10 возможных форм жизни
В поисках внеземного разума ученых часто обвиняют в «углеродном эксклюзивизме». Это происходит потому, что они ожидают, что другие формы жизни во Вселенной состоят из тех же биохимических строительных блоков, что и мы, и настроены соответствующим образом.
В поисках внеземного разума ученых часто обвиняют в «углеродном эксклюзивизме». Это связано с тем, что ученые предполагают, что другие формы жизни во Вселенной состоят из тех же биохимических строительных блоков, что и мы, и соответствующим образом корректируют свои поиски. Но жизнь может быть разной, и люди так считают, поэтому давайте рассмотрим десять возможных биологических и небиологических систем, которые расширяют определение «жизнь».
Метаногены
В 2005 году Хизер Смит из Международного космического университета в Страсбурге и Крис Маккей из Исследовательского центра Эймса НАСА написали работу, в которой рассматривалась возможность существования жизни на основе метана, так называемых метаногенных бактерий. Такие формы жизни могут потреблять водород, ацетилен и этан и выдыхать метан вместо углекислого газа.
Это может привести к тому, что на более холодных планетах, таких как луна Сатурна Титан, появятся области, пригодные для жизни. Как и на Земле, атмосфера Титана состоит в основном из азота, но к нему примешивается некоторое количество метана. Титан также является единственным местом в нашей Солнечной системе, кроме Земли, где существует вода в жидкой форме. Он представляет собой смесь этана и метана в озерах и реках. (Подземные водоемы также существуют на Титане, его родственном спутнике Энцеладе и луне Юпитера — Европе). Жидкости считаются необходимыми для молекулярных взаимодействий органической жизни, с акцентом, конечно, на воду, но этан и метан также обеспечивают такие взаимодействия.
В 2004 году миссия НАСА и ЕКА «Кассини-Гюйгенс» наблюдала грязный мир с водой, твердой как камень, и метаном, текущим по речным долинам и бассейнам в полярные озера при температуре минус 179 градусов Цельсия. В 2015 году команда инженеров-химиков и астрономов из Корнельского университета разработала теоретическую клеточную мембрану из крошечных органических соединений азота, которая могла бы функционировать в жидком метане Титана. Они назвали свою теоретическую клетку «нитросомой». Это буквально означает «азотистое тело» и обладает такой же стабильностью и гибкостью, как и земные липосомы. Наиболее интересным молекулярным соединением была акрилонитрильная азотосома. Акрилонитрил — это бесцветная, токсичная органическая молекула, используемая на Земле для изготовления акриловых красок, резины и термопластов, а также обнаруженная в атмосфере Титана.
Значение этих экспериментов для поиска внеземной жизни невозможно переоценить. Жизнь не только могла возникнуть на Титане, но и может быть обнаружена по следам водорода, ацетилена и этана на поверхности. Планеты и луны, в атмосферах которых преобладает метан, встречаются не только вокруг звезд, подобных Солнцу, но и вокруг красных карликов в более широкой «зоне Златовласки». Если НАСА запустит аппарат Titan Mare Explorer в 2016 году, то подробная информация о возможной жизни на азоте будет доступна уже в 2023 году.
Жизнь на основе кремния
Жизнь на основе кремния — это, пожалуй, самая распространенная форма альтернативной биохимии, излюбленная в народной науке и научной фантастике. Вспомните Звездный путь Гот. Эта идея не совсем нова — ее корни можно обнаружить у Герберта Уэллса в 1894 году. — Например, он проходит через воздушную серную атмосферу и море жидкого железа при температуре чуть выше температуры взрыва».
Кремний популярен именно потому, что он очень похож на углерод и может образовывать четыре связи, включая углеродные, что открывает возможность создания биохимических систем, полностью зависящих от кремния. Без учета кислорода, это самый распространенный элемент в земной коре. На Земле существуют водоросли, которые содержат кремний в процессе своего развития. Кремний играет вторую роль после углерода, поскольку он может образовывать наиболее стабильные, разнообразные и сложные структуры, необходимые для жизни. Молекулы углерода содержат кислород и азот, которые образуют очень прочные связи. Композитные молекулы на основе кремния, к сожалению, склонны к разрушению. Углерод также очень распространен во Вселенной и существует там миллиарды лет.
Жизнь на основе кремния вряд ли возникнет в среде, подобной земной. Это происходит потому, что большая часть свободного кремния заперта в вулканических и силикатных породах, которые представляют собой силикатные материалы. Было высказано предположение, что в высокотемпературной среде все может быть иначе, но доказательств этому пока не найдено. Экстремальные миры, такие как Титан, могут поддерживать жизнь на основе кремния. Это может поддерживаться в сочетании с метаногенами, возможно, потому, что молекулы кремния, такие как силания и полисиланы, могут имитировать органическую химию Земли. Однако если на поверхности Титана преобладает углерод, то большая часть кремния находится глубоко под поверхностью.
Астрахамолог НАСА Макс Бернштейн предполагает, что жизнь на основе кремния возможна на очень теплых планетах. Атмосфера, богатая водородом и бедная кислородом, позволила бы осуществить сложную химию силана или селена, но, по словам Бернштейна, это Это маловероятно. На Земле такие организмы размножаются очень медленно, и наша биохимия никогда не взаимодействует с ними. Однако они могут медленно пожирать наши города, но «можно применить компрессы».
Другие биохимические варианты
В принципе, были сделаны некоторые предложения по созданию систем, основанных на жизни без углерода. Подобно углю и кремнию, бор склонен к образованию прочных ковалентных молекулярных соединений, причем атомы бора образуют разнообразные структурные гидридные варианты, связанные водородными мостиками. Как и углерод, бор связан с азотом, образуя химические соединения, и естественным образом ассоциируется с более простыми органическими соединениями, подобными алканам. Основная проблема жизни на основе бора заключается в том, что это довольно редкий элемент. Жизнь на основе бора более полезна в условиях, когда температура жидкого аммиака очень низкая, поэтому химические реакции более контролируемы.
Еще одна возможная форма жизни, которая привлекла к себе внимание, — это жизнь, основанная на мужском начале. Все живое на Земле состоит из углерода, водорода, кислорода, фосфора и серы, хотя в 2010 году НАСА объявило об открытии бактерии GFAJ-1. То же самое. GFAJ-1 обнаружен в богатых мышьяком водах озера Моно в Калифорнии. Мышьяк токсичен для всех живых организмов на Земле, за исключением нескольких микроорганизмов, которые нормально переносят мышьяк и дышат им. GFAJ-1 был первым примером организма, который включил этот элемент в качестве биологического строительного блока. Независимые эксперты несколько ослабили это утверждение, когда нашли доказательства включения самцов в ДНК или, по крайней мере, их отсутствия. Однако в последнее время возрождается интерес к возможной биохимии на основе мышьяка.
Аммиак также был предложен в качестве возможной альтернативы воде для создания форм жизни. Ученые предположили существование биохимии на основе азотно-водородных соединений, использующей аммиак в качестве растворителя. Это может быть использовано для создания белков, нуклеиновых кислот и полипептидов. Жизненные формы на основе аммиака должны существовать при низких температурах, когда аммиак находится в жидкой форме. Твердый аммиак плотнее жидкого, поэтому нет способа предотвратить его замерзание в холодную погоду. Это не является проблемой для одноклеточных организмов, но вызывает нарушения в многоклеточных организмах. Однако одноклеточные аммиачные организмы могут существовать на холодных планетах Солнечной системы и на гигантских газовых планетах, таких как Юпитер.
Считается, что сера послужила основой для начала метаболизма на Земле, и известные организмы, использующие серу вместо кислорода для метаболизма, существуют в экстремальных условиях на Земле. Возможно, в другом мире формы жизни на основе серы имели бы эволюционное преимущество. Некоторые считают, что при определенных условиях азот и фосфор могут также заменить углерод.
Меметическая жизнь
Ричард Докинз считает, что основными принципами жизни являются: а) способность жить в мире, где жизнь не зависит от окружающей среды, и б) способность жить в мире, где жизнь не зависит от окружающей среды. В своей книге «Эгоистичный ген» Докинз утверждает, что концепции и идеи генерируются в мозгу и распространяются между людьми посредством общения. Во многом это похоже на генетическое поведение и адаптацию. Некоторые сравнивают песни, шутки и ритуалы человеческого общества с ранними стадиями органической жизни — свободными радикалами, плавающими в древних морях Земли. Разумные существа регенерируют, эволюционируют и борются за выживание. Они выживают в царстве идей.
Подобные мемы существовали до человека в социальных призывах птиц и обучающем поведении приматов. По мере того, как люди обретали способность к абстрактному мышлению, мемы развивались дальше, регулируя расовые отношения и формируя основу ранних традиций, культур и религий. Изобретение письменности еще больше подстегнуло развитие мемов, поскольку они могли распространяться во времени и пространстве, передавая миметическую информацию так же, как гены передают биологическую информацию. Для кого-то это чистая аналогия, но другие считают, что мемы представляют собой уникальную, хотя и несколько рудиментарную и ограниченную форму жизни.
Другие пошли дальше. Георг Ван Дрим разработал теорию «сожительства», согласно которой язык сам по себе является формой жизни. Это означает, что язык сам по себе является формой жизни. В то время как старые теории языка рассматривают язык как паразита, Ван Дрим считает, что мы живем в сотрудничестве с мнемоническими образованиями в мозге. Мы живем в симбиотических отношениях с языковыми организмами. Они не могут существовать без нас. Без них мы ничем не отличаемся от обезьян. Он считает, что иллюзия сознания и свободы возникла в результате взаимодействия животных инстинктов, голода и желания человека-хозяина и взаимного взаимодействия лингвистической симбиотической организации, воспроизводимой через идеи и смыслы.
Синтетическая жизнь на основе XNA
Жизнь на Земле основана на двух молекулах, несущих информацию, — ДНК и РНК, и ученые давно задавались вопросом, можно ли создать другие подобные молекулы. Хотя каждый полимер может хранить информацию, РНК и ДНК демонстрируют наследование, кодирование и передачу генетической информации и могут адаптироваться с течением времени. ДНК и РНК представляют собой нуклеотидные молекулярные цепи, состоящие из трех химических компонентов — фосфатов, группы из пяти углеродных сахаров (дезоксирибоза в ДНК или рибоза в РНК) и одного из пяти стандартных оснований (аденин или урацил).
В 2012 году группа ученых из Великобритании, Бельгии и Дании первой в мире разработала аксенонуклеиновые кислоты (XNAs, XNAs) — синтетические нуклеотиды, которые функционально и структурно появляются вместе с ДНК и РНК. Они были разработаны путем замены групп дезоксирибозы и рибозы на различные альтернативы. Такие молекулы уже создавались в прошлом, но впервые в истории они смогли размножаться и эволюционировать. В случае ДНК и РНК копирование осуществляется с помощью молекул полимеразы, которые могут считывать, транскрибировать и обращать нормальную последовательность нуклеиновых кислот. Команда разработала синтетические полимеры, которые создают шесть новых генетических систем — HNA, CENA, LNA, ANA, FANA и TNA.
Одна из новых генетических систем, ГНК, или гексануклеиновая кислота, была достаточно прочной, чтобы хранить нужное количество генетической информации и служить основой для органической системы. Другая, тринуклеиновая кислота или ТНК, показала себя потенциальным кандидатом на загадочную первичную биохимию, которая царила на заре жизни.
Существует множество возможных применений этих разработок. Дальнейшие исследования могут помочь разработать более совершенные модели возникновения жизни на Земле и повлиять на биологические структуры. XNA могут иметь терапевтическое применение, поскольку они могут создавать нуклеиновые кислоты для лечения и приверженности к конкретным молекулярным мишеням, которые не меняются так быстро, как ДНК или РНК. Они даже могут стать основой молекулярных машин или полностью искусственных форм жизни.
Однако прежде чем это станет возможным, необходимо разработать другие ферменты, совместимые с одним из XNA. Некоторые из них уже были разработаны в Великобритании в конце 2014 года. Безопасность также должна превалировать над возможностью нанесения вреда организмам РНК/ДНК с помощью XNA.
Хромодинамика, слабое ядерное взаимодействие и гравитационная жизнь
В 1979 году ученый и нанотехнолог Роберт Фрейтас-младший предложил небиологическую жизнь без возможностей. Он заявил, что потенциальный метаболизм биологических систем основан на четырех фундаментальных силах: электромагнетизме, сильных ядерных взаимодействиях (или квантовых хромосомах), слабых ядерных взаимодействиях и гравитации. Электромагнитное время жизни — это типичная биологическая жизнь, которую мы имеем на Земле.
Время жизни хромосом может основываться на сильных ядерных взаимодействиях, которые считаются самой сильной фундаментальной силой, но только на очень коротких расстояниях. Фрейтас предположил, что такая среда может быть возможна в нейтронных звездах. Это тяжелые вращающиеся объекты размером 10-20 километров со звездной массой. Благодаря невероятной плотности, сильнейшему магнитному полю и гравитации — в 100 миллиардов раз сильнее земной — такая звезда имела бы 3-километровую кору из кристаллического железа. Под ним находится море невероятно теплых нейтронов, разнообразных ядерных частиц, протонов и отдельных ядер, вероятно, богатых нейтронами «макросферы». Теоретически, эти макросферы могли бы образовать большое суперядро, подобное органическим молекулам, с нейтронами, действующими как эквиваленты воды в странных псевдобиологических системах.
Фрейты считаются маловероятной формой жизни, основанной на слабых ядерных взаимодействиях, поскольку слабые силы действуют только в субрегионах и не являются особенно сильными. С учетом того, что расщепление бета-обода и распад на свободные нейтроны часто указываются, форма жизни пациента может существовать при тщательном контроле слабых взаимодействий в окружающей среде. Фрейтас представил себе существование, состоящее из людей с избытком нейтронов, которые после смерти становятся радиоактивными. Он также предположил, что во Вселенной есть области, где слабая ядерная энергия сильнее, и поэтому потенциал для такой жизни больше.
Гравитационные существа также могут существовать, поскольку гравитация является самой распространенной и эффективной фундаментальной силой во Вселенной. Такие существа могут черпать энергию из самой гравитации, получая неограниченную энергию от столкновений черных дыр, галактик и других небесных тел. Более мелкие существа, чем планеты — водопады, ветры, приливы и отливы, океанские течения и даже землетрясения
Формы жизни из пыли и плазмы
Органическая жизнь на Земле основана на молекулах, содержащих соединения углерода, и мы уже открыли возможные альтернативные формы. Однако в 2007 году международная группа ученых под руководством В. Н. Цытовича из Института общей физики РАН зафиксировала, что при правильных обстоятельствах неорганические частицы пыли могут собираться в спиральную структуру. Характерно для органической химии. Такое поведение также возникает в состоянии плазмы, четвертом состоянии материи после твердых тел, жидкостей и газов, когда электроны отскакивают от атомов и оставляют массу заряженных частиц.
Команда Цитовича обнаружила, что при разделении зарядов электронов и поляризации существ частицы плазмы самоорганизуются в спиралевидную структуру, похожую на пробку, электрически заряжаются и притягиваются друг к другу. Они также могут образовывать копии исходной структуры, например ДНК, и расщепляться, вызывая нагрузку на своих соседей. По словам Цитовича, «эти сложные, самоорганизованные плазменные структуры отвечают всем необходимым условиям, чтобы считаться кандидатами в неорганические биоматериалы. Они автономны, воспроизводятся и развиваются».
Некоторые скептики считают, что эти заявления — скорее попытка привлечь внимание, чем серьезные научные утверждения. Спиральные плазменные структуры могут напоминать ДНК, но сходство с образованием не обязательно подразумевает функцию. Более того, тот факт, что спирали размножаются, не означает, что облака тоже размножаются. Самое печальное, что большая часть исследований была проведена на компьютерных моделях.
Один из участников эксперимента заявил, что результаты похожи на жизнь, но в конечном итоге являются «особой формой кристалла существа». Однако если неорганические частицы в плазме смогут эволюционировать в самовоспроизводящиеся развивающиеся формы жизни, благодаря вездесущей плазме и облакам межзвездной пыли во всей Вселенной, это будет наиболее распространенная форма жизни во Вселенной.
Неорганические химические клетки
Профессор Ли Кронин, химик из Школы естественных и технических наук Университета Глазго, мечтает о создании живых металлических клеток. Используя соли полиоксометаллов, различные кислородные и фосфорные металлы, он создает клетки, похожие на «неорганические химические клетки» или icells (аббревиатуру можно перевести как «новые клетки»).
Команда Кронина задалась целью создать соли крупных отрицательно заряженных ионов металлов, присоединенных к более мелким положительно заряженным ионам, таким как водород и натрий. Раствор одной из этих солей вводился в другой солевой раствор, наполненный маленькими, отрицательно заряженными, положительно заряженными органическими ионами. Две соли поменялись местами, так что крупные оксиды металлов соединились с крупными органическими ионами, обмениваясь и образуя необъяснимый пузырь из воды. Изменяя ножку оксида металла, можно добиться того, что пузырьки приобретают свойства биологических клеточных мембран. Это позволяет избирательно вводить и выводить химические вещества, обеспечивая такой же тип контроля химических веществ, как и в живой клетке.
Группа ученых также достигла прогресса в создании искусственной формы фотосинтеза, которая может быть использована для создания искусственных клеток травы, имитирующих внутреннюю структуру живых клеток и производящих пузырьки в пене. Другие синтетические биологи отмечают, что эти клетки могут не выжить, чтобы обзавестись копиями ДНК и других эволюционных систем. Кронин с оптимизмом смотрит на то, что дальнейший рост принесет свои плоды. Возможные применения этой технологии включают разработку материалов для солнечных топливных аппаратов и, конечно, лекарств.
По словам Кронина, «главная цель — создать сложные химические клетки с живыми свойствами, которые помогут нам понять эволюцию жизни и по тому же пути привести в материальный мир новые технологии, основанные на эволюции». Своеобразная неорганическая технология жизни».
Зонды фон Неймана
Искусственная жизнь на основе машин — достаточно распространенная идея, почти самоочевидная, поэтому давайте рассмотрим детекторы фон Неймана, чтобы не забегать вперед. Они были впервые разработаны венгерским математиком и футуристом Джоном фон Нейманом в середине 20-го века. Нейман считал, что для того, чтобы воспроизвести функциональность человеческого мозга, машины должны быть оснащены механизмами саморегуляции и самовосстановления. Поэтому у него возникла идея создания самовоспроизводящихся машин, основанная на его наблюдении, что жизнь становится все более сложной в процессе воспроизводства. Он считал, что такая машина может стать своего рода универсальным конструктором, который позволит не только создавать совершенные копии самого себя, но и улучшать или изменять свои версии, тем самым вызывая эволюцию и увеличивая сложность со временем.
Другие футуристы, такие как Фримен Дайсон и Эрик Дрекслер, очень быстро применили эти идеи в области освоения космоса, создав детектор фон Неймана. Отправка самовоспроизводящихся роботов в космос может стать самым эффективным способом колонизации целых галактик.
Мичио Каку объяснил это.
Зонды фон Неймана — это роботы, предназначенные для достижения далеких звездных систем и создания фабрик, которые производят тысячи копий. Мертвые луны, которые даже не являются планетами, могут быть идеальным местом для зондов фон Неймана. Посадка и взлет с этих лун проще, так как на Луне нет эрозии. Зонды могли бы жить за счет земли и добывать железо, никель и другое сырье для строительства роботизированных заводов. Они создают тысячи копий самих себя. Затем они рассеиваются в поисках других звездных систем».
За прошедшие годы были придуманы различные версии основной концепции зонда фон Неймана. Например, разведывательные и разведывательные зонды для тихого изучения и наблюдения за инопланетными цивилизациями, коммуникационные зонды, разбросанные по всей Вселенной, чтобы лучше принимать радиосигналы инопланетян, и рабочие зонды для создания очень большой Вселенной. Структурные и колонизационные зонды для завоевания других миров. Могут даже появиться управляемые зонды, которые направят новые цивилизации в космос. К сожалению, существуют также разведчики-берсеркеры, чья миссия заключается в уничтожении всех органических следов во вселенной, после чего можно было бы построить полицейских разведчиков, чтобы отражать эти атаки. Детектор фон Неймана потенциально может стать своего рода космическим вирусом, поэтому при его разработке необходимо соблюдать осторожность.
Гипотеза Геи
В 1975 году Джеймс Лавлок и Сидни Аптон в соавторстве написали статью в журнале New Scientist под названием «В поисках Геи». Следуя общепринятому мнению, что жизнь зародилась на Земле и процветала благодаря подходящим материальным условиям, Лавлок и Аптон предположили, что жизнь играла активную роль в поддержании и определении условий своего существования. Они предположили, что все живое на Земле, в воздухе, в океанах и на поверхности Земли является частью единой системы, которая ведет себя как суперорганизм, способный регулировать температуру поверхности и состав атмосферы, необходимые для выживания. Они назвали такую систему Gaia, в честь греческой богини Земли. Он существует для поддержания гомеостаза, в котором может существовать биосфера Земли.
Лавлок работал над «делом Геи» с середины 1960-х годов. Основная идея заключается в том, что биосфера Земли имеет ряд природных циклов, и когда один из них выходит из строя, другие циклы компенсируют его для поддержания жизнеспособности. Это может объяснить, почему атмосфера не полностью состоит из углекислого газа и почему океаны не очень соленые. Вулканические извержения привели к тому, что ранняя атмосфера состояла в основном из углекислого газа, но существовали бактерии, вырабатывающие азот, и растения, вырабатывающие кислород путем фотосинтеза. Спустя миллионы лет атмосфера изменилась в нашу пользу. Реки выносят соль из скал в море, но соленость моря остается постоянной на уровне 3,4%, потому что соль просачивается через трещины в морском дне. Это не сознательные процессы, а результат обратной связи, которая поддерживает планету в пригодном для жизни равновесии.
Другие доказательства включают исчезновение метана и водорода из атмосферы всего за несколько десятилетий без биологической активности. Более того, несмотря на 30-процентное увеличение температуры Солнца за последние 3,5 миллиарда лет, средняя температура планеты поднялась всего на 5 градусов Цельсия, благодаря регулирующему механизму, который удаляет углекислый газ из атмосферы и задерживает его в окаменевшей органической материи.
Поначалу идея Лавлока была встречена насмешками и осуждением. Однако со временем гипотеза Гайи повлияла на представления о биосфере Земли и помогла сформировать целостное понимание ее в научном сообществе. Сегодня гипотеза Гайи пользуется у ученых скорее уважением, чем признанием. Речь идет о позитивном культурном контексте, в котором должны проводиться научные исследования Земли как глобальной экосистемы.
Палеонтолог Питер Уорд разработал конкурирующую гипотезу о носителях, названных в честь матери, убившей своего ребенка в греческой мифологии. Основная идея заключается в том, что жизнь по своей природе предрасполагает к саморазрушению и самоубийству. Он отмечает, что исторически большинство массовых вымираний было вызвано микроорганизмами, людьми в брюках и другими формами жизни, которые нанесли серьезный ущерб атмосфере Земли. econet.ru Опубликовано.
