Внеземные цивилизации. Углеродный шовинизм

Углеродный шовинизм

Дмитрий Мамонтов«Популярная механика» №5, 2015

Существование иных форм жизни, принципиально отличающихся от нашей земной наличием, расположением и количеством лап, глаз, зубов, когтей, щупалец и других частей тела, — одна из излюбленных тем в фантастической литературе. Впрочем, фантасты не ограничиваются только этим — они придумывают как экзотические формы традиционной (углеродной) жизни, так и не менее экзотические ее основы — скажем, живые кристаллы, бестелесные энергетические полевые существа или кремнийорганические создания.

Помимо фантастов, обсуждением подобных вопросов занимаются и ученые, хотя они в своих оценках гораздо более осторожны. Ведь пока единственная основа жизни, которая точно известна науке, — это углеродная. Тем не менее в свое время известный астроном и популяризатор науки Карл Саган заявил, что обобщать утверждения о земной жизни в отношении жизни во всей Вселенной совершенно неправильно. Подобные обобщения Саган назвал «углеродным шовинизмом», при этом он сам в качестве наиболее вероятной альтернативной основы жизни рассматривал в первую очередь кремний.

Главный вопрос жизни

Что же такое жизнь? Казалось бы, ответ на этот вопрос очевиден, но как ни странно, о формальных критериях в научном сообществе до сих пор идут дискуссии. Тем не менее можно выделить ряд характерных признаков: жизнь должна самовоспроизводиться и эволюционировать, а для этого нужно соблюдение нескольких важных условий. Во-первых, для существования жизни необходимо большое количество химических соединений, состоящих в основном из ограниченного числа химических элементов. В случае органической химии это углерод, водород, азот, кислород, сера, причем число подобных соединений огромно. Во-вторых, эти соединения должны быть термодинамически стабильными или хотя бы метастабильными, то есть время их жизни должно быть достаточно продолжительным для осуществления различных биохимических реакций. Третье условие — должны существовать реакции для извлечения энергии из окружающей среды, а также ее накопления и высвобождения. Четвертое — для самовоспроизводимости жизни требуется механизм наследственности, носителем информации в котором выступает крупная апериодическая молекула. Эрвин Шрёдингер предполагал, что носителем наследственной информации может быть апериодический кристалл, а позднее была открыта структура молекулы ДНК — линейный сополимер. Наконец, все эти вещества должны находиться в жидком состоянии, чтобы обеспечить достаточную скорость реакций метаболизма (обмена веществ) за счет диффузии.

Традиционные альтернативы

В случае с углеродом все эти условия выполняются, а вот даже с ближайшей альтернативой — кремнием — дело обстоит далеко не так радужно. Кремнийорганические молекулы могут быть достаточно длинными, чтобы нести наследственную информацию, но их многообразие слишком бедно по сравнению с углеродной органикой — из-за большего размера атомов кремний с трудом образует двойные связи, что сильно ограничивает возможности присоединения различных функциональных групп. Кроме того, предельные кремнийводороды — силаны — и вовсе нестабильны. Конечно, существуют и стабильные соединения, такие как силикаты, но большинство из них — твердые при нормальных условиях вещества. С другими элементами, такими как бор или сера, дело обстоит еще печальнее: борорганика и высокомолекулярные соединения серы крайне нестабильны, а их разнообразие слишком бедно, чтобы обеспечить жизнь всеми необходимыми условиями.

Под давлением

«Азот никогда всерьез не рассматривался как основа для жизни, поскольку при нормальных условиях единственным стабильным азотоводородным соединением является аммиак Nh4, — говорит Артем Оганов, руководитель лаборатории компьютерного дизайна материалов МФТИ, профессор Нью-Йоркского университета Стоуни-Брук и Сколковского института науки и технологий (Сколтех). — Однако недавно, проводя моделирование различных азотоводородных систем при высоких давлениях (до 800 ГПа) с помощью нашего алгоритма USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography, Универсальный предсказатель структур: эволюционная кристаллография, см. «ПМ» №10'2010), наша группа обнаружила удивительную вещь. Оказалось, что при давлениях свыше 36 ГПа (360 000 атм) появляется целый ряд стабильных азотоводородов, таких как длинные одномерные полимерные цепи из звеньев N4H, N3H, N2H и NH, экзотические N9h5, образующие двухмерные листы атомов азота с присоединенными катионами Nh5+, а также молекулярные соединения N8H, Nh3, N3H7, Nh5, NH5. Фактически мы обнаружили, что при давлениях порядка 40−60 ГПа азотоводородная химия по своему разнообразию значительно превосходит химию углеводородных соединений при нормальных условиях. Это позволяет надеяться, что химия систем с участием азота, водорода, кислорода и серы также более богата по своему разнообразию, чем традиционная органическая при нормальных условиях».

Шаг к жизни

Эта гипотеза группы Артема Оганова открывает совершенно неожиданные возможности в плане неуглеродной основы жизни. «Азотоводороды могут образовывать длинные полимерные цепи и даже двухмерные листы, — объясняет Артем. — Сейчас мы изучаем свойства подобных систем с участием кислорода, потом добавим к рассмотрению в наших моделях углерод и серу, а это, возможно, откроет путь к азотным аналогам углеродных белков, пусть для начала и самых простых, без активных центров и сложной структуры. Вопрос об источниках энергии для жизни, основанной на азоте, пока остается открытым, хотя это вполне могут быть какие-то пока неизвестные нам окислительно-восстановительные реакции, идущие в условиях высоких давлений. В реальности такие условия могут существовать в недрах планет-гигантов типа Урана или Нептуна, хотя температуры там слишком высоки. Но пока мы не знаем точно, какие реакции могут там происходить и какие из них важны для жизни, поэтому не можем достаточно точно оценить необходимый температурный диапазон».

Условия «обитания» живых существ на основе азотных соединений могут показаться читателям чрезвычайно экзотичными. Но достаточно вспомнить тот факт, что распространенность планет-гигантов в звездных системах как минимум не меньшая, чем каменистых земплеподобных планет. А это означает, что во Вселенной именно наша, углеродная жизнь может оказаться куда большей экзотикой.

elementy.ru

Углеродный шовинизм - это... Что такое Углеродный шовинизм?

Углеродный шовинизм — неологизм, использующийся для пренебрежительного отзыва о теории универсальности водно-углеродной жизни ввиду исключительных химических и термодинамических свойств углерода, делающих его намного предпочительнее всех прочих элементов. Создатель термина, Карл Саган, критикуя эту точку зрения, предположил, что основанием для её выдвижения является лишь то обстоятельство, что её приверженцы сами состоят из углерода и воды и поглощают в процессе метаболизма кислород.

Углеродный шовинизм основывается на том предположении, что инопланетная жизнь должна быть похожа на земную — в частности, что молекулы, ответственные за жизненные химические процессы, должны быть построены прежде всего из углерода.[1]

Однако, как углеродным формам жизни (англ.), которые никогда не встречались с другой жизнью, развившейся за пределами земной окружающей среды, человеческим существам может быть сложно вообразить принципиально иную биохимию.

Карл Саган написал об этом и других человеческих шовинизмах, которые ограничивают предположение о возможной инопланетной жизни, в своей книге «Космическая связь» (англ. Cosmic Connection) в 1973 году.[2]

В 1999 году в статье журнала «Reason» (англ.), Кеннет Силбер (англ. Kenneth Silber), рассуждая о теории идеально устроенной вселенной, процитировал, используя термин, астрофизика Виктора Стенджера[3]:

Стинджер осуждает как «углеродный шовинизм» предположение о том, что для жизни требуется углерод; другие химические элементы — такие, как кремний — могут также формировать молекулы значительной сложности. Кроме того, Стинджер рискует предположить, что считать молекулы необходимыми вообще — это «молекулярный шовинизм»; во вселенной с иными свойствами атомные ядра или другие структуры могли бы собираться совершенно незнакомыми нам способами.

Оригинальный текст (англ.)

There is no good reason, says Stenger, to «assume that there’s only one kind of life possible» — we know far too little about life in our own universe, let alone «other» universes, to reach such a conclusion. Stenger denounces as «carbon chauvinism» the assumption that life requires carbon; other chemical elements, such as silicon, can also form molecules of considerable complexity. Indeed, Stenger ventures, it is «molecular chauvinism» to assume that molecules are required at all; in a universe with different properties, atomic nuclei or other structures might assemble in totally unfamiliar ways.

Критика термина

Несмотря на бурное развитие химии, на данный момент науке не известны соединения, сравнимые по сложности с органическими, основанные на других элементах. На данный момент известных науке неорганических соединений насчитывается порядка 100 000, в то время как органических — более 8 000 000, и каждый год открывается ещё порядка 300 000.[4] При этом количество различных конфигураций биологических молекул — в частности, белков, — крайне велико[5] и практически не ограничено.[6] Ни один другой элемент, включая кремний, фосфор или бор, не может дать такое разнообразие веществ, как углерод;[7] особенно это касается критически важных для органической жизни больших молекул, таких как ДНК и белки.[8]

См. также

Примечания

dic.academic.ru

Углеродный шовинизм: как представляют себе инопланетян настоящие ученые

13:3904.05.2017

(обновлено: 19:44 04.05.2017)

231999915

МОСКВА, 4 мая — РИА Новости, Анна Урманцева. "Да пребудет с тобой Сила" (May the Force be with you) — эту фразу из "Звездных войн" Джорджа Лукаса многие поклонники обыгрывают в виде каламбура: May the fourth be with you. Вот и получилось, что 4 мая стало неофициальным праздником "Звездных войн", который отмечают все фанаты космического фэнтези и породившей этот жанр научной фантастики.

Персонаж фильма Звездные войны Йода. Архивное фото

Стала известна дата премьеры девятой части "Звездных войн" Благодаря таким фильмам мы уже многократно видели, как представляют себе инопланетян писатели, сценаристы, режиссеры и художники компьютерной графики. А как представляют себе инопланетян ученые? Несомненно, ученые по всему миру — самые настоящие, читающие лекции в ведущих университетах и обремененные статусом и званиями, — задумываются над тем, как могла бы выглядеть инопланетная жизнь. Последняя волна таких размышлений была связана с высказыванием Стивена Хокинга, который в апреле 2017 года обратил внимание ученых, ищущих инопланетную жизнь, на то, что долгожданная находка может стать роковой для человечества: "Однажды, когда мы получим сигнал с подобной планеты, мы должны аккуратно отвечать на него. Встреча с более развитой цивилизацией может быть похожа на встречу коренных жителей Америки с Колумбом. И такая встреча не закончилась хорошо". Британский ученый Стивен Хокинг

Стивен Хокинг планирует полететь в космос Условно всех ученых можно было бы разделить на три лагеря: одни считают, что наша водно-углеродная жизнь уникальна для Вселенной, вторые — что не уникальна, а третьи — что мы сильно заблуждаемся, считая, что живые существа могут возникнуть только из тех соединений, что и мы сами. Такую позицию даже назвали в научной литературе "углеродным шовинизмом". Автор термина, известнейший американский астрофизик Карл Саган, часто говорил, что основанием для поиска водно-углеродной инопланетной жизни является лишь то обстоятельство, что ее приверженцы сами состоят из углерода и воды. Действительно, другие химические элементы, например кремний, также могут сформировать молекулы значительной сложности. Другое дело, что в таких размышлениях можно пойти еще дальше, как сделал американский астроном Виктор Стенджер, который утверждал, что жизнь необязательно должна состоять из молекул. Так сформировался вот этот условный список выдуманных существ, которые теоретически могли бы существовать в разных атмосферных и безатмосферных условиях.

Как могли бы выглядеть инопланетные существа

Плазмоиды — существа, населяющие звездные атмосферы. Они образуются за счет магнитных сил, связанных с группами подвижных электрических зарядов.Радиобы — жители межзвездных облаков. Они представляют собой сложные агрегаты атомов, находящихся в состоянии возбуждения.Лавобы — организованные структуры из кремния, живущие в озерах расплавленной лавы на очень горячих планетах.Водоробы — амебообразные формы, плавающие в жидком метане и извлекающие энергию из превращений ортоводорода в параводород.Термофаги — вид космической жизни, выделяющий энергию из градиента температур в атмосфере или океанах планеты.Все эти теоретически существующие виды жизни объединены по следующим параметрам: они могут извлекать и отдавать энергию, они способны сохранять форму и самовоспроизводиться. А теперь посмотрим, чем можно заменить воду, кислород и углерод.

Компьютерная модель мембраны клетки, способной жить на поверхности Титана

Химики: на Титане может в принципе существовать "азотная" жизнь Универсальный растворитель — вода может теоретически быть заменена на серную кислоту, аммиак, фтороводород и цианистый водород. Главное, чтобы растворитель оставался жидким в большом интервале температур. Вода, как мы все знаем, остается жидкой в интервале от нуля до 100 градусов Цельсия (при давлении в одну атмосферу). А вот, например, серная кислота — до 200 градусов Цельсия и более. Аммиак пригодился бы в качестве растворителя на холодных планетах, так как находится в жидком состоянии при температурах от −78 до −33 градусов Цельсия. Однако при замерзании твердый аммиак не всплывает вверх, как вода, а тонет (у нас при таком поведении водного льда стали бы необитаемыми все реки, озера, а также прибрежные части морей и океанов). Так художник представил себе семь планет системы TRAPPIST-1

Так художник представил себе семь планет системы TRAPPIST-1

NASA обнаружило семь потенциально пригодных для жизни планет Атомы кислорода могут быть заменены на атомы серы. При таком замещении возможны "серные организмы", которые могли бы существовать при более высокой температуре на суше или в океане из олеума (безводной серной кислоты). Такие условия существуют на Венере. Там практически бескислородная атмосфера: 95% углекислого газа + 5% азота. На поверхности 460 градусов "тепла".

И тем не менее, доктор физико-математических наук, профессор, заслуженный деятель науки Российской Федерации, член Научного совета РАН по астробиологии Леонид Ксанфомалити на полном серьезе говорит о возможности жизни на Венере:

"Представить, что в среде, близкой к красному калению, может быть жизнь, — практически невозможно. И все же с помощью советских аппаратов "Венера-9", "Венера-10", "Венера-13" и "Венера-14" мы смогли увидеть и флору, и фауну Венеры. Однако снимки очень плохие, и чтобы точно убедиться в существовании живых существ, нужны новые исследования".

Но чем же может быть заменен углерод? Среди наиболее вероятных претендентов — кремний. Конечно, соединения кремния не могут быть настолько разнообразны, как соединения углерода. Но зато кремниевая жизнь может существовать на планетах с температурой, значительно превышающей земную.

ria.ru

Углеродный шовинизм - Внеземные цивилизации

Углеродный шовинизм — теория об универсальности водно-углеродной жизни, к которой склоняется большинство специалистов научного мира. Карл Саган, критикуя эту точку зрения (которую он назвал «углеродным шовинизмом») замечает, что основанием для ее выдвижения является лишь то обстоятельство, что ее приверженцы сами состоят из углерода и воды и поглощают в процессе метаболизма кислород.

Во многих фантастических произведениях делаются попытки обосновать кремниевую основу жизни.

Углеродный шовинизм — относительно новый термин, означающий умаление предположения о том, что инопланетная жизнь может быть похожа на жизнь на Земле. В частности, это относится к тем, кто полагает, что молекулы, ответственные за жизненные химические процессы, должны быть построены прежде всего из углерода. Считается, что, как углеродным формам жизни (англ.), которые никогда не встречались с другой жизнью, которая развивалась за пределами земной окружающей среды, человеческим существам может быть сложно представить себе совершенно иную биохимию. Термин уже использовался ранее, в 1973 году, когда Карл Саган написал об этом и других человеческих шовинизмах, которые ограничивают предположение о возможной инопланетной жизни, в своей «Космической связи» (англ. Cosmic Connection).

Не имеет смысла, говорит Стинджер, «предполагать, что существует только один возможный тип жизни» — мы слишком мало знаем о жизни в нашей собственной вселенной, не говоря уже о «других» вселенных, чтобы прийти к такому выводу. Стинджер осуждает как «углеродный шовинизм» предположение о том, что для жизни требуется углерод; другие химические элементы, такие, как кремний, могут также сформировать молекулы значительной сложности. На самом же деле, Стинджер рискует, это «молекулярный шовинизм» — предполагать, что молекулы требуются для всего; во вселенной с иными свойствами, атомные ядра или другие структуры могли бы собираться совершенно незнакомыми нам способами.

dimkafog.livejournal.com

Углеродный шовинизм — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Углеродный шовинизм — неологизм, использующийся для пренебрежительного отзыва о теории универсальности водно-углеродной жизни ввиду исключительных химических и термодинамических свойств углерода, делающих его намного предпочтительнее всех прочих элементов. Автор термина, астрофизик Карл Саган, критикуя эту точку зрения, предположил, что основанием для её выдвижения является лишь то обстоятельство, что её приверженцы сами состоят из углерода и воды и поглощают в процессе метаболизма кислород.

«Углеродный шовинизм» основывается на том предположении, что инопланетная жизнь в случае её существования должна быть похожа на земную — в частности, что молекулы, ответственные за жизненные химические процессы, должны быть построены прежде всего из углерода.[1]

В 1999 году в статье журнала «Reason» (англ.) Кеннет Силбер (англ. Kenneth Silber), рассуждая о теории идеально устроенной вселенной, процитировал, используя термин, астрофизика Виктора Стенджера[3]:

Нет причин, говорит Стенджер, «предполагать, что существует только один возможный тип жизни» — мы слишком мало знаем о жизни в нашей собственной вселенной, не говоря уже о «других» вселенных, чтобы прийти к такому выводу. Стинджер осуждает как «углеродный шовинизм» предположение о том, что для жизни требуется углерод; другие химические элементы — такие, как кремний — могут также формировать молекулы значительной сложности. Кроме того, Стинджер рискует предположить, что считать молекулы необходимыми вообще — это «молекулярный шовинизм»; во вселенной с иными свойствами атомные ядра или другие структуры могли бы собираться совершенно незнакомыми нам способами.

Оригинальный текст (англ.)