Конкурс «Био/Мол/Текст»-2025/2026

Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «Био/Мол/Текст»-2025/2026.

Генеральный партнер конкурса — международная инновационная биотехнологическая компания BIOCAD.

---

Партнер номинации — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.

---

«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»

Вопросы, на которые мы будем искать ответ, я задала так:

— Что такое жизнь?

— Какие условия нужны для ее зарождения?

— Если условия будут другими, то возможна ли другая, альтернативная форма жизни?

— Сможем ли мы создать условия, чтобы проверить все биохимические гипотезы о зарождении альтернативной формы жизни?

— А возможно ли, что она будет совсем другой, еще неизведанной нами формой жизни?

Так как эта статья написана в соавторстве, то есть по частям, на вопросы в ней отвечали разные люди. Вопросы, на которые отвечала я — Иветта, отмечены в тексте буквой «И». Я также немного редактировала ответы Любови (они отмечены буквой «Л»), так как это ее первый опыт в написании статей. Но стиль автора был бережно сохранен.

Вопрос 1. Что такое жизнь? (И)

Для того, чтобы ответить на вопрос: «Что такое жизнь?», мы возьмем определение из «Википедии» (кое я считаю самым точным), и разберем его.

Итак, Жизнь, согласно «Википедии», — это активная форма существования материи от рождения до смерти, которая в обязательном порядке содержит в себе «свойства живого».

«Активная» — ключевое слово, которое отличает живую материю от неживой. Активность жизни проявляется в ее способности, используя внешние источники энергии (солнечный свет, химические соединения), совершать работу против стихийного стремления Вселенной к хаосу и равновесию. Это стремление описывается вторым законом термодинамики: в изолированной системе энтропия (мера беспорядка) не убывает. Неживая, пассивная материя подчиняется этому закону, стремясь к состоянию с наименьшей энергией и максимальной энтропией. Она подчиняется, в основном, пассивным процессам, то есть не обладает собственным движением, следовательно, нуждается во внешней форме, коя заставит ее двигаться.

Изменение пассивной материи определяется внешними силами и стремлением к равновесию. Живая материя нарушает это равновесие, используя внешнюю энергию для создания внутреннего порядка.

В то время, как пассивная материя подчиняется росту энтропии, живые организмы локально создают порядок. Чтобы построить сложную молекулу, необходимо совершить работу против хаоса. Однако эта работа возможна лишь потому, что живые системы поглощают извне организованную энергию (пищу, свет) и рассеивают в окружающую среду менее организованную энергию (тепло), увеличивая ее энтропию. Активная материя поглощает энергию извне и рассеивает ее в виде тепла, создавая энтропию. Получается, что живые системы локально создают порядок лишь за счет того, что глобально увеличивают беспорядок в окружающей их среде. Поэтому живое и неживое нельзя сопоставлять как две противоположные материи. Это не совсем так.

«Свойства живого» — это обмен веществ, рост и развитие, размножение, наследственность и изменчивость, эволюция, раздражимость, гомеостаз, дискретность и организация. Это набор критериев, отличающий живое от неживого. И ни одно из этих свойств не является уже доказательством признака живой материи: кристаллы растут, пламя размножается, компьютер поддерживает определенные параметры (гомеостаз), но это ничего не значит. Только реализуясь все вместе, критерии живого созидают работающую единую систему — живой организм.

Вопрос 2. Какие условия нужны для ее зарождения? (Л)

Стоит отметить, что сначала атмосфера Земли была не кислородной, а состояла из водяного пара и углекислого газа, метана, аммиака, сероводорода, угарного газа, водорода и азота. Это газы, которые имели восстановительные свойства (т.е. эти газы скорее могли отдавать, чем принимать электроны). Поэтому в 1920-х годах ученые предположили, что восстановительная среда отлично подходила для синтеза органических веществ, а молнии и ультрафиолетовое излучение от Солнца, которые на заре жизни не сдерживали озоновый слой, давали энергию для этого процесса. А возникала первая жизнь при разрыве прочных химических связей между элементами газов, образовывая свободные радикалы, то есть частицы, содержащие один неспаренный электрон на своей внешней оболочке, стремящийся найти себе пару.

Тогда же и была высказана идея о том, что древний океан представлял собой «первичный бульон» — раствор разнообразных органических соединений в воде.

Почему именно восстановительные свойства были важны?

Потому что присутствие кислорода — очень сильного окислителя, который все время стремится вступить с кем-то в реакцию, должно было мешать углероду прореагировать с другими веществами, чтобы образовать сложную органику, а не углекислый газ. В свою очередь, атмосфера, состоящая из восстановительных или нейтральных газов (таких как метан, аммиак, водород, азот — N₂, или углекислый газ — CO₂), создавала принципиально иную, «спокойную» химическую среду. В такой среде сложные органические молекулы, образовавшиеся, например, под действием молний или ультрафиолета, не подвергались мгновенному окислению. Они могли долгое время оставаться стабильными, накапливаться в «первичном бульоне», вступать в реакции друг с другом и постепенно усложняться, что в конечном итоге способствовало зарождению жизни.

В 50-х эту гипотезу ученые проверили, воссоздав в лаборатории условия, похожие на те, что были на ранней Земле. В итоге они получили аминокислоты — главные составляющие белков. При этом больше всего аминокислот синтезировалось в условиях, схожих с жерлами извергающихся вулканов. Так как, в отличие от ультрафиолетового излучения и молний, они являются стабильным источником энергии, а также имеют в составе своих пород много веществ, выступающих в роли катализаторов химических реакций.

Сегодня также полагают [1], что органика могла зародиться в горячих минеральных источниках с щелочной средой, где соблюдается комфортная температура для устойчивого существования органических веществ. Но есть и другие версии. Так, еще одним источником органики могли послужить метеориты, например, Мурчинсон, который упал на землю 4,5 млрд лет назад и содержал 80 аминокислот явно внеземного происхождения.

Конечно, одних аминокислот для возникновения жизни недостаточно. Нужны еще и нуклеиновые кислоты, которые необходимы для размножения, так как входят в состав ДНК и РНК (ДНК хранит наследственную информацию обо всех белках животных клеток, а РНК помогает клеткам считывать эту информацию и синтезировать нужные белки). Также было доказано, что нуклеотиды (мономеры нуклеиновых кислот) вполне себе могут появляться самопроизвольно, как раз в условиях восстановительной среды.

Считается, что на начальных этапах эволюции живого появились везикулы — протоклетки, состоящие из воды, жиров и глины, содержащей вулканический пепел. Они были способны преобразовывать энергию для жизнедеятельности в ходе химических реакций, то есть имели свойство обмена веществ. Росли же они за счет химических реакций, возникающих при контакте с внешней средой. Размножение протоклеток происходило из-за деформации и разделения их мембран с помощью температурного воздействия.

Однако везикулы не способны были распространять свой генетический материал, так как у них не было ДНК. Поэтому информацию в везикулах кодировала РНК, которая появилась в результате самосборки нуклеотидов.

Вопрос 3. Если условия будут другими, то возможна ли другая, альтернативная форма жизни? (Л, И)

Далее мы будем говорить о «появлении жизни» как об абиогенезе (от древнегреческого a — отрицание, bios — жизнь, genesis — происхождение), то есть о возникновении живой природы из неживой.

Изначально атмосфера Земли состояла из водорода и гелия, захваченных из космоса. Далее, как мы уже говорили, из-за вулканической деятельности на нашей планете образовалась восстановительная атмосфера.

Потом же в ней уменьшилось содержание водорода и стало больше азота и углекислого газа, которые были образованы в ходе химических реакций. Кислородная атмосфера возникла лишь с появлением фотосинтезирующих организмов. Это событие было названо кислородной катастрофой, и оно повлияло на многие процессы, протекающие на планете. К примеру, оно вызвало массовое вымирание анаэробных организмов, от того это и катастрофа. Но уже было упомянуто, что первая органика возникла в условиях, сформированных в восстановительной атмосфере. А что было бы с современной жизнью без появления кислорода?

Итак, так как кислородная атмосфера появилась совсем недавно, до этого на Земле уже успели появиться анаэробные бактерии, которые использовали для дыхания не кислород, а другие окислители. В частности, серу (или ее соединения, например, сульфаты SO₄^2–), которая, как и кислород, способна принимать электроны в ходе химических реакций, высвобождая энергию. Поэтому без кислорода какая-то жизнь совершенно точно была.

Жизнь без кислорода

Но так же точно то, что если бы не кислородная катастрофа, наша Земля сегодня была бы совсем иной: не было бы крупных существ, которые двигаются быстро, и животных с большим мозгом, так как на движение и мысленную активность требуется много энергии, а она оказалась бы в дефиците из-за того, что отсутствует ее самый эффективный источник — окисляемые кислородом питательные вещества. В основном энергия образовывалась бы не путем кислородного окисления органики, а путем брожения (преобразования сахаров в нужные организму вещества без участия кислорода), синтеза метана из углекислого газа и водорода с выделением энергии, или, вероятнее всего, сульфаты окисляли бы органику, но менее эффективно, чем кислород. При этом более значимую роль мог играть парниковый эффект, который образовывался бы из-за большого количества метана в атмосфере. Благодаря ему наша планета стала бы горячее, следовательно, химические процессы шли бы быстрее.

С другой стороны, развитию наземной жизни в таких условиях мешало бы отсутствие озонового слоя. Всем организмам пришлось бы укрываться в океане и не выходить на землю. В результате океаны планеты населяли бы анаэробные грибы, которым не нужен кислород для дыхания, и медлительные студенистые существа.

Другой «кислородный» вопрос может звучать так: что было бы, если бы окислительная среда на Земле возникла до восстановительной? Смогли бы при ней возникнуть такие сложные молекулы, как аминокислоты и нуклеотиды?

Вообще, главная роль кислорода — это окисление органических веществ (с его участием углерод превращается в углекислый газ, а остальные составляющие расщепляются до неорганики). Следовательно, кислород только мешал бы возникновению сложных молекул. Также в кислородной среде быстро разлагаются важные промежуточные соединения, необходимые для синтеза аминокислот и сахаров (как мы уже упоминали, в основе ДНК и РНК лежат пятиуглеродные сахара — дезоксирибоза и рибоза).

Жизнь без воды

Помимо кислорода, большую роль для развития жизни на Земле, как известно, сыграла и вода — ведь первая жизнь развивалась именно в водной среде. Но как бы она выглядела, если бы воды на Земле никогда не было, и была бы она вообще?

Если говорить лишь про Землю, то жизнь без воды на ней невозможна. Вода является универсальным растворителем, защищает жизнь под слоем льда при замерзании, направляет потоки питательных веществ, стабилизирует температуру и участвует в ключевых биохимических реакциях.

Но если говорить о совершенно другой планете без воды, то на ее роль хорошо подошел бы жидкий аммиак, который может растворять органические соединения. Только при нем обмен веществ в организмах происходил бы за счет сжигания водорода, и им пришлось бы выдерживать низкую температуру, ведь только при ней аммиак может быть жидким.

Воду также можно было бы заменить и метаном, как на планете Титан (в конце статьи мы еще вернемся к метану, но уже не на Титане, а на Марсе). Но метан, как неполярная молекула, будет растворять только нерастворимые в воде соединения. Поэтому мы сперва сосредоточимся на аммиаке.

В жидком аммиаке основой жизни станет, скорее всего, углерод, ибо здесь он сохраняет свои уникальные свойства, а именно — способность образовывать длинные цепи, кольца и сложные молекулы. Однако привычные белки и ДНК здесь работать не будут. Основа земной ДНК — это азотистые основания (аденин, гуанин, цитозин, тимин), которые формируют генетический код, а остов молекулы (фосфатная группа PO₄³⁻ и дезоксирибоза), в свою очередь, держит все азотистые основания вместе. Эта структура идеально стабильна и функционирует в водной среде. А если мы рассмотрим среду жидкого аммиака? Тут химия абсолютно смещается. Логично, что ключевую роль здесь будут играть соединения азота, ибо аммиак — это донор азота. Вместо фосфатной группы, которая любит воду, может использоваться группа, богатая азотом. Это могла бы быть нитридная группа или другая азотсодержащая структура. Также сахар или его аналог соединялся бы не через фосфор-кислородные связи, а через фосфор-азотные или через азот-азотные связи. Следовательно, вся биохимия такой жизни строилась бы на ином принципе: если земные полимеры (как ДНК) синтезируются с выделением воды, то в аммиачной среде аналогичные цепи собирались бы с выделением молекул самого аммиака (NH₃). Например, связь могла бы образовываться с выделением молекулы аммиака или других азотсодержащих функциональных групп.

Каков бы был мир из жидкого аммиака?

Мир такой жизни — ледяной мир с температурой от —33 до —77 ^oC (рис. 6), ибо аммиак остается жидким (что требуется для протекания химических реакций) только в этом диапазоне температур, в отличие от воды, которая остается жидкой от 0 до 100 ^oC. Если говорить про красоты такого мира, небо там могло бы быть оранжевым или постоянно затянутым облаками из кристаллов аммиака. Аммиачные океаны имели бы молочный или желтоватый цвет, снег — тоже.

Как бы выглядела аммиачная жизнь?

Кровь альтернативных животных тоже была бы на основе не воды, а жидкого аммиака. Вместо кислорода живые организмы могли бы использовать для дыхания растворимые в аммиаке соли, например, нитриты (NO₂⁻). А для преобразования энергии, при наличии источника света, подошли бы сера или соединения азота.

То есть, вместо глюкоза + кислород → энергия + CO₂ + H₂O, будет пища (растворимые в аммиаке органические соединения, богатые азотом и углеродом, например, производные цианидов или аминов) + нитрит → энергия + азот (N₂) + иные азотистые отходы.

Существа выдыхали бы не углекислый газ, а азот или гидразин (чтобы вы полностью осознавали весь экстрим такой жизни: люди используют гидразин для изготовления ракетного топлива). Жизнь была бы очень медлительной. Химические реакции в аммиаке при низких температурах идут гораздо медленнее, чем в жидкой воде. Итак, это могли бы быть крупные, малоподвижные формы жизни, которые имели бы очень медленный метаболизм. Их кожа, как и скелет, могла бы быть стеклянной или керамической — на основе кремнезема (SiO₂) или соединений бора, устойчивых к аммиаку. Если бы у этих существ были глаза, то из-за недостатка света они, скорее всего, могли бы видеть только в инфракрасном диапазоне. А с помощью обоняния, чтобы искать пищу и общаться, они должны были бы улавливать в аммиаке малейшие примеси солей и газов.

Звук в плотной жидкости усваивается лучше, поэтому существа, живущие в аммиачной среде, могли бы общаться сложными низкочастотными вибрациями, как киты в океане. В таком мире была бы полная тишина, нарушаемая лишь низким, вибрационным гулом. Из-за медленной скорости общение значительно растягивалось бы во времени. Но зато у этой жизни было бы намного больше терпения для обдумывания сложных концепций, чем у нас с вами. Если бы они дошли до уровня высоких технологий, они могли бы освоить криогенную технику, химию высокого давления, но для них было бы невозможным познать нашу огненную технологию, ибо открытый огонь в их атмосфере невозможен. Наше тело для такого мира было бы пламенем, разъедающим все вокруг. Реальный пример планеты, где подобный мир мог бы существовать, уже известен. Это планета K2-18b. K2-18b — экзопланета-субнептун. Ее водородосодержащая атмосфера богата водяным паром, метаном и углекислым газом.

С аммиаком разобрались, но остался еще один претендент на замену воде — метан. Зададимся теперь вопросом: каков бы был метановый мир?

Мир из метана был бы не просто холодным, а фундаментально иным. Температура —179 ^oC, кругом лед, а песок состоит из замерзших углеводородных крупинок. Реки, озера, моря, дожди, снег — из жидкого метана и этана. Они были бы темными, почти черными, и невероятно вязкими. На небе сияли бы плотные оранжевые облака из углеводородной дымки. Из-за низкой гравитации дождь шел бы в виде крупных капель, которые очень медленно падали бы на поверхность планеты. Мир пах бы бензином и пластмассой. Наши белки и ДНК здесь были бы невозможны. Ключевая проблема — клеточная мембрана. В метане привычный липидный бислой (как у наших клеток) просто растворился бы как сахар в чае. Существа дышали бы водородом, а пищей мог бы служить ацетилен. Реакция дыхания могла бы выглядеть как: C₂H₂ (ацетилен) + 3H₂ (водород) → 2CH₄ (метан) + энергия.

Если аммиачная жизнь была бы медленной, то тут эта медлительность превзошла бы себя.

Растения были бы черными и могли бы расти тысячи земных лет, а функции организмов могли бы быть еще более причудливыми: общение через изменение цвета и текстуры кожи, способность к низкочастотным вибрациям, отсутствие зрения, очень крупные и малоподвижные формы жизни, сидячее существование. Примеры планет с метановым миром можно найти в системе TRAPPIST-1e, f, g (рис. 7). Ибо TRAPPIST-1 — это единственная известная система с наибольшим числом планет размером с Землю, и три из них находятся в зоне обитаемости звезды.

Именно это делает их лучшими кандидатами для поиска альтернативных форм жизни, таких как метановая.

Жизнь без света звезды

Еще один интересный вопрос: могла бы существовать жизнь на планете, лишенной своей звезды?

Например, на какой-нибудь далекой экзопланете. Тут уже было сказано, что ультрафиолетовое излучение и солнечная радиация (которой никак не препятствовал озоновый слой, который возник только после появления кислородной атмосферы) давали энергию для возникновения новых органических веществ. Но могла бы жизнь в принципе зародиться и существовать без света и тепла звезды?

Оказывается, ответ на этот вопрос можно найти даже на Земле. На ней уже существуют экосистемы, которые доказывают, что жизнь может обходиться без энергии родительской звезды. Они находятся на дне океанов, а именно — в тех самых гидротермальных источниках и в глубоких океанских пещерах, где, судя по всему, жизнь когда-то и возникла. Наглядный пример — пещера Шондонг. Есть полноценное исследование данной пещеры в этом видео. Живут местные экосистемы за счет хемосинтеза, то есть берут энергию для жизнедеятельности из химических реакций. Эти организмы окисляют неорганические соединения из недр земли, а как источник углерода используют растворенную в воде угольную кислоту, а также состоят в симбиотических отношениях с бактериями-производителями.

Мир хемосинтеза был образован очагами жизни на определенных территориях. Поэтому, если бы это был единственный живой мир планеты, то он, скорее всего, состоял бы из очень малого разнообразия организмов, и в численности преобладали бы моллюски, черви и бактерии.

Из всего этого вытекает общий принцип: для жизни не обязателен свет звезды — достаточно наличия жидкой воды, источника химической энергии и подходящих реагентов. Именно этот принцип, а не сходство с Землей, заставляет ученых рассматривать как потенциально обитаемые такие тела, как спутник Юпитера Европу и спутник Сатурна Энцелад.

Жизнь в другой воде

Если говорить о возникновении жизни в воде, то и тут могут быть варианты. Чем была насыщена эта вода, и имеет ли это значение? Существует гипотеза [1], что прототипы клеток возникли в водоемах, где в составе воды преобладали ионы калия (гейзеры), а вовсе не в среде первичного океана с преобладанием ионов натрия. Снова вопрос: почему калий, а не натрий и другие элементы? И что было бы с органикой в другой среде?

Но не все так просто. Главная проблема кальция и магния в том, что они очень сильно притягивают к себе молекулы воды, а потому они просто вытянули бы всю воду из любых протоклеток. Еще одна проблема заключается в том, что кальций образует нерастворимые фосфаты, а фосфор крайне важен для жизни.

Жизнь без углерода

Для нас основной химический элемент при построении жизни — углерод. Для альтернативной жизни это мог бы быть кремний (рис. 9).

Кремний, как нетрудно заметить, находится прямо под углеродом в таблице Менделеева, поэтому их свойства довольно схожи. У него тоже 4 валентных электрона, поэтому теоретически он мог бы образовывать длинные цепи и сложные молекулы. Его соединения с водородом очень активны и разлагаются в воде, а соединение кремния и кислорода — это песок, который очень трудно вывести как продукт жизнедеятельности. Поэтому кремниевая жизнь возможна только в бескислородной среде при высоких температурах. Чтобы соединения кремния стали приемлемыми для сложных реакций (рис. 10А), нужна огромная энергия, поэтому кремниевая жизнь могла бы зародиться лишь на планете, сравнимой с печью, которая разогрета до сотен или даже тысяч градусов.

Растворителем могла бы быть расплавленная сера, силикатная магма (рис. 10Б) или расплавленный металл, например, олово или свинец.

Соответственно, горы были бы из силикатов, а реки и озера — из жидкой серы (рис. 10В).

Атмосфера — из паров серы, фтора или хлора. Вместо углеродных цепочек основу жизни составляли бы силиконовые цепочки (Si-O-Si-O-) или, реже, кремний-кремниевые (Si-Si). Подробнее о такой и других вариантах альтернативной жизни можно почитать на «Биомолекуле» [2].

Мы же добавим, что в силиконовых связях кроются свои проблемы. Такая связь невероятно прочная, и ее продуктом является кремнезем, то есть песок или кварц. Следовательно, дыхание для такой жизни стало бы катастрофой. Кремниевая жизнь ела бы силикаты, а выдыхала бы твердый песок (SiO₂) или стекло. В процессе жизнедеятельности такое существо покрывалось бы твердой каменной коркой. Ему необходимо было бы избавляться от твердых отходов и выдерживать чудовищные для нас температуры, поэтому оно бы напоминало живой кристалл (он рос бы, откладывая новые слои кремниевых соединений) или подвижное геологическое образование. Оно имело бы силикатный, внешний или внутренний скелет, а один его вдох мог бы длиться земные годы. Иными словами, такая жизнь очень проблемная, ибо кремний — это всего лишь тень углерода, коя могла бы породить почти невозможную жизнь. Мир кремниевой жизни — это медленная, каменная эволюция. А примеры планет, подходящих для такой эволюции, — CoRoT-7b, Kepler-10b, Kepler-78b, ибо на этих планетах экстремально высокая температура.

Помимо замены основного элемента, кардинально иная биохимия может возникнуть, если заменить саму основу жизни — углеродную цепь.

Азотно-фосфорные основы как замена углерода

Аналогичные углероду длинные цепи можно построить из чередующихся атомов фосфора и азота, создавая полимеры типа [-P=N-]n, известные как фосфазины. Ученые полагают, что это действительно возможно, ибо связь фосфор-азот (P=N) обладает частичной двойной связью, что делает ее прочной и позволяет формировать кольца и цепи, похожие на бензол и другие ароматические структуры в органике.

Экзотические условия для зарождения такой жизни должны, в свою очередь, включать отсутствие воды, ибо вода разрушает связи Р=N. Растворителем в безводной среде могла бы быть концентрированная серная кислота (H₂SO₄), которая стабилизирует такие соединения. А поддерживать энергетический метаболизм могла бы атмосфера, наполненная сильными окислителями, например, хлором (Cl₂) или фтором (F₂). Предполагается, что существа в этой среде будут дышать фтором. А их биохимия будет основана на фосфазиновой ДНК и фосфазиновых белках. Клеточные мембраны будут состоять из производных фосфора. Связь P=N гораздо более полярная, чем С=С, что делает ее более жесткой и ориентированной на реакции с сильными кислотами и окислителями.

Вместо простой цепочки P=N основой для хранения наследственной информации живых организмов могли бы служить более сложные полимеры на основе фосфазенов. Их скелет состоял бы из атомов фосфора, каждый из которых связан с двумя атомами азота [-P(=N)-N-], образуя гибкую основу. К атомам фосфора могли бы крепиться «информационные» боковые группы на основе бора, мышьяка или серы — подобно тому, как азотистые основания крепятся к сахарно-фосфатному остову в ДНК. Такая «фосфазеновая нуклеиновая кислота» теоретически могла бы хранить генетический код и самовоспроизводиться в агрессивной среде, где обычная ДНК мгновенно разрушилась бы.

Если говорить про существ в таком мире, то они будут дышать парами фтора, реакция дыхания будет такой: фосфазен-топливо + F₂ → окисленные отходы + энергия.

Подводные формы жизни в серной кислоте могли бы использовать в качестве окислителя пероксодисерную кислоту (H₂S₂O₈) или другие сильные окислители, растворенные в серной кислоте. Мембраны клеток состояли бы из фторуглеродов (тефлоноподобные структуры) или сложных сульфофосфатных полимеров, непроницаемых для серной кислоты. В качестве структурного материала для скелета мог бы использоваться фосфид бора (BP) — сверхтвердый, химически инертный материал, или стеклоподобные полифосфаты. Кровь или лимфа также имели бы в основе серную кислоту, насыщенную ионами фосфора и азота. Глаза существ, если бы они были (что сомнительно в такой среде), видели бы в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне.

Главное чувство животных там — детектирование малейших изменений в химическом составе кислоты и атмосферы. Такая планета была бы богата океанами из H₂SO₄ (рис. 11А, Б), а температура на ее поверхности колебалась бы от 0 до 300 °C, ибо серная кислота кипит при ~337 °C.

Это горячий мир. Плотная атмосфера из CO₂, SO₂, паров серной кислоты, и, что ключевое, — фтора (F₂) или хлора (Cl₂). «Земля» из сульфатных и фосфатных минералов. Вулканы могут извергать серу и соединения фосфора. Небо — желтое или оранжевое от серных облаков. Как итог — мир на азотно-фосфорных основах как царство экстремальной неорганической химии, воплощенной в живые формы. Проблемы такого мира — невероятная агрессивность среды, гигантские затраты энергии и крайне малая вероятность эволюции. Примеры же пригодных для этого сценария планет — Венера, а также Kepler-1649b и Kepler-1649c как аналоги Венеры (рис. 12).

Жизнь на физике плазмы

Жизнь внутри звезды — самый фантастический сценарий. В раскаленной плазме звезды (ионизированном газе) нет молекул — они просто разрушаются, однако, согласно некоторым гипотезам, внутри звезды могли бы возникать устойчивые магнитные структуры (рис. 13).

В плазме, состоящей из перегретых ядер и электронов, под воздействием мощных магнитных полей могли бы образовываться солитоны (рис. 14) [3] — уединенные волны, ведущие себя как частицы. Солитоны могли бы иметь сложную, самоподдерживающуюся структуру. Они могли бы поглощать энергию термоядерных реакций звезды, размножаться путем деления и обмениваться информацией с помощью электромагнитных волн. В общем, это были бы не существа, а мыслящие облака энергии.

Жизнь на других планетах

Итак, как мы видим, возможностей для развития альтернативной жизни не так мало. Почему же пока нам не удается обнаружить ее на других планетах? Почему все попытки найти органику на соседних Венере и Марсе безуспешны? И смогла бы существовать жизнь ближе или дальше от Солнца?

Почему невозможна жизнь на Марсе?

1. На Марсе практически отсутствует атмосферное давление, из-за этого вода не может существовать там в жидком виде. С поверхности она тут же испаряется, а под грунтом — замерзает.
2. Любая жизнь на этой планете должна скрываться глубоко под землей из-за космической радиации. Ведь из-за отсутствия атмосферы от нее ничего не защищает.
3. Средняя температура на Марсе —63 ^oC, а суточные перепады температуры огромны.
4. Почва на Марсе содержит перхлораты — сильные окислители, которые разрушают органические соединения земного типа.

На данный момент ученые ищут на Марсе следы древней жизни, и их надежда на успех во многом связана с уже обнаруженными следами рек и озер. Однако, говоря о современной жизни, ключевой вопрос в другом: могла бы эволюция создать на Марсе альтернативную, сверхустойчивую форму, способную выжить в таких условиях? Теоретически — да, если бы ее биохимия была основана на иных принципах и не зависела от наличия жидкой воды на поверхности. Поэтому, если жизнь там и существует сегодня, найти ее ожидают глубоко под почвой, где может сохраняться вода и есть защита от радиации.

Почему невозможна жизнь на Венере?

1. Средняя температура на этой планете +462 ^oC. В таких условиях любая органика не сможет выжить.
2. Крайне высокое давление, что мешает нормальному существованию воды.
3. Венеру окружают облака из серной кислоты, которая разъедает любую органику.

Высказывались предположения о наличии жизни в кислотных облаках Венеры (рис. 16): в верхних слоях ее атмосферы, где условия ближе к земным, нашли газ фосфин. Тут же появился вопрос: откуда он там взялся? Возможно, в облаках присутствует жизнь, не использующая для дыхания кислород, но это лишь гипотеза.

Получается, Земле очень повезло с расположением относительно Солнца. Ее орбита не слишком отдалена, но и не приближена к Солнцу слишком сильно. Как раз то, что надо. Ученые называют такую удачу попаданием в зону Златовласки, то есть в зону обитаемости. Если, например, мы сдвинем Землю на орбиту Венеры, океаны испарятся, и водяной пар создаст парниковый эффект. Вся вода превратится в облака, и жизнь на Земле погибнет. Если же передвинуть ее на орбиту Марса, все, наоборот, замерзнет, хотя жизнь может и сохраниться под толщей льда, питаясь хемосинтезом.

Вопрос 4. Сможем ли мы воссоздать условия, чтобы проверить все биохимические гипотезы о зарождении альтернативной формы жизни? (Л)

Да, теоретически это возможно. Но на практике мы столкнемся с большим количеством трудностей.

Итак, рецепт альтернативной формы жизни.

Нам понадобятся:

1. Набор химических ингредиентов (нужное подчеркнуть): метан, аммиак, углекислый газ, водород, азот, вода, глина, сульфиды железа, апатит, простые органические молекулы.
2. Определенные физические условия: низкая/высокая температура, давление, уровень кислотности, радиационный фон, гравитация.
3. Источники энергии: ультрафиолетовое излучение, молнии, вулканическая активность, энергия химических реакций.

Перемешать и наблюдать.

Точных пропорций нам, к сожалению, никто не скажет, не говоря уже о том, что мы перечислили лишь малую часть всех гипотез возникновения жизни. Так что придется последовательно подбирать различные условия, пока успех не будет достигнут.

Для синтеза РНК из неорганики, например, понадобятся: смесь аммиака, метана, водорода, воды и угарного газа, а также сульфиды металлов или монтмориллонит как ускорители реакций. А в процессе опыта придется по многу раз испарять жидкость для сохранения таких нестабильных веществ, как рибоза (сахар в составе РНК), создавать перепады температур из одной зоны в другую. При этом подобрать температуру, которая не разрушит цепи органических молекул.

Для возникновения жизни из сульфидов железа ингредиенты будут уже другими: много специфичных минералов и условия, как в гидротермальных источниках.

С альтернативными органогенами все еще сложнее: для создания жизни на базе кремния понадобятся высокие температуры и другой растворитель помимо воды, к примеру, аммиак, метан или серная кислота.

С какими проблемами могут столкнуться ученые, берущиеся за подобные эксперименты?

1. Проекты по имитации внеземных условий всегда занимают много времени и требуют огромных площадей.
2. Всегда есть риск не заметить жизнь, даже если ее появление удалось смоделировать. Целевые продукты реакции могут затеряться среди множества побочных.
3. Некоторые альтернативные формы жизни могут не признаваться людьми таковыми.

Однако все не так уж безнадежно. Мы уже многое делаем для изучения возникновения жизни из неорганики. Ученые успешно воссоздают геотермальные источники и древние озера, а затем проверяют, смогут ли там образоваться составляющие органических молекул. Процессы подбора оптимальных условий для проведения экспериментов становятся все более автоматизированными, что значительно ускоряет процесс. Кроме того, с развитием геномных технологий появляется все больше проектов по созданию искусственных, рукотворных организмов.

Ну и естественно не последнюю роль в этих поисках играет астробиология.

Наблюдая за формами жизни, проживающими в экстремальных условиях нашей планеты, и узнавая больше об условиях на других планетах, мы становимся все ближе к разгадке одной из самых больших тайн мироздания. А именно, к ответу на вопрос: «Откуда берется жизнь?».

Вопрос 5. А что, если альтернативная жизнь будет настолько другой, что мы не сможем ее осмыслить? (И)

Все наши гипотезы основаны на экстраполяции земного опыта, и потому очень уместен этот вопрос. Чтобы ответить на него, полезно будет немного порассуждать.

Начнем с того, что проблема эта не нова и всем давно известна. У нее даже есть специальное название — проблема антропоцентрической слепоты (в философии — антропоцентризм). Она заключается в том, что человек воспринимает мир исключительно через призму своих потребностей, ценностей и опыта, игнорируя интересы и внутреннюю ценность других видов и экосистем. Противоположность антропоцентризма — биоцентризм, или жизнецентризм — где центральной ценностью является вся живая природа в целом (и не только земная), а не один человек. Но даже испытывая приверженность к биоцентризму, мы все еще имеем дело с сознанием, ограниченным нашим собственным опытом. Когда мы делаем какое-то предположение, оно является результатом анализа уже имеющихся у нас данных. И для того, чтобы выйти за рамки этих данных, чтобы всегда помнить, что этих данных может быть недостаточно, нужно обладать недюжинным скептицизмом.

Какие же предположения об альтернативных формах жизни сегодня обсуждаются как наиболее смелые, но имеющие под собой научную базу? Логично то, что мы мыслим только из известной нам таблицы Менделеева и описанных ранее законов физики. При этом весьма вероятно, что некоторые, пока неизвестные, но существующие на Земле и в космическом пространстве элементы нам только предстоит открыть, а какие-то могут так и остаться неизвестными. Альтернативная жизнь может использовать как раз эти элементы или вообще не обращаться к химическим связям, а использовать, например, ядерные взаимодействия в сверхплотной материи нейтронных звезд. Последний вариант «ядерной жизни» в рассказе «Дракон Навьи» описывал американский физик и писатель-фантаст Роберт Форвард. И даже приводил серьезные физические обоснования. Также в романе «Солярис» Станислава Лема представлялся разумный океан, по сути, полевая или плазменная форма жизни.

В нашем понимании жизнь невозможна без электромагнитных сил. Но пока еще не было поставлено таких экспериментов, которые помогли бы определить наверняка, может ли жизнь использовать, например, структуры, способные к самоорганизации совершенно без химии. Это могла бы быть сложная самоорганизующаяся система, использующая любые доступные фундаментальные силы для поддержания своей структуры, метаболизма и репликации. Например, структура на слабом или сильном ядерном взаимодействии или жизнь на основе гравитационного взаимодействия.

Гравитационные структуры на слабом или сильном ядерном взаимодействии

Слабое ядерное взаимодействие

Химия здесь основана на процессах слабого распада, где один тип элементарных частиц превращается в другой. Да, это очень экзотично для нас. К примеру, может быть такой механизм распада:

нейтрон → протон + электрон + антинейтрино

В такой гипотезе молекулой считается не стабильная частица вещества, а устойчивая, дискретная единица самого процесса превращения, например, распад нейтрона. Тело жизни было бы тогда устойчиво не в смысле вечности, а в смысле своей постоянной квантовой воспроизводимости. Информация определялась бы не видом атомов, а типом актов превращений и их порядком во времени. Продукт одного акта становился бы инициатором следующего, создавая самоподдерживающуюся петлю процессов. Это и был бы организм — стабильная, замкнутая во времени и пространстве сеть взаимосвязанных процессов-событий (теория квантового дарвинизма). Таким образом, если мы ищем жизнь как пространственную структуру, она, возможно, могла бы существовать и как чисто временнáя структура. Это довольно сложно для осмысления.

Также в нашем мире информация определяется видом атомов и типом химической связи, а в квантовом мире информация определялась бы типом актов превращений и их порядком. Продукт одного акта превращения становился бы инициатором следующего акта превращения, и возникала бы самоподдерживающаяся петля процессов. Это и был бы организм — стабильная, замкнутая во времени и пространстве сеть взаимосвязанных процессов-событий. Тела жизни, таким образом, были бы устойчивы не в смысле вечности, а в смысле своей квантовой воспроизводимости. Так как акт превращения протекает с точки зрения квантовых чисел (заряда, спина, лептонного числа). Тогда как мы ищем жизнь как пространственную структуру, она, возможно, существует где-то как временна́я структура.

Сильное ядерное взаимодействие

Среда обитания для жизни — это нейтронные звезды (рис. 17А, Б), кварковая материя (рис. 17В), ранняя вселенная (рис. 17Г, Д) в первые секунды после большого взрыва.

То есть плотность ~10¹⁷—10¹⁸ кг/м³, температура в миллионы градусов Кельвина, огромное давление, при котором электроны просто вдавлены в протоны, и гравитация 10¹¹g (что на 100 миллиардов больше, чем свободное падение на Земле). В условиях такой гравитации атомы просто деформируются.

А в сумме условия таковы, что обычная химия в них, конечно, никогда не сможет породить жизни. Скорее, эти силы слепят новую экзотическую реальность. Здесь объектами будут не химические реакции, базирующиеся на электромагнитном обмене электронами, а ядерные химические реакции, то есть адроны (протоны, нейтроны) и их возбужденные состояния — резонансы. Как примеры — цепочка из двух нейтронов могла бы быть аналогом ядерного водорода, из шести — ядерного углерода, а из 8 — ядерного кислорода.

Короче говоря, «ядерные атомы» могли бы соединяться друг с другом, образовывая «ядерные молекулы». Связь осуществлялась бы не через обмен электронов, а через обмен пи-мезонами или другими переносчиками сильного взаимодействия. Здесь была бы та же таблица Менделеева, но ее отличие было бы в том, что элементы отличались бы друг от друга не числом протонов, а конфигурацией и количеством нейтронов в гипотетических устойчивых агрегатах.

Давайте теперь рассмотрим такую жизнь с материальной точки зрения. Чтобы таких существ не сдавила гравитация, они, вероятно, будут очень плоскими — предположительно, не более нескольких миллиметров толщиной. Средой для них будут служить самые верхние, то есть чуть менее плотные слои нейтронной звезды, где условия позволяют выстраивать сложные ядерные структуры. Кожей таких существ будет инертный ядерный материал, устойчивый к невероятным для нас давлению и температуре.

Мышцами — волокна, способные сокращаться за счет быстрых ядерных реакций, высвобождающих энергию для движения. Питаться эти существа будут свободными нейтронами, протонами и другими легкими ядрами из атмосферы, а все процессы, и мысленные, и двигательные, будут протекать у них в миллионы раз быстрее, чем могли бы протекать на Земле. Секунда в их теле была бы тысячей лет — в нашем.

Если же такая жизнь существовала бы в среде более глубоких слоев коры нейтронной звезды, то она могла бы предстать в виде глубинных растений, произрастающих из ядра, где идут процессы медленного ядерного синтеза или распада с выбросом энергии. Их «листья» или «цветы» для улавливания частиц и излучения доходили бы до самой поверхности звезды. Они бы питались энергией ядерных переходов и гравитационными коллапсами в коре звезды, которые ловили бы своими листьями и цветами.

И да, «ядерная ДНК», которая предположительно хранилась бы в ядерном нуклеотиде, была бы невероятно компактной. Все гены сложного организма могли бы помещаться в объеме меньшем, чем объем бактерии, из-за условий, в которых возникла такая ДНК.

Проблемы у этой теории, конечно, тоже есть. Они почти такие же, какие мы описывали ранее, обсуждая жизнь на физике плазмы (внутри звезды). Энтропия (рис. 18), время (быстрые процессы означают и быструю смерть, по крайней мере для нас), чудовищный энергетический баланс, проблема информационной плотности. Разумеется, все это кажется проблемами только в нашем человеческом понимании.

Жизнь на основе гравитационного взаимодействия

Звезды и черные дыры — как нейроны. Они генерируют энергию (звездный синтез, аккреция, рис. 19А, — процесс поглощения вещества гравитацией) и информацию (излучение, гравитационные волны).

Гравитационные поля для них — это аксоны и синапсы — длинные отростки нервной клетки и места их соединений, передающие сигналы (рис. 19Б).

Они связывают теоретические нейроны в единую сеть, передавая информацию через изменение сил притяжения. Темная материя в этом сценарии будет все удерживать, формируя гравитационный потенциал. Да, напоминаю, это все не абсурд, мы говорим про жизнь не в человеческом, а в биоцентрическом понимании. Мысль здесь — это согласованное изменение орбит звезд, перераспределение газовых потоков и модуляция излучения, а не электрический импульс, как у нас.

Галактический разум рассуждал бы не словами, а перестраивал бы свои космические механизмы. Преобразуя, если мы говорим про галактику, свои спиральные рукава, запуская волны звездообразования или меняя активность ядра. В таком масштабе одна мысль могла бы длиться миллионы лет, и, возможно, мы прямо сейчас наблюдаем развитие мысли вселенной как медленную эволюцию галактики. С точки зрения самого организма (галактики) — это осознанный, целенаправленный процесс. И именно рассмотрение галактики как жизни — наиболее разработанная концепция теории жизни на основе гравитационного взаимодействия. Но есть и другие концепции.

Жизнь из темной материи

Темная материя (рис. 20) — это сложная, самовзаимодействующая субстанция. Поэтому неудивительно, что существует теория о рассмотрении ее как полноценного организма. Существа из темной материи, что логично, должны быть темными, и мы не могли бы их увидеть, потрогать или как-то зафиксировать.

Они бы могли двигаться по каналам гравитации, и все их связи осуществлялись через гравитационное взаимодействие. Информация и сила передавались бы не электрическими импульсами по нейронам, а колебаниями и волнами в самом гравитационном поле, создаваемыми их массивными телами. Массивные тела, состоящие из темной материи, обладали бы чудовищной плотностью и, следовательно, создавали бы мощные гравитационные поля вокруг себя, искривляя пространство-время. Каждый такой организм был бы сам по себе локальным источником гравитации. Они бы спокойно могли проходить через нашу планету как призраки, и через любой другой объект в принципе, так как это свойство самой темной материи.

Жизнь как пространственно-временная структура

Самая интересная из самых интересных, по моему скромному мнению. Как мы знаем, наша общая теория относительности допускает существование экзотических топологий пространства-времени — червоточин (рис. 21).

Сеть червоточин, соединяющих разные точки пространства-времени, может выступать аналогом живого организма. Для наглядности можно вспомнить «Векну» из сериала «Очень странные дела» — гигантскую биологическую сеть, пронизывающую параллельное измерение. Эта сеть в реальной же жизни, теоретически, могла бы поддерживать свою стабильность, поглощая энергию из квантовых флуктуаций вакуума или из вращающихся черных дыр. Мысль бы заключалась в изменении топологии такой сети, открытии и закрытии порталов, создании новых связей. Такой разум был бы способен менять всю геометрию вселенной, так как, предположительно, был бы вездесущ. Для нас, наблюдателей, такая жизнь выглядела бы как ряд квантово-гравитационных аномалий, постоянное спонтанное возникновение или исчезновение энергии и изменение геометрии пространства. На первый взгляд, сумасшествие, но, с другой стороны, все эти космические механизмы имеют все, присущее жизни. Галактика, которая активно борется с энтропией, адаптируется к угрозам, обменивается информацией внутри себя и порождает подобные себе структуры с наследуемыми признаками, обладает и метаболизмом, и ростом, и размножением, и эволюцией, и самоорганизацией, и реакцией на среду. Лишь поразмышляйте об этом сами.

Жизнь на основе электромагнитного взаимодействия

Здесь можно выделить плазменную жизнь, которую мы уже обсуждали, и световую жизнь, которую мы еще не обсуждали. По теории световой, или фотонной, жизни, предполагается, что электромагнитное поле и поток фотонов могут быть не просто переносчиками энергии, а субстратом для сложности, памяти и самоорганизации. Тут есть два варианта: жизнь из света и жизнь на свету.

Жизнь из света

Основой (клеткой) такого организма могло бы быть солитонное световое кольцо или тороидальный вихрь электромагнитной энергии. Почему именно солитонное?

Солитон — это такой вид волны, который ведет себя как частица. Он сохраняет свои форму и энергию при распространении, не рассеиваясь, поэтому он — самый вероятный кандидат. В определенных средах, например, в плазме, свет может преобразовываться в стабильные, самоподдерживающиеся структуры. Так работает физика подобной среды. Чтобы фотоны не разлетались, а созидали полноценный организм, структура должна удерживаться собственным гравитационным полем (что требует, разумеется, чудовищной энергии) в среде, где давление и плотность удерживают световую конфигурацию, то есть, например, внутри плазменного шара или звезды. Теоретически она может удерживаться искривлением пространства-времени. Мощный электромагнитный поток может сам искривлять собой пространство, создавая местечко (гравитационную ямку) для зарождения такого организма, то есть жизни.

Существо в этом контексте питалось бы звездным светом, космическими лучами, преобразуя их в энергию для поддержания целостности своей солитонной структуры. Отходами могли бы быть фотоны с другой длиной волны, например, инфракрасное излучение. Интересно? Да. Генетический код мог бы быть зашифрован во внутренней структуре электромагнитного поля, то есть в поляризации фотонов, их фазе, частоте и амплитуде. А размножение такого организма — это деление солитона на две идентичных структуры.

Жизнь на свету

Этот сценарий наиболее правдоподобен среди нами перечисленных «физических жизней», и очень красив. Здесь сознание организма — не свойство нейронов, а свойство электромагнитного поля, которое эти нейроны генерирует. Такая жизнь могла бы существовать на планете, покрытой сложной сетью кристаллов (рис. 22), способных хранить и передавать световые сигналы, чем-то напоминая фантастические «живые цветы-зеркала» из «Тайны третьей планеты», но в планетарном масштабе.

Такой механизм мог бы созидать глобальную фотонную нейросеть. Мысль на просторах этой планеты представляла бы собой сложный случай интерференции и модуляции лазерных лучей. Такой же случай мог бы произойти на звезде как на мыслящем существе, где плазма является идеальной средой для распространения и взаимодействия электромагнитных волн. Там могли бы возникать устойчивые стоячие волны невероятной сложности. Эти волны могли бы эволюционировать, взаимодействовать и хранить информацию, образуя прототип сознания, для которого вся звезда — это тело и мозг одновременно. На квантовом уровне фотоны запутанные. Согласитесь, запутанная сеть из миллионов фотонов могла бы представлять собой вычислительную систему, превосходящую любой квантовый компьютер. Такой разум видел бы мир... совсем иначе. На основе квантового сознания.

Проблема световой жизни — это проблема памяти и противодействия энтропии, как и во всех звездных жизнях. Свет не инертен, и, чтобы фотонная структура хранила информацию, она должна быть динамически стабильной, постоянно тратя энергию на поддержание своего состояния против рассеивания. Таким образом, если плазменная жизнь сталкивается с проблемой хаоса, а гравитационная — с проблемой слабого сигнала, то задача для фотонной формы — это создание устойчивой «динамической памяти» в самой быстротечной из возможных сред.

Вопрос 6. Какой из всего этого мы можем сделать вывод?

Все гипотетические формы жизни, которые мы перечислили, результат мысленного эксперимента, который наводит нас на вопросы:

1. Является ли жизнь исключительно свойством материи (смотреть определение жизни в начале текста)? Или она может быть свойством чего-то совсем другого? Например, свойством пространства-времени и полей? Или чего-то нам вообще незнакомого.
2. Может ли интеллект быть вездесущим, основательным свойством системы, регулирующим все, а не просто свойством организма? И вообще, каковы его масштабы, какую форму он способен принимать?

Возможно, мы все — маленькие бактерии по сравнению с вездесущим супер-существом, мыслящим масштабами вселенной. Если это правда так, мы никогда не сможем даже приблизиться к осознанию его существования.

Литература

1. «Элементы»: «Жизнь на Земле могла возникнуть в щелочных озерах с высоким содержанием фосфора»;
2. Альтернативная биохимия;
3. Neveen G. A. Farag, Ahmed H. Eltanboly, M. S. EL-Azab, S. S. A. Obayya. (2021). On the Analytical and Numerical Solutions of the One-Dimensional Nonlinear Schrodinger Equation. Mathematical Problems in Engineering. 2021, 1-15;
4. Уиллис Д. Все эти миры — ваши. Научные поиски внеземной жизни. М.: «Альпина нон-фикшн», 2018. — 296 с.;
5. Шкловский И. С. Вселенная, жизнь, разум. М.: «Наука», 1987. — 316 с.;
6. Опарин А. И., Фесенков В. Г. Жизнь во Вселенной. М.: изд-во Акад. наук СССР, 1956 г. — 224 с..