Pin1WhatsAppRedditShareEmailTweet1 Shares
На першы погляд гэта можа быць незаўважна, але вуглярод - гэта фундаментальны элемент жыцця на Зямлі. ДНК і РНК складаюцца з вугляроду. І не толькі з вугляроду, вядома, але вуглярод можа звязвацца з іншымі малекуламі, утворачы доўгія ланцужкі, неабходныя для існавання жыцця. І не толькі чалавечага, але і ўсіх відаў жыцця - ад раслін і грыбоў да млекакормячых, насякомых і гэтак далей. Усё жывое на нашай планеце заснавана на вугляродзе.
З тэхнічнага пункту гледжання, жыццё дзе заўгодна павінна быць заснавана на вугляродзе. Цалкам магчыма, што іншы элемент мог бы замяніць вуглярод пры адукацыі гэтых малекулярных ланцужкоў, якія складаюць будаўнічыя блокі жыцця, але гэта ўсё тэарэтычныя развагі. Мы ніколі раней не бачылі формаў жыцця, не заснаваных на вугляродзе; у асноўным мы проста змяшчаем іх у навуковую фантастыку і робім іх даволі дзіўнымі з выгляду.
Калі ўсё жыццё сапраўды заснавана на вугляродзе, то ўзнікае пытанне: чаму? Што робіць вуглярод ідэальным элементам для жыцця? І наколькі верагодныя тэорыі аб іншых элементах? Якія элементы могуць спрыяць фармаванню жыцця, і як мы наогул гэта ведаем? Давайце разбяромся!
Што дазваляе вугляроду зараджацца ў жыцці?
Хоць вадарод - самы распаўсюджаны элемент у Сусвеце, а кісларод неабходзен для жыцця, менавіта вуглярод з'яўляецца асновай жыцця і найважнейшым элементам у гэтым раўнанні. Гэта тлумачыцца ўнікальнымі ўласцівасцямі вугляроду, якіх няма ў шматлікіх іншых элементаў. У прыватнасці, вуглярод выдатна працуе ў камандзе. Ён лёгка ўтварае трывалыя сувязі з іншымі элементамі.
Дзякуючы трываласці вугляродных сувязей, можна ўтвараць вельмі складаныя малекулы. ДНК, напрыклад, - надзвычай складаная малекула. Але яе праца заснавана на тым, што вугляродныя сувязі ўтрымліваюць яе разам. Яна лёгка ўтварае доўгія палімерныя ланцугі, якія дазваляюць існаваць ДНК і вавёркам, паколькі яны могуць дасягаць вельмі вялікай даўжыні.
Малекулярная формула ДНК - C15H31N3O13P2. Як бачыце, вуглярод займае важнае месца ў малекуле. Тут ён звязваецца з вадародам, азотам, кіслародам і фосфарам. Гэта асноўныя элементы жыцця. Усё астатняе пабудавана вакол іх, таму вуглярод - гэта свайго роду каркас або шкілет, на якім заснавана жыццё.
Наш свет літаральна перапоўнены вугляродам, асабліва ў параўнанні са шматлікімі іншымі элементамі. Вуглярод насамрэч з'яўляецца чацвёртым па распаўсюджанасці элементам ва ўсім Сусвеце. Першыя тры - гэта вадарод, гелій і кісларод, усе яны з'яўляюцца газамі. Такім чынам, вуглярод - гэта найбольш распаўсюджанае цвёрдае рэчыва, якое можна знайсці. Таму нядзіўна, што ён можа быць неад'емнай часткай жыцця, улічваючы яго багацце.
Паколькі атамы вельмі малыя, гэта значна аблягчае ўтварэнне надзвычай складаных малекулярных ланцужкоў. Як мы ўжо згадвалі, вуглярод можа ўтвараць вавёркі, а таксама цукры. Усё, што неабходна жыццю для атрымання энергіі, заснавана на вугляродзе, гэтак жа як і само жыццё. Гэта азначае, што жывыя арганізмы могуць расшчапляць іншыя малекулы на аснове вугляроду, каб атрымліваць з іх энергію для падтрымання жыцця. Гэта свайго роду мікраскапічны сцэнар "ты - тое, што ты ясі".
Вугляродны цыкл
На Зямлі існуе так званы вугляродны цыкл. Гэта макрамаштабны працэс, які ахоплівае ўсё на планеце. Ён дазваляе ўсёй планеце перапрацоўваць вуглярод, распаўсюджваць яго і, у некаторым сэнсе, забяспечваць існаванне жыцця.
Запасы вугляроду ў свеце абмежаваны. Мы яго не знішчаем, але і не ствараем. Гэтага мы сапраўды не можам зрабіць, асабліва ў такіх маштабах. Таму ў нас засталося столькі ж вугляроду, колькі было калі-небудзь. Гэта значыць, што ўсё, што яго выкарыстоўвае, рана ці позна павінна будзе ім падзяліцца. Цалкам магчыма, што частка вугляроду, які знаходзіцца зараз унутры вас, калісьці была ўнутры Абрагама Лінкальна, тыраназаўра і, магчыма, першых некалькіх аднаклетачных арганізмаў, якія плавалі ў тых вадаёмах, калі на нашай планеце зарадзілася жыццё.
Расліны паглынаюць вуглякіслы газ з паветра. Ён захоўваецца ў глебе і каранёвых сістэмах і можа вызваляцца зноў, калі расліны адміраюць. Акіяны паглынаюць вуглярод, а жывыя арганізмы, такія як жывёлы, выдыхаюць яго ў атмасферу для абмену з кіслародам.
Значная частка кругазвароту вугляроду звязана з атмасферай і тым, як вуглякіслы газ уплывае на якасць паветра і глабальныя тэмпературы. Але можна ўбачыць, як вуглярод распаўсюджваецца і іншымі шляхамі: калі ён паглынаецца раслінамі, расліна спажываецца жывёлам, жывёла спажываецца намі, і гэтыя атамы вугляроду ўвесь час выкарыстоўваюцца ў абмене ў розных формах. Гэта не толькі вуглякіслы газ, гэта і вавёркі, цукры і іншыя малекулы, якія перадаюцца паміж арганізмамі ў цыклічным танцы жыцця.
Ці магчымы іншыя біяхімічныя працэсы?
Такім чынам, калі вуглярод здольны ўтвараць асновы жыцця, таму што лёгка злучаецца з іншымі элементамі, ці здольныя іншыя элементы выконваць тую ж задачу? Як аказалася, хоць вуглярод добра падыходзіць для гэтай задачы, ён не самотны. Варта памятаць, што ўсё гэта чыста тэарэтычныя развагі, але што такое навука, калі не задаваць пытанні, каб праверыць, ці магчыма нешта?
Крэмній
Крэмній размешчаны ў перыядычнай табліцы элементаў адразу пад вугляродам. Як правіла, гэта найболей часта згадвальны элемент, калі гаворка заходзіць пра іншыя патэнцыйныя формы жыцця. Чыннік у тым, што крэмній шмат у чым імітуе вуглярод у плане адукацыі малекул. Ён не так добра ўтварае складаныя сувязі з іншымі элементамі, але ўсё ж дастаткова нядрэнна.
У структурных адносінах многія сувязі і малекулы крэмнію нагадваюць сувязі і сувязі з вугляродам. Крэмній таксама можа ўтвараць трывалыя сувязі з кіслародам, што было б неабходна для стварэння элементаў жыцця, прынамсі, у тым выглядзе, у якім мы іх разумеем. Але ў гэтага падыходу ёсць і патэнцыйныя недахопы.
Не ўсе сувязі паміж атамамі крэмнію будуць такімі ж трывалымі, як сувязі паміж атамамі вугляроду. Крэмній ідэальна падыходзіць для высокіх тэмператур, але пры звычайных тэмпературах паверхні Зямлі сувязі паміж атамамі вугляроду значна трывалей. Акрамя таго, атамы крэмнію нашмат буйнейшыя за атамы вугляроду. Гэта робіць іх некалькі грувасткімі ў некаторых малекулах і змяншае патэнцыял стварэння некаторых з самых складаных палімераў, якія можна атрымаць з дапамогай вугляроду.
Даследчыкам удалося ў лабараторных умовах маніпуляваць мікробамі, каб ствараць арганічныя злучэнні з крэмнію, што ў прыродзе звычайна не адбываецца. Гэта значна ўмацоўвае ідэю аб тым, што, магчыма, аднойчы мы зможам выявіць жыццё на крамянёвай падкладцы ў Сусвеце.
Метан
Ідэя патэнцыйных формаў жыцця на аснове метану крыху больш тэарэтычная, чым пытанне аб крэмніі. Вось тут усё робіцца значна складаней і цяжэй для разумення. Прынамсі, вуглярод і крэмній - гэта асобныя элементы. Метан - гэта малекула, якая складаецца з вугляроду і кіслароду, так што, магчыма, гэта зноў тэхнічна вугляроднае жыццё? Тым не менш, метан – гэта не тое асяроддзе, у якім можа квітнець большасць формаў жыцця на Зямлі. Вы б сапраўды не захацелі ўвесь час дыхаць ім.
Даследнікі НАСА, якія вывучаюць адзін са спадарожнікаў Сатурна, Тытан, выявілі ў атмасферы вінілцыянід. Яны лічаць, што гэта арганічнае злучэнне можа забяспечваць клеткавыя мембраны для формаў жыцця, якія сілкуюцца метанам. Верагодна, гэта будуць толькі мікраарганізмы ў метанавых акіянах, якія пакрываюць спадарожнік, але тэарэтычна гэта магчыма.
Мембраны на Тытане павінны былі б складацца з азоту, вугляроду і вадароду, у адрозненне ад фосфару і кіслароду, якія можна знайсці тут, на Зямлі.
Сера
Найстаражытнейшыя закамянеласці, якія мы калі-небудзь знаходзілі на Зямлі, датуюцца 3,4 мільярдамі гадоў назад. Гэта быў час зараджэння жыцця, і ў нас не было планеты, якая выглядала б так, як зараз. У атмасферы не было кіслароду, не адбывалася фотасінтэзу, які пераўтварае вуглякіслы газ у нешта прыдатнае для дыхання. Свет быў гарачым, газападобным і вельмі негасцінным для ўсяго, што зараз існуе. Дык як жа зарадзілася жыццё і чым яно займалася?
Выяўленыя навукоўцамі закамянеласці сведчаць аб існаванні мікраарганізмаў, якія выкарыстоўваюць серу ў якасці крыніцы энергіі. Гэтыя мікраарганізмы раслі і размнажаліся, а таксама ўсялялі надзею на тое, што аднойчы на Марсе можна будзе выявіць жыццё або, прынамсі, сведчанні яго існавання.
Акрамя таго, лічыцца, што некаторыя злучэнні серы, якія спрыялі зараджэнню жыцця на Зямлі, першапачаткова патрапілі сюды з космасу. Калі яны прызямліліся тут і далі пачатак дыназаўрам, голубам і футбалістам, хто ведае, што магло б адбыцца на іншай планеце?
Аміяк
Як і метан, аміяк - яшчэ адно рэчыва, у якім, мякка кажучы, большасць жывых арганізмаў на Зямлі не змогуць выжыць. Існуюць тэорыі аб жыцці на аснове аміяку, але ў дадзеным выпадку гаворка ідзе не гэтулькі аб замене вугляроду аміякам, чаго ён не можа зрабіць, паколькі з'яўляецца малекулай, а не атамам, колькі аб замене вады.
Аміяк не зусім супярэчыць жыццю. Мы вырабляем аміяк з мочой, таму ён з'яўляецца часткай нашай біялогіі, хаця і не лічыцца арганічным рэчывам. Гэта тлумачыцца толькі тым, што гэта азотазмяшчальнае злучэнне, у якім няма вугляроду. Арганічнай з'яўляецца жыццё на аснове вугляроду. Тым не менш, калі б мы змаглі адкрыць жыццё, не заснаванае на вугляродзе, вам прыйшлося б скарэктаваць ваша вызначэнне арганічнага рэчыва.
Паколькі на вельмі нямногіх планетах Сонечнай сістэмы, ды і, магчыма, усяго Сусвету, ёсць вадкая вада, цалкам лагічна задацца пытаннем, якія яшчэ вадкасці маглі б быць выкарыстаны для зараджэння жыцця. Жыццё, якое мы яго ведаем, патрабуе вады, але хто сказаў, што жыццё павінна быць такім жа, як мы? Вось тут і з'яўляецца аміяк.
Нават у нашай Сонечнай сістэме існуе абмежаваную колькасць вадкасцяў, якія можна знайсці ў вялікіх колькасцях. На Меркурыі і Венеры ёсць серная кіслата. Хоць у нас ёсць вада, і яна была знойдзена на некаторых спадарожніках, на больш халодных планетах, верагодна, будзе аміяк, у якога ніжэйшая тэмпература замярзання. Пры паніжэнні тэмпературы метан звадкоўваецца, і нават азот можа прысутнічаць у вадкім выглядзе на ўскраінах сістэмы.
Наяўнасць вадкаснага прэса не азначае, што ён можа працаваць у жывых арганізмах. Ён павінен адпавядаць шэрагу крытэраў, уключаючы здольнасць выступаць у якасці растваральніка, нізкую глейкасць, устойлівасць да перападаў тэмпературы і іншыя фактары. Улічваючы ўсё гэта, калі мы выключым вадкую ваду, якая, як вядома, з'яўляецца ідэальным варыянтам, то аміяк - наш наступны лепшы варыянт.
Аміяк - чацвёртая па распаўсюджанасці малекула ў Сусвеце, і па хімічным складзе ён вельмі падобны на ваду. Ён не ва ўсім падобны на ваду, што неабходна для функцыянавання жывых арганізмаў, але мы таксама засноўваем свае веды на тым, што ведаем і бачылі, таму цяжка сказаць, ці прапускаем мы якія-небудзь дэталі.
Жыццё ў касмічным каралях
Існуе яшчэ адна тэорыя аб тым, як магла зарадзіцца жыццё дзесьці ў Сусвеце, якая пакідае ідэю жыцця на аснове вугляроду далёка ззаду. Гэта выходзіць за рамкі нават ідэі жыцця на аснове крэмнію, аміяку ці чаго-небудзь падобнага. Гэта жыццё ў выглядзе касмічнага караляў, і гэта самая крайняя з крайнасцей.
Калі задумацца аб тым, што нам вядома аб экстрэмальных умовах жыцця на Зямлі, можна ўспомніць нешта накшталт ціхаходкі. Гэтыя малюсенькія арганізмы могуць існаваць ва ўмовах экстрэмальнага холаду, экстрэмальнай спякоты і нават вакууму космасу. Існуюць таксама формы жыцця, якія насяляюць вакол неверагодна гарачых, таксічных гидротермальных крыніц, якія вывяргаюцца на дне акіяна. Хоць гэта і выключэнні, яны паказваюць, што бываюць выпадкі, калі жыццё можа квітнець спосабамі, якія супярэчаць нашым чаканням. Там, дзе 99,9% усяго астатняга загінула б, гэтыя істоты жывуць, як мірныя стварэння. А зараз прадставім гэта ў касмічным маштабе.
Калі мы адкінем тое, што, як нам здаецца, мы ведаем аб неабходных для жыцця рэчах, а менавіта аб вугляродзе, кіслародзе, вадзе, правільнай гравітацыі і правільнай адлегласці ад зоркі, мы зможам пачаць пошукі ў сапраўды экзатычных месцах. Напрыклад, усярэдзіне саміх зорак.
Гэта ўсяго толькі тэарэтычныя развагі, але ідэя заключаецца ў тым, што можа існаваць часціца, падобная базону Хігса, званая магнітным манаполем. Мы нават не ведаем, ці рэальная гэтая часціца. Як і базон Хігса, яна доўгі час заставалася тэарэтычнай. Хоць існаванне базона Хігса ў канчатковым выніку было даказана, гэтая часціца да гэтага часу выслізгвае ад нас.
Калі гэта праўда, то гэтыя часціцы могуць злучацца на касмічных нітках, утворачы структуры, падобныя ДНК, усярэдзіне зорак. Калі здольнасць да самапрайгравання закадаваная ў РНК і ДНК, то гэтыя часціцы могуць выконваць аналагічную функцыю ўнутры зорак, кадуючы і ўзнаўляючы, ствараючы лад жыцця, непадобны ні на што існуючае ў нашым свеце. Гэта будзе жыццё, заснаваная на часціцах, прынамсі, яе будаўнічыя блокі.
Што да таго, ці змогуць гэтыя каралі калі-небудзь ператварыцца ў нешта, што валодае свядомасцю, то гэта ўжо зусім іншая гісторыя, і хто ведае?
Іншыя артыкулы, якія могуць вас зацікавіць