Для возникновения жизни на любой планете необходим подходящий химический растворитель, однако это не обязательно должна быть жидкая вода. Исследователи в области астробиологии изучили альтернативные варианты и выявили несколько перспективных кандидатов, которые могут стать основой для поиска жизни на других планетах и спутниках.
На данный момент зафиксировано более пяти с половиной тысяч экзопланет, среди которых некоторые рассматриваются как потенциально пригодные для жизни. Кроме того, в Солнечной системе существуют планеты и спутники с условиями, значительно отличающимися от земных, и ученые продолжают надеяться на обнаружение признаков жизни, существующей или существовавшей в прошлом. При этом, эта жизнь может иметь форму, отличную от привычной нам, основанной на углероде.
В качестве альтернативы, внеземные формы жизни могут использовать кремний вместо углерода в качестве основного строительного элемента или использовать водород вместо кислорода в процессе дыхания. Однако, независимо от конкретных условий, развитие жизни на любой планете должно основываться на фундаментальных законах химии, что подразумевает наличие подходящего химического растворителя. На Земле такой средой является, разумеется, жидкая вода, характеризующаяся целым рядом полезных свойств.
Благодаря тому, что вода может находиться в жидком состоянии на поверхности Земли и обладает устойчивой молекулярной структурой, она играет ключевую роль в поддержании жизни. Во-вторых, вода способна растворять различные соединения, включая полимеры, что обеспечивает живым организмам возможность усваивать необходимые питательные вещества. Кроме того, вода создает условия для стабильного существования, легкого смешивания, взаимодействия и образования комплексов сложных молекул. И, наконец, благодаря своей химической активности, вода является важным участником метаболических процессов, происходящих в организмах.
Многие ученые и космические агентства справедливо полагают, что наличие жидкой воды на поверхности экзопланет является ключевым фактором, определяющим их потенциальную обитаемость. Тем не менее, новое исследование, проведенное международной группой ученых, призвано переосмыслить представление об оптимальных химических средах, способных поддерживать жизнь, что позволяет расширить горизонты поисков.
В статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv, астробиологи изучили распространенные химические растворители на небесных телах, оценивая их соответствие четырем важным критериям: стабильность, способность к сольватации, стабилизация других молекул и функциональность, аналогичная свойствам воды. Из десяти рассмотренных кандидатов, аммиак, серная кислота и диоксид углерода оказались соответствующими как минимум трем из четырех критериев.
Аммиак, к сожалению, неустойчив под воздействием ультрафиолетового излучения, поэтому он не может служить основным растворителем. Серная кислота, несмотря на свою высокую токсичность для земных организмов, соответствует трем ключевым требованиям и потенциально может выступать в роли растворителя для внеземной жизни. Ограничением является отсутствие информации о том, способны ли ее растворы поддерживать существование сложных молекул, необходимых для элементарной биохимии.
Наконец, диоксид углерода (СО2) молекула часто встречается, демонстрирует высокую стабильность и способна растворять различные типы молекул, обеспечивая устойчивость их комплексам. Однако для поддержания ее жидкого состояния необходимы весьма специфические условия. Химическая инертность молекулы СО ставит под сомнение ее способность к активному участию в биохимических процессах 2.
Авторы свежего исследования вновь убедительно доказали, что вода является самым распространенным и эффективным растворителем, необходимым для существования и поддержания жизни. Вместе с тем, ученые продемонстрировали, что другие распространенные в космосе молекулы обладают характеристиками, близкими к свойствам воды. При этом, эти молекулы способны взаимодействовать друг с другом, формируя оптимальный растворитель для внеземной жизни.
Следует также подчеркнуть, что, возможно, ученые преждевременно исключили аммиак из списка потенциальных альтернативных растворителей. Действительно, ультрафиолетовое излучение способствует его разложению, однако исследователи полагают, что аммиак присутствует в океанах многих небесных тел, включая Плутон. Поскольку под ледяным слоем ультрафиолет не проникает, химической стабильности аммиака, по всей видимости, ничто не угрожает.