Недавно я заинтересовался возможностью жизни на основе кремния. Предположим, что эти существа развивались на планете с нулевым содержанием углерода (не сомневайтесь, просто примите это), поэтому в их телах нет углерода. Для этого вопроса также было бы полезно узнать, какие условия будут способствовать возникновению жизни на основе кремния. (Я исключил углерод, потому что знаю, что он более эффективен для эволюции форм жизни.)
Итак, каким должен быть химический состав этих существ? Предположим, что они почти как люди, за исключением кремния. Будут ли они также состоять из большого количества воды или у них будет аммиачная кровь? Будет ли у них более высокая внутренняя температура тела? Должно ли что-то еще быть другим?
Основываясь на свойствах кремния, я бы предположил следующие характеристики формы жизни на основе кремния:
соединения кремния сопротивляются температуре лучше, чем их углеродные аналоги, поэтому форма жизни будет жить в жаркой среде или иметь высокую температуру тела.
кремний может соединяться сам с собой, как углерод, но образует более слабые связи, поэтому форма жизни может не иметь хорошей структурной целостности. Он может не вырасти до больших размеров или жить на маленькой планете с низкой гравитацией, плотной атмосферой или в жидкости.
оксиды кремния являются стабильными соединениями, поэтому химические реакции, необходимые для метаболизма, могут протекать медленно. Существо могло иметь долгую жизнь или двигаться медленно, как черепахи.
кремний окисляется до твердого диоксида кремния - форме жизни было бы трудно избавиться от твердого вещества, поэтому она не могла бы дышать в том же смысле, что и мы.
Реакция на основе кремния происходит быстро, поэтому форма жизни может быстро производить большое количество энергии, но это также может означать, что ей будет трудно контролировать свои собственные механизмы выживания.
Почти для любой органической молекулы можно сделать кремниевый аналог. Связь немного слабее, и свойства могут сильно отличаться. Брать а также один - бесцветный газ, которым деревья любят дышать, а другой - кварц. Так что у нас не может быть твари, которая дышит и из Кварца. или, скорее, вы можете и, вероятно, должны.
Силиконы — это силиконовые версии углеводородов, они не так хорошо накапливают энергию, но используются для их имитации в протезировании. Я думаю, что ваши кремниевые люди могут быть более мягкими и эластичными, чем их обычно изображают в научной фантастике, где они обычно рок-люди.
Аналог кварцевого сахара, вероятно, будет бесполезен, поэтому фосфор и азот, вероятно, будут использоваться для хранения энергии. Может быть, здесь и могла появиться аммиачная кровь, но вода подойдет.
Кремний намного менее универсален, чем углерод. Между атомами кремния нет ни стабильных двойных связей, ни кольцевых структур с делокализованными электронами. Одинарная связь кремний-кремний слабее по сравнению со связью кремний-кислород, отсюда и силиконы. Силанов с длинной кремниевой цепью не существует.
Несмотря на это, было высказано предположение, что первый вид протожизни мог быть основан на алюмосиликатных минералах. Глины. Они образуют огромное разнообразие нанокристаллов и обладают некоторой способностью катализировать и организовывать углеродорганические молекулы.
За несколько сотен миллионов лет неблагодарные молекулы углерода научились получать жизнь, не нуждаясь в глинах. Возможно, где-то еще эволюция пошла по другому пути и там глинистые минералы являются неотъемлемым компонентом всех живых существ.
Обратите внимание, что эта теория столь же спекулятивна, как и любое рассмотрение происхождения жизни. Только один известный пример и почти все свидетельства утеряны в очень глубокое время.
Кремний и углерод имеют одинаковый порядок связывания, но существует множество органических соединений, особенно соединений высокой сложности, таких как аминокислоты, для которых нет стабильных кремниевых аналогов углеродных цепей. Кремний слишком велик , чтобы образовывать много молекул, потому что он искажает нормальные (на основе углерода) валентные углы между различными компонентами. Связи кремний-водород также слабее, чем связь углерод-водород, поэтому гидрокремний с длинной цепью подвергается более быстрой рацемизации, а поскольку связи кремний=кремний нестабильны, существует множество органических химических соединений, которые просто невозможно сформировать, используя кремний вместо углерода.
Жизнь на основе кремния может существовать, но она, вероятно, не будет похожа на химию углерода и воды, которую мы привыкли видеть. Я ожидал увидеть что-то подобное; сильно легированная силикатная порода, которая больше походила на компьютерный чип в своей работе, чем на органический мозг, или полукристалл, который подвергается своего рода химии «электронной ряби», подобной той, что наблюдается в искусственном хлорофилле, где распространяется небольшая нестабильность. через взаимосвязанные химические цепи в виде одного электрона, «перескакивающего» от атома к атому, оставляя цепную структуру неповрежденной, но перенося заряд вдоль нее. Любая структура позволила бы сложным мыслительным процессам.
Я всегда предпочитал версию жизни на основе кремния, которая горячая, но более или менее человеческая, у них есть полукристаллический мозг типа II (просто потому, что его легче реконфигурировать, таким образом, он лучше подходит для эволюции), который работает тем быстрее, чем горячее они получают. Остальная часть нервной системы и ее функции будут выполняться такой же системой. У них температура тела достигает минимума в середине 1500-х годов по Цельсию, но может быть намного выше, они могут «дышать», когда им нужно остыть, но они не дышат в смысле приема химических веществ из атмосферы. Их мышцы представляют собой электрочувствительный кремниевый полимер, устойчивый к высоким температурам, но склонный к ломкости ниже самой низкой рабочей температуры. Они наращивают слой «мертвых» материал, который действует как кожа и утолщается с возрастом, придавая им вид, похожий на грубую вулканическую породу. Они едят только для того, чтобы расшириться или заменить сгнившиетрансурановые элементы , которые отдали свое тепло для подпитки метаболизма силикатной термопары, на самом деле они не являются «живыми», как мы это определяем (они уступают миссис Грин по паре пунктов), но они сойдутся.
Насколько мне известно, есть две в целом правдоподобные возможности: одна работает при очень низкой температуре, другая — при очень высокой температуре.
Несколько менее правдоподобный путь заключается в использовании силановых (и силеновых/силилиновых) соединений в максимально прямом аналоге углеродным соединениям. Силаны не так стабильны, как молекулы с углеродными цепями, поэтому им нужна более холодная среда. Это означает, что вам нужен криогенный растворитель, а вода не подойдет. Силикагель, прямой аналог углекислого газа, хорошо растворяется в различных органических растворителях (из которых изготавливают, например, кремнеземные аэрогели) при низких температурах замерзания, но если поблизости есть органические растворители, то вероятность того, что вы в конечном итоге сдохнете, гораздо выше. вместо этого с криогенной углеродно-азотной жизнью или, возможно, гибридом, который иногда включает молекулы силана в химию, в основном основанную на углероде. Итак, да, вам нужно полностью исключить углерод, и это означает, скорее всего, использование смеси аммиака и воды в качестве основного биорастворителя.
Более вероятным вариантом является что-то на основе силиконовых (-Si-O-) цепей, возможно, с органическими боковыми цепями. Силиконы могут создавать удобные мягкие и гибкие молекулы при комфортных для человека температурах (о чем свидетельствует силиконовая посуда для выпечки), но они довольно хорошо выдерживают высокие температуры (опять же, о чем свидетельствует силиконовая посуда для выпечки...) и становятся более универсальными при более высоких температурах. В этом случае существует разумный геофизический сценарий, предрасполагающий к развитию такого рода жизни по сравнению с чисто углеродной: мир с большим количеством серной кислоты, разлагающей углеводороды. Итак, у вас есть мир где-то между Ио и Венерой, который становится намного горячее, чем наш мир, что приводит к потере воды и водорода и концентрации серной кислоты. Не такая маленькая и холодная, как Ио, и не такая горячая, как Венера,поверхностная жидкость, а не только облака. Удобно, что серная кислота также реагирует с хлоридными и фторидными солями, образуя соляную и плавиковую кислоты, а фтористоводородная кислота растворяет кремнезем, что делает его биодоступным и обеспечивает средство для удаления метаболических отходов.
Итак, у вас есть смесь высококонцентрированной серной кислоты с небольшим количеством воды и небольшими количествами соляной и плавиковой кислот в качестве биорастворителя, действующая где-то между 50 и 300 градусами Цельсия. Вам не нужно устранять углерод из окружающей среды — выбор растворителя в любом случае делает невозможной эволюцию жизни, основанной исключительно на углероде, — и вы не хотите этого делать, потому что углерод будет полезно включить в боковые цепи и функциональные соединения. группы, точно так же, как мы включаем азот во множество наших собственных «углеродных» биомолекул. Растворитель не вступает в реакцию с кислородом, поэтому в воздухе также может быть много свободного кислорода (и, возможно, немного хлора и фтора), хотя может быть мало мотивации для чисто оксигенного биосинтеза (будь то фотосинтез, хемосинтез или что-то другое). ты); вместо этого вы можете получить смесь свободного кислорода и кучи триоксида серы в воздухе, любой из которых можно использовать в качестве окислителей для метаболизма животных. (В нашей среде триоксид серы представляет собой твердое вещество, но это газ при температуре выше 45 градусов по Цельсию.)
Я тоже интересуюсь химией жизни, какой мы ее не знаем. Кремний — один из моих любимых с тех пор, как я прочитал «Ледяной мир» Хэла Клемента, а позже, когда я увидел эпизод «Дьявол в темноте» «Звездного пути» с Ортой. Существует много скептицизма по поводу кремния как основы жизни, но вот относительно недавняя научно-фантастическая история, которую я опубликовал в сети, которая пытается развеять возражения и даже дает набросок гипотетической «биохимии» более высокой температуры. силиконовая форма жизни. Кривая обучения
JDługosz