самая примитивная форма жизни
ТОП-10: Формы жизни, возможные с научной точки зрения
Этот вопрос привлекал внимание человечества задолго до летописной истории. Какая жизнь существует вне этого маленького шара, который мы называем Землей? Независимо от того, говорим ли мы о богах Олимпа или Клингонах из «Звездного пути», это тема периодически всплывает на протяжении всей истории человечества.
Поскольку, благодаря науке, наши знания о Вселенной каждый год расширяются, мы ждем новостей об обнаружении внеземной жизни. Но что, если мы ищем в неправильном месте?
Наука предсказывает возможность существования множества неожиданных форм жизни. Хотя это невозможно на Земле, они вполне могут существовать в другом месте Вселенной. Итак, без дальнейших церемоний, вот Топ-10 форм жизни, возможных с научной точки зрения.
10. Жизнь на основе кремния
Фото: Elizabeth Ruck
Кремний — это молекула, структура и химические свойства которой удивительно похожи на свойства углерода—элемента, на базе которого строится большая часть жизни на Земле. Важной частью жизни, как мы знаем, является способность углерода образовывать сложные цепочки атомов и молекул, достаточно длинные, чтобы включать биологическое программирование, такое как ДНК. Кремний, который широко используется в компьютерных чипах, является самым близким элементом, который когда-либо использовало человечество для создания систем интеллекта. При правильных обстоятельствах кремний обладает потенциалом сформировать свою собственную версию ДНК.
Кроме того, на Земле есть примеры организмов, где кремний используется в биологических структурах, в частности, речь идет о водорослях, известных как диатомы. Каждый год в океанах они используют более, чем шесть миллиардов метрических тонн кремния, а также производят почти 20 процентов кислорода на нашей планете. Таким образом, вполне вероятно, что на других планетах кремний может существовать как ранняя форма жизни, способствуя обогащению их атмосферы кислородом и подготавливая к появлению более продвинутой жизни.
9. Жизнь на основе мышьяка
Хотя кажется нелогичным, что один из самых известных на Земле ядов может стать основой для формирования жизни, наука предполагает, что мышьяк вполне может быть включен в сложные биомолекулы. Аргумент в пользу возможности существования мышьяка в жизненных формах связан с тем, что по химическому составу он схож с фосфором, основной частью ДНК на Земле. Некоторые исследования предлагают, что мышьяк мог быть частью ранней ДНК на Земле, занимая теперешнее место фосфора.
На ранней стадии жизни, до того, как микробная активность помогла выщелачивать фосфор из горных пород в океане, мышьяк был гораздо более доступен организмам, живущим вблизи гидротермальных источников глубоко в воде. Хотя данные свидетельствуют о том, что фосфор является более эффективным химическим веществом для развитой жизни, чем мышьяк, ядовитый элемент, вероятно, будет достаточно хорош для ранних, простых форм жизни. Существа, состоящие из этого вещества, могут скрываться в глубинах чужих нам океанов.
8. Жизнь на базе аммиака
Вода необходима для всех земных форм жизни. В наших телах жидкость – это раствор, который необходим почти для всех химических реакций, в результате которых производится энергия и поддерживаются функции организма. Это верно как в отношении людей, так и в отношении малюсеньких микробов. Но что, если существует альтернатива воде? Современная наука предполагает, что так оно и есть. Для того чтобы жизнь существовала в веществе, отличном от воды, оно должно оставаться жидким в большом диапазоне температур, либо существовать на планете, где в течение года температура меняется незначительно. Вода остается жидкой в диапазоне температур от 0 градусов по Цельсию до 100 градусов по Цельсию.
7. Жизнь на основе метана
Наряду с тем, что клеточные мембраны могут быть созданы молекулами азота, углерода и водорода, которые, как известно, существуют в океанах Титана, эта способность означает, что в замороженных глубинах океанов метана могут существовать простые организмы. Как и в случае с организмами на основе аммиака, жизнь в метановых океанах по своей природе протекала бы гораздо медленнее, чем на Земле. Медленный метаболизм и эволюция были бы обусловлены низкими температурами, необходимыми, чтобы океан оставался жидким.
6. Жизнь на основе углерода
Фото: Smithsonian Magazine
Углеродная форма жизни — это единственная форма, о которой мы, сами будучи углеродной формой жизни, что-либо знаем. Мы уверены, что сотни планет существуют в потенциально обитаемых зонах их звезд. Эти планеты могли бы поддерживать жизнь такой, какой мы ее знаем, на них есть кислород, жидкая вода и даже химические вещества и реакции, необходимые для того, чтобы жизнь зародилась. Кроме того, жизнь на основе углерода является единственной существующей, в чем мы уверены, формой жизни, свидетельством чему служит наша собственная планета.
Это не означает, что на других планетах жизнь на основе углерода будет выглядеть точно так же, как на Земле. В ходе эволюции, внеземная жизнь на основе углерода может принять совершенно другую форму, адаптируясь к своей окружающей среде. Достаточно посмотреть на огромное количество форм жизни, которые существуют на Земле. Они обитают повсюду-от ледяных океанов до устьев действующих вулканов и линий разломов. Существование организмов на Земле в таких экстремальных условиях является доказательством того, что вполне возможно существование такого рода жизни на большом числе других планет, в том числе на тех, которые мы считаем непригодными для жизни человека.
5. Гибридная жизнь
Если, теоретически, живые существа могли развиться, используя для этого совсем иную, чем на Земле основу, почему они не могли объединить несколько методов? Например, жизнь может основываться главным образом на кремнии, содержать элементы углерода или мышьяка и использовать аммиак в качестве раствора. Как упоминалось ранее, некоторые формы жизни на Земле включают в свои клетки кремниевые структуры. Так почему бы не сделать еще один шаг? Если организм эволюционировал на планете, где много элементов, которые могут стать основой для жизни, почему бы не использовать несколько?
Кремний и углерод могут объединиться друг с другом так же, как кремний и кислород, углерод и кислород, кремний и фтор. Таким образом, эти молекулы могут вступать в реакцию и формировать сложные цепи, которые будут хранить и передавать информацию способом, аналогичным ДНК. Можно также предположить наличие биосферы с несколькими подгруппами существ, одна из которых использовала бы в качестве основы углерод, а другая другой элемент, такой как кремний. В общем биосфера может содержать сразу две группы жизни с разными базовыми элементами.
4. Жизнь на основе плазмы
Фото: Science Daily
Это действительно из разряда научной фантастики. С помощью моделирования условий, возможных в космосе, исследование 2007 года показало, что плазма и пыль могут функционировать таким образом, что их можно квалифицировать как жизнь. Они могут даже сформировать микроскопическую двойную спираль из твердых частиц путем поляризации плазмы и пыли. Звучит знакомо?
Еще более интересное исследование показало, что эти спирали могут претерпевать такие изменения, как те, которые связаны с органическими молекулами, в частности ДНК. Они могут делиться, дублироваться и даже эволюционировать по мере того, как менее стабильные нити распадаются, а более стабильные остаются. Такие формы жизни могут существовать в виде леденящих кровь сущностей, созданных из неорганических элементов в межзвездной пустоте внутри массивных пылевых облаков, в плазме или пылевых кольцах, окружающих звезды. Благодаря продолжающейся эволюции, вполне возможно, что такие облака в один прекрасный день обретут разум.
3. Небесная жизнь
Фото: sci-news.com
Хотя в настоящее время наука не предполагает, что звезды или галактики могут самостоятельно формировать жизнь, она говорит о возможности того, что органические соединения могут образовываться вне родной планеты с помощью близлежащих звезд и звездных структур. С помощью Атакамской большой [антенной] решётки миллиметрового диапазона — комплекса радиотелескопов, расположенный в чилийской пустыне Атакама, органические соединения удалось обнаружить в Большом Магеллановом Облаке, галактике – спутнике Млечного Пути. В двух туманностях в Большом Магеллановом Облаке были обнаружены сложные органические молекулы, важные для органической жизни, такие как метанол, диметиловый эфир и метилформиат.
Это говорит о том, что, при необходимом количестве времени и правильных обстоятельствах, эти соединения могут в конечном итоге сформироваться в самовоспроизводящиеся молекулы, которые станут основой жизни в подобных туманностях. Позже они могли бы создать более сложные биологические структуры. Поскольку такие существа эволюционировали бы без влияния гравитации, такой какую мы ощущаем на Земле, мы понятия не имеем, как они могли бы выглядеть.
2. Панспермия
Одна популярная теория утверждает, что жизнь во Вселенной распространяется путем удара космического тела по ранее ненаселенным планетам. Эта теория утверждает, что жизнь может быть занесена с помощью пыли, мусора, астероида и кометы, на которых находятся микроорганизмы с других планет. Чтобы такой сценарий был возможен, чужеродные организмы должны в течение длительного времени выдерживать влияние разных сил, а также очень низкие или очень высокие температуры. Это связано с воздействием внутренних условий планеты, жарой от трения при прохождении атмосферы планеты и длительным временем, когда организмы летят через пространство—потенциально тысячи или миллионы лет.
Подобные организмы уже существуют на Земле. Экстремофилы могут выдерживать экстремальную жару или холод, УФ лучи и влияние разных физических сил. Хотя они входят в число наиболее известных основных форм жизни, они обладают беспрецедентной способностью выживать в условиях, в которых большинство других организмов погибли бы. Таким образом, вполне вероятно, что жизнь могла распространиться по всей Вселенной благодаря астероидам и экстремофилам, которые попали на эти астероиды.
Даже если бы жизнь началась с экстремофилов, занесенных небесным телом, упрощенная природа этих организмов делает маловероятным, чтобы они эволюционировали во что-то похожее на сложных существ с их родной планеты. Это невозможно из-за разных особенностей, которые необходимы для выживания на новой планете и на планете, откуда они родом.
1.Другой жизни не существует
К сожалению, вполне возможно, что Земля единственная планета во Вселенной, на которой есть жизнь. Из-за необъятности пространства и ограничений, которые скорость света накладывает на межгалактические путешествия, мы можем никогда не обнаружить другую жизнь или даже определить, существует ли она вообще. В наблюдаемой Вселенной мы не нашли никаких конкретных доказательств того, что жизнь существует или когда-либо существовала на других планетах. Вселенной всего около 13,8 миллиардов лет. Хотя этот срок может показаться значительным, мы не знаем, до какого возраста доживет Вселенная. Возможно, мы являемся первой планетой, на которой развилась, и многие другие планеты в будущем последуют за нами.
10 возможных форм жизни
В поисках внеземного разума ученые часто получают обвинения в «углеродном шовинизме», поскольку ожидают, что другие жизнеформы во Вселенной будут состоять из тех же биохимических строительных блоков, что и мы, соответствующим образом выстраивая свои поиски. Но жизнь вполне может быть другой — и люди об этом задумываются — поэтому давайте изучим десять возможных биологических и небиологических систем, которые расширяют определение «жизни».
Метаногены
Жизнь на основе кремния
Кремний остается популярным именно потому, что очень похож на углерод и может образовывать четыре связи, подобно углероду, что открывает возможность создания биохимической системы полностью зависимой от кремния. Это самый распространенный элемент в земной коре, если не считать кислород. На Земле есть водоросли, которые включают кремний в свой процесс роста. Кремний играет вторую после углерода роль, поскольку тот может образовывать более стабильные и разнообразные комплексные структуры, необходимые для жизни. Углеродные молекулы включают кислород и азот, которые образуют невероятно крепкие связи. Сложные молекулы на основе кремния, к сожалению, имеют тенденцию распадаться. Кроме того, углерод чрезвычайно распространен во Вселенной и существует миллиарды лет.
Едва ли жизнь на основе кремния появится в окружении, подобном земному, поскольку большая часть свободного кремния будет заперта в вулканических и магматических породах из силикатных материалов. Предполагают, что в высокотемпературном окружении все может быть по-другому, но никаких доказательств пока не нашли. Экстремальный мир вроде Титана мог бы поддерживать жизнь на основе кремния, возможно, вкупе с метаногенами, так как молекулы кремния вроде силанов и полисиланов могут имитировать органическую химию Земли. Тем не менее на поверхности Титана преобладает углерод, тогда как большая часть кремния находится глубоко под поверхностью.
Астрохимик NASA Макс Бернштейн предположил, что жизнь на основе кремния могла бы существовать на очень горячей планете, с атмосферой богатой водородом и бедной кислородом, позволяя случиться комплексной силановой химии с обратными кремниевыми связями с селеном или теллуром, но такое, по мнению Бернштейна, маловероятно. На Земле такие организмы размножались бы очень медленно, а наши биохимии никак бы не мешали друг другу. Они, впрочем, могли бы медленно поедать наши города, но «к ним можно было бы применить отбойный молоток».
Другие биохимические варианты
Другая возможная форма жизни, которая привлекла определенное внимание, это жизнь на основе мышьяка. Вся жизнь на Земле состоит из углерода, водорода, кислорода, фосфора и серы, но в 2010 году NASA объявило, что нашло бактерию GFAJ-1, которая могла включать мышьяк вместо фосфора в клеточную структуру без всяких последствий для себя. GFAJ-1 живет в богатых мышьяков водах озера Моно в Калифорнии. Мышьяк ядовит для любого живого существа на планете, кроме нескольких микроорганизмов, которые нормально его переносят или дышат им. GFAJ-1 стала первым случаем включения организмом этого элемента в качестве биологического строительного блока. Независимые эксперты немного разбавили это заявление, когда не нашли никаких свидетельств включения мышьяка в ДНК или хотя бы каких-нибудь арсенатов. Тем не менее разгорелся интерес к возможной биохимии на основе мышьяка.
В качестве возможной альтернативы воде для строительства форм жизни выдвигался и аммиак. Ученые предположили существование биохимии на основе азотно-водородных соединений, которые используют аммиак в качестве растворителя; он мог бы использоваться для создания протеинов, нуклеиновых кислот и полипептидов. Любые формы жизни на основе аммиака должны существовать при низких температурах, при которых аммиак принимает жидкую форму. Твердый аммиак плотнее жидкого аммиака, поэтому нет никакого способа остановить его замерзание при похолодании. Для одноклеточных организмов это не составило бы проблемы, но вызвало бы хаос для многоклеточных. Тем не менее существует возможность существования одноклеточных аммиачных организмов на холодных планетах Солнечной системы, а также на газовых гигантах вроде Юпитера.
Сера, как полагают, послужила основой для начала метаболизма на Земле, и известные организмы, в метаболизм которых включена сера вместо кислорода, существуют в экстремальных условиях на Земле. Возможно, в другом мире формы жизни на основе серы могли бы получить эволюционное преимущество. Некоторые считают, что азот и фосфор могли бы также занять место углерода при довольно специфических условиях.
Меметическая жизнь
Подобные мемы существовали до человечества, в социальных призывах птиц и усвоенном поведении приматов. Когда человечество стало способно абстрактно мыслить, мемы получили дальнейшее развитие, управляя племенными отношениями и формируя основу для первых традиций, культуры и религии. Изобретение письма еще больше подтолкнуло развитие мемов, поскольку они смогли распространяться в пространстве и времени, передавая меметичную информацию подобно тому, как гены передают биологическую. Для некоторых это чистая аналогия, но другие считают, что мемы представляют уникальную, хотя немного рудиментарную и ограниченную форму жизни.
Некоторые пошли еще дальше. Георг ван Дрим разработал теорию «симбиосизма», которая подразумевает, что языки — это сами по себе формы жизни. Старые лингвистические теории считали язык чем-то вроде паразита, но ван Дрим полагает, что мы живем в сотрудничестве с меметическими сущностями, населяющими наш мозг. Мы живем в симбиотических отношениях с языковыми организмами: без нас они не могут существовать, а без них мы ничем не отличаемся от обезьян. Он считает, что иллюзия сознания и свободной воли вылилась из взаимодействия животных инстинктов, голода и похоти человека-носителя и лингвистического симбионта, воспроизводящегося с помощью идей и смыслов.
Синтетическая жизнь на основе XNA
Жизнь на Земле основана на двух переносящих информацию молекулах, ДНК и РНК, и долгое время ученые размышляли, можно ли создать другие похожие молекулы. Хотя любой полимер может хранить информацию, РНК и ДНК отображают наследственность, кодирование и передачу генетической информации и способны адаптироваться с течением времени в процессе эволюции. ДНК и РНК — это цепи молекул-нуклеотидов, состоящих из трех химических компонентов — фосфата, пятиуглеродной сахарной группы (дезоксирибоза в ДНК или рибоза в РНК) и одного из пяти стандартных оснований (аденин, гуанин, цитозин, тимин или урацил).
В 2012 году группа ученых из Англии, Бельгии и Дании первой в мире разработала ксенонуклеиновую кислоту (КНК, XNA), синтетические нуклеотиды, функционально и структурно напоминающие ДНК и РНК. Они были разработаны путем замены сахарных групп дезоксирибозы и рибозы различными субститутами. Такие молекулы делали и раньше, но впервые в истории они были способны воспроизводиться и эволюционировать. В ДНК и РНК репликация происходит с помощью молекул полимеразы, которые могут читать, транскибировать и обратно транскрибировать нормальные последовательности нуклеиновых кислот. Группа разработала синтетические полимеразы, которые создали шесть новых генетических систем: HNA, CeNA, LNA, ANA, FANA и TNA.
Одна из новых генетических систем, HNA, или гекситонуклеиновая кислота, была достаточно надежной, чтобы хранить нужное количество генетической информации, которая может послужить в качестве основы для биологических систем. Другая, треозонуклеиновая кислота, или TNA, оказалась потенциальным кандидатом на таинственную первичную биохимию, царившую на рассвете жизни.
Есть масса потенциальных применений этих достижений. Дальнейшие исследования могут помочь в разработке лучших моделей появления жизни на Земле и будут иметь последствия для биологических измышлений. XNA может получить терапевтическое применение, ведь можно создать нуклеиновые кислоты для лечения и связи с конкретными молекулярными целями, которые не будут портиться так быстро, как ДНК или РНК. Они даже могут лечь в основу молекулярных машин или вообще искусственной формы жизни.
Но прежде чем это станет возможно, должны быть разработаны другие энзимы, совместимые с одной из XNA. Некоторые из них уже разработали в Великобритании в конце 2014 года. Есть также возможность, что XNA может причинять вред РНК/ДНК-организмам, поэтому безопасность должна быть на первом месте.
Хромодинамическая жизнь могла бы быть основана на сильном ядерном взаимодействии, которое считается сильнейшим из фундаментальных сил, но только на чрезвычайно коротких расстояниях. Фрейтас предположил, что такая среда может быть возможна на нейтронной звезде, тяжелом вращающемся объекте 10-20 километров в диаметре с массой звезды. С невероятной плотностью, мощнейшим магнитным полем и гравитацией в 100 миллиардов раз сильнее, чем на Земле, у такой звезды было бы ядро с 3-километровой коркой кристаллического железа. Под ней было бы море с невероятно горячими нейтронами, различными ядерными частицами, протонами и ядрами атомов и возможные богатые нейтронами «макроядра». Эти макроядра в теории могли бы сформировать крупные сверхъядра, аналогичные органическим молекулам, нейтроны выступали бы эквивалентом воды в причудливой псевдобиологической системе.
Гравитационные существа тоже могут существовать, поскольку гравитация является самой распространенной и эффективной фундаментальной силой во Вселенной. Такие существа могли бы получать энергию из самой гравитации, получая неограниченное питание из столкновений черных дыр, галактик, других небесных объектов; существа поменьше — из вращения планет; самые маленькие — из энергии водопадов, ветра, приливов и океанических течений, возможно, землетрясений.
Формы жизни из пыли и плазмы
Группа Цытовича обнаружила, что когда электронные заряды отделяются и плазма поляризуется, частицы в плазме самоорганизуются в форму спиральных структур вроде штопора, электрически заряженных, и притягиваются друг к другу. Они также могут делиться, образуя копии оригинальных структур, подобно ДНК, и индуцировать заряды в своих соседях. По мнению Цытовича, «эти сложные, самоорганизующиеся плазменные структуры отвечают всем необходимым требованиям, чтобы считать их кандидатами в неорганическую живую материю. Они автономны, они воспроизводятся и они эволюционируют».
Некоторые скептики считают, что такие заявления являются больше попыткой привлечь внимание, нежели серьезными научными заявлениями. Хотя спиральные структуры в плазме могут напоминать ДНК, сходство в форме необязательно предполагает сходство в функциях. Более того, тот факт, что спирали воспроизводятся, не означает потенциал жизни; облака тоже так делают. Что еще больше удручает, большая часть исследований была проведена на компьютерных моделях.
Один из участников эксперимента также собщил, что хотя результаты действительно напоминали жизнь, в конце концов, они были «просто особой формой плазменного кристалла». И все же, если неорганические частицы в плазме могут перерасти в самовоспроизводящиеся, развивающиеся формы жизни, они могут быть наиболее распространенной формой жизни во Вселенной, благодаря вездесущей плазме и межзвездным облакам пыли по всему космосу.
Неорганические химические клетки
Группа Кронина начала с создания солей из отрицательно заряженных ионов крупных оксидов металла, связанных с небольшим положительно заряженным ионом вроде водорода или натрия. Раствор из этих солей затем впрыскивается в другой солевой раствор, полный больших положительно заряженных органических ионов, связанных с небольшими отрицательно заряженными. Две соли встречаются и обмениваются частями, так что крупные оксиды металла становятся партнерами с крупными органическими ионами, образуя что-то вроде пузыря, который непроницаем для воды. Изменяя костяк оксида металла, можно добиться того, что пузыри приобретут свойства биологических клеточных мембран, которые выборочно пропускают и выпускают химические вещества из клетки, что потенциально может позволить протеканию того же типа контролируемых химических реакций, который происходит в живых клетках.
Группа ученых также сделала пузыри в пузырях, имитируя внутренние структуры биологических клеток, и добилась прогресса в создании искусственной формы фотосинтеза, которая потенциально может быть использована для создания искусственных клеток растений. Другие синтетические биологи отмечают, что такие клетки могут никогда не стать живыми, пока не получат систему репликации и эволюции вроде ДНК. Кронин не теряет надежду на то, что дальнейшее развитие принесет свои плоды. Среди возможных применений этой технологии есть также разработка материалов для солнечных топливных устройств и, конечно, медицина.
По словам Кронина, «основная цель — это создать комплексные химические клетки с живыми свойствами, которые могут помочь нам понять развитие жизни и пойти этим же путем, чтобы привнести новые технологии на основе эволюции в материальный мир — своего рода неорганические живые технологии».
Зонды фон Неймана
Другие футурологи вроде Фримена Дайсона и Эрика Дрекслера довольно быстро применили эти идеи к области космических исследований и создали зонд фон Неймана. Отправка самовоспроизводящегося робота в космос может быть самым эффективным способом колонизации галактики, ведь так можно захватить весь Млечный Путь меньше чем за один миллион лет, даже будучи ограниченными скоростью света.
Как объяснил Мичио Каку:
«Зонд фон Неймана — это робот, предназначенный для достижения далеких звездных систем и создания фабрик, которые будут строить копии самих себя тысячами. Мертвая луна, даже не планета, может стать идеальным пунктом назначения для зондов фон Неймана, поскольку там будет проще садиться и взлетать с этих лун, а также потому что на лунах нет эрозии. Зонды могли бы жить за счет земли, добывая железо, никель и другое сырье для строительства роботизированных фабрик. Они бы создали тысячи копий самих себя, которые затем разошлись бы в поисках других звездных систем».
За долгие годы были придуманы различные версии базовой идеи зонда фон Неймана, включая зонды освоения и разведки для тихого исследования и наблюдения внеземных цивилизаций; зондов связи, разбросанных по всему космосу, чтобы лучше улавливать радиосигналы инопланетян; рабочие зонды для строительства сверхмассивных космических структур; зонды-колонизаторы, которые будут покорять другие миры. Могут быть даже путеводные зонды, которые будут выводить юные цивилизации в космос. Увы, могут быть и зонды-берсеркеры, задачей которых будет уничтожение следов любой органики в космосе, за чем последует строительство полицейских зондов, которые будут эти атаки отражать. Учитывая то, что зонды фон Неймана могут стать своего рода космическим вирусом, нам стоит осторожно подходить к их разработке.
Гипотеза Геи
