Время от времени встречаются люди, знающие правду: Земля плоская, американцы не высаживались на Луну, у воды есть память, а психотронное оружие реально. Иногда те, кто излагает подобные идеи, даже называют себя учеными. Отличить настоящего ученого от шарлатана можно — и довольно просто, считает Андрей Жвалевский. В книге «Рептилоиды на плоской Земле. Лженаука» («Дискурс») он показывает, что для этого достаточно арифметики, простейших наблюдений, несложных экспериментов и владения основами научного познания. Оргкомитет премии «Просветитель» включил эту книгу в «длинный список» из 24 книг, среди которых будут выбраны финалисты и лауреаты премии. N + 1 предлагает своим читателям ознакомиться с отрывком, посвященным теории кремниевого мира. Она предполагает, что в основе органических соединений лежит кремний, а планету давным-давно покрывал исполинский кремниевый лес.
Возможна ли вообще кремниевая жизнь?
Прежде чем исследовать аргументы сторонников кремниевой жизни, предлагаю выяснить: а в принципе возможна ли жизнь на основе кремния?
Мне, как небиологу, пришлось много чего почитать и даже пойти на поклон к профессионалам, чтобы получить общее представление об этой теме. Вы можете последовать моим путем и задать в Google поисковый запрос «Возможна ли жизнь на основе кремния». В ответ получите много популярных (на мой взгляд, слишком популярных) рассуждений. Суть их сводится обычно к риторическому вопросу «А почему бы и нет?».
Более того, есть даже попытки синтеза органических соединений на основе кремния. Пока ученым удалось просто создать внутри живой клетки химические связи между углеродом и кремнием, но важно, что для этого не пришлось использовать катализаторы или какие-то особенные реактивы. С задачей справился мутировавший фермент самой клетки.
Но это в лучшем случае позволит существовать «смешанным», углеродно-кремниевым организмам. О чисто кремниевой жизни речь все еще не идет.
Кроме того, возникает резонный вопрос: почему потребовалось вмешательство ученых? Почему кремниевая жизнь не появилась естественным путем? В конце концов, на нашей планете кремния в 150 раз больше, чем углерода: 28 % земной коры состоит из Si (кремния), тогда как из C (углерода) — всего 0,03 %. Значит, при прочих равных условиях кремниевая жизнь должна была появиться с большей вероятностью, чем углеродная. В 150 раз большей вероятностью.
Видимо, дело в том, что прочие условия не равны.
Самое доходчивое объяснение этому я нашел в научно-популярной книге Сергея Ястребова «От атома к древу». В главе «Углеродный шовинизм» он объясняет, чем углерод лучше кремния — в смысле появления жизни.
«В условиях, более-менее напоминающих земные, самым вероятным кандидатом на роль заменителя углерода остается кремний. Он имеет подходящую валентность 4, образует соединения, подобные углеводородам, и может реагировать с кислородом. Но есть несколько причин, по которым углерод при прочих равных условиях все же больше подходит на роль химической основы жизни.
Во-первых, углерод легко образует двойные связи1 (важнейшее для земной биохимии свойство!), а кремний из-за большего размера атома к этому неспособен.
Во-вторых, двуокись углерода (CO2) — это при нормальных условиях углекислый газ, прекрасно растворяющийся в воде. А двуокись кремния (SiO2) при тех же условиях — тугоплавкое твердое вещество с кристаллической решеткой, прошитой множеством ковалентных связей. Чистый SiO2 — это попросту кварц. Очевидно, что включить его в обмен веществ было бы гораздо труднее, чем углекислоту CO2.
В-третьих, кремний-кремниевая связь менее прочна, чем углерод-углеродная, поэтому кремневодороды по сравнению с углеводородами гораздо легче разлагаются».
1Одинарная ковалентная связь между двумя атомами создается при обобщении одной пары электронов — по одному электрону от каждого атома. Если обобщаются две пары электронов, связь получается двойная, три пары — тройная. Двойная и тройная связь значительно прочнее одинарной. — А. Ж.
Все понятно? Тогда можете переходить к следующему разделу этой главы.
Но если приведенная цитата кажется вам белибердой, попробуем разобраться на пальцах.
Для этого придется задуматься: а что такое жизнь? Как ни странно, строгого общепринятого определения жизни мне найти не удалось. Но зато все биологи сходятся в том, что у живого организма должны быть две важные черты:
он должен воспроизводиться (сохранять характерные признаки, передавать их по наследству);
он должен эволюционировать (постоянно меняться, создавая все новые и новые формы). Что это означает с точки зрения химии?
Химические связи должны быть достаточно прочными, чтобы воспроизводиться, но при этом пластичными, чтобы эволюционировать. У углерода, как было сказано выше, с прочностью связей все в порядке: он может создавать двойные связи, в том числе между двумя своими атомами. У кремния атом слишком большой, потому и двойную связь он образует с трудом. Да и, повторю, «кремний-кремниевая связь менее прочна, чем углеродуглеродная».
Кроме того, для эволюционирования важно, чтобы количество соединений, которое создает элемент, было максимально велико. У углерода с этим тоже все хорошо: он может создавать длинные и разветвленные цепочки (рис. 2.6). Число таких соединений огромно, хотя строятся они из ограниченного количества «кирпичиков»: атомов углерода, водорода, кислорода, азота и серы.
Да и двойные связи углерода позволяют прочно присоединять к молекулам не только отдельные атомы, но и целые функциональные группы. Кремний может удержать гораздо меньше атомов и групп атомов, поэтому в земных условиях соединений углерода на порядок больше, чем соединений кремния.
Ну и не будем забывать о важном условии существования жизни — обмене веществ (метаболизме). Именно метаболизм позволяет поймать «золотую середину» между воспроизводимостью и эволюционированием, между стабильностью и изменчивостью. Организм, оставаясь в целом неизменным, постоянно получает из внешней среды необходимые вещества — и выбрасывает в среду ненужные продукты реакций. А еще для поддержания жизни нужна энергия, которую организм в земных условиях получает в результате окисления. Понятно, что обмен удобнее организовать в жидкой или газообразной форме. У углерода и тут все хорошо: его соединения отлично растворяются в воде, а продукт окисления углерода — это CO2, углекислый газ. Еще раз подчеркиваю — газ. Соединения кремния в большинстве своем твердые, плохо растворимые или вовсе нерастворимые в воде вещества. Но самое главное неудобство кремния в том, что в результате окисления получается SiO2, грубо говоря, песок. Его не выдохнешь из себя, как газ. Да и в воде SiO2 не растворяется. Если верить учебнику химии, это соединение растворяется только в плавиковой кислоте (HF) и щелочах. Причем при реакции SiO2 со щелочью получается, например стекло. То самое, которое используют для производства посуды — именно потому, что стекло почти ни с чем не реагирует.
Впрочем, нужно отметить, что у кремния есть важное свойство, которое его роднит с углеродом. И которое оставляет кремнию шансы на роль источника жизни. Благодаря тому что у атома Si четыре свободных электрона, он может создавать достаточно длинные молекулы. Пусть не такие длинные, как атом С, но все-таки. Почему это важно? Потому что такие длинные структуры нужны для передачи наследственной информации (помните первое свойство жизни — воспроизводимость?). То есть теоретически возможно существование «ДНК» на основе кремния.
Итак, что у нас получается? Кремниевая жизнь крайне маловероятна в земных условиях. А если не в земных? Если увеличить давление, резко повысить температуру, изменить химический состав атмосферы? Кто знает… Наверняка ничего утверждать нельзя, пока не будет поставлен эксперимент. Возможно, в каких-то особенных условиях…
Но вернемся в наши, земные условия. Да, на Земле не всегда была такая температура, как сейчас, но все-таки не 1000 градусов по шкале Цельсия, а именно о такой жаре говорят специалисты, когда рассуждают о возможности кремниевой жизни. Во всяком случае в обозримом прошлом — несколько миллиардов лет — нет никаких доказательств того, что температура на поверхности нашей планеты была сильно выше нынешней. Скорее, наоборот: 3,5 миллиарда лет назад Солнце светило примерно на четверть слабее, чем сейчас, а основную часть тепла мы получаем как раз от нашего светила. Есть расчеты, в соответствии с которыми 2,4 миллиарда лет назад средняя температура на поверхности Земли составляла –40 °С. Маловато для кремниевой жизни.
Но не будем пока говорить, что жизнь на основе кремния невозможна на нашей планете в принципе. Скажем только, что она очень маловероятна.
А теперь детально изучим доводы сторонников кремниевой гипотезы.
Куда подевались гигантские деревья?
Почему вообще растения не растут себе бесконечно? Почему бамбук, тополь или даже секвойя вырастают до определенного предела — и останавливаются? Версию «так захотели рептилоиды» предлагаю сразу отсечь бритвой Оккама (см. введение) и поискать объяснение, основываясь на уже известных нам законах природы.
На самом деле, если вдуматься, ограничителей роста растений много.
Например, банальный сопромат говорит: чем выше дерево, тем прочнее должен быть ствол — иначе верхушку обломает ветер. А предел прочности есть у любого материала, в том числе у древесины. Этот аргумент как раз играет в пользу гипотезы гигантских кремниевых деревьев: камень — материал прочный.
Вторая возможная причина ограничения роста — фотосинтез. Чем выше над уровнем моря, тем ниже концентрация углекислого газа, а без него земные растения не могут наладить обмен веществ. А что с кремниевыми деревьями? Тут полная неопределенность, так как сторонники кремниевой жизни не утруждают себя объяснением, откуда деревья из Si брали энергию. Разве что упоминают о фотоэлементах… Но с фотоэлементами есть некоторая неувязочка, это я как физик говорю. В природе нет готовых фотоэлементов, их приходится создавать искусственно на специальных заводах по достаточно сложной технологии. Однако и после этого солнечная батарея работает не вечно, хотя и очень долго. Но самое главное — фотоэлемент производит чистую электрическую энергию, и каким образом кремниевые организмы могут ее использовать для своих нужд? Словом, вопросов много.
Наконец, для нормальной жизни нашим деревьям нужна вода. Воду они берут из почвы и «качают» наверх, к листьям. На этом обычно и заканчивается объяснение в учебнике «Человек и мир». Но что именно «качает»? Силы смачивания, которые часто называют капиллярными. До какой-то высоты капиллярные силы побеждают гравитацию, но всему есть предел. На большой высоте капиллярного давления не хватает, начинается эмболия — появление пузырьков воздуха в столбике воды. Но что такое «большая высота»? Сколько это в метрах?
В 2004 году группа исследователей под руководством Джорджа Коха из Университета Северной Аризоны решили исследовать самые высокие деревья на Земле — секвойи. Выбирали гигантов, выше 110 м. Не буду описывать все биологические подробности, но благодаря исследованию верхушек секвой удалось оценить теоретически предельную высоту этих деревьев. Получилось примерно 122–130 м. Выше воду по капиллярам секвой поднять невозможно даже в теории.
Найти подобные исследования по другим видам деревьев мне не удалось, но силы смачивания действуют везде одинаково. И для каждого дерева есть естественный предел высоты. Выше воду капилляры просто не поднимут.
Нужна ли вода кремниевым деревьям? Сложно сказать. Какие-то жидкости должны циркулировать в растениях, это важная часть метаболизма.
Вот и ответ на вопрос: «Куда подевались гиганты?» — «Их и не было».
Вопрос «Почему в России нет лесов старше 200 лет?» очень интересен и достоин отдельной книги. И для начала нужно будет убедиться, что старых лесов на территории России действительно нет. Но к гипотезе кремниевой жизни эта интереснейшая проблема имеет очень косвенное отношение. Потому что, как мы убедились, даже очень старые деревья не могут быть супергигантами. По крайней мере, если это деревья на углеродной основе.
Подробнее читайте:
Жвалевский, А. В. Рептилоиды на плоской Земле. Лженаука / Андрей Жвалевский. — Минск: Дискурс, 2019. — 256 с.
