Воображаемая жизнь. Путешествие в поисках разумных инопланетян, ледяных существ и супергравитационных животных

Однако, прежде чем углубиться в подробное обсуждение поведения конкретных атомов, стоит уделить немного внимания еще одному вопросу – распространенности химических элементов в природе. Очевидно, что более распространенные атомы с большей вероятностью могут послужить основой для возникновения жизни, чем атомы редкие. Поэтому в последующем изложении мы сосредоточимся на часто встречающихся элементах и не будем рассматривать возможность возникновения жизни на основе элементов более редких.

Если взглянуть на нашу Солнечную систему или на Галактику в целом, мы увидим, что самые распространенные элементы – это водород и гелий, а сразу за ними идут кислород и углерод. Отметим один момент, важный для наших последующих рассуждений: в Солнечной системе на один атом кремния приходится примерно 10 атомов углерода. Один‐ноль в пользу углеродных шовинистов.

Однако, если посмотреть на Землю, ситуация изменится. Образование планет земной группы сопровождалось своего рода процессом сортировки: на Земле, к примеру, почти отсутствует гелий, хотя во Вселенной он очень распространен. Мы считаем, что большое количество углерода, который мог войти в состав формирующейся Земли, вместо этого оказалось в составе летучих соединений, вытесненных прочь из внутренней Солнечной системы излучением новорожденного Солнца. Таким образом, сейчас на Земле на один атом углерода приходится около 30 атомов кремния – полная противоположность изобилию этих атомов в Солнечной системе в целом. Один‐один в пользу любителей кремния – хотя большая часть его на Земле и замкнута в составе минералов, залегающих глубоко под поверхностью и поэтому непригодных для поддержания жизни.

Теперь, когда мы разобрались с распространенностью элементов, ключевым вопросом, который нам следует задать, говоря о возможности жизни, непохожей на нашу, будет следующий: существуют ли отличные от углерода атомы, которые могли бы дать нам такую же степень молекулярной сложности, какую мы наблюдаем у земных организмов? Способны ли эти атомы так же образовывать цепи, кольца и другие сложные структуры, как это делает углерод, и таким образом обеспечить огромное разнообразие молекул, необходимых для возникновения жизни? Ответ на этот вопрос, как мы уже говорили выше, заставляет нас пристальнее приглядеться к кремнию.

Самый простой способ наглядно представить себе, как это может происходить, – вспомнить о приведенном выше втором правиле квантовой механики. Вернемся к нашему атому углерода и разместим вокруг его ядра еще восемь электронов (разумеется, добавив столько же протонов в само ядро). Таким образом мы получим атом, который, как и углерод, будет иметь четыре валентных электрона: ведь четыре из восьми новых электронов заполнят до конца вторую орбиталь, а остальные четыре разместятся на следующей орбитали, где в свою очередь смогут образовывать связи с другими атомами. Элемент, имеющий на восемь электронов больше, чем углерод, и есть кремний, расположенный в периодической таблице прямо под ним.

Проделанные нами мысленные упражнения помогают понять, почему гипотеза о жизни на кремниевой основе уже несколько десятилетий остается излюбленной темой научной фантастики. С точки зрения химии кремний – наиболее похожий на углерод элемент, и к тому же, как мы уже сказали, во Вселенной он довольно распространен. Повторив это, однако, мы должны заметить, что между углеродом и кремнием существует и фундаментальное различие. Валентные электроны кремния находятся на третьей орбитали, в то время как у углерода они располагаются на второй – и, таким образом, атом кремния заметно больше. Химикам вполне очевидно, что вследствие этого различия атомам кремния гораздо труднее образовывать длинные цепи. Это значит, что цепочки кремниевых атомов вряд ли смогут сыграть для кремниевой жизни такую же роль, какую молекулы типа ДНК играют для жизни углеродной: «липучки» двух атомов кремния оказываются слишком далеко друг от друга, чтобы сцепиться друг с другом больше чем в одном месте. Таким образом, сложность, которую мы наблюдаем, глядя на соединения углерода, оказывается просто недостижимой для соединений кремния. Отражением этого служит тот факт, что в органической химии для описания наиболее сложных молекул на основе кремния употребляются такие выражения, как «монотонные».