Макар, че досега ни е известен само земния въглеродно-белтъчен-нуклеиново-воден живот, това не означава, че в безграничния Космос не може да съществуват и други форми.

Основа на живота във Вселената могат да бъдат:

• Широко разпространените химически елементи от IV-VI група от таблицата на Менделеев (въглерод, силиций, кислород, флуор, азот, фосфор, сяра и т.н.), способни да образуват сложни молекулярни вериги и да изпълняват функциите на органични молекули.
• Химическите съединения (амоняк NH₃, смес на вода с амоняк, сероводород H₂S, синилна киселина HCN, флуорен водород HF и т.д.), имащи свойството да бъдат едновременно киселина и основа, способни да станат биологични разтворители.

Амонячният живот

е втория по вероятност на разпространения след земния. Амонякът има достатъчно висока точка на топене, кипене и топлоемкост, остава течен в диапазон от температури от –77,7^о С до –33,4^о С при нормално налягане, а при нарастване на налягане температурата на кипене се увеличава (до +132,4^о С при р = 112 атм). Океани и морета от течен амоняк (или смеси на амоняк с вода и хидроксиламин NH₂OH) не по-зле от хидросферата на Земята биха смекчавали колебанията на температурите. Амонякът има някои биологични преимущества пред водата (по-нисък вискозитет, способност да разтваря органични съединения и т.н.) Но ако приемем амонякът като основа за живот, то ще се появят някои проблеми. Температурата му на кипене е двойно по-ниска от тази на водата, а повърхностното му напрежение е 3 пъти по-малко. Това означава, че амонячните форми на живот биха били доста неопределени. Във всеки случай, ако ги срещнем – ще бъдем изненадани. “Амонячният” живот може да процъфтява на относително хладни планети от земната група или планетоиди с плътни атмосфери.

Живот в други разтворители

По-малко вероятен е живот на повърхността на неголеми планети с атмосфери от дициан C₂N₂ и хидросфери от цианистоводородна (синилна) киселина HCN (t_{замръзване} = –13,4^o С, t_кипене = +25,6^o С при р = 1 атм). В плътните атмосфери на планетите-гиганти в условията на ниски температури (от – 100^o С до – 50^o С) може да възникне сероводороден живот. Живот може да се появи и на повърхността на планети с плътни атмосфери от смес от газовете CS₂, COS, CH₄, N₂, Ar, и хидросфери от сернист анхидрид SO₂ (t_{замръзване} = – 75,5^o С, t_кипене= – 10,2^o С при р = 1 атм).

Силициев живот

С какво е забележителен силиция?

• втори по разпространение на Земята след кислорода. Повече от една четвърт (27,6%) от масата на земната кора се състои от силиций.
• най-близък химичен аналог на въглерода с всички произтичащи от това последствия.
  • най-голямо разнообразие на валентност след въглерода, естествено. От другите елементи само атомите на силиция могат да се съединяват един с друг с ковалентни връзки.
  • Например, подобно на въглерод се обединява с 4 водородни атоми, аналогичен на метана, (CH4), е силициевия продукт силан, SiH4, силикатите са аналози на карбонатите и т.н.
  • И двата елемента оформят дълги вериги, или полимери.

Силицият образува тримерни мрежести полимери, основани на връзките Si–O–Si. Кислородът е толкова задължителен участник в силициевите вериги, колкото водорода в въглеродните.

Нека да ги сравним:

На пръв поглед, силицият е подходящ заместник на въглерода, но какво му пречи?

Някои проблеми със силициевия метаболизъм

Нека си представим някои биологични процеси с главен участник силиций:

• дишането. Когато въглеродът се окислява при респираторния процес в земен организъм се получава въглероден диоксид, който е газ и лесно се отделя, докато окислението на силиция дава силициев диоксид, който е твърдо тяло, представляващо решетка, в която всеки силициев атом е обкръжен с четири кислорода. Да се отърваваш от него при всяко издишване би било сериозно предизвикателство.
• силициевите съединения са трудно разтворими и химически инертни, качества все неподходящи за поддържане на метаболизма поне при земни условия

Възможно е други планети да са по-подходящи за Si-живот – такива, при които силициевите съединения са газообразни или течни и имат по-високи температури и налягане.

За да се развиват формите на живот са необходими сложни и стабилни съединения, ензими, белтъци, ДНК. Докато въглеродът с лекота съставя многообразни структури (пръстени, дълги вериги и много важните двойни спирали), силицият не е на същата висота. Има милион стабилни въглеводородни съединения, а силициевите аналогични структури са сравнително неустойчиви и далеч не така многобройни – само няколко стотин.

Силицият се среща рядко в Космоса

Въпреки широкото си разпространение на Земята, във Вселенната силицият е доста по-рядък от въглерода. Астрономите не откриват често молекули на силиций или силициеви съединения нито в метеоритите и кометите, нито в атмосферата на гигантските планети, в междузвездното пространство или във външните слоеве на студените звезди – докато въглеродните съединения, при това и по-сложни – като глицин, се срещат значително по-често.

Силицият няма оптични изомери

Важна химична особеност, която липсва при силиция е хиралноста, липсата на оптични изомери. За това фундаментално свойство на живата въглеродна природа има отделна тема. Само ще спомена, че има любопитна теория, според която сортирането на въглеводородни съединения с определена изометрия в пребиотичната “супа” е ставало на повърхността на силикати. Така, че ако шансовете за силициев живот може и да са незначителни, то той е изиграл решаваща роля при възникването на въглероден живот на Земята.

Калций срещу силиций

Докато концентрацията на калция в древният океан била още ниска, силицият е изпълнявал многобройни функции, в това число функциите по създаването на първите опорни, скелетни структури в примитивните организми. Впоследствие го е изместил по-лекия и леснореагиращ калций. Ето няколко примера:

• Най-древните в еволюционен план примитивни организми: морските гъби, радиолариите и диатомеите имат силициев скелет, по-напредналите – силициево-калциев, а най-еволюционно напредналите – калциев.

Вляво е радиолария, вдясно – диатомеа.

• Друг пример са най-древните риби (акули, скатове), чиито скелети са богати на силиций. При по-еволюционно напредналите риби – костните – имат повече калций в костите си.

И накрая – човека. Биогенетическият закон на Хекел гласи: Онтогенезата е кратко повторение на филогенезата. С други думи, всеки жив организъм повтаря в измененията на зародиша си всички еволюциони промени на предците си. В многобройни изследвания е установено, че най-висока концентрация на силиций има в човешкия зародиш, а към момента на раждане тя постепено намалява. И от раждането до старостта у човека съотношението на силиция и калция във всички тъкани на организма, особенно в съединителните, се изменя в полза на калция. Високата концентрация на калция е причина за много “болести на цивилизацията” – крехкост на костите, калциниране на кръвоносните съдове и др.

Източник: La chimie du silicium, luxorion