Н Хоровиц - Поиски жизни в Солнечной системе

Другая важная особенность соединений углерода - их хи мическая инертность. В условиях, господствующих на зем ной поверхности, органические соединения термодинамиче ски нестабильны. Они не находятся в равновесии с окру жающей средой, а подобно камню, лежащему на склоне юры, под действием любого достаточно сильного внешнего толчка "скатываются" вниз к равновесному состоянию. Так. при нагревании или в присутствии катализаторов активи рованные органические вещества соединяются с кислородом атмосферы: многие органические соединения взаимодейству ют также с водой или испытывают ряд других изменений. Но, несмотря на свою термодинамическую нестабильность. соединения углерода химически инертны, т. е. с трудом вступают в реакции. Достижению термодинамического рав новесия препятствует то обстоятельство, что четырехвалент ные атомы углерода обладают слабой реакционной спо

Тио.шца 2. Элемента .рный состав белков и ДНК (число атомов на 100) Элемент В среднем по 314 ДНК человека белкам* Углерод (С) 31.6 29.8 Водород (Н)** 49.6 37.5 Кислород (0) 9,7 18.3 Азот (N) 8,8 11,3 Сера (S) 0,3 Фосфор (Р) - 3,1 * Рассчитано заново по данным Дайхофф (1972).

** В этих молекулах атомов водорода больше, чем в молекулах других 1И110В. Но водород не может служи ть структурной основой молекулы, по скольку он образует лишь одну ковалентную связь.

собностью, т. е. если воспользоваться прежней аналогией, камень, лежащий на склоне горы, находится в этом случае в глубокой яме. Подобная инертность, обусловленная элект ронной структурой атомов углерода, и обеспечивает обра зование молекулярных систем чрезвычайно сложной струк туры, но вместе с тем очень стабильных. В процессе обмена веществ ферменты в соответствующий момент соединяются с молекулами и, видоизменяя их, обеспечивают тем самым протекание необходимых реакций.

Благодаря этим уникальным свойствам углерод служит основным материалом для построения диетических систем. Эти же свойства объясняют способность углерода создавать 1 ораздо больше соединений, чем все другие элементы вместе взятые. В силу тех же своих особенностей углерод, состав ляющий лишь 0.5% 01 общего состава земной коры, яв ляется элементом, более характерным для живой материи. чем. например, близкий к нему но химическим свойствам кремний. На земной поверхности на каждый атом углерода приходится 25 атомов кремния, однако роль кремния и OHOXHMHH очень незначительна. Кик и углерод, кремний oopasvci четыре кова.юшныс связи, но сила этих связей ра^шчна: связь крсмний-кремииН слабая, кремний-кисло род сильная. По )i()U причине кремний существует на Земле и виде силикатов инертных соединений, в больших мо .[скулах которых каждый атом кремния связан с четырьмя ai омами кислорода, а соединения, состоящие из цепочек.

содержащих шесть и более атомов кремния, вообще не обнаружены. Это резко контрастирует с разнообразием больших структур, основанных на углероде. Соединения кремния и водорода, так называемые силаны (или кремне водороды), также принципиально отличаются от их угле родсодержащих гомологов (углеводородов). В то время как углеводороды инертны, силаны загораются при простом контакте с воздухом, разрушаются в воде. Они настолько реакционноспособны. что. как говорят, самым необходимым качеством химика, занимающегося синтезом наиболее слож ных по строению силанов, является мужество. И опять же все эти особенности силанов обусловлены электронной струк турой атомов кремния: именно благодаря своим свойствам кремний является основным компонентом горных пород, а не живой материи.

Если говорить о построении сложных молекул, то свойства углерода настолько уникальны, что возможность образования генетических систем на основе других элемен тов серьезно даже не обсуждается. Отмечалось. 410 цепоч ки. образованные без участия углерода (например, со стоящие из чередующихся атомов кремния и кислорода: -Si-О-Si- О-). потенциально также способны к хра нению информации, но ведь это только одна из функций, которые должна выполнять живая система. В числе других ее функций-способность к мутациям, репликациям и исполь зованию заложенной в ней информации. И пока не удастся доказать, что подобные функции может выполнять какой-то другой элемент, нам остается рассматривать углерод как единственный в своем роде. Это, конечно, не означает, что генетические системы внеземных форм жизни должны быть химически идентичны нашим, однако построены они должны быть обязательно на основе соединений углерода. Как мы увидим, с точки зрения возможности существования жизни на других планетах это заключение имеет далеко идущие последствия.

Возможно, кого-то разочарует и даже приведет в уныние то обстоятельство, что самый надежный путь к обнару жению жизни в другом мире это поиск сложных химических систем, в основе которых лежит углерод. Ведь это то же самое, что мы имеем на Земле. Разве нет надежды найти экзотические существа, построенные, например, на основе ванадия, молибдена или празеодима? По-моему, нет. Наз ванные элементы, во-первых, химически непригодны в ка честве основы жизни, а во-вторых, редко встречаются в

природе, тогда как углерод-один из наиболее распростра ненных во Вселенной элементов. В той мере, в какой случай ность может вторгаться в происхождение жизни, более вероятно, что при прочих равных условиях в этом процессе скорее всего должны участвовать более распространенные в природе элементы: однако об этом речь пойдет в после дующих двух главах. Структуры, возникшие на основе дру гих элементов, могут оказаться в таком случае в неравных условиях. Благодаря своей "разносторонности" атом углеро да предпочтителен и как основа для образования раство ров-даже самых экзотических,-что связано с возможностью жизни на других планетах.

Глава 2

Возникновение жизни: самозарождение и панспермия

Трудно создать хорошую теорию, теория должна быть разумной, а факты не всегда таковы.

Джордж У. Бидл. генетик, лауреат Нобе левской премии 1958 г. в области физиологии и медицины

Физик Филипп Моррисон как-то заметил, что в случае обнаружения жизни на других планетах она превратится из чуда в статистику. Открытие жизни за пределами Земли, несомненно, расширило бы наши представления о ее про исхождении. Оно помогло бы нам ответить на целый ряд вопросов, которые нельзя решить другим путем, позволило бы проверить наше убеждение в том, что жизнь должна быть основана именно на химии углерода. И если бы в основе новых форм жизни, как и предполагается, находился угле род, то это помогло бы выяснить, могут ли генетические системы строиться из каких-либо иных молекул, чем из вестные нам нуклеиновые кислоты и белки. Это позволило бы также ответить на вечный вопрос, может ли какой-то другой растворитель заменить воду в живой системе. И так далее-по всему длинному списку загадок, связанных с проблемой происхождения жизни.