О ХИМИЧЕСКИХ ФОРМАХ СУЩЕСТВОВАНИЯ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА ВО ВСЕЛЕННОЙ

Отступление о научной фантаскике и научной реальности

Еще несколько лет назад вопрос о возможных формах существования жизни во Вселенной проходил по ведомству научной фантастики. При этом у фантастов сложились две, можно сказать, взаимно исключающие тенденции. Одни, опираясь на исходное положение о тождественности путей развития материи во Вселенной, населяли далекие миры обитателями, ничем не отличающимися от жителей Земли. Отступления допускались лишь в степени, близкой к вариациям летней и осенней моды этого года. Зато другая группа фантастов населяла страницы своих произведений такими созданиями, что читатели, обладающие достаточно развитым воображением, старались не читать эти сочинения на ночь.

Интересно, что при этом фантазия авторов большей частью обращалась к формам жизни, построенным на различных неводных растворителях: жидком аммиаке (С. Лем), жидком фтористом водороде (И. Ефремов) и т. д. И уже это одно дает основания вспомнить об этой пышной ветви научной фантастики на страницах книги, посвященной неводным растворам.

Впрочем, сегодня вопрос о возможных формах, уточним, химических формах, существования живого вещества во Вселенной со страниц научной фантастики перешел на страницы научных журналов и монографий и, более того, стал одним из центральных в дискуссии о внеземных формах жизни. Во всяком случае, нынче ни одна из книг, посвященных происхождению жизни, не пройдет мимо обсуждения проблемы: является ли вода обязательным условием самопроизвольного синтеза живого вещества, либо возможно допустить существование форм жизни, построенных на иных, неводных растворителях?

Эта проблема, как очевидно, имеет множество аспектов, начиная от астрономических и кончая философскими. Мы же, понятно, затронем лишь один из них — химический. И менее того — лишь ту часть, какая касается физико-химических условий протекания реакций, предшествовавших самопроизвольному синтезу живого вещества.

Известно, что каждый живой (добавим — земной) организм с достаточно высокой степенью справедливости и строгости может рассматриваться как водный раствор. Именно отсюда проистекают различного калибра остроумия шутки, что если человек чем-либо и отличается от огурца, то лишь несколько меньшим содержанием воды. Но факт остается фактом: практически все химические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность любого живого организма от амебы до слона — это процессы в водных растворах. Отсюда следует как логичное, так и бесспорное заключение о том, что и те химические реакции, предшествующие возникновению живого вещества, также протекали в воде.

Эта недлинная цепочка рассуждений сразу вызывает вопрос: следует ли считать наличие воды общим и категорически необходимым условием возникновения и развития живого вещества? Ведь химические процессы протекают и в неводных растворах. И в конце концов вода — лишь одна из внушительного числа жидкостей, которые могут заполнять моря и океаны далеких планет.

Таковы исходные предпосылки, от которых отталкиваются специалисты, обсуждающие проблемы внеземных форм жизни и допускающие (уже не на научно-фантастическом, а просто на научном уровне обсуждения проблемы) существование аммиачных, фторидных и т. д. форм жизни. Итак, предстоит выяснить, насколько существенны опасения, что от инопланетянина, которого, возможно, когда-нибудь повстречают земляне, будет нести густым запахом нашатырного спирта или, что было бы уже совсем неприятно, плавиковой кислоты.

Несколько истин, достаточно общеизвестных

Истина первая. О каких бы формах жизни не шла речь, живое вещество должно быть совокупностью сложных молекул. Отважиться на «оживление» кристалла не решаются даже

те из отчаянных авторов-фантастов, у которых от знакомства со школьными курсами физики, химии и биологии осталось непроходящее чувство тоски и страха. Действительно, только сложная молекула способна сохранять информацию — память о взаимодействии с внешней средой. И только сложная молекула способна при этом самопроизвольно удалять накапливающуюся при этом избыточную энтропию. Но сложные молекулы могут образовываться только из простых в результате ряда последовательных реакций.

Для решения вопроса об условиях образования живого вещества в общем-то несущественно, образовалось ли оно на нашей планете или было занесено извне. Так или иначе, живое вещество хотя бы однажды должно было возникнуть во Вселенной.

Истина вторая. Сколь-нибудь сложные реакции, приводящие к образованию сложных соединений, могут протекать только в растворах, или в жидкой фазе. Реакции между твердыми фазами, во-первых, весьма немногочисленны по сравнению с жидкофазными и уже хотя бы поэтому не могут быть настолько разнообразны, чтобы привести к возникновению живого вещества, а во-вторых, и это самое главное, протекают в сотни, в тысячи раз медленнее, чем реакции жидкофазные.

Но ведь возможны еще реакции в газовой фазе. Увы, в данном случае невозможны, потому что...

Истина третья. ...потому что сколь-нибудь сложные соединения принципиально не могут существовать в газообразном состоянии. Причина нестабильности сложных соединений сурова и драматична: чем сложнее молекула органического соединения, тем меньше величина энергии, приходящаяся в среднем на одну химическую связь. С другой стороны, чем сложнее молекула, тем больше энергии надо ей придать, чтобы перевести в газовую фазу. И наступает предел, за которым попытка перевода сложного органического соединения в пар приводит к разрушению его молекул.

Без труда можно перевести в пар «простенькую» молекулу уксусной кислоты. Намного труднее превратить в пар глюкозу. Но вот испарить таракана, чтобы он при этом остался тараканом, не удалось еще никому, и, не боясь прослыть ретроградом, можно утверждать с предельной категоричностью, что никому и не удастся.

Истина четвертая. Для того, чтобы реакция могла протекать в жидкой фазе, необходим подходящий растворитель.