Разумная жизнь во Вселенной

Человек склонен признавать только свой разум, а все остальные живые существа он ставит значительно ниже. Их действия чаще всего он оценивает как неосознанные. Сторонники этого взгляда считают, что вне человеческого сознания, вне собственного разума мир непознаваем. Такая точка зрения известна как субъективный идеализм, как «только я один». Это глубочайшее заблуждение человека. Исследователи животных ставят их в неестественные условия и воздействуют на них различными раздражителями. Им важно узнать реакцию подопытного на эти раздражители. Но такие опыты не дают объективной картины. Недаром один ученый сказал, что «если бы какой-нибудь исследователь — не человек — не стал изучать реакции человека на боль, электрический ток или неприятные химические вещества, то реакцию испытуемого легко было бы объяснить одними рефлексами и тексисом». Но человек не хочет признать равного права за другими живыми существами. А между тем специалисты установили, что даже одноклеточная амеба, у которой нет никаких органов, ведет себя очень непросто. Исследователь наблюдал сложное поведение амебы, «включая преследование, захват и поглощение одной амебы другой, бегство захваченной амебы, вторичный захват и новое бегство». Не является ли это свидетельством наличия у амебы сознания и разумного приспособления к ситуации в окружающей среде. Так, морские черви способны разумно различать такие явления, как тень движущейся водоросли и тень приближающегося хищника. Мало того. Они учатся на своем собственном опыте. Правда, память их коротка, и если ситуация долго не повторяется, то знания забываются. Но мы должны признать, что сознание (хотя и в разной степени) присутствует на всех уровнях жизни. Это сознание включает согласование чувствительных восприятий и опыта, которое облечено в форму памяти. Растения не имеют органов чувств. У них нет мозга и нервной системы. Но они общаются с другими живыми существами и очень заинтересованно откликаются на все, происходящее в окружающем мире. Эту проблему мы подробно рассмотрели в книгах «Бог, душа, бессмертие» и «Тайна мирового разума». Опыты с растениями и животными убедительно показывают, что у тех и других имеется общий язык общения и они неравнодушны к бедам друг друга.

Нам надо пересмотреть свои представления о растениях, животных, окружающем нас мире и о нас самих. Считается, что без нервной системы и мозга нельзя говорить о сознательных действиях. Но этому противоречит пример с амебой, одной-единственной клеткой, которая все же мыслит. Или другой пример. Обезглавленная змея, которая таким образом лишилась мозга и органов чувств, очень точно ударяет по подставленному пальцу. Как можно объяснить поведение растений, которые реагируют (оптимально!) на сложные воздействия и совершают жизненные сезонные циклы. Это и размножение, и запасание пищи на зиму в луковицах и клубнях. Более того, растения (без нервной системы и мозга) способны ловить и переваривать насекомых и удалять отбросы. Это делают насекомоядные растения мухоловки и росянки. Ясно, что все это требует высокой степени согласованности функций. Благодаря этому растение приспосабливается к меняющимся условиям.

Можно, конечно, объяснить все это наличием в структурах хромосомной ДНК некоторой химической «информации». Но это общие слова, за которыми ничего не стоит. Никто не берется их расшифровать, конкретизировать. Чтобы действительно что-то понять, надо признать первопричину и основу всего существующего — Мировой разум, информационное поле Вселенной. Надо признать, что все происходящее обусловлено изначально и что до строительства Вселенной был план этого строительства. Собственно, Вселенная действительно напоминает больше мысль, нежели скопления неживой материи. Этой мыслью, сознанием пронизано все, начиная от одноклеточных организмов. Более того — и все то, что мы называем неживой природой.

Если все пронизано сознанием, то что же такое инстинкты? Это просто неудачное название того, что ученые не смогли понять и объяснить. Вы сделали механическую игрушку, которая при нажатии на определенные места делает всегда одно и то же. Это суть инстинкта. Вы нажали и получаете всегда одно и то же. Наблюдаем ли мы это у животных? Конечно, нет. Специалисты определяют инстинктивное поведение как врожденное, автоматическое и неизменяемое. Последнее очень важно. Инстинктивное поведение характеризуется высокой степенью совершенства. Это совершенство в случае инстинкта достигается не путем накопления знаний и опыта, а автоматически, без каких-либо предшествующих проб. Можно было бы считать, что здесь проявляется родовая память, которая создает мощный побудительный импульс к вполне определенным действиям в данной ситуации. Другими словами, инстинкты — это условные рефлексы, которые наследуются. Но как это может происходить — ученые не знают. Ведь здесь имеются противоречия, которые нельзя устранить. С одной стороны, жизненный опыт является свойством приобретенным, которое не может появиться вследствие мутации. С другой стороны, приобретенные черты не наследуются. Как это согласовать? Как понять то, что родовой опыт становится частью наследственности?

Наши современные представления об эволюции, наследственности, сознании и разуме очень сомнительны. Сомнительны без понимания и признания того, что основой всего является Мировой разум.

На самом деле не следует разделять действия живого на инстинктивные и разумные. Конечно, одни действия отличаются от других. Но различие их в другом. И отнюдь не в том, что один человек разумный, а все остальные живые организмы лишены разума, сознания. Инстинктивное поведение тоже разумно, оно хорошо приспособлено к обычным обстоятельствам и очень эффективно. Человек тоже следует определенным стандартам поведения, пока не встречает препятствие, которое заставляет его переоценить ситуацию и соответственно изменить свое поведение. И как трудно порой бывает это сделать! Муравьи ведут себя точно так же. Однако человеческие стандарты поведения мы не называем инстинктами. Компромисс может быть достигнут таким образом — за инстинктом можно оставить только то, что даст живому организму побудительный импульс к действиям в определенном направлении. Постоянство же этих побудительных импульсов в основном является результатом влияния сообщества живых организмов.

Так, птенцы рождаются с заложенной в них программой — умением летать. Но летать их все-таки обучают родители. Котенок стремится поймать всякий движущийся объект. Но ловить мышей обучает его мать. То же самое (!) можно сказать и о людях. Если мы хотим все же оставить в научном арсенале термин «инстинкт», то должны раз и навсегда признать, что нет какой-либо границы, разделяющей инстинкт и сознание. Можно не сомневаться, что инстинкт и сознание взаимопроникающие. Цепь развития непрерывна от одноклеточных до людей-гениев.

И все же термин «инстинкт» применить к чему-нибудь трудно. Чем руководствуются термиты, пчелы, муравьи — сознанием или инстинктом? Только не инстинктом. А может, родовой памятью, накопленным опытом поколений, которые где-то хранятся? У людей родовая память хранится в символических «записях»: документах, орудиях, учреждениях, обычаях и традициях, которые сохраняются навсегда образованием в самом широком смысле этого слова. У термитов и муравьев это невозможно. У них родовая память должна храниться в коллективном сознании. Именно в коллективном, поскольку отсутствуют какие-либо внешние вспомогательные средства, наподобие библиотек и других форм хранения информации.

Армия муравьев во всех без исключения случаях представляет собой высокоорганизованный дисциплинированный и эффективный коллектив, который обладает единой волей и стремится к единой цели. Этот коллектив способен преодолевать непредвиденные различные трудности, он обладает гибкой стратегией. Именно гибкой, что невозможно в случае инстинктов. При атаке термитника армия муравьев высылает вперед разведку и патрули, которые передают донесение основной массе войска. Тут есть о чем подумать.

Удивительно, что в короткое время муравьи способны выбрать единственно верный путь решения проблемы. Обычно это является обязанностью вожака, а остальные следуют за ним и выполняют задание.

Еще один пример. В Австралии систематически разрушали холмики термитов. На это термиты ответили очень разумно: они прекратили строить возвышающиеся над землей сооружения и стали возводить свои города не менее удобно, но сообразуясь с новыми обстоятельствами. Человек же никогда не справится с подобной ситуацией. Даже находясь на краю пропасти, разрушив окружающий мир и сделав его практически непригодным для жизни, он не найдет в себе ни силы воли, ни ума строить дальнейшую свою жизнь на Земле по другим принципам. По принципам, которые отвечают условиям окружающего мира. Мы на это неспособны, а термиты сделали это быстро и без труда, хотя в продолжение миллионов лет до этого они всегда строили свои города в виде холмиков. Особенностью сообщества муравьев является то, что они бесполые. Это женский монастырь, который населен женскими особями. Все они происходят от од-ной-единственной матки. Термиты же формально двуполые. Но их половые органы не развиты, за исключением крылатых термитов. Похоже, что человечество вступает на тот же путь, поскольку бисексуалы и гомосексуалисты постепенно становятся большинством. Возможно, в этом спасение человечества. Ведь бесполость насекомых делает их целеустремленными. У них нет врожденного конфликта между узкими интересами семьи и благом всего общества. Можно сказать, что такое общество или сообщество практически превращается в единый сверхорганизм. Это подтверждается и организацией в этом обществе своеобразного коллективного обмена веществ. Выглядит это так. Полупереваренную пищу муравьи носят в зобиках. Они охотно делят ее со своими собратьями, как только те их попросят. У термитов все несколько иначе. Здесь обобществление, коллективизация находится на более высоком уровне. Термиты переваривают пищу друг для друга. Отбросов вообще никаких нет. Старшие термиты-рабочие передают молодым симбиотически обитающих у них в кишечнике простейших. Эти простейшие расщепляют целлюлозу, которая является основной частью диеты термита. Как известно, имеются и термиты-солдаты. Они вообще не имеют пищеварительного аппарата. Им остается полагаться на пищу, которая уже обработана рабочими термитами. Можно сказать, что солдаты находятся на иждивении у рабочих и поэтому полностью от них зависят. Поэтому когда солдат слишком много, то лишние из них вынуждены погибнуть от голода.

Термитник организован по принципу единого целостного сверхорганизма. Тканями этого организма служат различные касты. Здесь четкое разделение труда. Проблемы размножения решают только две особи — царь и царица. Но это название неудачное. Царь — это власть. А у царя и царицы абсолютно никакой власти нет. Да, собственно, это и не царь и не царица. На самом деле царица — это немногим более чем чрезмерно развитый яичник. И судьба у нее не царская. Когда к ней приходит старость, ее убивают и съедают. Рабочих термитов можно сопоставить с неспециализированными клетками обычного организма. Кроме них существуют большие солдаты и малые солдаты. Их можно назвать полицейскими, поскольку они поддерживают порядок в термитнике. Имеются и специализированные солдаты. Их называют насекомыми солдатами или химиками. У них есть хоботок (нос), который заполнен едкой жидкостью. Это их оружие. Противника химики обливают этой небезвредной жидкостью. Один раз в год в термитнике появляются крылатые термиты. У них полностью развиты половые признаки. Возникнув раз в году, они огромной толпой покидают термитник. Цель их — создать новые брачные союзы и оставить новые царства термитов. Далеко не каждая пара добивается этого. Большая часть крылатых термитов погибает, и только некоторые основывают новый термитник. Специалисты говорят, что крылатые термиты представляют собой «семена» термитника. Не все семена всходят.

Сообщества других насекомых в принципиальном отношении устроены так же. Просто у термитов эти свойства проявляются наиболее ярко. Термиты, принадлежащие к древнему отряду ровнокрылых (Isoptera), родственны тараканам.

Странно слышать, что сообщества каких-то насекомых специалисты называют цивилизациями. По нашим понятиям, цивилизация — это сверхзвуковые самолеты, космические корабли и атомные электростанции. И, конечно, бомбы — атомная, водородная, нейтронная. Но давайте вернемся к истоку смысла и зададим себе вопрос: зачем все это нужно человеку? Чтобы удовлетворить свои потребности (потребности личности и общества)? Человек идет по «пути прогресса» и чем дальше, тем больше накапливает того, что действует ему во вред. Сделали ли человека счастливым атомные и водородные бомбы, атомные электростанции и многое другое? Конечно, нет. Они только ухудшили его жизнь, создали массу больших, сложных проблем, решить которые человеку уже не под силу. Одна из них — разрушение озонного слоя, остановить которое человек уже не сможет, тем более восстановить его.

Не следует пренебрежительно относиться к тому, как животные сообщества решают проблему оснащения себя необходимыми приспособлениями и инструментами. Путь, которым в этом смысле идет человек, является гибельным. Сообщества животных живут миллионы лет и ни разу не загнали себя в угол. Хотя и были подобные случаи, о которых мы скажем чуть позже.

Так вот, насекомые не изготавливают инструменты или машины. Они их выращивают. У них особь и инструмент составляют единое целое. Так, они создают особи с сильными челюстями или со специальными железами, которые выделяют едкое вещество, или же особи с чрезмерно развитыми яичниками, задача которых — рожать. Любопытно, что эта возможность не заложена в механизмах наследственности. Здесь все проще. Из одной и той же личинки можно вырастить или одно, или другое, или третье. Выбор варианта зависит только от того, каким способом выращивается данная личинка. Как это достигается — ученые пока не разгадали. Но общество насекомых может осуществлять плановую кадровую политику.

Животные пользуются непосредственно инструментами и приспособлениями, которые не являются частью их тела. Например, песчаная оса использует маленький камешек для того, чтобы им утрамбовать вход в норку и таким образом лучше защититься от возможных врагов, укрыв получше вход в свое жилище. Любопытно и то, что эта способность также не является результатом наследственности. Такими умными бывают не все, а только отдельные особи.

Инструменты, которыми пользуются насекомые, должны соответствовать их весу и размерам. Именно поэтому (таких малых инструментов нет или их мало) более целесообразно использовать живые инструменты, которые построены из твердого хинина на теле самих насекомых. Тем более что они отращивают именно те инструменты, которые им нужны, а не пользуются тем, что им дала природа. Человек может позавидовать насекомым, поскольку сам он лишен возможности вырастить по своему желанию или желанию своих родителей хотя бы один незамысловатый инструмент на своем теле.

Конечно, человек может возразить, что его преимущество над животными неоспоримо потому, что он умеет творить и вообще владеет языком. Но средствами общения обладают все животные. Сколько слов в том или другом языке — не так важно, как думают. Если подумать, то на самом деле человеку не нужны 50 или 100 тысяч слов, которые сведены в толстенные словари. Большинство людей используют слова, которые служат для передачи сообщений не намного более сложных, чем чувства или наше отношение к чему-нибудь. Ведь известно, что многие животные — кошки, обезьяны, вороны и другие — обладают зачаточным языком и выражают свои чувства весьма ясно. Сообщения, которые мы называем нечленораздельными, являются таковыми только для нас. На самом деле они включают в себя определенную долю абстрагирования. Достаточно вспомнить, что животные могут считать. А это немало. Это представляет собой высокую степень образования абстрактных понятий. Когда эти абстрактные понятия воплощаются в человеческом языке, то они становятся мощным инструментом умственного развития. Но надо помнить, что они же могут стать и мощным препятствием такому развитию.

Можно не сомневаться, что у насекомых есть свой вполне полноценный язык. Они обмениваются весьма сложной информацией. Например, пчелы могут передавать такие абстрактные понятия, как расстояние и направление. Пользуются они языком танца. Мало того, в разных странах этот немой язык танца у пчел разный. То есть на разных континентах язык пчел разный. Здесь тоже национальности или расы. Муравьи передают информацию друг другу по-иному, касаются друг друга своими антеннами.

Специалисты утверждают, что «сообщения и приказы посылаются при помощи своего рода радио из определенных центров гнезда термитов и что эти сообщения могут проникать через камень и цемент». Мало того, определены также максимальные расстояния, на которых такие сообщения могут быть приняты. Это подтверждают многочисленные опыты, проведенные исследователями. Например, когда отряд термитов-фуражиров обнаруживает что-нибудь интересное, на это место сразу (!) является множество других термитов. Как они получили информацию от своих соплеменников? Конечно, с помощью передачи сообщения через некие полевые субстанции. И появляются они мгновенно, как будто их вызвали по сотовой связи. Но деталей этой связи мы не знаем.

Зато мы знаем, что человеческим обществом управлять крайне сложно. Огромное число членов общества занято его управлением, и эффективность их работы крайне низка. Человечество не может избавиться от преступности, наркомании, проституции и многих других язв, которые противоречат естественным законам. Насекомые решают эти проблемы весьма эффективно. Но они идут другим путем. У них не существует определенных особей или групп, у которых были бы сконцентрированы власть и функции управления. Царь и царица у термитов — это просто неудачные названия. Никакой власти у них нет. Это самец и самка в узком смысле этого слова. Правда, у муравьев есть вожаки, и их отряды имеют командиров. Это не только достоверно установлено, но и доступно наблюдению почти каждого.

Неплохо было бы, если бы ученые по объективной шкале ценностей выставили всем оценки — муравьям, термитам, людям и всем остальным. Уверены, что на первом месте оказался бы не человек. Ведь конечная цель — это гармония, то есть достижение полного согласия с законами природы. Конечно, у сообществ животных, и в частности у насекомых, имеются не только плюсы, но и минусы. Это естественно. Весь мир, вся природа состоит из плюсов и минусов. Как нельзя разделить день и ночь, так нельзя разделить добро и зло. Это основа всего, основа жизни.

Так, малые животные сталкиваются со многими трудностями (на наш человеческий взгляд) потому, что они малы. Это мешает им развиваться умственно дальше. Дело в том, что нервные клетки не могут уменьшаться до бесконечности. Поэтому внутри муравья нет места для того, чтобы там разместить достаточно нервной ткани, которая составила бы высокоразвитый мозг. Но это рассуждения человека. Природа решает проблемы муравья исходя из других принципов. И решает весьма успешно. Ученые сходятся на том, что у насекомых есть коллективный разум. Собственно, в человеческом обществе также есть групповой разум. Он содержится на разных носителях информации — в книгах, на магнитных лентах, в памяти компьютеров, на видеокассетах и т. д. Но людям пользоваться этим разумом непросто. Ведь вначале индивидууму надо извлечь необходимую информацию, осмыслить ее, проанализировать и сделать выводы для решения данной задачи. Несмотря на большие коллективы исследователей и хранителей информации этот процесс очень неэффективный. И прежде всего потому, что работа идет на уровне индивидуумов. У насекомых весь этот процесс намного совершеннее. У них имеются знания, которые действительно являются коллективными. И это не просто знания, а разум, коллективный разум. Это вовсе не сумма разумов многих индивидуумов. Последний вариант крайне неэффективен. Это мы видим на примере человеческого общества. Все знания, которые нужны для организации правильного развития человеческого общества, уже имеются. Это результат умственного труда, разума отдельных индивидуумов — философов, ученых и т. д. Но эти знания по прямому назначению не используются. У насекомых эта проблема решена кардинально. Коллективный разум используется на все сто процентов для организации жизни общества. Поэтому у них нет революций, войн, кризисов, захвата власти и т. д. У них целесообразная жизнь.

Коллективный разум может возникнуть только на полевой основе. Какое это поле? Мы не знаем. Не следует путать коллективный разум, характерный для насекомых, с групповым разумом и суммой разумов человеческих индивидуумов. Некоторые мыслители полагали, что групповой разум людей просуммируется и создаст вокруг Земли оболочку разума, которую назвали ноосферой. Дескать, вся остальная природа без разума — дикая, подвержена хаосу и разрушительным тенденциям, а люди своим разумом вносят в природу порядок и элементы ее разумной эволюции. Из уважения к этим мыслителям мы не можем назвать это бредом. Многие из русских космистов считали, что космогенез (дальнейшее развитие Вселенной) возможен только благодаря разуму человека. Мы же считаем, что космогенез без человечества так же возможен, как и с ним. Поэтому если человечество скажет эволюции «нет», то тем самым оно само выйдет из игры опять же по собственной воле. У Мирового разума не возникает проблем с космогенезом. Мы также разделяем точку зрения, что в обществе насекомых существует сверхиндивидуальный разум, превосходящий любой, самый блестящий индивидуальный разум и обладающий временем жизни, превосходящим время жизни многих поколений. Сверхтелепатическая цивилизация, основанная на емком мозге, но освобожденная от тягостного запоминания подробностей, может достичь высот, которых человеку не объять даже мысленным взором. Все знания, накопленные человечеством, уже не могут быть охвачены каким-либо известным нам единым мозгом, и не столь далеко время, когда специализация застопорит машину прогресса и заведет человеческое общество в тупик.

ЖИЗНЬ РАЗУМНАЯ

Жизнь многоклеточных организмов следует рассматривать на двух уровнях. Живая ткань может функционировать (жить) как в составе организма (in vivo), так и самостоятельно (in vitro). В последнем случае кусочек живой ткани выделяют из тела и сохраняют живым в пробирке в соответствующей питательной среде. Таким способом сердце цыпленка можно сохранить работающим в продолжение нескольких дней после момента гибели самого цыпленка. Кусочек червя может регенерировать до целого организма. Всем известно, что целое дерево вырастает из черенка. Выше речь шла о сложных живых системах. Именно их части в соответствующих условиях обладают способностью независимого существования. Они погибают со смертью всего организма только потому, что перестают получать необходимое им питание.

Мельчайшая часть организма — это клетка. Из клеток состоят все живые организмы. В большинстве своем клетки являются микроскопически малыми. Но не всегда. Например, страусиное яйцо представляет собой одну-единственную клетку. Существуют и одноклеточные организмы: это отдельные клетки, которые не объединены в большие сообщества. Клетка-организм выполняет все функции организма. То есть она является неспециализированной. В многоклеточных организмах разные клетки выполняют разные функции, то есть они специализированны. Любопытно, что одноклеточные амебы при недостатке питания или в других неблагоприятных условиях могут образовать временные колонии, которые напоминают многоклеточные организмы. Очень любопытны в этом отношении слизевики (миксомиезеты). Их тело не разделено на клетки, а представляет собой сплошную слизистую массу с большим числом ядер. Обычно они размножаются делением, однако периодически их развитие идет следующим путем: из их спор возникают отдельные независимые амебы. Затем они объединяются в большой организм и даже дифференцируются на разные ткани: ножку и плодовое тело, которое состоит из амеб или спор, которые заключены в капсулы. Отдельные клетки-амебы выполняют функции половых клеток (гамет). Их слияние напоминает половой процесс. Любопытно, что слизевики обладают свойствами как животных, так и растений. Они передвигаются как животные (как амебы), но их плодовое тело привязано к определенному месту, подобно грибу.

Что же представляет собой клетка живого организма? Клетка окружена мембраной. От функций клеточных мембран в организме зависит очень многое. В настоящее время сформировалась целая наука, которая изучает мембраны клеток, — мембранология. Внутри клетки находится ядро. В клетке имеются колонии, окруженные двойной мембраной, которые называются лизосомами. Если лизосомы выберутся за пределы своей колонии, то они начнут разрушать все попадающиеся им на пути вещества, из которых состоит клетка. Через короткое время они способны уничтожить и саму клетку.

Зачем же клетке нужны лизосомы, которые содержатся в специальных изоляторах за двойной мембраной? Они нужны на тот случай, если понадобится убрать ненужные разлагающиеся вещества в клетке. Часто эти пузырьки в клетке называют мусорщиками. Но если по какой-либо причине мембрана, которая их сдерживает, будет разрушена, эти мусорщики могут превратиться в могильщиков всей клетки. Забегая вперед, скажем, что таким разрушителем мембран может быть меняющееся магнитное поле во время магнитных бурь. Когда под его действием мембраны клеток разрушаются, лизосомы обретают свободу и делают свое черное дело. Имеются и другие факторы, способные разрушить эти мембраны, но мы их рассматривать здесь не будем.

В ядре, которое занимает примерно третью часть всей клетки, размещен весь управленческий аппарат. Это прежде всего ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). Она предназначена для хранения и передачи информации при делении клетки. Ядро содержит и значительное количество основных белков — гистонов, и немного РНК (рибонуклеиновой кислоты).

Клетки работают, строят, размножаются. Этот требует энергии. Клетка сама же и вырабатывает нужную ей энергию. В клетке имеются энергетические станции. Они занимают площадь в 50 — 100 раз меньшую, чем площадь ядра. Энергетические станции также обнесены двойной мембраной. Она предназначена не только для ограничения станции, но и является ее составной частью. Поэтому конструкция стенок отвечает технологическому процессу получения энергии.

Энергию клетки вырабатывают в системе клеточного дыхания. Она выделяется в результате расщепления глюкозы, жирных кислот и аминокислот. Но самым главным поставщиком энергии в клетке является глюкоза. Процесс превращения глюкозы в углекислоту, при котором выделяется энергия, идет с участием электрически заряженных частиц — ионов. Этот процесс называется биологическим окислением. Можно сказать, что энергия в клетке производится по электрической технологии. Поясним, что собой представляет частица ион.

Любой атом или молекула является электрически нейтральной частицей. Каждый атом имеет такой же по величине положительный электрический заряд (он расположен в ядре атома), как и отрицательный. Последний несет на себе электроны, вращающиеся вокруг ядра. Пока положительные заряды скомпенсированы отрицательными, атом является электрически нейтральным. Если от атома оторван один (или больше) электрон, то в нем преобладают положительные заряды ядра, и атом при этом превращается в положительно заряженный ион. Атом становится отрицательным ионом в том случае, если к нему «прилипнет» лишний электрон. То же самое относится и к молекулам, то есть имеются положительные и отрицательные молекулярные ионы. В организме человека имеются как разные (положительные и отрицательные) ионы, так и электроны.

В процессе биологического окисления участвуют не только ионы (имеющие электрический заряд), но и электроны (имеющие отрицательный электрический заряд). Этот процесс на своем последнем этапе образует молекулы воды. Если же по какой-то причине на этом заключительном этапе не окажется атомов кислорода, то и конечный продукт — вода образоваться не сможет. Водород, предназначенный для образования воды, останется свободным и будет накапливаться в виде электрически заряженных ионов. Тогда дальнейшее протекание процесса биологического окисления, то есть процесса образования энергии, прекратится. Прекратится работа электрической станции, и наступит энергетический кризис.

Интересно, что для удобства потребления энергия в клетке вырабатывается малыми порциями. Процесс окисления глюкозы включает в общей сложности до 30 реакций. При протекании каждой из этих реакций выделяется небольшое количество энергии. Такая «расфасовка» очень удобна для использования энергии. Клетка при этом имеет возможность наиболее рационально использовать освобождающуюся малыми порциями энергию на текущие нужды, а избыток запасенной энергии откладывается клеткой в виде АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). Энергия, запасенная клеткой в виде АТФ, — это своего рода неприкосновенный запас (НЗ).

АТФ — сложное соединение, в молекулу которого входят три остатка фосфорной кислоты. На присоединение каждого из остатков затрачивается энергия в количестве около 800 калорий. Этот процесс называется фосфорилированием. Энергия может быть взята обратно (востребована) из АТФ. Для этого АТФ надо разложить на два других вещества: АДФ (аденозиндифосфат) и неорганический фосфат. Аналогично при расщеплении сложных атомных ядер выделяется энергия. Конечно, эта аналогия не полная, так как расщепление (гидролиз) молекул АТФ оставляет неизменными атомные ядра. Расщепление АТФ происходит в присутствии специального вещества — фермента. В этом случае, то есть при расщеплении АТФ, ферментом является аденозинтрифосфаза (АТФаза). Это вещество бывает различных видов и встречается повсеместно, где протекают реакции с потреблением энергии.

АТФ является универсальной формой хранения энергии. Его используют все клетки не только животных (в том числе и человека), но и растений.

АТФ образуется в процессе биологического окисления из тех же веществ, на которые он расщепляется при обратном процессе — фосфорилировании, а именно: неорганического фосфата и АДФ. Поэтому для того, чтобы протекал процесс биологического окисления, необходимо наличие на всех стадиях этого процесса АДФ и неорганического фосфата. Но эти вещества по мере протекания процесса окисления непрерывно расходуются, поскольку в них образуется запас энергии в виде АТФ. Ядро клетки представляет собой круглое тельце, покрытое тонкой оболочкой и состоящее из некоторого, вполне определенного для каждого вида числа нитевидных образований. Эти нити называют хромосомами, что в переводе с греческого означает окрашенное тело. Это тело способно сильно окрашиваться применяемыми в микроскопии красителями. Отсюда и название хромосомы.

Некоторые бактериальные клетки не имеют ядра. В них хромосомное вещество распределено по всей цитоплазме в виде маленьких зерен. Эти зерна играют ту же роль, что и ядро.

Клетки бактерий принадлежат к наиболее примитивным одноклеточным организмам. Они очень разнообразны. Считается, что они эволюционировали в продолжение около двух миллиардов лет.

Особого внимания заслуживают вирусы. Они не являются живыми в классическом смысле этого слова, поскольку не питаются и не растут. Тем не менее их называют элементарными единицами живого вещества (паразитическими). Собственно, вирусы являются элементарными единицами органического вещества. Большую часть времени вирусы бездействуют, они биологически инертны. Они немногим активнее простых химических веществ или, например, семян. Но когда вирусы соприкасаются с типом клетки, которая служит им жертвой, вещество вируса проникает в клетку и превращает ее содержимое в большое число отдельных вирусов. Эти новые вирусы в точности копируют вирус, который их создал. Можно сказать, что вирус — это семя, которое воспроизводит множество точно таких же семян.

ВАРИАНТЫ ВНЕЗЕМНОЙ ЖИЗНИ

Выше мы рассмотрели жизнь в условиях Земли. Возможна ли жизнь в других условиях, когда, например, нет воды, зато много аммиака или кремния? Можно рассматривать и другие варианты, например возможность жизни при низких температурах и т. п.

Напомним еще раз, что в основе жизни на Земле лежит углерод, он образует молекулярные цепочки. Вторым важным (необходимым) элементом жизни является вода. Она служит биологическим растворителем. Собственно, растворитель — это все. Он определяет весь химический характер жизни. Из растворителя — воды образуются и водород, и гидроксил, и кислород. Все они входят в состав живого вещества. Определяющей в данном случае является водородная связь. Она важна для структуры белков, нуклеиновых кислот и других органических соединений. Что же касается аммиака NH₃ и ортофосфорной кислоты H₃PO₄, то они дают положительные ионы для образования связей при поликонденсации белков и нуклеиновых кислот. Эти связи создаются в реакции нейтрализации. При этом кислота и основание соединяются с образованием соли и воды. Напомним, что кислота и основание относятся к воде как к нейтральному веществу. Вода для них является родительским растворителем. Но только ли вода? Нет ли других веществ, которые выполняли бы такие же функции? Мы покажем, что такие вещества есть.

При усвоении органических соединений протекают процессы, которые по своей сути являются обратными процессу поликонденсации. Молекулы органических соединений распадаются в процессе гидролиза. При этом потерянная молекула воды вновь распределяется между остатками кислот и основания. Как мы уже видели, живые системы черпают энергию, которая высвобождается в реакциях окисления и брожения. Эти реакции относятся к воде подобным же образом. Поэтому вода с углекислым газом является конечным продуктом происходящего при реакции распада веществ. Нелишне напомнить, что при эволюции земной атмосферы она меняла свой состав от восстановительного до окислительного именно посредством воды. Ведь и углекислый газ, и свободный кислород являются продуктами различных преобразований воды, различных реакций. Можно даже сказать, что мы дышим кислородом, потому что мы пьем воду.

Не менее важны и металлы. Они являются катализаторами. Неметаллы также входят в живые организмы. Но они в основном заменимы (одни другими), кроме азота и фосфора.

Жизнь в активной форме возможна до тех пор, пока раствор (вода) остается в жидком состоянии. Это возможно в диапазоне температур от –20 до +100 °C. Правда, высшая температура (температура кипения) зависит от давления. Чем ниже давление, тем меньше эта предельная температура. При высоких температурах большинство органических соединений разлагается. Но при низких температурах границы для существования скрытой жизни практически нет. Из всего сказанного следует очень важный вывод: диапазон температур, в котором возможна жизнь, зависит от химического состава. В нашем земном варианте жизни при высоких температурах разрушается химическая основа цепочек и колец, которая состоит из связанных друг с другом углеродных атомов. Но жизнь в других местах Вселенной не обязательно основана на углеродных соединениях. Поэтому и роль температуры там может быть иной. Известно, что образовывать цепочки может не только углерод. Это могут делать и другие элементы, особенно элементы IV группы. Они характеризуются тем, что у них на внешней оболочке имеется четыре электрона. Это значит, что там остаются еще четыре вакансии. Поэтому и создается валентность или, чаще, ковалентность, которая равна четырем. Напомним, что ковалентность — это такая связь, когда электроны внешней оболочки распределяются между обоими атомами. При такой симметрии сцепление атомов между собой очень прочное.

У углерода ковалентная связь легче всего устанавливается с атомами водорода или же с другим углеродным атомом. Связь углерода с углеродом (С — С) очень стабильна. Ее прочность не уступает прочности связи углерода с другими элементами. Поэтому углерод и может образовывать крупные молекулы полимеров большого молекулярного веса, которые стабильны в своей основе настолько, что их устойчивость соответствует требованиям живых систем. Одновременно они достаточно нестабильны в боковых ответвлениях для того, чтобы они могли быстро реагировать на изменения условий (физических и химических) в окружающей среде. Можно сказать, что с одной стороны они прочные, а с другой стороны высокочувствительные. Такие молекулы непрерывно обновляются. Поэтому их называют лабильными. По сути именно лабильность составляет химическую сущность жизни.

Энергия высвобождается следующим образом. Когда разрушаются метастабильные молекулы, у которых велика теплота образования, значительное количество энергии высвобождается легко. Наиболее типичной молекулой этого класса является глюкоза (С₆Н₁₂О₆). В органических реакциях, проходящих на земле, растворителем является вода. Если растворителем является не вода, то вся химия будет другой. У органических систем, которые основаны на другом растворителе, основной элемент молекулярных цепей также другой (не углерод). Для рассматриваемой нами проблемы это крайне важно.

Для земной жизни растворителем является вода. Это нейтральное вещество, которое в равной мере является кислотой и основанием. Это возможно потому, что она сама по себе может производить диссоциацию (разрыв молекулы). Можно сказать, что вода образует ионный раствор в самой себе. Ионами являются Н+ (протон) и НО— (гидроксил). Первый ион характеризует воду как кислоту, а второй — как основание. Ион Н+ обычно присоединяется к молекуле воды. При этом образуется гидроксоний Н3О+. Затем он вступает в реакцию и высвобождает ион Н—. Все указанные атомы и группы находятся в воде в состоянии динамического равновесия.

Попробуем воду заменить жидким аммиаком. В принципе он ведет себя подобным же образом. Так, он диссоциирует (разрывается) на ионы Н+ и NH₂—. Затем ион Н+ соединяется с молекулой аммиака NH₃ и образует аммоний NH₄+.

Подобным образом ведут себя и другие растворители, которые сами способны создавать в себе ионы. Кислота — это вещество, которое путем прямой диссоциации или при взаимодействии с растворителем образует положительный ион, который характерен для данного растворителя. Для воды и аммиака это Н+. Основание — это вещество, которое дает аналогичным образом отрицательный ион. Для воды это НО, а для аммиака — NН2.

Когда кислота нейтрализуется основанием, положительный ион основания присоединяется к отрицательному иону кислоты (его называют остатком или радикалом), образуется соль. Одновременно отрицательный ион основания соединяется с положительным ионом кислоты. В результате образуется молекула растворителя. В том случае, когда электрический заряд иона является кратным, для его нейтрализации (уравновешивания) необходимо иметь столько же зарядов противоположного знака. Например, при реакции двуокиси углерода с аммиаком в воде образуется углекислый аммоний (NН4)СО3. Но для этой реакции присутствие воды обязательно. Без воды СО₂ и NН₃ не взаимодействуют (по терминологии химиков «не реагируют»).

В родительском растворителе частично диссоциирует и соль. Так, отдельные молекулы соли распадаются на ионы. В случае углекислого аммония такими ионами являются 2NH+₄ и СО₂ — 3. Это жидкость. Она обладает очень высокой электропроводностью, которая больше электропроводности чистого растворителя. Такая жидкость называется электролитом. Электролит должен (обязан) содержать в себе ионы. Если в жидкости нет ионов, она никогда не будет электролитом. В так называемом родительском растворителе ионные растворы дают кислоты, основания и соли, и только. Но в других растворителях ионные растворы могут вообще не давать ионов. Правда, они могут образовывать другие ионы.

Специалисты особо выделяют эффективные растворители из всех остальных. Эффективный растворитель должен растворять (эффективно!) большой ряд веществ. Для нас это вещества, которые могут создавать основу органических или псевдоорганических систем.

Растворы данного типа должны быть ионными. Это может реализоваться или вследствие способности растворителя разрушать полярные ковалентные связи растворенного вещества (так действует вода, когда притягивает местные избыточные заряды в молекуле Н3РО4), или вследствие химического сродства ионов растворителя и растворенного вещества.

Для того чтобы молекула растворителя могла разрывать полярные ковалентные связи, она сама должна иметь сильный нескомпенсированный электрический заряд на своих «полюсах». При этом она должна оставаться в целом нейтральной. Другими словами, она должна обладать дипольным моментом. Для того чтобы эти связи оставались разорванными, необходимо, чтобы растворитель был хорошим изолятором. В противном случае разноименные заряды устремятся навстречу друг другу, и диполя не станет. Это свойство характеризуется диэлектрической постоянной («ди» означает два, то есть плюс и минус). Чем больше сила взаимодействия двух электрических зарядов, которые находятся в жидкости на определенном расстоянии, тем меньше диэлектрическая постоянная. Электролитический растворитель еще характеризуют вязкостью. Такой раствор должен обладать хорошей текучестью (малой вязкостью). В противном случае ионы не смогут достаточно свободно перемещаться. В результате все реакции будут протекать медленно.

Хороший электролитический растворитель может быть или выравнивающим, или дифференцирующим (то есть делящим). Если растворитель выравнивающий, то в нем разные растворенные вещества создают электролиты примерно одинаковой силы. У них степени ионной диссоциации сравнимы. Такими являются высоко полярные растворители с большим дипольным моментом вода и аммиак. В дифференцирующем растворителе сила электролита сильно меняется в зависимости от растворенного вещества. То есть растворитель реагирует дифференцированно на разные вещества, он их различает, разделяет. Примером таких растворителей являются некоторые амины и галоидозамещенные углеводороды, такие как метиламин СН₃NН₂ и хлороформ СНСl₃.

Кроме этого хороший биологический растворитель должен обладать высокой удельной теплоемкостью, а также большой скрытой теплотой превращения. Что касается удельной теплоемкости, то она представляет собой количество тепла в калориях, которое необходимо для нагревания определенной массы (один грамм) данного вещества на один градус Цельсия. Если удельная теплоемкость вещества высокая, то оно будет нагреваться и охлаждаться медленно. Благодаря этому свойству находящийся в таком веществе организм предохраняется от негативного влияния быстрого изменения температуры. То же самое справедливо и в том случае, если это вещество находится внутри организма.

Скрытая теплота перехода из одного состояния (или фазы) в другое равна количеству тепла, которое поглощено или выделено телом, когда оно переходит из одной фазы в другую без изменения температуры. Так, скрытая теплота парообразования у воды равна 539 кал/г при температуре кипения. У аммиака эта теплота равна 341 кал/г. Это при давлении в одну атмосферу. Для живых организмов все указанные выше величины вполне подходят. Имеется и еще один растворитель — сероводород Н2S. Его скрытая теплота при давлении в одну атмосферу равна всего 132 кал/г. Этого, конечно, мало. Ситуацию может исправить только высокое давление.

Для того чтобы активная жизнь была возможна в широком диапазоне температур, надо, чтобы растворитель (жидкость) имел высокую скрытую теплоту перехода. Тогда этот растворитель не будет легко закипать и замерзать.

От изменений температуры эффективно защищают вещества с низкой теплопроводностью. Это хорошие изоляторы тепла. Но как меняется теплопроводность, так же меняется и диэлектрическая постоянная. Поэтому растворитель с высокой диэлектрической постоянной хорош для жизни по двум причинам: как хороший изолятор и как хороший термос.

Но перечисленных свойств растворителей для жизни мало. Надо еще, чтобы растворитель мог выполнять функции биологического растворителя, то есть он должен укладываться в определенную химическую схему. Он должен образовывать определенные ионы, которые могут с пользой для жизни войти в осуществимую в данных условиях схему органической химии. Что касается аммиака, то при умеренно низких температурах, когда вода уже превращается в лед, он очень напоминает воду по своему поведению. К тому же он является одним из нескольких десятков водоподобных растворителей. Эти растворители можно называть протонными, поскольку у них, как у воды и аммиака, образуется ион Н+ (протон). Такими растворителями являются гидразин N₂Н₄, гидроксиламин NН₂ОН, синильная кислота HCN и фтористый водород HF. Примерами непротонных растворителей являются сернистый ангидрид SO₂, четырехокись азота N₂O₄, двубромистая ртуть HgBr₂.

Для того чтобы тот или иной растворитель стал основой жизни на планете, надо, во-первых, чтобы он вообще мог присутствовать на данной планете, а во-вторых, чтобы его количество было для этого достаточным. Так, двубромистая ртуть является очень хорошим растворителем для жизни, но очень маловероятно, чтобы она находилась на какой-либо планете в достаточном количестве. То, что характерные ионы этого растворителя не укладываются в известную нам химическую схему, ничего не значит. Почему же жизненные реакции не могут быть повторены с некоторыми изменениями в данном растворителе? Специалисты полагают, что водные группы Н и ОН могут быть замещены характерными ионами другого растворителя. Образовавшееся при этом соединение, растворенное или взвешенное в этом растворителе, должно вести себя по отношению к этому растворителю в химическом плане так же, как его незамещенный аналог по отношению к воде. Значит, это соединение по-прежнему будет способно выполнять в новой среде те же жизненные функции.

Что касается протонных растворителей, то в них различны только отрицательные ионы (анионы). В аммиаке это NH₂—, а в сероводороде HS—. Сероводород при низких температурах является водоподобным растворителем. Указанные два замещения часто встречаются в органической химии.

Биологических растворителей много. Но большинство из них находится в жидком состоянии при температурах, когда вода либо замерзает, либо целиком обращается в пар. Конечно, в таких условиях земная жизнь невозможна. Но у аммиака точка замерзания равна –77,7 °C. Когда вся вода превратится в лед, аммиак может образовывать океаны. Так же и растворители с высокой точкой кипения могут заменять воду при температурах, когда вода может существовать только в состоянии пара. Она находится в атмосферном газе или вообще убегает в космическое пространство, если находится очень высоко. Это происходит тем легче, чем меньше масса планеты, то есть чем меньше сила гравитационного притяжения. Отметим, что диссоциация воды (разрыв молекулы на атомы) происходит в результате действия коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца.

Если на планете высокая температура, то условия для жизни на ней будут плохими, потому что при высоких температурах происходит разрыв углеродных связей. Собственно, любая химическая реакция с увеличением температуры ускоряется. Причем очень сильно. На каждые 10 °C скорость химических реакций увеличивается в 2–3 раза. Если же температура увеличится от 0 до 100 °C, то скорость реакций увеличится не менее чем в 1000 раз. Ясно, что при этом лабильные органические молекулы разрушаются или же вступают во взрывную реакцию. Это может происходить очень эффектно. Например, на той стороне Меркурия, которая обращена к Солнцу, можно было бы взорвать мост при помощи глюкозы. Справедливо и обратное. Многие применяемые у нас взрывчатки в условиях очень низких температур являются простыми органическими соединениями. Поэтому в интересах безопасности большие заряды взрывчатки (например, тысячекилограммовые бомбы) лучше держать при низких температурах. Так и поступали во время Второй мировой войны.

Атомный вес также играет важную роль. Если он увеличивается, то химическая активность элемента (вещества) уменьшается. Это и понятно. Чем тяжелее частица, тем она ленивее в смысле химической активности. Большие тела движутся медленно, зато при этом происходит компенсация роста температуры. Поэтому более тяжелые атомы с той же валентностью ведут себя при высоких температурах почти так же, как и легкие атомы (их аналоги) при низких температурах. Отсюда следует важный для проблемы жизни вывод: одни атомы, более легкие, могут быть заменены другими, более тяжелыми. Более тяжелые атомы смогут справиться с высокими температурами. Так, углерод С может быть замещен более тяжелым кремнием Si. У них одинаковые свойства, поскольку они находятся в IV группе таблицы Менделеева. В V группе азот N может быть заменен фосфором Р. В VI группе кислород О может быть заменен более тяжелой серой S. Значит, если в земных условиях в жизненных процессах участвуют более легкие указанные элементы, то в более высокотемпературных условиях их могут заменить указанные более тяжелые элементы. Так жизнь может справиться с высокой температурой в неземных условиях. Более того, даже в земных условиях сера иногда замещает в органических соединениях кислород. Подобным образом в обычных органических структурах встречается кремний.

Что касается кремния, то этот элемент образует цепочки, как и углерод. Поэтому специалисты серьезно обсуждают идею высокотемпературной жизни, которая могла бы быть основана на кремнии. Главное, что требуется от заменителей углеродной химии, это то, чтобы они содержали большие, обязательно лабильные молекулы, которые способны выполнять структурные и функциональные обязанности наших органических молекул, но в иных планетных условиях. Конечно, их структура может быть весьма различной.

Рассмотрим подробнее возможности жизни при низких температурах. Если температура не очень низкая, то для этих условий имеются несколько подходящих растворителей, которые могут заменить воду. Каждому из этих растворителей можно подобрать систему аналогов органических соединений. Одним из таких растворителей, как уже говорилось, является сероводород H2S. Его температура замерзания равна –85,6 °C, кипит он при атмосферном давлении при температуре –60,75 °C. Скрытая теплота испарения у него низкая. При низких атмосферных давлениях все эти показатели не очень благоприятны для жизни. Но для планет с большой массой, которые имеют мощные атмосферы, а значит, и большую гравитационную силу притяжения, этот вариант с сероводородом ученые не исключают. Примером такой планеты является Юпитер. Имеются и другие планеты-гиганты.

Рассмотрим подробнее свойства сероводорода. Он остается в жидком состоянии и тогда, когда даже аммиак (а не только вода) замерзает. Сероводород является серным аналогом воды. Правда, диэлектрическая постоянная сероводорода сравнительно низка. Она равна всего 10,2 против 81,1 для воды и 22,0 для аммиака. Тем не менее у него есть много свойств, которые говорят о том, что он может быть основой жизни в качестве растворителя. Сероводород является протонным растворителем, то есть содержит ионы Н+. Этот растворитель, как и вода, сам себя диссоциирует, то есть производит разрыв своих молекул на ионы. Таким же свойством обладает и аммиак. У сероводорода диссоциация протекает по реакции:

2Н₂S ^ H₃S+ + HS—.

В результате этой реакции в качестве характерного иона появляется Н+. Из сероводород образуется и отрицательный ион. Им является НS—. Это хорошо известная меркаптогруппа. Поэтому нам достаточно заменить гидроксил НS— во всех органических соединениях. Мало того, такие замещения реальны, поскольку они наблюдаются и в земных условиях. Интересно, что соединение С₄Н₁₂S₁₃ было найдено в метеоритах.

Свойства сероводорода таковы, то в нем растворяется ряд кислот, а также галоидных соединений, арил- и алкил-замещенных сульфидов аммония, а также многие органические вещества. Опытным путем было установлено, что целый ряд химических индикаторов меняет окраску при переходе из кислот в основную относительно Н₂S среду. Другими словами, изменение окраски происходит в присутствии кислот и оснований, которые соответствуют этому растворителю и которые растворяются в нем. Ясно, что те химические соединения, которые при диссоциации в растворе дают ион Н+ (протон), в жидком сероводороде должны вести себя как кислоты. Значит, те водные кислоты, которые в нем растворяются, сохраняют кислотный характер. Одна из таких кислот — это НCl. Соединения, которые дают отрицательные ионы HS— или S₂—, в системе H₂S будут основаниями. Основание вступает в реакцию с кислотой, и образуются соль и растворитель.

Если мы имеем дело с аммиаком, то там протекает реакция, аналогичная гидролизу в воде. Она называется сольволизом. Это реакция, обратная нейтрализации. Соединения реагируют с растворителем, и при этом обычно образуется по одной молекуле основания и кислоты. Любопытно, что одно и то же соединение может вести себя и как кислота, и как основание. Примером этого могут служить спирты. Они в водном растворе ведут себя как кислоты по отношению к органическим кислотам, которым в этом случае приписываются основные свойства. Ряд веществ также ведет себя подобным образом в жидком сероводороде.

При низких температурах жидкого сероводорода некоторые соединения, которые содержат углеродные цепочки, могут стать устойчивыми настолько, чтобы быть лабильными. В других условиях все происходит по-иному. Например, наиболее широко распространенный на Земле азот, который при наших обычных температурах образует только короткие нестабильные цепочки, при низких температурах, характерных для жидкого сероводорода, может образовывать достаточно прочные связи. Эти связи могут в определенной степени заменить углерод-углеродные связи.

Далее рассмотрим фтористоводородную кислоту НF. Ее точка замерзания равна — 83,1 °C. Это немногим выше, чем у сероводорода. Другие свойства фтористоводородной кислоты с биологической точки зрения весьма приемлемые. Она остается в жидком состоянии до температуры +19,54 °C (при нормальном атмосферном давлении). Для жизни это важно, так как она остается жидкой в широком диапазоне температур. Скрытая теплота перехода для плавления весьма высока. Она равна 54,7 кал/г. Для парообразования скрытая теплота равна 362 кал/г. Обе эти величины высоки, хотя и ниже, чем для воды. Зато диэлектрическая постоянная и диполь-ный момент у этой кислоты немного больше, чем у воды. Поэтому можно заключить, что жидкий фтористый водород является хорошим протонным растворителем с отрицательным ионом F—. Диссоциация его протекает по схеме:

2НF ^ H₂F + H+.

Положительный ион Н+ образуется обязательно, поэтому фтористый водород и является протонным (Н+) растворителем. Электропроводность его мала. Он является хорошим изолятором. Теплопроводность его также невелика, поэтому он обеспечивает хорошую теплоизоляцию. С биологической точки зрения это очень важно, поскольку при этом обеспечивается устойчивость органических систем при высоких температурах.

Во фтористом водороде хорошо растворяется вода. В данном случае она выступает в качестве основания. Во фтористом водороде растворяются и фтористые металлы, а также некоторые цианиды, нитраты и сульфаты. Нерастворимыми во фтористом водороде остаются галоидные соединения, кроме фтористых, а также окислы. Не растворяются и углеводороды. Но спирты, альдегиды, кетоны, эфиры, органические кислоты и их ангидриды, а также, по-видимому, азотистые соединения и углеводы образуют проводящие растворы с отрицательным ионом F—, а также со сложными катионами, которые состоят из органической молекулы, ассоциированной с протоном. Многие другие органические соединения разрушаются или же полимеризуются в жидком фтористом водороде. Фтористый водород образует также молекулярные соединения, которые подобны по своим свойствам гидратам.

Но какое это имеет отношение к жизни? На жидком фтористом водороде может быть основана органическая система, если вместо ОН и О в окислах подставить соответственно F или HF2 и F2. Фторирование заменяет окисление. Оно обеспечивает выделение необходимой для жизни энергии. Фтор обладает большими энергиями связи. Поэтому он эффективнее, чем вода. Что касается свободного фтора, то он должен быть одним из атмосферных газов на данной гипотетической планете. Вместо кислорода — фтор. Живые существа в этих неземных условиях должны дышать не кислородом, а фтором. Они должны вместо воды пить жидкую фтористоводородную кислоту. Для земных организмов это смертельно.

Однако фтор является химически активным элементом. Поэтому трудно предположить, чтобы он на какой-либо планете выполнял ту же роль, что и вода на Земле, чтобы фтор (жидкий фтористый водород) образовал океаны, моря, реки и озера. Ведь фтор настолько активен, что обычно очень быстро связывается и поэтому исчезает с поверхности планеты (как и кислород). Фтор в свободном виде мог существовать в первичной атмосфере Земли. При понижении температуры атмосферы Земли фтор стал соединяться с водородом. Он мог сохраниться и после потери избытка водорода в результате молекулярной диссипации и осаждения таких веществ, как вода и аммиак. Эти вещества находились в замерзшем состоянии и являлись горными породами. Но такая картина возможна только в том случае, если имеется много легких галоидных соединений. Откуда они могли бы возникнуть — не очень ясно. Один из вариантов — это химическое разделение. Но какое, неясно. Во всяком случае, в нашей Солнечной системе такое разделение абсолютно исключено. Можно уверенно утверждать, что ни на одной из ее планет нет естественной среды с гидросферой, состоящей из жидкого фтористого водорода HF. Более того, вряд ли где-то существует жизнь, в основе которой находится фтористый водород. Хотя мы слишком мало знаем о планетах во Вселенной, чтобы делать окончательный категорический вывод. Нам более близок аммиак. Он в больших количествах имеется в нашей планетной системе. Так, он был одной из главных составляющих первичных атмосфер планет земной группы.

Аммиак в большом количестве содержится в атмосферах планет-гигантов Солнечной системы. Он может также присутствовать на некоторых из спутников этих планет. Эти спутники обладают большой отражательной способностью (альбедо), поскольку они покрыты снегом. Это аммиачный снег, который покрывает не только полярные шапки планет, но и более низкоширотные пояса.

Что касается аммиака, то он остается в жидком состоянии до температуры — 77,7 °C. Кипит аммиак при температуре в — 33,4 °C. Это при атмосферном давлении. Значит, аммиак испаряется легче, чем вода, которую он напоминает по своим свойствам как растворитель. Но аммиак мы рассмотрим подробно позднее.

Непростым растворителем является сернистый ангидрид SO₂. Дипольный момент его равен 1, 61. Точка замерзания его равна — 75,46 °C. Это только немного выше, чем у аммиака. Сернистый ангидрид выделяется при извержении вулканов. Но он обладает высоким молекулярным весом (64). Поэтому он не может улетучиваться в космическое пространство, если температура атмосферы планеты низкая, а масса планеты малая. Можно предположить, что гидросфера из сернистого ангидрида в определенных условиях вполне возможна. При извержении вулканов выделяются также аммиак и вода. Но они в рассматриваемых здесь условиях будут быстро утеряны. Та же вода, которая не испарится и не уйдет в космическое пространство, тут же вымерзнет при этих температурах, или же она вступит в реакции с SO₂ и образует сернистую кислоту H₂SO₄. При извержении вулканов выделяются также CS₂, COS и CH₄. Они и войдут в состав атмосферного газа. В его состав войдут азот и аргон. Затем они постепенно окислятся в органических процессах.

В жидком SO₂ сульфаты, окислы, хлораты, сульфиды и гидроокиси не растворяются. Зато хорошо растворяются в жидком SO₂ йодистые металлы, щелочные и щелочноземельные металлы, некоторые тиоцианаты и ацетаты, а также многие органические соединения. Специалисты склоняются к мысли о том, что SO₂ можно всерьез рассматривать в качестве кандидата в жизненосные растворители. В пользу этого свидетельствует несколько очень важных фактов, а точнее, свойств SO2. Это и растворимость органических соединений в SO₂, и присутствие его характерных ионных групп в органической химии, и бактериальной серный метаболизм, и другое. SO₂ подходит для органической схемы, которая основана на углероде, как элементе, который образует молекулярные цепочки. Но здесь не все так просто. Подставить SO и SO₃ вместо Н и ОН нельзя. Нельзя потому, что в системе SO2 имеются двойные связи. Поэтому замена должна быть произведена более творчески. Необходима некоторая перестройка. Основы ее заключены в следующем. Углерод по-прежнему может усваиваться из CO₂ с освобождением кислорода. При этом образуются серосодержащие соединения в качестве возможных аналогов нашей земной органики. Так надо модифицировать и все остальные реакции, которые подобны циклу фотосинтеза.

Диапазон температур, в котором SO₂ находится в жидком состоянии, простирается от — 75,5 до — 10,2 °C. Это при давлении в одну атмосферу. Если давление меньше, то он сужается. На планетах малой массы атмосферное давление, конечно, меньше одной атмосферы, то есть меньше атмосферного давления на Земле. Что касается скрытой теплоты, то она как для плавления, так и для парообразования ниже, чем для воды. Это 27 и 93 кал/г соответственно. Но при низких температурах приток тепла невелик. Так что колебания температуры должны быть намного меньше, чем на Земле. Поэтому роль величины теплоты скрытого перехода в другое состояние значительно меньше, чем в условиях Земли.

Рассмотрим непротонный растворитель N₂O₄. Это четырехокись азота. Он для азотной кислоты HNO₃ представляет собой то же самое, что SO2 для сернистой кислоты. Этот непротонный растворитель специалисты оценивают как хороший. Он образуется в кислородно-азотной атмосфере при разрядке молний. Он может также выделяться при извержении вулканов. Но ожидать, что на планете его окажется очень много (как воды на Земле), не приходится. N₂O₄ замерзает при температуре — 11 °C. Это мало отличается от температуры замерзания воды (0 °C). N₂O₄ при низких температурах существует наряду с сернистым ангидридом. В нем четырехокись азота N₂O4 нерастворима. Поэтому при низких температурах она должна вымерзать и оседать на дно морей, которые состоят из SO₂. При этом она будет представлять из себя что-то вроде песка.

В аспекте жизни специалисты рассматривают и цианистоводородную кислоту HCN. Она имеет схожие температурные пределы жидкой фазы (от –13,4 до +25,6 °C). Она является протонным растворителем. Полагают, что на небольших планетных телах может находиться значительное количество этой кислоты. Это тяжелые молекулы (их молекулярный вес равен 27), поэтому им трудно покинуть планету и улетучиться в космос. Вода и аммиак почти вдвое легче. Поэтому небольшими порциями они улетучиваются и покидают Землю.

Как известно, многие цианистые соединения для земной жизни, основанной на воде, ядовиты. Но очень важно, что характерные водные группы замещаются цианистыми. Это свидетельствует о некотором сродстве. Связи C — N имеют фундаментальное значение в белках и некоторых других органических веществах.

Дипольный момент цианистоводородной кислоты HCN очень велик. Он равен 2,8, тогда как у воды он равен 1,85, а у аммиака — 1,47. Диэлектрическая постоянная у кислоты равна 123. У аммиака — 22, а у воды — 81,1. Это свидетельствует о том, что цианистоводородная кислота является высококачественным ионизирующим растворителем. В этой кислоте металлы либо плохо растворимы, либо вообще не растворимы. Цианистоводородная кислота создает ионы Н+ и CN—. Поэтому в жидкой кислоте серная и соляная кислоты остаются кислотами. А все цианиды являются основаниями.

Дициан С₂N₂, как полагают, будет атмосферным газом. Он должен принимать участие в реакциях с выделением энергии, как на Земле это происходит при окислении. Если мы заменим воду в нашей (земной) органической химии на HСN, то получим цианистоводородный аналог этой химии. При этом главным элементом молекулярных цепочек остается углерод. Скрытая теплота плавления и скрытая теплота парообразования у HCN имеют вполне приемлемые величины с точки зрения жизни. Они равны соответственно 74 и 323 кал/г. HCN является хорошим теплоизолятором, ее диэлектрическая постоянная значительна. Поэтому жизнь, основанная на цианистом водороде вполне возможна.

Из сказанного выше ясно, что при температурах между 0 °C и –100 °C возможны различные альтернативные схемы органической химии. Обратите внимание на то, что имеются органические растворители с низкой точкой замерзания. Это метиламин CaH3NH2, который замерзает при температуре — 92,5 °C, и метиловый спирт CH₃OH. Они вполне могут образоваться в атмосфере, которая первоначально состояла из углеводородов, аммиака и воды. Соляная кислота HCl замерзает при температуре –111 °C. Химически она подобна HF. Однако как растворитель она хуже, чем HF.

Специалисты большие надежды возлагают на окись фтора F₂O. Она замерзает при — 224 °C и кипит при — 145 °C. Как ни странно, она является структурным аналогом воды. У F₂O связи образуют углы, равные около 105°. У воды они равны 104°. Можно сказать, что фтор — это водород наоборот. Правда, его атомный номер 9, а атомный вес 19. Валентность фтора равна единице, однако вместо одного электрона на внешней оболочке он имеет семь. Ему не хватает одного электрона для того, чтобы иметь электронную структуру инертного газа. Но так как фтор образует ковалентную связь с кислородом и делит с ним электрон, то получается почти такое же распределение зарядов, как и у водорода. Значит F2О должна быть сильно полярным соединением, подобным воде. Она является хорошим ионизирующим растворителем. Само диссоциация (саморазрыв) F2О происходит по такой схеме:

2F₂O ^ F₃O» + FO+.

Характерными ионами являются F— и FO+. В этом растворителе должны растворяться фтористые соединения, включая BF3 и HF. Эти соединения имеют свойства кислот. Растворяется и вода. Но она дает раствор с основанием.

Представляют интерес и другие соединения. Это этилен C2Н4, который замерзает при –169 °C; окись углерода СО, замерзающая при –199 °C. Что касается элементарных газов, то кислород имеет точку замерзания –210 °C, азот –219 °C, фтор –223 °C, неон –248,7 °C. Водород замерзает при температуре –259 °C, гелий при –273 °C. Это близко к абсолютному нулю. Три последних газа при атмосферном давлении кипят соответственно при — 246,3 °C, — 252,8 °C и –268, 98 °C. Если давление меньше, то они закипают при еще более низких температурах. Но ниже точки замерзания F₂O будет существовать, по крайней мере, неон — гелий-водородная атмосфера. Трудно представить, чтобы температура планеты опустилась ниже — 220 °C. Все-таки тепло поступает как от звезды (Солнца), так и из внутренней части планеты. Поэтому можно предполагать, что под покровом атмосферы из неона, водорода и гелия, а также паров других газов окись фтора остается жидкой. Специалисты считают, что жизнь в диапазоне температур –200 °C и –150 °C вполне возможна. Но это не земная жизнь, а совсем другая, какая-нибудь цианистая. И проблема не в том, что нет нужного растворителя. Их более чем достаточно. Проблема в том, что созданные химические структуры не смогут оперативно реагировать на изменение условий окружающей среды. Другими словами, молекулы не будут лабильными, чувствительными, поскольку при таких низких температурах все соединения слишком устойчивы. Строить жизнь можно только из молекул со слабыми связями. Только они могут обеспечить требуемое состояние непрерывного обновления даже при столь низких температурах. Инертные газы вполне отвечают этим требованиям. Более того, инертные (благородные) газы являются самыми распространенными элементами во Вселенной. На Земле их мало только потому, что Земля не сумела их удержать и они улетучились в космос. Гелий He, аргон Ar, неон Ne, криптон Kr, ксенон Xe и радон Rn не вступают в обычные химические соединения только потому, что их внешние электронные оболочки полностью заполнены. Но когда атомы превращаются в ионы под действием электрических разрядов или коротковолнового излучения или же под действием космических лучей (это на самом деле высокоэнергичные космические заряженные частицы), могут образовываться ионные соединения, и весьма устойчивые. Так, известны гелий-водородные ионы типа HeH+ и HeH₂+.