Художественное изображение условий на Венере. Атмосфера Венеры на 96,5% состоит из углекислого газа и на 3,5% из азота. В небольших количествах присутствуют и другие газы, в том числе сернистый газ (SO2). Предполагается, что на этой планете идут дожди из серной кислоты (правда, они вряд ли достигают поверхности). По предположению авторов обсуждаемого препринта, она могла бы стать альтернативной основой для жизни вместо воды. Рисунок с сайта amusingplanet.com
Вода — необходимый компонент для существования жизни какой мы ее знаем. Вода, являясь хорошим растворителем, предоставляет среду для протекания биохимических реакций во всех живых клетках. Может ли какое-нибудь другое вещество заменить воду в этом качестве? В каких растворителях могла бы возникнуть внеземная жизнь? Недавно в архиве электронных препринтов появился обзор, авторы которого попробовали ответить на этот вопрос. Они предложили и обосновали четыре критерия, которым должно удовлетворять вещество, претендующее на роль воды в качестве основы для жизни. Вода, естественно, полностью удовлетворяет этим критериям, но оказалось, что жидкий углекислый газ и концентрированная серная кислота тоже вполне годятся на эту роль.
На далекой звезде Венере
Солнце пламенней и золотистей,
На Венере, ах, на Венере
У деревьев синие листья.
Н. Гумилев. На далёкой звезде Венере…
Еще в 1920-х годах даже соседние планеты представлялись ученым похожими на Землю, а жизнь, которая могла бы на них существовать, — похожей на земную. Эта концепция, в частности, нашла отражение в стихотворении Николая Гумилева, вынесенном в эпиграф. Со второй половины XX века стали накапливаться разочаровывающие данные: в ближайших окрестностях похожие на Землю планеты отсутствуют. И хотя на данный момент среди открытых 5 с лишним тысяч экзопланет есть землеподобные в зоне обитаемости (то есть их орбита вокруг родительской звезды такова, что на планете может существовать вода в жидком виде), приходится признать, что космос наполнен мирами с катастрофическими по земным меркам условиями.
Самым дружелюбным пока — как ни странно — выглядит спутник Сатурна Титан, где всего лишь температура ниже −100°C и текут ручьи из жидкого метана. Для земной жизни такие условия смертельны. Венера может смело посоперничать с Титаном по части враждебности для земной жизни, хотя у нее перекос в сторону жары благодаря толстой атмосфере с давлением, в 90 раз превышающем земное, температурой 450 градусов и облаками из концентрированной серной кислоты (кстати, именно они так ярко отражают солнечный свет, делая Венеру такой заметной на ночном небе; глядя на Венеру вы фактически видите сернокислотные облака). Рекордсменом на данный момент является планета HD 189733b в созвездии Лисички: на этом газовом гиганте дует ветер со скоростью 2 километра в секунду, несущий частицы расплавленного стекла. Выглядит как место ссылки и изощренной казни для какой-нибудь галактической империи.
Понятно, что земная жизнь на таких планетах не имеет шансов, но возможно ли на них возникновение жизни на другой химической основе? Может ли жизнь использовать вместо растворителя не воду, а метан или углекислый газ, а вместо углерода — кремний? Теоретические рассуждения на эту тему получили название альтернативной биохимии. О нынешнем состоянии дел в этой области можно узнать из лекции Михаила Никитина Есть ли альтернатива углеродно-водной жизни?. Если вкратце: альтернатив углероду предложено много, но правдоподобность их всех внушает сомнения по тем или иным причинам. А вот альтернативный растворитель исключить нельзя. Но какая жидкость может быть неводным растворителем для жизни?
Группа астробиологов из Массачусетского технологического университета под руководством Сары Сигер (Sara Seager), ищущая следы жизни в облаках Венеры, недавно опубликовала на сайте arxiv.org препринт, в котором досконально проанализировала этот вопрос. Исследователи выдвинули четыре минимально необходимых критерия, которым должен удовлетворять любой растворитель, чтобы стать основой для возникновения жизни:
- распространенность: вещество должно встречаться в жидком виде на поверхности планеты (или в коре, или в облаках), и быть в таком виде стабильным;
- растворяющая способность: вещество должно селективно растворять некоторые, но не все, макромолекулы;
- стабильность раствора: растворенные соединения должны быть стабильны, не разрушаясь при контакте с растворителем;
- химические свойства: растворитель должен обладать достаточной химической активностью, чтобы участвовать в метаболизме гипотетического живого существа, а не быть просто пассивной средой.
Далее ученые провели систематический обзор литературы, проверив на соответствие этим критериям 10 растворителей, включая воду, аммиак, формамид, жидкий углекислый газ, концентрированную серную кислоту, фтороводород и даже жидкую серу. Можно догадаться, что вода выдержала все эти мысленные испытания с честью — и она была единственным соединением, которое идеально подходило под эти критерии. Однако, еще два соединения из списка продемонстрировали, по мнению ученых, неплохой результат, чтобы стать кандидатами на роль химической основы жизни. Это жидкий углекислый газ (диоксид углерода) и концентрированная серная кислота.
Жидкий диоксид углерода легко проходит критерий распространеннности, но у него проблемы с химической активностью и растворяющей способностью: для активного участника метаболизма у него меньший потенциал, чем у воды. Впрочем, Михаил Никитин не считает это проблемой, если «просто добавить воды»: даже небольшое ее количество способно добавить в систему протонов, не сильно поменяв физические свойства растворителя.
Серная кислота, наоборот, крайне активна — и тем самым может угрожать стабильности растворенных в ней веществ. Но способность формировать весьма сложные системы с растворенными веществами, вплоть до липосом, не позволяют списать ее со счетов. Она особенно интересна в контексте венерианской жизни: в облаках из серной кислоты давление и температура вполне земные, и ученые до сих пор не отчаялись найти там альтернативно-биохимических бактерий (или кого-то вроде них).
По просьбе автора новости Уильям Бейнс (William Bains), один из соавторов обсуждаемой работы, даже попробовал представить, как могла бы выглядеть наша встреча с разумными существами на базе серной кислоты или жидкого углекислого газа. Шансы на вторжение сернокислотной жизни в наш водно-углеродный мир или комфортный контакт он оценивает как минимальные: «Без скафандров они умерли бы страшной смертью. Сернокислотные живые организмы абсорбировали бы влагу из нашего воздуха, что превратило бы их концентрированную серную кислоту в разбавленную. Это как если бы вы вошли в комнату, наполненную аэрозолем серной кислоты, — только наоборот. Существа на базе жидкого углекислого газа погибли бы еще быстрее — при земном давлении они моментально выкипели бы.» Впрочем, он уточнил, что мы могли бы поздороваться за руку с существами на базе жидкого углекислого газа, если бы прилетели на их планету — достаточно было бы надеть кислородную маску и шерстяную одежду потеплее.
Американские астробиологи получили всего два кандидата в альтернативные растворители, однако при менее строгих критериях появляются дополнительные варианты. «Когда американские коллеги рассматривают возможность существования тех или иных жидкостей на планетах и спутниках, мне кажется, они слишком строги — требуют возможности существования океана или крупных озер на поверхности. Для примитивной биосферы может хватить мелких луж или подповерхностных резервуаров», — поясняет Михаил Никитин. В таком варианте плохая устойчивость аммиака, диоксида серы и формамида перестает быть проблемой, — а значит, есть резон подумать еще и об аммиачной или формамидной жизни. Пока лишь ясно, что дискуссии о возможных альтернативных формах жизни будут идти вплоть до их обнаружения — если нам повезет с этим.
Источник: William Bains, Janusz J. Petkowski, Sara Seager. Alternative solvents for life: framework for evaluation, current status and future research // препринт arXiv:2401.07296 [astro-ph.EP]
Георгий Куракин
Источник: https://elementy.ru/