До настоящего момента мы достаточно вольно использовали словосочетание «жизнь на основе углерода». В целом молекулы в живых системах на Земле в своём функционировании могут зависеть от уникальных свойств углерода, но многие из них содержат атомы других материалов, чередующихся с их углеродом. Например, знакомая нам двойная спираль ДНК построена на каркасе из атомов фосфора и кислорода. Поэтому мы должны рассмотреть возможность появления в живых системах кремния в сочетании с другими атомами. Мы знаем много веществ, в структуре молекул которых есть цепочки из кремния и кислорода, но не цепочки, полностью состоящие из атомов кремния: например, водонепроницаемые герметики и иная коммерческая продукция. Недавно учёные из Калифорнийского технологического института, используя бактерии, собранные в горячих источниках в Исландии, создали молекулы с химическими связями непосредственно между углеродом и кремнием. Хотя основной химический интерес к таким молекулам заключается в том, что они могут выступать в качестве ферментов для создания широкого спектра промышленных материалов, но они также предполагают возможность развития в других мирах форм жизни, основанных на комбинациях углерода и кремния. Изредка учёные рассматривали в качестве замены углерода в живых существах элементы, отличные от кремния. Как мы уже видели, основная стратегия состоит в том, чтобы найти элемент, который (1) является довольно распространённым и (2) способен образовывать длинные молекулярные цепочки. Одним из элементов, отвечающих этим критериям, является сера, которая находится в периодической таблице прямо под кислородом. Хотя сера встречается не в таком изобилии, как углерод или кремний, она всё же входит в первую десятку самых распространённых элементов в галактике. Она также способна образовывать линейные цепочечные молекулы, хотя это явно не такие сложные разветвлённые структуры, как в биомолекулах на Земле. Наиболее заметные концентрации серы в Солнечной системе находятся на спутнике Юпитера Ио (это тот, что похож на пиццу с пепперони). Ио является ближайшей к Юпитеру среди четырёх больших галилеевых лун планеты (остальные — это Европа, Ганимед и Каллисто), и гравитационные взаимодействия между этими спутниками генерируют много тепла в его недрах. В результате Ио оказывается самым вулканически активным объектом в Солнечной системе, а вулканы выбрасывают продукты извержения на сотни миль в атмосферу. Пятнистая окраска на его поверхности в основном обусловлена серой из вулканов, которая осела после этих извержений. Большая часть этого покрытия представляет собой чистую серу в нескольких из множества её форм. Атомы серы обычно объединяются в группы от 6 до 20 атомов, причем наиболее распространённой является структура в форме короны из 8 атомов. Нет ничего необычного в том, что атомы одного элемента группируются в разных конфигурациях: например, алмазы и графит (карандашный грифель) являются чистым углеродом, но у них разное расположение связей между атомами. Когда две молекулы, состоящие из атомов одного и того же типа, имеют разную конфигурацию, говорят, что они являются аллотропными модификациями друг друга. Большое количество аллотропных модификаций серы, которые мы наблюдаем в таких местах, как Ио, иногда используется как основание для предположения о возможности жизни на основе серы — предположения, рождённого широким разнообразием форм, которые могут принимать аллотропные модификации серы. Однако мы не знаем ни одной работы, которая выводила бы этот аргумент за рамки простых предположений. Мы могли бы продолжить эту дискуссию, двигаясь по всей периодической таблице, но чем дальше мы уходим от углерода, тем более слабыми становятся аргументы. Думаем, что лучше всего придерживаться углерода, сохраняя при этом непредвзятое отношение к случайному редкому появлению жизни, основанной на других химических элементах. Заменители воды Быть водным шовинистом во многих отношениях даже ещё проще, чем углеродным. Вода обладает многими свойствами, которые делают её пригодной для поддержания жизни, и она действительно практически вне конкуренции. Давайте начнём нашу дискуссию с рассказа о некоторых из её желательных свойств. Прежде всего, для повышения температуры воды требуется много энергии. На языке физиков мы говорим, что она обладает высокой удельной теплоёмкостью. Это позволяет относительно легко поддерживать постоянную температуру в водоёмах, что является очевидным преимуществом для живых систем. Кроме того, вода обладает довольно необычным свойством, состоящим в том, что плотность её твёрдой фазы (льда) меньше, чем плотность жидкой фазы. Почти все прочие материалы обладают противоположными свойствами. Это означает, что когда вода начинает замерзать, лёд всплывает наверх, а не опускается на дно. Как правило, в больших водоёмах лёд образует теплоизолирующий слой, а вода под ним остаётся жидкой, что является ещё одним очевидным преимуществом для жизни. Если бы лёд был плотнее жидкой воды, он опустился бы на дно, едва образовавшись, и озеро или океан промёрзли бы полностью снизу вверх. И это, как минимум, создало бы стресс для водных обитателей. Возможно, важнейшим свойством воды с нашей точки зрения является её способность растворять самые разнообразные вещества. Собственно, её часто называют универсальным растворителем, так как она может растворять больше веществ, чем любая другая обычная жидкость. Это означает, что молекулы других веществ, растворённых в воде, в целом свободно перемещаются и взаимодействуют друг с другом — это очевидный плюс в том, что касается развития жизни. Причина, по которой вода обладает такой способностью, заключается в том, что она представляет собой пример так называемой полярной молекулы. Небольшое пояснение: законы квантовой механики управляют силами, действующими между атомами в молекулах воды, определяя их конфигурацию. Если вы представите, что атом кислорода — это голова, то два атома водорода — это прикреплённые к нему уши Микки Мауса, причем угол между отрезками, проведёнными от кислорода к двум водородам, составляет 105 градусов. Законы квантовой механики также говорят нам, что электроны в молекуле будут стремиться собираться вокруг атома кислорода. Таким образом, хотя молекула воды в целом электрически нейтральна, один её конец будет нести отрицательный заряд, тогда как другой конец будет положительным. Это распределение зарядов и делает воду полярной. Давайте посмотрим, как это работает, когда вода растворяет другое вещество. Представьте себе молекулу воды, приближающуюся к куску вещества. Чисто теоретически предположим, что она приближается отрицательным концом вперёд. Молекула в веществе будет испытывать воздействие электрических сил от обоих концов приближающейся молекулы воды, но те, которые связаны с отрицательно заряженным концом, находящимся ближе, будут оказывать более сильное воздействие. Вступив в контакт с молекулой вещества, молекула воды приобретает чистый отрицательный заряд. Из-за этого электроны в молекулах материала будут отталкиваться от приближающейся воды, оставляя в веществе положительно заряженную область, обращённую в сторону молекулы воды. В итоге у нас получается, что к положительному концу молекул материала приближается отрицательно заряженный конец молекулы воды. Мы знаем, что противоположные электрические заряды притягиваются, а это означает, что, как только электроны сместятся, как описано выше, между молекулой воды и молекулой вещества возникнет сила притяжения. Это вытянет молекулу вещества из её первоначального положения, и по мере продолжения этого процесса вещество будет растворяться молекула за молекулой. Любой, у кого есть кулинарный опыт, знает, что один из способов удалить липкий налёт с кастрюль и тарелок — просто дать им немного побыть в воде. Эта маленькая кухонная хитрость работает, потому что полярные процессы, запущенные конфигурацией электронов в молекуле воды, медленно растворяют липкий материал. Учёные рассуждали о многих веществах, которые могли бы заменить воду в химии жизни. В целом мы можем выделить здесь две функции воды. Одна из них, упомянутая выше — просто быть средой, поддерживающей сложные молекулы. Для описания жидкостей, способных образовывать жидкие океаны, писатель-фантаст и биохимик Айзек Азимов придумал слово «талассоген» (образователь морей). Вторая функция — участие в химических процессах жизни. Образование молекул воды играет определённую роль в создании так называемой пептидной связи, которая, например, удерживает белки вместе. Далее мы рассмотрим два возможных заменителя воды. Один из них — аммиак, распространённая молекула, больше всех похожая на воду, а другой — метан. Последний упомянут здесь, потому что мы знаем об одном метановом океане во Вселенной — он находится на спутнике Сатурна Титане. Давайте начнем с аммиака, NH3. Аммиак, состоящий из азота и водорода, двух распространённых элементов, является обычным веществом — это была одна из первых сложных молекул, обнаруженных в межзвёздных облаках. Вы, вероятно, сталкивались с ним в виде водного раствора, обычного бытового чистящего средства (его часто используют для стекла и керамики, потому что он высыхает, не оставляя разводов). И, конечно же, он играет важную роль в производстве удобрений, которые позволяют относительно небольшому числу фермеров прокормить миллиарды людей на нашей планете. При давлении в 1 атмосферу аммиак представляет собой жидкость в диапазоне от -108° до -28°F (от -78° до -33°C). В этом состоянии он способен растворять самые разнообразные материалы, в том числе некоторые металлы. Кроме того, многие важные молекулы, обнаруженные в системах на основе углерода, имеют аналоги в системах на основе аммиака. Относительное изобилие аммиака и такого рода химические свойства побудили некоторых учёных предложить его в качестве заменителя воды в процессе развития жизни. Однако здесь есть некоторые проблемы. Вероятно, важнейшей из них является то, что аммиак является жидкостью только при температурах, которые значительно ниже, чем встречающиеся в большинстве мест на Земле. Как правило, при понижении температуры химические реакции замедляются. Вот почему мы используем холодильники и морозильники — если уж об этом заговорили, порча продуктов представляет собой химический процесс. У химиков есть общее эмпирическое правило, согласно которому скорость реакции падает вдвое при каждом снижении температуры на 18°F (10°C). Таким образом, химические реакции в аммиачном океане происходили бы примерно в 30-50 раз медленнее, чем в относительно спокойных океанах Земли. Таким образом, развитие жизни, которое на Земле заняло сотни миллионов лет, в аммиачном океане может занять несколько миллиардов лет. (Мы столкнёмся с проблемой температуры в ещё более выраженной форме далее, когда будем обсуждать жидкий метан.) Отметив этот момент, мы должны добавить, что не рассматриваем сравнительно низкую температуру жидкого аммиака как абсолютный барьер для развития жизни — как основанной на углероде, так и какой-либо иной. Это просто означает, что для развития жизни в мире, океаны которого состоят из аммиака, потребуется больше времени. Можно было бы рассчитать размеры ЗООЗ для планетных систем с аммиачными океанами, хотя мы не знаем, делалось ли это вообще. Вероятно, они будут находиться дальше от звезды, чем ЗООЗ для воды. Некоторые учёные, однако, выразили серьёзную обеспокоенность по поводу пригодности аммиака в качестве среды для жизни. Возражения основаны на том факте, что силы, удерживающие молекулы жидкости вместе, в аммиаке слабее, чем в воде. Попутно отметим, что отсутствие разводов на стекле от аммиака связано именно с этим свойством. Притяжение между молекулами воды создаёт поверхностное натяжение, которое заставляет воду на стекле собираться в капли. Аммиак, обладающий более низким поверхностным натяжением, не образует столько капелек и, следовательно, не оставляет разводов. К сожалению, это свойство молекул аммиака может затруднить им образование длинных цепочек, встречающихся в живых системах. Как и кремний, аммиак является излюбленным альтернативным веществом среди любителей научной фантастики. Например, его часто используют, чтобы представить жизни в холодных внешних слоях атмосферы газовых гигантов. Его способность растворять металлы также порождает увлекательные дискуссии о том, какие цвета вы могли бы увидеть в аммиачном океане. Однако на данный момент, хотя мы и должны рассматривать аммиачные океаны как возможное место зарождения жизни на экзопланетах, у нас нет доказательств того, что они существуют. Как следует из термина «природный газ», метан — это газ при тех температурах, которые мы считаем нормальными. Если точнее, то он является жидкостью только при температурах между -260° и -297°F (от -162° до -183°C). Тем не менее, нам известен один мир с такой низкой температурой поверхности, и мы знаем, что в этом мире есть океаны, состоящие из метана и других углеводородов. Таким образом, метан является единственным талассогенным веществом, в отношении которого мы можем быть уверены, что оно действительно участвовало в формировании океана (помимо воды, разумеется). Мир, о котором мы говорим, — это Титан, самый большой спутник Сатурна. С нашей точки зрения, об этом теле известно два важных факта: во-первых, это единственная луна в Солнечной системе с плотной атмосферой (состоящей в основном из газообразного азота, как у Земли), а во-вторых, она действительно холодная — температура поверхности колеблется около -290°F (-179°C). Чтобы охарактеризовать этот мир лучше всего, можно сказать, что в нём есть знакомые геологические структуры (например, озёра и горы), состоящие из незнакомых материалов. При температуре поверхности Титана водяной лёд твёрд, как камень, а озёра и океаны состоят из жидкого метана и других углеводородов, как уже упоминалось выше. Самым распространённым из этих других углеводородов является этан, двоюродный брат метана, содержащий два атома углерода. Песчаные дюны вблизи экватора Титана состоят из органических соединений тёмной окраски — один учёный сравнил их с дюнами из кофейной гущи. Атмосфера Титана представляет собой оранжевую дымку, которая препятствует хорошему обзору поверхности. На протяжении многих лет наблюдения в телескоп и данные с космических аппаратов показали, что атмосфера насыщена сложными органическими соединениями — молекулами, которые значительно сложнее, чем простой метан. Затем, вскоре после прибытия к Сатурну в 2004 году, космический аппарат «Кассини» сбросил зонд в атмосферу Титана, и мы впервые взглянули на его поверхность. Зонд был назван в честь Христиана Гюйгенса (1629-95), голландского астронома, открывшего Титан. Он совершил посадку на поверхность спутника и передавал оттуда данные в течение примерно 90 минут, прежде чем его поглотила поверхность Титана. После этого «Кассини» ещё несколько раз пролетел рядом с Титаном, картировав его поверхность при помощи радара. Теперь в нашем представлении этот спутник — такое место, где углеводороды дождём льются с неба и заполняют моря и озёра. (Интересно, что озера Титана названы в честь аналогов на Земле: например, Онтарио и Каюга.) Именно в этих озёрах и морях учёные надеются отыскать информацию о развитии жизни в метановой среде. Существует ещё одно важное следствие чрезвычайно низких температур на Титане, которое может повлиять на происхождение жизни. Если, как мы указывали выше, скорость химической реакции снижается вдвое при каждом понижении температуры на 18°F (10°C), то на Титане они займут примерно в миллион раз больше времени, чем на Земле. Таким образом, если для развития жизни в океанах Земли потребовались сотни миллионов лет, как это и было, судя по всему, то для того, чтобы то же самое случилось на Титане, потребовались бы сотни триллионов лет. Это значительно больше, чем возраст Вселенной, поэтому первый вывод, который мы можем сделать, состоит в том, что, даже если жизнь и может развиться в метановом океане, у неё, вероятно, не было времени это сделать. Следовательно, учёные, изучающие химию Титана, говорят о поиске предшественников жизни, а не самой жизни. Если нет таких низкотемпературных процессов, о которых мы не знаем в настоящее время, нам придётся исключить метановые океаны из нашего списка сред, в которых к настоящему времени могла бы развиться жизнь. Сделав это замечание, мы должны отметить, что мы не принимаем во внимание возможность существования пока ещё неизвестных каталитических или ферментативных процессов, которые могли бы значительно ускорить скорость реакции. Однако до тех пор, пока они не будут обнаружены, мы будем придерживаться общепринятого довода, приведённого выше, и считать Титан местом, где мы можем изучать химические предшественники жизни. На протяжении многих лет люди строили предположения в отношении многих других жидкостей, которые могли бы играть ту роль, которую вода играет в жизни на Земле. Одним из таких примеров является сероводород, H2S. В этой молекуле атом серы занимает то же самое место, какое кислород занимает в воде. Он становится жидкостью при температуре ниже -76°F (-60°C), и потому можно ожидать, что он будет играть важную роль на планетах, удалённых от своих звёзд. Как мы видели в случае с аммиаком, при такой температуре химические реакции, которые привели к возникновению жизни на Земле, протекали бы в несколько сотен раз медленнее, чем на нашей родной планете. С другой стороны, жизни хватило бы времени, чтобы развиться в сероводородном океане на планете, вращающейся вокруг долгоживущей звезды — такой, как красный карлик. Однако, в отличие от аммиака, научных исследований, касающихся пригодности этой молекулы для развития жизни, проводилось очень мало. Таким образом, мы поместим сероводород, а также целый список других веществ, которые могут заменить воду в процессе развития жизни, в папку с пометкой «Возможно». Написано несколько статей о возможных жидкостях, находящихся на другом конце температурной шкалы по отношению к веществам, которые мы обсуждали до сих пор, — например, о расплавленной лаве. В этом случае проблема заключается не в скорости химических реакций, а в возможности сохранения сложных молекул. В конце концов, высокая температура означает высокую скорость движения и к чрезвычайно сильные столкновения молекул. Мы предполагаем, что в условиях высокой температуры чему-то вроде молекулы ДНК было бы невозможно сохраниться. Скорее всего, какая-либо информация, передаваемая из поколения в поколение, могла бы передаваться посредством сложных минералов, способных сохранять свою структуру при высоких температурах. Итак, мы завершаем обсуждение этой темы, освежив своё убеждение в том, что наиболее вероятными компонентами в развитии жизни будут молекулы на основе углерода, работающие в воде. Следовательно, мы считаем, что наша нынешняя стратегия, обращающая поисковые усилия на системы, где имеются эти вещества, в высшей степени разумна. Однако мы также понимаем, что следует непредвзято относиться к другим типам молекул, работающих в других жидкостях, поскольку исключать такие типы жизни нельзя, и галактика наверняка будет полна странных и неожиданных находок. 16 ЖИЗНЬ, СОВЕРШЕННО НЕ ПОХОЖАЯ НА НАС. ОНА МОЖЕТ ВЫГЛЯДЕТЬ ДОВОЛЬНО СТРАННО Поверхность этой планеты твёрдая — возможно, металлическая. Датчики вашего дельта-флаера сообщают, что температура снаружи всего лишь на несколько градусов выше абсолютного нуля. Они также говорят вам, что электроны на этой металлической поверхности объединились, образуя сверхпроводник. Токи создают магнитные поля, которые, в свою очередь, порождают другие токи, которые создают магнитные поля, и так далее, создавая структуры невероятной сложности. Маленькие кусочки сверхпроводящего материала бегают по поверхности планеты, следуя сложным полям. Когда вы выглядываете из иллюминатора своей кабины, в голову приходит странная мысль: а не может ли эта штука быть живой? * * * До этого момента мы в своём обсуждении неоднократно отмечали, что независимо от того, что мы ожидаем найти, когда отправимся в галактику, то, что нам удастся обнаружить, удивит нас в любом случае. Например, будучи углеродными шовинистами, мы ожидаем, что вся жизнь будет основана на химии молекул, построенных на углеродной основе. Однако никто из нас не захотел бы побиться об заклад на всё, что у него есть, что это единственный тип жизни, который мы откроем для себя. Точно так же, будучи химическими шовинистами, мы считаем, что даже если мы найдём жизнь, не основанную на углероде, она всё равно будет предполагать химические взаимодействия между молекулами, построенными не на углеродной основе. Однако, отталкиваясь от исходного положения о том, что нас обязательно удивит то, что находится в других местах Вселенной, мы должны рассмотреть возможность поиска существ, которые, по нашему мнению, являются живыми, но которые не зависят от химических реакций. Это то, что мы имеем в виду под «жизнью, совершенно не похожей на нас» (специально выделено курсивом). Одна из основных проблем, с которыми нам приходится сталкиваться на подступах к этой теме, — переосмысление того, что мы имеем в виду, когда говорим о жизни. В главе 3 мы видели, как чертовски трудно вывести определение этого слова. Два варианта, которые мы обсуждали в этой главе — определение через перечень свойств и определение с позиций естественного отбора — явно землецентричны и, вероятно, будут не особенно полезны для распознания жизни, совершенно не похожей на нас. Тогда нам придётся начать с термодинамического определения. Это, как вы помните, представление о том, что живые системы поддерживаются в высокоупорядоченном состоянии, далёком от равновесного, благодаря потоку энергии. Мы можем выделить два сценария, по которым может развиваться жизнь, совершенно не похожая на нас. В одном из них законы природы самостоятельно создают термодинамически живую систему. В другой ситуации разумная жизнь — вероятно, на углеродной основе — возникает естественным путём, а затем создаёт машины, которые развиваются до такого состояния, что мы стали бы считать их живыми. Как мы увидим далее, последняя возможность ставит перед нами некоторые самые глубокие и сложные вопросы современной философии. Наконец, мы отмечаем, что и научная фантастика, и спекулятивная научная литература полны идей странных и удивительных форм жизни — их слишком много, чтобы описать их в одной главе. Извиняясь перед теми, чьи идеи мы оставили без внимания, мы представляем здесь несколько наиболее правдоподобных кандидатов на жизнь, совершенно не похожую на нас. Неорганическая жизнь Для начала немного терминологии. В каждодневных разговорах термин «органический» относится к продуктам питания, которые были выращены без использования определённых химических соединений. С другой стороны, химики используют этот термин для описания вида атомов в определённого рода молекулах: общее определение, хотя оно лишь одно из многих, состоит в том, что органическая молекула содержит углерод и водород, независимо от того, входит ли эта молекула в состав живых организмов, или нет. Например, метан («природный газ») представляет собой молекулу, состоящую из одного атома углерода и четырёх атомов водорода. В соответствии с нашим определением, эта молекула считается органической, хотя она может быть получена в результате процессов, которые не имеют ничего общего с живыми системами. Аналогичным образом понятие «неорганическая жизнь» относится к любой живой системе, которая не зависит от молекул, содержащих углерод. Например, в предыдущей главе мы обсуждали неорганическую жизнь, когда говорили о жизни на основе кремния. Мы начнём разговор с замечания о том, что изучение неорганической жизни, будь то в лаборатории или с помощью компьютерного моделирования, в настоящее время не является основной областью научных исследований. Она проводится лишь в относительно небольшом количестве исследовательских институтов по всему миру. В дальнейшем мы опишем некоторые из самых интересных идей, которые уже были выдвинуты, и порассуждаем о других, которые могут получить развитие в будущем. Мы подчёркиваем, что никто не создал ни одного неорганического организма, который можно было бы хотя бы отдалённо считать живым. В лучшем случае кандидаты на звание жизни, совершенно не похожей на нас, проявляют лишь немногие свойства, обычно присущие живым системам. Однако ни один из них не прошёл бы простой тест «Узнáю, когда увижу». Вначале мы рассмотрим некоторые лабораторные эксперименты, которые предполагают возможность получения металлических (т.е. неорганических) аналогов клеток. Они зависят от химических реакций, но химические реакции настолько отличаются от того, что мы обычно ассоциируем с жизнью, что они заслуживают ярлыка «совершенно не похожих на нас». Затем мы обратимся к компьютерному моделированию, которое предполагает ещё более странную форму жизни, управляемую электромагнитными взаимодействиями, а за этим последуют некоторые наши собственные размышления на тему электромагнитной жизни. Наконец, мы рассмотрим идею, которая существует только в научной фантастике: о том, что «живой» может быть целая планета. Закончив с этим, мы обратимся ко второй категории, упомянутой выше: к жизни, созданной высокоразвитым разумом. Химик Ли Кронин и его коллеги из Университета Глазго провели серию экспериментов, чтобы выяснить, может ли жизнь на основе металлов развиваться в направлении, аналогичном развитию жизни на основе углерода на Земле. Одна из его целей — найти неорганические процессы, которые могут привести к образованию эквивалента клеточной мембраны — структуры, отделяющей живое от неживого. Используя молекулы, называемые полиоксометалатами — сложные молекулы, содержащие сотни атомов, привязанных к таким металлам, как вольфрам, ванадий или молибден, — и стандартные химические методы, он может создавать полые металлические пузырьки или оболочки, которые могут служить клеточными мембранами. В зависимости от параметров эксперимента, эти оболочки могут даже нести отверстия, аналогичные каналам, по которым химические вещества поступают в живые клетки и покидают их. Кронин называет свои творения неорганическими химическими клетками (inorganic chemical cells) или iCHELL. Одна из целей Кронина — создание металлической версии естественного отбора. Вот как он может работать: ячейка iCHELL будет заполнена несколькими крупными молекулами и молекулами меньшего размера, которые более крупные могли бы использовать для построения молекулярных структур. Конкуренция между более крупными молекулами за более мелкие была бы металлическим эквивалентом естественного отбора, и успешные молекулы, заключенные в металлическую оболочку, были бы аналогом первых на Земле клеток на углеродной основе. Это действительно амбициозный проект, и Кронин, безусловно, обладает научными знаниями, необходимыми для его реализации. Впрочем, авторы считают, что было бы разумно подождать, пока не будет достигнут дальнейший прогресс в данном подходе к неорганической жизни, прежде чем размышлять о том, как такой процесс может происходить на экзопланете. Хотя подход с использованием iCHELL к созданию чего-то, что можно было бы назвать «живым», зависит от экзотического вида химии, другие учёные полностью отказались от химии в своих поисках жизни, совершенно не похожей на нас. Например, в 2009 году международная группа теоретиков под руководством физика В. Н. Цытовича из Российской академии наук создала компьютерную модель с интересными выводами в отношении природы жизни. Собственно, они начали с облака пылевых частиц, заключённого в плазму. Определение: плазма — это газ, в котором у части атомов были вырваны один или несколько электронов; созданные таким образом положительные ионы, а также электроны способны свободно перемещаться. Обычный способ образования плазмы в природе заключается в повышении температуры газа, что делает сильнее столкновения между атомами и в итоге выбивает из них слабее всего связанные электроны. Плазма довольно распространена во Вселенной — например, вещество на Солнце почти полностью состоит из плазмы — и её не так уж сложно создать: вы делаете это всякий раз, когда включаете флуоресцентную лампочку. Таким образом, природная среда, представленная в компьютерной модели, не является особо экзотической. В пылевой плазме некоторые электроны присоединяются к частицам пыли и тем самым создают отрицательно заряженные частицы, которые также могут свободно перемещаться. Теоретики обнаружили, что при определённых условиях действие электрическиех и магнитных сил в системе плазма-пыль способствует сбору пыли в структуры, которые можно описать только как микроскопические спирали. Они сами несут электрический заряд и могут, например, расти и разделяться на две спирали, каждая из которых является копией исходного объекта. Возможно, мы захотели бы обозначить этот процесс как воспроизводство. Кроме того, некоторые из спиралей более стабильны, чем другие, что приводит к своего рода выживанию наиболее приспособленных, которое мы связываем с естественным отбором. Таким образом, мы можем сказать, что самоорганизующиеся пылинки в плазменной среде проявляют некоторые формы поведения, которые мы ассоциируем с живыми системами. Кроме того, они соответствуют нашему определению термодинамической жизни, поскольку поддержание существования плазмы при высокой температуре требует затрат энергии, а спирали явно далеки от состояния равновесия. Однако, сказав это, мы должны подчеркнуть, что все эти модели поведения до сих пор существуют лишь в компьютерной модели, но не в лаборатории или в космосе. Такая форма жизни может быть возможной, но нам нужно будет увидеть физическое проявление этого прежде, чем хотя бы просто подумать, действительно ли то или иное пылевое облако является живым. Вообще, когда физики вроде команды Цытовича думают о том, как создавать сложные немолекулярные системы, они обычно обращаются мыслями к электричеству и магнетизму. Как было показано в главе 2, эти явления регулируются группой законов, известной как уравнения Максвелла. Там, где они непосредственно относятся к нашему обсуждению, говорится, что • электрические токи (т.е. движущиеся электрические заряды) создают магнитные поля и • изменяющиеся магнитные поля создают электрические токи Второе из этих утверждений как раз и объясняет, например, генерацию индуцированных электрических токов, о чём мы говорили в главе 13. Электрические токи вроде тех, что текут по медным проводам в вашем доме, состоят из электронов. Когда эти электроны движутся, они передают часть своей энергии тяжёлым атомам меди, с которыми сталкиваются, и те после этого движутся чуть быстрее — это явление мы воспринимаем как выделение тепла, которое рассеивается в среде, окружающей провод. Мы говорим, что провод характеризуется наличием так называемого электрического сопротивления. Если мы не будем продолжать добавлять энергию, чтобы восполнить потерянное тепло, ток перестанет течь. Когда это произойдет, исчезнет также любое созданное им магнитное поле (см. первое правило выше). В 1911 году голландский физик Хейке Камерлинг-Оннес (1853-1926) сделал удивительное открытие: когда температура некоторых металлов, например, ниобия и олова, понижается до нескольких градусов выше абсолютного нуля (-460°F или -273°C), электрическое сопротивление исчезает. В этой ситуации электрические токи будут течь вечно, и связанные с ними магнитные поля также будут существовать вечно. Явление, которое обнаружил Камерлинг-Оннес, называется сверхпроводимостью. Теперь мы понимаем, что оно возникает из-за того, что при таких низких температурах все электроны в токе объединяются и обходят тяжёлые атомы металла, не передавая им никакой энергии. Весь смысл здесь в том, что, если сохранять электрические провода холодными, сверхпроводящие токи можно использовать для создания интенсивных (и постоянных) магнитных полей. Например, если вы когда-либо проходили магнитно-резонансное томографическое исследование, вас прощупывали магнитным полем, которое создаёт электрический ток в сверхпроводнике. Сверхпроводящие магниты имеют ключевое значение для проектирования крупнейших в мире ускорителей частиц — таких, как Большой адронный коллайдер в Швейцарии. Они также значатся в планах следующего поколения железнодорожных перевозок, поскольку являются неотъемлемой частью так называемых маглевов (от «магнитная левитация»), поездов на магнитной подвеске, которые разрабатываются во всем мире для междугородних поездок. Вообще, коммерческие поезда на магнитной подвеске уже работают в Китае. Как это часто бывает в науке, открытие этого малоизвестного явления привело к появлению отраслей промышленности, оборот которых составляет многие миллиарды долларов ежегодно. Мы можем представить себе миры настолько холодные (например, планету-сироту вроде тех, которые мы обсуждали в главе 11), что металл на их поверхности или внутри них превратился бы в сверхпроводник. Для того, чтобы заставить сверхпроводящий ток течь в такой структуре, не потребовалось бы много усилий: его могло бы запустить движение планеты в протяжённом и изменяющемся межзвёздном магнитном поле. Появившийся в результате этого ток изменил бы магнитные поля внутри планеты и в космосе вокруг неё, создавая электрические токи, которые, в свою очередь, создавали бы магнитные поля и так далее. Нетрудно понять, как система взаимодействующих токов и полей может развиться до сложности, сравнимой с той, что встречаются у живых существ. Будет ли эта система живой — вопрос открытый, однако это пример того, как может выглядеть неорганическая жизнь.