10 Можливих форм життя
У пошуках позаземного розуму вчені часто отримують звинувачення в «вуглецевий шовінізм», оскільки очікують, що інші жізнеформи у Всесвіті будуть складатися з тих же біохімічних будівельних блоків, що і ми, відповідним чином вибудовуючи свої пошуки. Але життя цілком може бути інший - і люди про це замислюються - тому давайте вивчимо десять можливихбіологічних і небіологічних систем, які розширюють визначення «життя».
метаногени
У 2005 році Хізер Сміт з Міжнародного космічного університету в Страсбурзі і Кріс Маккей з Дослідницького центру Еймса в NASA підготували документ, який би розглядав можливість існування життя на базі метану, так званих метаногенів. Такі форми життя могли б споживати водень, ацетилен і етан, видихаючи метан замість вуглекислого газу.
Це могло б зробити можливими зони населеності життя в холодних світах на зразок місяця Сатурна Титан. Подібно Землі, атмосфера Титана представлена здебільшого азотом, але змішаним з метаном. Титан також єдине місце в нашій Сонячній системі, крім Землі, де присутні великі рідкі водойми - озера і річки з етано-метанової суміші. (Підземні водойми також присутні на Титані, його сестринської місяці Енцелад, а також на супутнику Юпітера Європі). Рідина вважається необхідною для молекулярних взаємодій органічного життя і, звичайно, основна увага буде зосереджена на воді, але етан і метан також дозволяють таким взаємодій здійснюватися.
Місія NASA і ESA «Кассіні-Гюйгенс» в 2004 році спостерігала брудний світ з температурою -179 градусів за Цельсієм, де вода була твердою як камінь, а метан плив по річкових долинах і басейнах в полярні озера. У 2015 році команда інженерів-хіміків і астрономів Корнельського університету розробила теоретичну клітинну мембрану з невеликих органічних сполук азоту, які могли б функціонувати в рідкому метані Титана. Вони назвали свою теоретичну клітку «азотосомой», що в буквальному перекладі означає «азотне тіло», і вона мала такий же стабільністю і гнучкістю, що і земна ліпосоми. Найцікавішим молекулярним з`єднанням була акрілонітріловая азотосома. Акрилонитрил, безбарвна і отруйна органічна молекула, використовується для акрилових фарб, гуми і термопластмаси на Землі- також його знайшли в атмосфері Титана.
Наслідки цих експериментів для пошуків позаземного життя складно переоцінити. Життя не тільки потенційно могла розвинутися на Титані, але її ще й можна виявити за водневим, ацетиленовим і метанова слідах на поверхні. Планети і місяця, в атмосферах яких переважає метан, можуть бути не тільки навколо подібних до Сонця зірок, але і навколо червоних карликів в ширшій «зоні Золотоволоска». Якщо NASA запустить Titan Mare Explorer в 2016 році, вже в 2023 року ми отримаємо докладну інформацію про можливе життя на азоті.
Життя на основі кремнію
Життя на основі кремнію - це, мабуть, найпоширеніша форма альтернативної біохімії, улюбленої популярної наукою і фантастикою - згадайте хорта з «Зоряного шляху». Ця ідея далеко не нова, її коріння сягає ще в роздуми Герберта Уеллса в 1894 році: «Яке фантастичне уява могла б розігратися з такого припущення: уявімо кремниево-алюмінієві організми - або, може, відразу кремниево-алюмінієвих людей? - Які подорожують через атмосферу з газоподібної сірки, покладемо так, по морях з рідкого заліза температурою в кілька тисяч градусів або на зразок того, трохи вище температури доменної печі ».
Кремній залишається популярним саме тому, що дуже схожий на вуглець і може утворювати чотири зв`язку, подібно вуглецю, що відкриває можливість створення біохімічної системи повністю залежною від кремнію. Це найпоширеніший елемент у земній корі, якщо не брати до уваги кисень. На Землі є водорості, які включають кремній в свій процес зростання. Кремній відіграє другу після вуглецю роль, оскільки той може утворювати більш стабільні і різноманітні комплексні структури, необхідні для життя. Вуглецеві молекули включають кисень і азот, які утворюють неймовірно міцні зв`язки. Складні молекули на основі кремнію, на жаль, мають тенденцію розпадатися. Крім того, вуглець надзвичайно поширений у Всесвіті й існує мільярди років.
Чи життя на основі кремнію з`явиться в оточенні, подібному земному, оскільки велика частина вільного кремнію буде замкнена в вулканічних і магматичних породах з силікатних матеріалів. Припускають, що в високотемпературному оточенні все може бути по-іншому, але ніяких доказів поки не знайшли. Екстремальний світ начебто Титана міг би підтримувати життя на основі кремнію, можливо, укупі з метаногенами, так як молекули кремнію на кшталт силанов і полісіланов можуть імітувати органічну хімію Землі. Проте на поверхні Титана переважає вуглець, тоді як більша частина кремнію знаходиться глибоко під поверхнею.
Астрохімік NASA Макс Бернштейн припустив, що життя на основі кремнію могла б існувати на дуже гарячій планеті, з атмосферою багатою воднем і бідній киснем, дозволяючи трапитися комплексної силанового хімії зі зворотними кремнієвими зв`язками з селеном або телуром, але таке, на думку Бернштейна, малоймовірно. На Землі такі організми розмножувалися б дуже повільно, а наші біохімії ніяк би не заважали один одному. Вони, втім, могли б повільно поїдати наші міста, але «до них можна було б застосувати відбійний молоток».
Інші біохімічні варіанти
В принципі, було досить багато пропозицій щодо життєвих систем, заснованих на чомусь іншому, крім вуглецю. Подібно вуглецю і кремнію, бор теж має тенденцію утворювати міцні ковалентні молекулярні сполуки, утворюючи різні структурні варіанти гідриду, в яких атоми бору зв`язані водневими містками. Як і вуглець, бор може зв`язуватися з азотом, утворюючи з`єднання, по хімічних і фізичних властивості подібним алканами, найпростішим органічним з`єднання. Основна проблема з життям на основі бору пов`язана з тим, що це досить рідкісний елемент. Життя на основі бору буде найбільш доцільна в середовищі, температура якої досить низька для рідкого аміаку, тоді хімічні реакції будуть протікати більш контрольовано.
Інша можлива форма життя, яка привернула певна увага, це життя на основі миш`яку. Все життя на Землі складається з вуглецю, водню, кисню, фосфору і сірки, але в 2010 році NASA оголосило, що знайшло бактерію GFAJ-1, яка могла включати миш`як замість фосфору в клітинну структуру без всяких наслідків для себе. GFAJ-1 живе в багатому миш`яком водах озера Моно в Каліфорнії. Миш`як отруйний для будь-якого живої істоти на планеті, крім декількох мікроорганізмів, які нормально його переносять або дихають їм. GFAJ-1 стала першим випадком включення організмом цього елемента в якості біологічного будівельного блоку. Незалежні експерти трохи розбавили цю заяву, коли не знайшли ніяких свідоцтв включення миш`яку в ДНК або хоча б якихось арсенатів. Проте розгорівся інтерес до можливої біохімії на основі миш`яку.
В якості можливої альтернативи воді для будівництва форм життя висувався і аміак. Вчені припустили існування біохімії на основі азотно-водневих з`єднань, які використовують аміак як растворітеля- він міг би використовуватися для створення протеїнів, нуклеїнових кислот і поліпептидів. Будь-які форми життя на основі аміаку повинні існувати при низьких температурах, при яких аміак приймає рідку форму. Твердий аміак щільніше рідкого аміаку, тому немає ніякого способу зупинити його замерзання при похолоданні. Для одноклітинних організмів це не склало б проблеми, але викликало б хаос для багатоклітинних. Проте існує можливість існування одноклітинних аміачних організмів на холодних планетах Сонячної системи, а також на газових гігантах зразок Юпітера.
Сірка, як вважають, послужила основою для початку метаболізму на Землі, і відомі організми, в метаболізм яких включена сірка замість кисню, існують в екстремальних умовах на Землі. Можливо, в іншому світі форми життя на основі сірки могли б отримати еволюційну перевагу. Деякі вважають, що азот і фосфор могли б також зайняти місце вуглецю при досить специфічних умовах.
Відео: Between Science and Fantasy Part 3 Alive Worlds?
Меметіческая життя
Річард Докінз вважає, що основний принцип життя звучить так: «Все життя розвивається, завдяки механізмам виживання відтворюються істот». Життя має бути здатна відтворюватися (з деякими припущеннями) і перебувати в середовищі, де будуть можливі природний відбір і еволюція. У своїй книзі «Егоїстичний ген» Докінз зазначив, що поняття і ідеї виробляються в мозку і поширюються серед людей в процесі спілкування. Багато в чому це нагадує поведінку і адаптацію генів, тому він називає їх «мемами». Деякі порівнюють пісні, жарти і ритуали людського суспільства з першими стадіями органічного життя - вільними радикалами, плаваючими в древніх морях Землі. Творіння розуму відтворюються, еволюціонують і борються за виживання в царстві ідей.
Подібні меми існували до людства, в соціальних закликах птахів і засвоєному поведінці приматів. Коли людство стало здатне абстрактно мислити, меми отримали подальший розвиток, керуючи племінними відносинами і формуючи основу для перших традицій, культури і релігії. Винахід листи ще більше підштовхнуло розвиток мемів, оскільки вони змогли поширюватися в просторі і часі, передаючи меметічную інформацію подібно до того, як гени передають біологічну. Для деяких це чиста аналогія, але інші вважають, що меми представляють унікальну, хоча трохи рудиментарную і обмежену форму життя.
Деякі пішли ще далі. Георг ван Дрім розробив теорію «сімбіосізма», яка має на увазі, що мови - це самі по собі форми життя. Старі лінгвістичні теорії вважали мову чимось на зразок паразита, але ван Дрім вважає, що ми живемо у співпраці з меметіческімі сутностями, які населяють наш мозок. Ми живемо в симбіотичних відносинах з мовними організмами: без нас вони не можуть існувати, а без них ми нічим не відрізняємося від мавп. Він вважає, що ілюзія свідомості і вільної волі вилилася з взаємодії тваринних інстинктів, голоду і похоті людини-носія і лінгвістичного симбіонту, які відтворюються за допомогою ідей і смислів.
Синтетична життя на основі XNA
Життя на Землі заснована на двох переносять інформацію молекулах, ДНК і РНК, і довгий час вчені міркували, чи можна створити інші схожі молекули. Хоча будь-який полімер може зберігати інформацію, РНК і ДНК відображають спадковість, кодування і передачу генетичної інформації і здатні адаптуватися з плином часу в процесі еволюції. ДНК і РНК - це ланцюги молекул-нуклеотидів, що складаються з трьох хімічних компонентів - фосфату, пятиуглеродного цукрової групи (дезоксирибоза в ДНК або рибоза в РНК) і одного з п`яти стандартних основ (аденін, гуанін, цитозин, тимін або урацил).
У 2012 році група вчених з Англії, Бельгії та Данії першої в світі розробила ксенонуклеіновую кислоту (КНК, XNA), синтетичні нуклеотиди, функціонально і структурно нагадують ДНК і РНК. Вони були розроблені шляхом заміни цукрових груп дезоксирибози і араб різними замінниками. Такі молекули робили і раніше, але вперше в історії вони були здатні відтворюватися і еволюціонувати. У ДНК і РНК реплікація відбувається за допомогою молекул полімерази, які можуть читати, транскібіровать і назад транскрибувати нормальні послідовності нуклеїнових кислот. Група розробила синтетичні полімерази, які створили шість нових генетичних систем: HNA, CeNA, LNA, ANA, FANA і TNA.
Одна з нових генетичних систем, HNA, або гексітонуклеіновая кислота, була досить надійною, щоб зберігати потрібну кількість генетичної інформації, яка може послужити в якості основи для біологічних систем. Інша, треозонуклеіновая кислота, або TNA, виявилася потенційним кандидатом на таємничу первинну біохімію, що панувала на світанку життя.
Є маса потенційних застосувань цих досягнень. Подальші дослідження можуть допомогти в розробці кращих моделей появи життя на Землі і матимуть наслідки для біологічних вигадок. XNA може отримати терапевтичне застосування, адже можна створити нуклеїнові кислоти для лікування і зв`язку з конкретними молекулярними цілями, які не будуть псуватися так швидко, як ДНК або РНК. Вони навіть можуть лягти в основу молекулярних машин або взагалі штучної форми життя.
Але перш ніж це стане можливо, повинні бути розроблені інші ензими, сумісні з однієї із XNA. Деякі з них вже розробили в Великобританії в кінці 2014 року. Є також можливість, що XNA може завдавати шкоди РНК / ДНК-організмам, тому безпека повинна бути на першому місці.
Хромодинаміка, слабке ядерна взаємодія і гравітаційна життя
У 1979 році вчений і нанотехнолог Роберт Фрейтас-молодший передбачив можливу небиологическую життя. Він заявив, що можливий метаболізм живих систем заснований на чотирьох фундаментальних силах - електромагнетизмі, сильному ядерному взаємодії (або квантової хромодинамике), слабкому ядерному взаємодії і гравітації. Електромагнітна життя - це стандартна біологічне життя, яку ми маємо на Землі.
Хромодінаміческая життя могла б бути заснована на сильному ядерному взаємодії, яке вважається найсильнішим з фундаментальних сил, але тільки на надзвичайно коротких відстанях. Фрейтас припустив, що таке середовище може бути можлива на нейтронної зірки, важкому обертовому об`єкті 10-20 кілометрів в діаметрі з масою зірки. З неймовірною щільністю, найпотужнішим магнітним полем і гравітацією в 100 мільярдів разів сильніше, ніж на Землі, у такої зірки було б ядро з 3-кілометрової кіркою кристалічного заліза. Під нею було б море з неймовірно гарячими нейтронами, різними ядерними частинками, протонами і ядрами атомів і можливі багаті нейтронами «макроядра». Ці макроядра в теорії могли б сформувати великі сверх`ядра, аналогічні органічним молекулам, нейтрони виступали б еквівалентом води в химерної псевдобіологіческой системі.
Фрейтас бачив форми життя на базі слабкого ядерного взаємодії як малоймовірні, оскільки слабкі сили діють лише в суб`ядерними діапазоні і не особливо сильні. Як часто показує бета-радіоактивний розпад і вільний розпад нейтронів, форми життя слабкої взаємодії могли б існувати при ретельному контролі слабких взаємодій в своєму середовищі. Фрейтас представив істот, що складаються з атомів з надлишковими нейтронами, які стають радіоактивними, коли вмирають. Він також припустив, що є регіони Всесвіту, де слабка ядерна сила сильніше, а, значить, шанси на появу такого життя вище.
Гравітаційні істоти теж можуть існувати, оскільки гравітація є найпоширенішою і ефективної фундаментальної силою у Всесвіті. Такі істоти могли б отримувати енергію з самої гравітації, отримуючи необмежену харчування із зіткнень чорних дір, галактик, інших небесних об`єктів-істоти поменше - з обертання планет найменші - з енергії водоспадів, вітру, припливів і океанічних течій, можливо, землетрусів.
Відео: Позаземний розум, життя в космосі і на інших планетах. Прибульці і інопланетяни, інша цивілізація
Форми життя з пилу і плазми
Відео: Альтернативні форми життя
Органічне життя на Землі засноване на молекулах з сполуками вуглецю, і ми вже з`ясували можливі з`єднання для альтернативних форм. Але в 2007 році міжнародна група вчених на чолі з В. Н. Цитовіч з Інституту загальної фізики Російської академії наук документально підтвердила, що при потрібних умовах частки неорганічної пилу можуть збиратися в спіральні структури, які потім будуть взаємодіяти один з одним в манері, властивої для органічної хімії. Це поведінка також народжується в стані плазми, четвертому стані речовини після твердого, рідкого і газоподібного, коли електрони відриваються від атомів, залишаючи масу заряджених частинок.
Група Цитовіч виявила, що коли електронні заряди відокремлюються і плазма поляризується, частки в плазмі самоорганізуються в форму спіральних структур на кшталт штопора, електрично заряджених, і притягуються один до одного. Вони також можуть ділитися, утворюючи копії оригінальних структур, подібно ДНК, і індукувати заряди в своїх сусідах. На думку Цитовіч, «ці складні, самоорганізуються плазмові структури відповідають всім необхідним вимогам, щоб вважати їх кандидатами в неорганічну живу матерію. Вони автономні, вони відтворюються і вони еволюціонують ».
Деякі скептики вважають, що такі заяви є більше спробою привернути увагу, ніж серйозними науковими заявами. Хоча спіральні структури в плазмі можуть нагадувати ДНК, схожість у формі необов`язково передбачає схожість у функціях. Більш того, той факт, що спіралі відтворюються, не означає потенціал жизни- хмари теж так роблять. Що ще більше пригнічує, велика частина досліджень була проведена на комп`ютерних моделях.
Один з учасників експерименту також повідомили, що хоча результати дійсно нагадували життя, врешті-решт, вони були «просто особливою формою плазмового кристала». І все ж, якщо неорганічні частинки в плазмі можуть перерости в самовідтворюються, що розвиваються форми життя, вони можуть бути найбільш поширеною формою життя у Всесвіті, завдяки всюдисущої плазмі і міжзоряним хмар пилу по всьому космосу.
Неорганічні хімічні клітини
Професор Лі Кронін, хімік коледжу науки і інженерії при Університеті Глазго, мріє створити живі клітини з металу. Він використовує поліоксометаллати, ряд атомів металу, пов`язаних з киснем і фосфором, щоб створити схожі на клітини бульбашки, які він називає «неорганічними хімічними клітинами», або iCHELLs (цей акронім можна перевести як «неохлеткі»).
Група Кроніна початку зі створення солей з негативно заряджених іонів великих оксидів металу, пов`язаних з невеликим позитивно зарядженим іоном начебто водню або натрію. Розчин з цих солей потім впорскується в інший сольовий розчин, повний великих позитивно заряджених органічних іонів, пов`язаних з невеликими негативно зарядженими. Дві солі зустрічаються і обмінюються частинами, так що великі оксиди металу стають партнерами з великими органічними іонами, утворюючи щось на зразок міхура, який непроникний для води. Змінюючи кістяк оксиду металу, можна домогтися того, що бульбашки придбають властивості біологічних клітинних мембран, які вибірково пропускають і випускають хімічні речовини з клітини, що потенційно може дозволити протіканню того ж типу контрольованих хімічних реакцій, який відбувається в живих клітинах.
Група вчених також зробила бульбашки в міхурах, імітуючи внутрішні структури біологічних клітин, і домоглася прогресу в створенні штучної форми фотосинтезу, яка потенційно може бути використана для створення штучних клітин рослин. Інші синтетичні біологи відзначають, що такі клітини можуть ніколи не стати живими, поки не отримають систему реплікації і еволюції на кшталт ДНК. Кронін не втрачає надію на те, що подальший розвиток принесе свої плоди. Серед можливих застосувань цієї технології є також розробка матеріалів для сонячних паливних пристроїв і, звичайно, медицина.
За словами Кроніна, «основна мета - це створити комплексні хімічні клітини з живими властивостями, які можуть допомогти нам зрозуміти розвиток життя і піти цим же шляхом, щоб привнести нові технології на основі еволюції в матеріальний світ - свого роду неорганічні живі технології».
Зонди фон Неймана
Штучна життя на основі машин - це досить поширена ідея, чи не банальна, тому давайте просто розглянемо зонди фон Неймана, щоб не обходити її стороною. Вперше їх придумав в середині 20 століття угорський математик і футуролог Джон фон Нейман, який вважав, що для того, щоб відтворювати функції людського мозку, машина повинна мати механізми самоврядування і самовідновлення. Так він прийшов до ідеї створення самовідтворюються машин, в основі яких працюють спостереження за зростаючою складністю життя в процесі відтворення. Він вважав, що такі машини можуть стати свого роду універсальним конструктором, який міг би дозволити не тільки створювати повні репліки себе самого, а й покращувати або змінювати версії, тим самим здійснюючи еволюцію і нарощуючи складність згодом.
Інші футурологи на кшталт Фрімена Дайсона і Еріка Дрекслера досить швидко застосували ці ідеї до області космічних досліджень і створили зонд фон Неймана. Відправка самовоспроизводящегося робота в космос може бути найефективнішим способом колонізації галактики, адже так можна захопити весь Чумацький шлях менше ніж за один мільйон років, навіть будучи обмеженими швидкістю світла.
Як пояснив Мічіо Каку:
«Зонд фон Неймана - це робот, призначений для досягнення далеких зоряних систем і створення фабрик, які будуть будувати копії самих себе тисячами. Мертва місяць, навіть не планета, може стати ідеальним пунктом призначення для зондів фон Неймана, оскільки там буде простіше сідати і злітати з цих місяців, а також тому що на місяцях немає ерозії. Зонди могли б жити за рахунок землі, добуваючи залізо, нікель та іншу сировину для будівництва роботизованих фабрик. Вони б створили тисячі копій самих себе, які потім розійшлися б в пошуках інших зоряних систем ».
За довгі роки були придумані різні версії базової ідеї зонда фон Неймана, включаючи зонди освоєння і розвідки для тихого дослідження і спостереження позаземних цивілізацій зондів зв`язку, розкиданих по всьому космосу, щоб краще вловлювати радіосигнали інопланетян- робочі зонди для будівництва надмасивних космічних структур-зонди- колонізатори, які будуть підкорювати інші світи. Можуть бути навіть дороговказні зонди, які будуть виводити юні цивілізації в космос. На жаль, можуть бути й зонди-берсеркери, завданням яких буде знищення слідів будь-якої органіки в космосі, за чим піде будівництво поліцейських зондів, які будуть ці атаки відбивати. З огляду на те, що зонди фон Неймана можуть стати свого роду космічним вірусом, нам варто обережно підходити до їх розробки.
гіпотеза Геї
У 1975 році Джеймс Лавлок і Сідні Ептон спільно написали статтю для New Scientist під назвою «В пошуках Геї». Дотримуючись традиційної точки зору про те, що життя зародилося на Землі і процвітала завдяки потрібним матеріальним умовам, Лавлок і Ептон припустили, що життя таким чином взяла на себе активну роль у підтримці та визначенні умов для свого виживання. Вони припустили, що вся жива матерія на Землі, в повітрі, океанах і на поверхні є частиною єдиної системи, яка веде себе подібно сверхорганизм, який здатний налаштовувати температуру на поверхні і склад атмосфери за потрібне для виживання чином. Вони назвали таку систему Геей, в честь грецької богині землі. Вона існує, щоб підтримувати гомеостаз, завдяки якому на землі може існувати біосфера.
Лавлок працював над гіпотезою Геї з середини 60-х років. Основна ідея в тому, що біосфера Землі має ряд природних циклів, і коли один йде шкереберть, інші компенсують його так, щоб підтримувати життєву здатність. Це могло б пояснити, чому атмосфера не складається цілком з діоксиду вуглецю або чому моря не дуже солоні. Хоча вулканічні виверження зробили ранню атмосферу складається переважно з діоксиду вуглецю, з`явилися виробляють азот бактерії і рослини, що виробляють кисень в процесі фотосинтезу. Через мільйони років атмосфера змінилася на нашу користь. Хоча річки переносять сіль в океани з порід, солоність океанів залишається стабільною на 3,4%, оскільки сіль проникає через тріщини в океанічному дні. Це не свідомі процеси, але результат зворотного зв`язку, яка утримує планети в придатному для проживання рівновазі.
Інші свідчення включають те, що якби не біотична активність, метан і водень зникли б з атмосфери всього за кілька десятиліть. Крім того, незважаючи на збільшення температури Сонця на 30% за останні 3,5 мільярда років, середня глобальна температура похитнулася всього на 5 градусів за Цельсієм, завдяки регуляторному механізму, який видаляє вуглекислий газ з атмосфери і замикає його в скам`янілої органічної матерії.
Спочатку ідеї Лавлока були зустрінуті глузуванням і звинуваченнями. Згодом, однак, гіпотеза Геї вплинула на ідеї про біосферу Землі, допомогла сформувати цілісне їх сприйняття в науковому світі. Сьогодні гіпотеза Геї швидше поважається, ніж приймається вченими. Вона є скоріше позитивною культурною рамкою, в якій повинні проводитися наукові дослідження на тему Землі як глобальної екосистеми.
Палеонтолог Пітер Уорд розробив конкурентну гіпотезу Медеї, названу на честь матері, яка вбила своїх дітей, в грецькій міфології, основна ідея якої зводиться до того, що життя за своєю суттю прагне до саморуйнування і самогубства. Він вказує на те, що історично більшість масових вимирань були викликані формами життя, наприклад, мікроорганізмами або гоминидами в штанях, які наносять важкі каліцтва атмосфері Землі.
