Внеземная жизнь

Внеземная жизнь, жизнь, которая может существовать или могла существовать во Вселенной за пределами Земли. Поиск внеземной жизни охватывает множество фундаментальных научных вопросов. Каковы основные требования к жизни? Могла ли жизнь возникнуть в другом месте Солнечной системы? Есть ли другие планеты, подобные Земле? Насколько вероятна эволюция разумной жизни?

Универсальные критерии

Никто не знает, какие аспекты живых систем необходимы, в том смысле, что живые системы везде должны иметь их, а какие случайны, в том смысле, что они являются результатом эволюционных случайностей, таких что в другом месте другая последовательность событий могла бы привести к другим свойствам жизни. В этом отношении открытие хотя бы одного примера внеземной жизни, какой бы элементарной она ни была по форме или содержанию, явилось бы фундаментальной революцией в науке. Существует ли во Вселенной огромное количество биологических тем и контрапунктов, или есть места с живыми фугами, по сравнению с которыми одна мелодия Земли немного тонкая и тростниковая? Или Земля-это единственная мелодия вокруг?

Жизнь на Земле, структурно основанная на углероде, водороде, азоте и других элементах, использует воду в качестве среды взаимодействия. Фосфор, как фосфат, связанный с органическим остатком, необходим для хранения и транспортировки энергии; сера участвует в трехмерной конфигурации белковых молекул; и другие элементы присутствуют в меньших концентрациях. Должны ли эти конкретные атомы быть атомами жизни повсюду, или может быть широкий спектр атомных возможностей у внеземных организмов? Каковы общие физические ограничения на внеземную жизнь?

При подходе к этим вопросам можно использовать несколько критериев. Основные атомы должны иметь тенденцию к высокому космическому изобилию. Структурные молекулы организмов при температуре рассматриваемой планеты не должны быть настолько предельно стабильными, чтобы химические реакции были невозможны, но и не должны быть предельно нестабильными, иначе организм распадется на части. Среда для молекулярного взаимодействия должна присутствовать. Твердые тела неуместны из-за их инертности. Среда, скорее всего жидкость, но возможно и очень плотный газ, должна быть стабильной во многих отношениях. Он должен иметь большой диапазон температур (для жидкости разница температур между температурой замерзания и температурой кипения должна быть большой). Жидкость должна быть трудно испаряться и замерзать; в общем, она должна быть трудно изменить свою температуру. Среда взаимодействия должна быть отличным растворителем. Жидкая фаза должна присутствовать на рассматриваемой планете, поскольку материал должен поступать в организм в виде пищи и удаляться из организма в виде отходов.

Поэтому планета должна иметь атмосферу и некоторую жидкость вблизи поверхности, хотя и не обязательно водный океан. Если интенсивность ультрафиолетового света или заряженных частиц от его Солнца интенсивна На поверхности планеты, то некоторая область, возможно, ниже поверхности, должна быть защищена от этого излучения (хотя некоторые формы или интенсивность излучения могут позволить происходить полезные химические реакции). Наконец, крайне важно, чтобы условия допускали существование аутотрофии (способности организма синтезировать хотя бы часть собственных питательных веществ) или других средств чистого производства необходимых соединений.

Термодинамически фотосинтез, основанный на звездном излучении, может быть оптимальным источником энергии для внеземной жизни. Фотосинтетические организмы и излучение, которое они получают, не находятся в термодинамическом равновесии. На Земле, например, зеленое растение может иметь температуру около 300 K (23 °C, или 73 °F); температура Солнца составляет около 6000 K. (K = Кельвин. На шкале температур Кельвина, в которой 0 K является абсолютным нулем, 273 K является точкой замерзания воды, а 373 K является точкой кипения воды при одном атмосферном давлении.) Фотосинтетические процессы возможны потому, что энергия переносится от более горячего объекта (Солнца) к более холодному объекту (Земле). Если бы источник излучения находился при той же или более холодной температуре, чем фотосинтезатор, фотосинтетическая активность была бы невозможна. По этой причине идея о том, что подземное зеленое растение будет фотосинтезировать с помощью теплового инфракрасного излучения, испускаемого его окружением, несостоятельна. Столь же неосуществима и идея о том, что холодная звезда с температурой поверхности, подобной земной, может поддерживать фотосинтетические организмы.

Эти условия можно использовать для установления пределов химических потребностей жизни. Когда атомы химически соединяются, энергия, необходимая для их разделения, называется энергией связи, и мера этой энергии определяет, насколько плотно два атома связаны друг с другом. Энергии связи обычно варьируются от примерно 10 электронвольт (эВ) до примерно 0,03 эВ. Ковалентные связи, где электроны разделены между атомами, как правило, более энергичны, чем водородные связи, где атом водорода разделен между атомами, а водородные связи, в свою очередь, более энергичны, чем Ван-дер-ваальсовы силы, которые возникают от притяжения электронов одного атома к ядру другого. Атомы, свободные или связанные, движутся со средней кинетической энергией, соответствующей примерно 0,02 эВ. Чем выше температура, тем больше атомов движется с энергией, достаточной для самопроизвольного разрыва данной связи.

Конкретные атомы имеют ограниченные функции в современной биологии, но, помимо структуры и необходимости для жидкой среды взаимодействия, они не могут быть фундаментальными. Богатые энергией фосфатные связи в аденозинтрифосфате (АТФ), примерно такие же энергетические, как и водородные связи, на самом деле имеют относительно низкую энергию. Клетки хранят большое количество этих связей для того чтобы управлять молекулярными ухудшением или синтезом. Можно ожидать, что энергетическая валюта в высокотемпературных мирах будет намного более энергичной на связь, а в низкотемпературных мирах-намного менее энергичной на связь.

В Приспособленность окружающей среды (1913), американский биохимик Лоуренс Джозеф Хендерсон впервые подчеркнул преимущества углерода и воды для жизни с точки зрения сравнительной химии. Хендерсона поразил тот факт, что сами необходимые атомы-это именно те, что находятся вокруг. Примечательным остается тот факт, что атомы, наиболее полезные для жизни, имеют очень высокое космическое изобилие.

https://www.britannica.com/science/extraterrestrial-life

Ссылка на основную публикацию