на основе углерода, жизнь на основе кремния будет расти, воспроизводиться, реагировать на раздражители в окружающей среде и эволюционировать с течением времени. Но поначалу мы можем даже не признать это жизнью. Кремниевая форма жизни может больше походить на груду камней, чем на растение или животное, и, вероятно, будет делать довольно странные вещи.

Например, когда кремний вступает в реакцию с кислородом, он превращается в кварц, поэтому организмы на основе кремния, которые дышат кислородом, выдыхают кварц! Связи на основе кремния наиболее стабильны при высоких температурах, поэтому, если жизнь на основе кремния действительно существует, лучше всего искать ее в очень жарких местах, например, глубоко под поверхностью планеты. Но жизнь на основе кремния, вероятно, не будет очень сложной из-за нестабильных связей.

Тем не менее, писатели-фантасты очень позабавились с этой идеей, например, в одном из эпизодов оригинального сериала «Звездный путь» Кирк и Спок сталкиваются с обитающим в туннелях существом на основе кремния, которое терроризирует шахтеров на чужой планете. Но организмы с такой разной биохимией может быть трудно даже обнаружить — они могут больше походить на камни или кристаллы, чем на что-либо, что мы признаем живым. Итак, некоторые ученые выдвинули идею о том, что прямо здесь, на Земле, рядом с нами может существовать так называемая «теневая биосфера» неуглеродной жизни.

Ведь кремний — второй по распространенности элемент в земной коре после кислорода. Но этот кремний связан в горных породах, где организмам было бы трудно включить его в свою биохимию. Если жизнь на основе кремния действительно существует на Земле, она может быть в форме микробов на основе кремния, живущих в магме глубоко внутри мантии Земли.

Но реальных подтверждений этому никто так и не нашел. Лучшим вариантом для поиска жизни на основе кремния, вероятно, будет просто поискать где-нибудь еще. Телескоп Джеймса Уэбба, запущенный в 2018 году, будет искать признаки жизни в атмосферах планет за пределами нашей Солнечной системы.

Фотосинтез и дыхание влияют на количество кислорода и углекислого газа в воздухе Земли. Организмы на основе кремния могут оставлять следы своего существования и в атмосферах своих планет. Между тем, некоторые ученые работают над созданием собственной версии жизни на основе кремния — или, по крайней мере, над первыми шагами к ней.

В марте ученые Калифорнийского технологического института объявили, что они обнаружили разновидность термофильных бактерий — бактерий, которые процветают при сильной жаре — с ферментом, который в очень редких случаях включает молекулы кремния в свои молекулы на основе углерода, своего рода химическое вещество. несчастный случай. Используя искусственный отбор, они смогли модифицировать бактерии в лаборатории, чтобы производить молекулы с кремнием в них в 2000 раз чаще. Когда-нибудь искусственно созданные микробы, подобные этому, можно будет использовать для производства сложных молекул кремния, которые химические компании смогут превращать в клеи и герметики.

И, что еще интереснее, подобные исследования также помогают ученым лучше понять, как жизнь может использовать кремний. Так что в следующий раз, когда вы окажетесь на улице и остановитесь, чтобы посмотреть на крутой камень, вам, возможно, захочется поискать признаки жизни. Ты никогда не узнаешь.

Спасибо за просмотр этого эпизода SciShow Space, и особенно спасибо нашим покровителям на Patreon, которые помогают сделать это шоу возможным. Если вы хотите помочь нам продолжать выпускать такие выпуски, вы можете перейти на Patreon.com/SciShow и не забудьте зайти на YouTube.com/SciShowSpace и подписаться!

Вопросы? Проблемы? Эл. адрес
[email protected].

Чтобы связаться с Джоном или Хэнком, посетите
hankandjohn.com.

Условия обслуживания |
Политика конфиденциальности

Живые клетки впервые связывают кремний и углерод

Живые клетки впервые связывают кремний и углерод

Скачать PDF

Скачать PDF

• Опубликовано: 24 ноября 2016 г.

• Давиде Кастельвекки  

Природа
(2016)Цитировать эту статью

• 913 доступов

• 368 Альтметрический

• Сведения о показателях

Предметы

• Химия
• Эволюция
• Протеомика
• Синтетическая биология

Модифицированный бактериальный фермент, обученный создавать связи, которых избегает эволюция.

Фермент, способный связывать кремний и углерод, был обнаружен в бактерии, обитающей в исландских горячих источниках, в том числе в знаменитой Голубой лагуне.
Предоставлено: Арнальдур Халлдорссон/Bloomberg через Getty Images

Кремний окружает нас повсюду: после кислорода это самый распространенный элемент в земной коре. Итак, почему живые существа никогда не включают его в свою биохимию, долгое время оставалось загадкой.

Теперь инженеры-химики открыли, что живые организмы можно заставить связать углерод и кремний вместе. Они показали, что естественный фермент из бактерии, которая живет в горячих источниках, может образовывать связи C-Si внутри живых клеток Escherichia coli — когда клетки питаются правильными кремнийсодержащими соединениями. И, разработав фермент, исследователи создали биологический катализатор, который выполняет реакцию более эффективно, чем любой искусственный.

Открытие может помочь химикам разработать новые фармацевтические препараты и промышленные катализаторы и, возможно, объяснить, почему эволюция почти полностью избегала кремния.

Нет места для кремния?

Природа использует ряд распространенных металлов в биохимии: известные примеры включают железо в красных кровяных тельцах и магний в хлорофилле. Но кремний (элемент, обладающий свойствами как металлов, так и неметаллов), по-видимому, встречается только в бионеорганических соединениях, например в кремнеземных панцирях одноклеточных диатомовых водорослей. Он никогда не проникает в углеродные цепи органической жизни.

«Плохой кремний, изобилующий Землей, но отвергнутый биосферой за его удивительные эволюционные изменения», — говорит Роальд Хоффманн, лауреат Нобелевской премии по химии из Корнельского университета в Итаке, Нью-Йорк.

Исследователи научились связывать углерод и кремний вместе с помощью искусственных катализаторов. Но Фрэнсис Арнольд, инженер-химик из Калифорнийского технологического института в Пасадене, хотела проверить, могут ли некоторые ферменты жизни делать то же самое, если представится такая возможность.

Просматривая базы данных белков, она и ее коллеги обнаружили несколько десятков многообещающих ферментов. После некоторого скрининга они остановились на одной экстремофильной бактерии, обитающей в исландских подводных горячих источниках, под названием Rhodothermus marinus . Они синтезировали ген этого белка и вставили его в бактерий E. coli .

Их догадка оказалась верной: фермент мог катализировать кремний-углеродные связи — если давать правильные кремнийсодержащие прекурсоры. (Фермент обычно этого не делает, потому что бактерии естественным образом не производят кремнийсодержащие соединения). «Примечательно, что природа готова делать всевозможные дикие вещи в присутствии этой новой искусственной пищи», — говорит Арнольд.

Повышение эффективности

Тем не менее, сконструированная E. coli не очень эффективна в производстве кремнийорганических соединений. Поэтому команда внесла мутации в активную область фермента и отобрала бактерии, которые показали улучшение. Нескольких поколений было достаточно, чтобы увеличить выход, превысив выход искусственных катализаторов. Результаты появятся в Science ¹ 24 ноября.

«Бумага группы Арнольда сочетает в себе хорошую химию и направленную эволюцию для создания ферментов, которые образуют связи углерод-кремний очень специфическими способами», — говорит Хоффманн. «Прекрасная работа, создающая новую химию».

Арнольд разработал метод направленной эволюции в 1990-х годах ² , и теперь он используется в бесчисленных приложениях, от улучшения моющих средств для стирки до синтеза лекарственных препаратов. За эту работу она выиграла премию Millennium Technology Prize в размере 1 миллиона евро (1,1 миллиона долларов США).

«Это открывает совершенно новые возможности для фармацевтических исследований и может привести к открытию новых лекарств», — говорит Ицхак Апелойг, специалист по органической химии в Израильском технологическом институте Технион в Хайфе.

Полученные данные также могут помочь ответить на основные вопросы о ранней эволюции жизни, говорит Арнольд, и, в частности, было ли презрение к кремнию случайным или нет. «Мы можем начать исследовать, каковы затраты и преимущества внедрения кремния в жизнь».

Ссылки

1. Кан, С.Б.Дж., Льюис, Р.Д., Чен, К. и Арнольд, Ф.Х. Наука 354 , 1048–1051 (2016).

   ОБЪЯВЛЕНИЯ
   КАС
   Статья

   Google ученый

2. Arnold, F. H. Trends Biotechnol. 8 , 244–249 (1990).

   КАС
   Статья

   Google ученый

Скачать ссылки

Авторы

1. Davide Castelvecchi

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

Ссылки по теме

Ссылки по теме

Ссылки по теме в Nature Research

«Радикально переписанный» бактериальный геном представлен 18 августа 2016 г.

Первая жизнь с «инопланетной» ДНК 2014-05-07

Пять суровых истин синтетической биологии, 20 января 2010 г.

Связанные внешние ссылки

Права и разрешения

Перепечатка и разрешения

Об этой статье

Скачать PDF

Взгляд на различные возможные формы жизни

Человеческое тело, без сомнения, чудо. Это машина, которая действует на основе команд, которые мы даем, и она также может действовать самостоятельно. Человеческое тело также вызвало множество вопросов, на которые мы до сих пор не знаем ответов. И даже сегодня мы узнаем о себе что-то новое.

Великолепие его творения заставляет задуматься, с чего все началось? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно заглянуть в себя и в органическую жизнь вокруг нас.

СВЯЗАННЫЕ С: УЧЕНЫЕ ОБНАРУЖИЛИ, ЧТО ЖИВЫЕ КЛЕТКИ ОБРАЗОВАЛИ УГЛЕРОД-КРЕМНИЙ СВЯЗИ

Первое осознание нашего происхождения произошло, когда ученые приступили к тестированию множества форм жизни на Земле и обнаружили, что все живые существа имеют один общий элемент в нем – углерод.

Когда мы изучаем жизнь, мы замечаем способность каждого атома углерода одновременно поддерживать сеть из четырех ковалентных связей.

Земля наполнена углеродными формами жизни. Уникальная связывающая способность углерода позволяет ему образовывать множество различных форм, таких как древесный уголь, графен и алмаз.

При соединении с другими элементами углерод может образовывать различные категории органических соединений.

Большинство форм жизни не используют все элементы периодической таблицы. На самом деле организм может включать всего несколько элементов в больших количествах. В природе преобладающие химические элементы известны как CHNOPS, или углерод, водород, азот, кислород, фосфор и сера. Это самые распространенные элементы, встречающиеся во всех органических молекулах на Земле. Их часто называют ингредиентами жизни, поскольку их присутствие обнаруживается у самых крупных млекопитающих до самых маленьких парамеций.

Итак, почему эти элементы так заметны, а другие нет? Ученые считают, что это из-за их изобилия и способности создавать связи.

Во многих органических формах жизни сера заменена кальцием как одним из самых многочисленных элементов. Подсчитано, что 99% человеческого тела состоит из этих шести элементов. Среди них наиболее многочисленны кислород, углерод и водород.

Источник: OpenStax College/Wikimedia Commons

Кислород составляет около 65% от общей массы человека. Вторыми наиболее распространенными элементами являются углерод и водород, составляющие примерно 18% и 10% массы тела человека соответственно.

Самые популярные

Поскольку наши тела  на 60 % состоят из воды , легко понять, почему кислород и водород в изобилии. Углерод содержится в органических соединениях в организме, таких как жиры, углеводы, белки и нуклеиновые кислоты.

Водород содержится в воде и во многих органических соединениях. Точно так же азот содержится в нуклеиновых кислотах и ​​белках.

В человеческой ДНК азот является ключевым компонентом генетического кода. Фосфор содержится в молекуле АТФ, которая является основным энергоносителем организма. Он также содержится в костях человека.

Кальций составляет около  1,5% человеческого тела по массе и в изобилии содержится в костях, белках и мышцах человека.

Мы много говорили об углероде и о том, как его присутствие в органических соединениях привело к появлению термина «жизнь на основе углерода».

Углерод считается строительным материалом жизни, но это представление приводит к тому, что называется углеродным шовинизмом.

Это убеждение, что жизнь на основе углерода применима ко всей вселенной. Другими словами, если бы инопланетяне существовали, они также были бы основаны на углероде.

Однако существует элемент, отличный от углерода, который может поддерживать подобные типы связей. Он расположен сразу после углерода в периодической таблице – кремния.

Кремний также способен образовывать четыре ковалентные связи, как и углерод, и этот элемент использовался в качестве строительного блока внеземной жизни во многих научно-фантастических произведениях.

Подобно углероду и кислороду, кремний широко распространен на Земле. Большинство из нас в какой-то момент своей жизни взаимодействовали с окисленной формой кремния, называемой кремнеземом, в виде песка.

Когда углерод окисляется, он превращается в углекислый газ. Наше тело окисляет углерод для производства энергии, выделяя углекислый газ в качестве побочного продукта. Однако при окислении кремнезема он превращается в твердое вещество – песок. Кремниевые связи также более нестабильны, чем углеродные связи. Другая причина, по которой не существует организмов на основе кремния, заключается в том, что кремний не может использовать воду в качестве растворителя так же, как углерод. Для этого потребуется совершенно другой растворитель, например метан, который в нормальных условиях нестабилен.

Жизнь на Земле способна химически манипулировать кремнием. Например, микроскопические частицы диоксида кремния, называемые фитолитами, обнаружены в некоторых растениях, а тип фотосинтезирующих водорослей, называемых диатомовыми водорослями, включает в свой скелет диоксид кремния. Однако на Земле нет известных естественных примеров жизни, объединяющей кремний и углерод в молекулы.

Исследователям удалось создать синтезированные молекулы, состоящие как из кремния, так и из углерода. Эти соединения используются в таких продуктах, как фармацевтические препараты, клеи, краски и фунгициды. Ученые также недавно нашли способ использовать микробы для химической связи углерода и кремния.

Статья, опубликованная Фрэнсис Арнольд и ее командой в журнале Science, дает нам представление об этих выводах.

Несмотря на то, что жизнь на основе кремния на Земле маловероятна, мы не можем исключить того факта, что ее может не быть на других планетах, где атмосферные условия сильно отличаются от земных.