Глава 11 Какви форми може да приема животът?

Проследихме развитието на живота на Земята, за да направим предварителни изводи за оценка на вероятността за съществуването му на други места. Въпреки че на пръв поглед може да изглежда, че всичко е възможно, безмислено е да се правят изводи по примера на земния живот. Според законите на физиката и химията, едни ситуации са по-вероятни от други. Тези закони, т.е. резултатите от изучаване на обкръжаващата Вселена, са верни в тези граници, в които се поддават на проверка, включвайки анализ на света на звездите и най-далечните галактики. Ако приемем, че законите на физиката и химията са универсални, нашите изводи за обща вероятност за поява на живот в различни среди ще има смисъл. Но трябва да помним, че имаме работа само с вероятни, а не с достоверни събития. Ако забравим за това, по принцип нищо не може да се предскаже.

Историята на изучаване на живота на Земята е пълна с неочаквани открития на странни същества, малки и големи, развиващи се в среди, които на пръв поглед са непригодни за живот. Например, споменахме, че слънчевата светлина е необходима за фотосинтезата, но един вид серобактерии могат да осъществяват фотосинтеза при относителна тъмнина. Тези бактерии, процъфтяващи в тинести водоеми в южноамериканската джунгла, съдържат пигмент, който поглъща енергията на светлината в инфрачервената област – низкоенергетично лъчение, което не се възприема от човешкото око.

Може да се възрази: кое тук е изненадващо? В крайна сметка животът се нуждае от вода. Да, нуждае се. Тази вода е сравнима по киселинност със слаби разтвори на сярна киселина или съдържа големи количества разтворена вар, т.е. явява се практически алкална. Формите на живот са многообразни. Ние не сме в състояние да предскажем какви форми на живот могат да се срещнат на друга планета, какъв вид адаптация към околната среда е изработен там от живите организми. Но могат ли да се направят определени заключения за химията на чужд живот, за молекулите, от които се състоят живите организми. По отношение на Земята такива изводи имат твърде общ характер. Както огромните, така и микроскопичните организми, живеят, защото молекулите ДНК и РНК им помагат да синтезират белтъчини. В основата лежат специфични химични процеси, които се оказват едни и същи за всички организми. Химията в дадените случаи използва атоми на един елемент, въглерод, в качество на основна структурна единица за образуване на сложни молекули и вода в качеството на разтворител. Водата осигурява течна среда с молекули хранителни вещества в нея, тя запазва химичното равновесие в живите клетки, помага да се регулира температурата в тях и съставлява значителна част от теглото на всеки организъм (40% в сухите растения, 70% в тялото на човека, 95% в медузите).

За да бъде разтворителят в течно състояние, температурата трябва да се поддържа в тесни граници, за водата от 0 до 100 градуса Селзий. Така, към изискванията за един и същ елемент – въглерод , и един и същ разтворител – течна вода, автоматично се добавя трето изискване – съответен температурен диапазон, само тогава е възможно възникване на живот.

Но длъжна ли е химията на чуждия живот да бъде такава, каквато е земната? Едва ли на други планети живата материя се състои от точно такива молекули, като аминокиселини, белтъчини, ДНК и РНК, макар там да трябва да има молекули, изпълняващи аналогични функции. Но нас ни интересува отговора на ключовия въпрос: трябва ли другите форми на живот да се базират на въглерода като структурен елемент и на водата като разтворител?

Да се опитаме да определим в общи черти основните изисквания към химията на всеки чужд живот. Той трябва да е способен да образува големи сложни молекули, само така може запаси обем информация, необходима за правилното функциониране на живия организъм. Той трябва да използва някаква среда като доставчик на хранителни вещества и приемник на отпадъците, в която биха протичали химичните реакции, обезпечаващи съхраняването на живота и размножаването. Въпреки че е лесно да си представим ситуация, в коята за такава среда би служил газ, течността е по-подходяща, тъй като тя осигурява осъществяване на химичните реакции в локализирани области, например в клетките на живите организми на Земята, и при постоянна температура облекчава протичането на реакциите с почти постоянна скорост.

Да допуснем, че са изпълнени две от основните изисквания: наличие на сложни молекули и течен разтворител. Какви са опциите? Чиста случайност ли е, че в основата на живота на Земята лежи въглеродът, или този елемент е предпочитан от всички други? И защо земният живот зависи толкова силно от водата? Защо не от амоняк , спирт или друга течност?

Преимущества на въглерода

Да разгледаме отначало въглерода. За да го заменим, е необходимо да намерим относително разпространен елемент, който може да се съединява веднага с четири атома водорода и да образува устойчива молекула. Първото изискване се основава на нашето предубеждение в полза на такива форми на живот, които ще бъдат широко разпространени във Вселената, а не на редки и екзотични форми, които биха могли да съществуват в някакви малковероятни условия, а по-скоро живот в условия, преобладаващи в голямата част на Вселената. Второто изискване, т.е. способността да се съединява с четири атома водород, е обусловено от необходимостта за сложност на молекулите. Тъй като всеки атом въглерод може да присъедини четири атома водород, елементът, който би могъл да се съревновава с въглерода за ролята на основа на живота, трябва да притежава такава способност.

Това твърдение лесно се илюстрира. Да си спомним различните съединения на кислорода с водорода, даващи стабилни молекули. Те са две: вода Н₂0 и водороден прекис Н₂О. Колко стабилни молекули образува азотът с водорода? Също две: амоняк _. (NH₃) и хидразин (N₂H₄). А сега да попитаме: колко молекули може да образува въглеродът с водорода? Отговорът никой не знае! Но за да се получи някаква представа, погледнете в справочника. Там в списъка ще намерите най-тежката от тези молекули – енеафилин с химична формула С₉оН₁₅₄! А това е просто съединение на един само въглерод с един само водород. Не без основание органичната химия се преподава като отделен предмет, тъй като въглеродът притежава наистина удивителната способност да образува всевъзможни съединения с други елементи.

Има ли някакъв елемент, неотстъпващ по това на въглерода? Силицият, нормален кандидат за ролята на въглерода, е разположен точно под него в периодичната система на елементите. Тъй като силицият е също доста разпространен във Вселената и може да се съединява с четири атома водород, образувайки силан SiH₄, силициево-органичният живот е доста разпространен сюжет в научно-фантастичните произведения. Но ако изследваме силиция по-внимателно, се оказва, че връзката между два атома силиций е два пъти по-слаба, отколкото между два атома въглерод. Следователно, връзката между атомите на силиция ще се къса два пъти по-лесно при химичните реакции. Освен това силата на въглерод – въглеродната връзка е почти равна на силата на връзките въглерод – водород и въглерод – кислород, а при силиция връзките силиций – водород и силиций – кислород са по-силни от връзката силиций – силиций. Следователно, дългите вериги или пръстените на атомите, основани на структура —Si—Si—Si— са малковероятни, докато в същото време въглеродните връзки от такъв тип господстват в органичната химия и я разграничават като отделна област на химията.

Тази трудност може да се избегне, ако се създадат дълги молекулярни вериги, или полимери, на основата на силиций – кислородни, а не на силиций – силициеви връзки. Такива полимери – силоксани, са стабилни и в същото време реактивни. Но те не са много склонни да реагират с други молекули, затова се използват в козметиката и като смазочни материали в техниката. Въпреки това можем да си представим особени обстоятелства или специални катализатори (ферменти), които са в състояние да осигурят по-активно взаимодействие между силоксаноподобните полимери.

Основното, което пречи на силиция да бъде основа на живота, е неговия афинитет към кислорода. Даже ако силицият съществува в най-«възстановителните» условия в атмосферата, богата на водород, той образува силан силан SiH₄ само при температури над 1000 К. При по-ниски температури силицият образува силициев диоксид Si0₂. Това се потвърждава от наблюдения на атмосферата на Юпитер, която се състои преимуществено от водород и съдържа NH₃, РН₃, СН₄ и Н₂0, т.е. с напълно възстановени (наситени с водород) съединения на азота, фосфора, въглерода и кислорода. Но на Юпитер не е открит силан SiH₄. Защо? Защото силицият, вместо да образува силан, се съединява с кислорода и образува силициев диоксид. Тъй като броя на атомите на кислорода във Вселената е 25 пъти по-голям отколкото тези на силиция, последните се оказват вероятно в състава на силиций – кислородните съединения. А ако силициевият диоксид е вече образуван, много трудно се разрушава.

Да сравним въглеродния диоксид С0₂, който остава газообразен даже при ниски температури (до — 75°С), разтворим е във вода и сравнително лесно може да бъде разложен на съставящите го атоми въглерод и кислород, със силициевия диоксид Si0₂, който е газообразен само при високи температури (над 800°С), неразтворим е в почти нищо, освен във флуороводородна киселина, и иска голяма загуба на енергия за разлагане на атоми силиций и кислород. Първото съединение притежава преимущества над второто във всяко отношение, ако става дума за молекули, подходящи за живите организми. Метанът СН₄, с напълно възстановена форма на въглерода, е дначително по-стабилен от силана, с напълно възстановена форма на силиция. Метанът съществува даже в нашата силно окисляваща атмосфера и макар времето му на живот в нея да не е голямо (запасите от метан напълно се обновяват за около 10 години, благодарение на дейността на произвеждащите го бактерии), то не е и толкова кратко, както при силана, който се самовъзпламенява при попадане във въздух. Това ни дава възможност да пофантазираме: ако силициево-органични създания са съществували и посещавали Земята, то средновековните легенди за огнедишащи дракони биха имали естествено обяснение. По-вероятно е обаче, посочените недостатъци на силиция като елемент, способен да образува дълги верижни молекули, да изключват възможността за живот на основата на силиция почти във всички ситуации.

Този извод може да се провери, изучавайки подробно силиция и въглерода в голям обем от Вселената. Астрономите не са намерили силоксани или силан нито в метеорити, нито в комети, нито в междузвездна среда, нито във външни слоеве на хладни звезди. Но те са намерили силикати, т.е. молекули на окислен силиций, в комбинация с различни други елементи. Всъщност, планетата, на която живеем, е прекрасен пример за химията на силиция, тъй като Земята се състои основно от силикати. От друга страна, сложните молекули на основата на въглерода (органичните) се срещат в метеорити и комети, в междузвуздни облаци, в атмосферите на планетите, на хладни звезди наред с въглеродния оксид и диоксид. За разлика от силиция въглеродът лесно преминава от напълно окислена (С0₂) към напълно възстановена (СН₄) форма.

Можем с пълно основание да заключим, че макар живот на основата на силиций да е възможен, той в най-добрия случай е извънредно рядък. Живот на основата на въглерода е за предпочитане като господстващ вид живот във Вселената. Това може да звучи категорично, но трябва да помним, че разпространеността на различните елементи е еднаква навсякъде във Вселената, където може да се измери. Следователно, елементи, още по-редки от силиция, имат извънредно малко шансове за ролята на основана химията на живота където и да е.

Да разгледаме сега разтворителите. Защо водата е толкова невероятна? Защо това вещество има такова решаващо значение за известния ни живот? За да бъде действително полезен, всеки разтворител трябва да остава течен в достатъчно ширик температурен интервал, тогава изменението на условията на планетата няма да водят до неговото замръзване или изпарение. В този диапазон трябва да попадат температури, при които химичните реакции протичат с достатъчно висока скорост, а имащите важно значение за живота молекули още не се разрушават при стълкновения. Също, за предпочитане е разтворител, който би помагал на съдържащия го организъм да регулира своята температура, и (по определение) разтворителят трябва да е способен да разтваря други химични съединения, за да го използват организмите за получаване на хранителни вещества и отделяне на отпадъците. Не е трудно да се убедим колко добре отговаря водата на тези изисквания в сравнение с два други възможни разтворители: амоняк NH ₃ и метилов спирт СН₃ОН.

Вода от 0 до 100 С 100

Амоняк от -78 до -33 С 45

Метилов спирт от -94 до +65 С 159

Преди всичко да отбележим, че водата остава течна в широк температурен интервал. По температурен диапазон, в който водата се намира в течно състояние, тя превъзхожда амоняка, но метиловият спирт, макар и да има по-ниска температура на кипене, не отстъпва на водата.

Сега да сравним разтворителите по тяхната способност да помагат за регулиране на температурата на организма. Тази способност на разтворителите зависи както от тяхната топлоемкост (топлинен капацитет), т.е. количеството енергия, необходимо за повишаване на температурата на 1 грам от разтворителя с 1С, така и от топлината на парообразуване, т.е. количеството енергия, необходимо за превръщане на 1 грам течност в пара при температурата на кипене. Търсим разтворител с възможно големи топлоемкост и топлина на парообразуване, за да се намали влиянието на внезапни изменения на температурата на физичните условия вътре в разтворителя. Голяма топлоемкост означава, че съществени изменения на външната температура оказва на организма незначително въздействие. Ние се сблъскваме с това свойство на водата в различните климатични пояси: областите, близо до океана имат значително по-мек климат от областите на същата географска ширина, но далеч от водни басейни. Топлоемкостта на водата заема междинно място между топлоемкостта на амоняка и метиловия спирт. Но топлината на парообразуване на водата е много по-висока, отколкото при двата й съперника.

Високата топлина на паробразуване на водата означава, че изпарението на неголямо количество вода е достатъчно за отвеждането на топлината, отделяща се вътре в клетките при процесите на жизнената дейност. Действително, това че смятаме за нормална температура на човешкото тяло 36,6 С, а не 35 С или 38 С, е прекрасен пример за способността на нашето тяло точно да регулира своята температура. Макар и да не разбираме докрай какви условия са необходими за съществуване на разум, знаем, че на млекопитаещите е необхомо точно регулиране на температурата, за да се поддържа скоростта на химичните реакции на необходимото ниво и да се осигурят благоприятни условия за функциониране на различните органи. Млекопитаещите се различават от „низшите” форми на живот по по-голямата сложност на мозъка и протичащите в него химични реакции; точното регулиране на температурата осигурява правилното протичане на тези реакции.

Повърхностното напрежение на водата е два пъти по-голямо от това на амоняка и три пъти по-голямо от това на спирта, то превъзхожда повърхностното напрежение на всички известни течности. Това свойство несъмнено е изиграло важна роля за образуване на агрегати от разнообразни органичини съединения преди появата на клетките, тъй като благодарение на повърхностното напрежение някои съединения се привличат едно с друго и се запазват границите между водните разтвори на различни органични молекули. В живите организми повърхностното напрежение концентрира разтворите на твърди вещества на граничните повърхности на различни среди, например на граничните повърхности на клетките.

Трудно е да се победи водата по топлоемкост, топлина на парообразуване и повърхностно напрежение. Но това в известен смисъл са допълнителни преимущества, тъй като жизнено важната течност на средата трябва да бъде преди всичко разтворител за множество химични съединения, за да могат те лесно да се пренасят както в живите организми, така и извън тях. И отново водата е без конкуренция: тя е способна да разтваря повече от два пъти различни вещества от амоняка и метиловия спирт.

Като сравняваме водата с другите две течности, установяваме, че тя има редица преимущества в допълнение на свойството на прекрасен разтворител. Защо не разглеждаме много други възможни течности? Други вещества, например сероводород и солна киселина, могат да остават течни в приемливи диапазони от температури, но са значително по-малко разпространени, отколкото споменатите досега три, защото в тях влизат относително редки елементи (сяра и хлор) в сравнение с водород, азот, кислород и въглерод, от които се състоят водата, амоняка и метиловия спирт. Освен това молекулите на другите течности са значително по-малко устойчиви. По такъв начин, ако водата наистина „побеждава” амоняка и метиловия спирт, тя вероятно ще победи всяка течност, която може да съществува в други астрономически условия.

Да се спрем накратко на много специфично свойство на водата, което не притежава почти нито дна друга течност. Водата се разширява при замръзване, затова твърдата вода (ледът) плава на повърхността на течната вода. Ако ледът потъваше, водоемите през зимата биха замръзнали до дъното и повечето живеещи в тях организми биха загинали. Именно такъв тип замръзване би имал място във водоеми от амоняк (при -78 С) и метилов спирт (при -95С). Но безпокойството за замръзващи водоеми е необосновано, тъй като голяма част от водоемите на Земята никога не замръзват. Животът може да възникне и да се развива в малките географски ширини, в незамръзващи водоеми.

А какво можем да кажем за друга планета; с други условия на повърхността? Не е трудно да се установят достойнствата, които притежава течност, неразширяваща се при замръзване, такава като амоняка. Разтворител, разширяващ се при замръзване, предизвиква напрежения по стените на съдържащия го резелвоар. Водата, замръзваща в тръби, може да спука металните стени, а живите клетки при замръзване ще се разкъсат, носейки гибел за организма. Ако химията на живота е основана на разтворител, който не се разширява при замръзване, то ниските температури просто биха предизвикали състояние на анабиоза, от което животът лесно би излязъл при настъпване на топло време.

Какво колосално преимущество за космически пътешествия. Гигантските разстояния между звездите са непреодолимо препяствие за космически полети с обикновени ракети, защото ние искаме пътешествието да е сравнително кратко. Необходимостта от висока скорост е обусловена от желанието да се извърши пътешествието за времето на живот на екипажа. Можем ли многократно да увеличим продължителността на живота, замразявайки екипажа? Човешкият организъм не може да издържи толкова продължително замразяване, водещо до изсъхване на тъканите, защото се състои основно от вода, но си представете космонавти, химията на живота на които е основана на амоняк в качеството на разтворител. Те могат да използват свойството на амоняка да не се разширява при замръзване за посещение на големи части на нашата Галактика, пробуждайки се за кратко при всяко спиране.

Но преди прекалено да се възхищаваме на амоняка, да си спомним решаващото предимство на водата пред него. Течната вода сама защитава себе си от ултравиолетовото лъчение: част от молекулите на водата дисоциират, отделяйки кислород и водород в атмосферата, а част от атомите на кислорода се обединяват в молекули озон 0₃, който поглъща ултравиолетовото излъчване. Тъй като повечето звезди изпускат ултравиолетово лъчение, тези «самозащитни» свойства на водата имат огромно значение – без озоновия екран органичните молекули бързо биха се разрушили под действие на ултравиолетовото лъчение. При дисоциация на амоняка се отделя азот, който не образува защитен екран за ултравиолетовото лъчение и не обезпечава източник на химична енергия, подобно на окислителния процес. Следователно, на планета с амонячни океани ще се изисква специално средство за защита, например постоянна облачна покривка с голямо съдържание на прах, за да се предотврати унищожаването на океаните и формите на живот от ултравиолетовото лъчение. Возата съдържа това средство за самозащита във всяка молекула.

Нашето разглеждане на възможните разтворители не е изчерпателно, но помага да се направи решаващ извод: животът на Земята се основава на химия на въглерода с вода в качеството на разтворител неслучайно, а благодарение на присъщите на въглерода и водата свойства. Възможно е преимуществата на въглерода да са по-важни от преимуществата на водата, но едва ли силно ще ограничим диапазона от възможности, предсказвайки, че химията на повечето извънземни форми на живот ще се основава на този елемент и този разтворител.

Досега при обсъждане на живота се ограничавахме с известната ни химия с отчитане на възможни вариации на температура, плътност и химичен състав. Да останем в рамките на тази химия означава да разглеждаме взаимодействията между атомите, от които могат да се образуват много видове молекули, както прости от типа на водата, така и сложни от типа на ДНК. Атомите си взаимодействат един с друг благодарение на електромагнитните сили, които са обусловени от положителните и отрицателните електрични заряди в атомите. При обединяване на атомите в молекула именно електромагнитните сили, а не гравитационните или силните взаимодействия, осигуряват връзката между атомите.

Но когато се опитваме да разглеждаме други, екзотични форми на живот, трябва да се откажем от химичните взаимодействия, управляващи живота на Земята. При търсенето на живот не трябва да се ограничаваме също с повърхностите на планети. Планетите представляват най-подходящите места за поява на химичен живот, защото на тях най-лесно се намират необходимите условия – относително висока плътност на веществото и подходящи за химическите реакции температури, които благоприятстват протичането на химичните процеси с относително висока скорост. Ако има подходящи условия, а също смес от елементите, типична за звездите, то произходът на живота на планети близо до звезди не трябва да се смята за проста случайност.

Даже ако животът, основан на химични реакции, се окаже широко разпространен на повърхности на планети, не трябва да се пренебрегват форми на живот, необикновени за нас. Интересни варианти, които не изчерпват всички възможности, е животът в плътни междузвездни облаци, на повърхността на неутронни звезди и в галактиките като цяло.

В тези три случая може да се разгледа възможност за живи същества, характерните размери на които са много по-големи или по-малки от известните ни форми на живот. Но при това не трябва да се забравя за една много важна особеност на живота на Земята: за многочисленост на индивидите. Ние, хората, сме милиарди, докато повечето видове млекопитаещи, птици и влечуги са милиони или много хиляди. Само видове, близки към изчезване, наброяват хиляди или стотици отделни индивиди. Този факт ни напомня, че животът на Земята се е развивал по пътя на взаимодействието един с друг на огромен брой отделни растения и животни. По-точно казано, за да оцелеят в хода на естествения отбор представителите на популацията, най-приспособените за живот и продължаване на рода, всеки вид трябва да се състои от голям брой индивиди, които могат да произведат потомство с малко различаващи се характеристики. Повечето еволюционни „експерименти” на природата завършват с неуспех, така че вид животни или растения, наброяващи само няколкостотин индивиди, не може да се надява на значителен еволюционен прогрес в своята естествена среда на обитаване. Такъв вид се бори за оцеляване.

Може ли да се очаква друг ход на събитията на друга планета или в междузвездното пространство? Вероятно не. Лесно можем да си представим условия, при които на някои форми на живот няма да се налага да се борят за оцеляване и продължаване на рода и те никога не попадат в нова среда на обитаване, но тогава способността към еволюционни изменения ще бъде значително отслабена. Докато съществуват междувидова и вътрешновидова борба или изменения в околната среда и докато възникват мутации, може да се очаква, че естественият отбор ще води до възникване на нови видове, които след това еволюират в продължение на милиони години. Ключът към този процес остава взаимодействието на голям брой индивиди вътре във вида и голям брой видове, възникващи в резултат на посоченото взаимодействие.

Така стигаме до извода, че сложните форми на живот, които са изминали път на развитие до възникване на разума, очевидно не могат да бъдат продукт само на няколко събития, водещи до поява на няколко отделни организми. Напротив, милиарди и трилиони живи организми са доказателство за естествената конкурентна борба за продължаване на рода на Земята.

Черни облаци

В прекрасен фантастичен роман известният английски астроном Фред Хойл описва появата близо до Земята на гигантски междузвезден облак, надарен с разум, с възможност за целенасочено движение и безсмъртие. Процесите на живота в облака (както и в нашия организъм) се определят в крайна сметка от електромагнитни сили, а той мисли като изпраща радиосигнали от една своя част към друга. Неговото посещение в околността на Слънцето е предизвикано от необходимостта периодически да се попълват запасите от енергия чрез поглъщане на голямо количество звездно излъчване. Облакът открива, че на една от планетите на Слънчевата система има разумни същества, тъй като им се отдава да установят радиовръзка с облака, който им съобщава редица интересни факти за Вселената. „Мозъкът” на облака се състои от сложен набор от частици, броя и специализацията на които той може да мени по свой избор. Между тези частици протичат електрични токове; схемата на действие на мозъка на облака малко се различава от схемата на действие на нашия мозък.

Черният облак на Хойл, жив организъм с размери на орбитата на Венера и маса, почти равна на масата на Юпитер, ни напомня за онези трудности и преимущества, с които се сблъсква нашият жизнен опит при разсъждения за други форми на живот. От друга страна, можем да си представим жив черен облак, който използва енергията на светлината от звездите за преход към все по-високо ниво на подреденост, който мисли и чувства с помощта на електромагнитни импулси, изпращани по съответни канали. От друга страна, от нашите знания за еволюцията на земните организми следва необходимост от много предварителни етапи на еволюция. Разбира се, черен облак би могъл да съществува, но как може да възникне си остава тайна.

Ако ние, следвайки Хойл, си представим ранните стадии на еволюция на черните облаци като малки първични облачета с по-молки способности, то ще се върнем към нашите любими повърхности на планетите. Защо? Защото плътността на веществото в междузвездното пространство е толкова малка (в сравнение с веществото на планетите), че всякакви взаимодействия между частиците там ще протичат значително по-бавно. Следователно, за възникване на живот ще са необходими не милиарди години, както на Земята, а хиляди или милиони пъти повече, значително повече от времето, изминало от Големия взрив. По същата причина, даже и да може да възникне животът в междузвездни облаци при малка плътност, всичките жизнени процеси, очевидно, биха протичали по-бавно заради големите разстояния и ниската плътност на веществото.

Изминали милиарди години, преди на Земята дя се появят сложни организми, срок толкова дълъг, че времето, необходимо за възникване на „разумен” живот , съставлява значителна част от пълната възраст на Вселената (около една четвърт). Макар някои междузвездни облаци да притежават температура, необходима за възникване на живот за относително кратко време (примерно от -50С до +80С), повечето от тях са значително по-хладни ( от -250С до -200С). Освен това, колкото по-плътен е облакът, толкова по-хладен е обикновено. Но даже в облаци с подходящи температури и необходимата смес от химични елементи плътността на веществото, милиони милиарди (10¹⁵) пъти по-ниска, отколкото на земната атмосфера, би представлявала сериозно препяствие към подреждането на веществото до толкова висока степен, която би осигурила възникване на живот в условия на големи разстояния между «сложни» молекули в един от такива облаци.

Живот на неутронни звезди

Досега разглеждахме живота като следствие от добре известните ни закони на химията, представляващи резултат от действието на електромагнитни сили. Като следваме предположението на Дрейк, да разгледаме накратко как друг вид взаимодействие, силното взаимодействие, би могло да създаде съвършено друг вид живот на повърхността на неутронни звезди.

Както вече разгледахме, неутронните звезди възникват при травитационен колапс на ядрата на звездите в последните стадии на еволюцията. Температурата на повърхността на неутронната звезда е около 10⁶К, т.е. повече от 1000 пъти повече от средната температура на повърхността на Земята, равна на 300 К. Освен това силата на тежестта на повърхността на неутронната звезда е трилион пъти по-голяма, отколкото на Земята. При толкова висока температура и огромна сила на тежестта нито една молекула, нито един атом не могат да оцелеят на повърхността на неутронната звезда. Удряйки се с високи скорости, молекулите се разрушават, а от атомите изчезват електронните обвивки. В резултат едва ли можем да се надяваме да открием на повърхността на неутронна звезда някакъв вид живот, основан на електромагнитни взаимодействия, осигураващи съществуването на атоми и молекули. И все пак не трябва да се губи надежда, защото живот, основан на силни взаимодействия, е възможен.

Силните взаимодействия осигуряват съществуването на ядрата на всички атоми, по-сложни от водорода. В природата се срещат ядра с брой нуклони в тях от 1 (единствен протон в ядрото на водорода) до 238 (92 протона и 146 неутрона в ядрото на уран 238). Във физичните лаборатории могат да се създадат ядра с брой нуклони над 238, но те поразително бързо за обикновения човешки стандарт се разпадат на по-леки ядра. Най-масивното „изкуствено” ядро, получено до настоящия момент, се състои от 265 нуклона: 105 протона и 160 неутрона, но се разпада по-бързо от една милиардна част от секундата.

Но ние живеем в макросвят. Сега да предположим, че сме се превърнали да кажем в протон с размери около 10 -¹³ см и се движим със скорост 1000 км/с, типична за протоните при температура 10⁶К. Тогава разстояние, равно на собствения размер, бихме изминали за 10 -²¹ с. Човек с ръст 170 см изминава разстояние, равно на ръста му, за 1 с. Очевидно нищожните 10 -²¹ с за протона са равносилни на 1 с за разхождащ се човек. В микросвета събитията протичат за време от порядъка на 10 -²¹ с, докато в нашия ежедневен живот продължителността на събитията се измерва със секунди. По-точно казано, електромагнитните взаимодействия при биохимичните процеси в тялото на човека протичат за време от порядъка на хилядни от секундата (примерно при регистриране на фотони на видимата светлина от окото), няколко десети от секундата (например при изпращане на импулс през цялото човешко тяло) или няколко секунди (например при преместване в пространството).

Да си представим сега врящата повърхност на неутронна звезда, където елементарните частици се удрят и преместват със скорости от хиляди километра в секунда, което е еквивалентно на милионни части от сантиметъра за 10 -¹⁵ с. При тези удари могат да се раждат масивни ядра, състоящи се от хиляди елементарни частици, които ще съществуват около 10 -¹⁵ с. След това кратко време ядрото се разпада на по-леки ядра. Но от гледна точка на елементарната частица с характерното й време 10 -²¹ с масивното ядро не се разпада мигновено, а напротив съществува милиони пъти по-дълго от интервала между ударите. С други думи, масивното ядро, преди да се разпадне, може да участва в милиони различни стълкновения или други взаимодействия.

Да предположим, че в резултат на еволюционни процеси на повърхността на неутронната звезда са могли да възникнат форми на живот, т.е. същества, които си взаимодействат с околната среда и с други същества по организиран начин. В такъв случай възникването и развитието на живот би протекло значително по-бързо, отколкото следва от нашия земен опит. Тъй като типичното характерно време за живот, основан на силни взаимодействия, е 10 -²¹ с, т.е. милиард милиарди пъти по-кратко от 10 -³ с, което е характерно време за земния живот, основан на електромагнитни взаимадействия, може да се очаква еволюцията на неутронната звезда да протича значително по-бързо и за възникване на живот да са необходими не милиарди години, а а 10 -⁹ години, т. е. 1/30 с! Макар на нас това време да ни се струва много кратко, то позволява да се осъществят милиарди взаимодействия между все по-сложни ядра на повърхността на неутронната звезда.

Ако ни стига смелост да продължим този сценарий по-нататък, ще се окаже че на повърхността на неутронните звезди цели цивилизации са преживели милиони възходи и падения за едно мигване на окото. Отделните членове на тези цивилизации биха имали размери около 10 -¹¹ см и биха живели около 10 -¹⁵ с. Ако използват за връзка електромагнитни трептения, вероятно биха предпочели гама-кванти с честоти, 10¹⁰ пъти превишаващи честотите на видимата светлина. Такива гама-кванти възникват при взаимодействия между елементарните частици, аналогично на видимата светлина, възникваща при взаимодействие на атомите.

Ако даже такъв тип живот съществува на неутронни звезди, то за нас едва ли има надежда възникващите там цивилизации да използват радиовълни за вътрешна връзка или с цел откриване на други цивилизации. Въпреки това тези разсъждения за хипотетични същества на неутронни звезди са основани на известните ни факти за силните взаимодействия и не трябва да се забравят при оценка на броя цивилизации, които могат да съществуват в днешно време в нашата Галактика. Но на нас би ни било невероятно трудно да установим контакт с цивилизация на неутронна звезда, ако такава съществува, заради огромното различие в мащабите, особено времевите. Едва ли може да се разчита на обмен на информация с цивилизация, която съществува всичко на всичко една милиардна част от секундата.

Гравитационен живот

След като извършихме мислена екскурзия, за да разгледаме бързо еволюиращия, основан на силни взаимодействия, живот на неутронни звезди, ще бъде разумно да анализираме и другата крайност – живот, основан преимуществено на гравитационното взаимодействие. В този случай типичната структурна единица трябва да бъде достатъчно голяма, за да преобладава гравитацията над електромагнитните и силните взаимодействия, т.е. такава като звезда например. Ако отделните звезди играят същата роля, както отделните атоми и молекули в земния живот, или отделните ядра в живота на неутронна звезда, то какво е значението на галактиките, състоящи се от множество звезди? Живи ли са галактиките?

Едва ли! (Но да си спомним разсъжденията за Гея; може би самите геи представляват отделни части на свръхгея – основния организъм!). Нашето определение за живот изисква не просто висока степен на организация. Галактиките са достатъчно добре организирани, особено спиралните, но все пак отстъпват по организираност даже на относително прост организъм, например парамеция. Освен това, галактиките очевидно нямат някаква жизнена цел, но тук ставаме жертва на антропоцентризма. В галактиките протичат различни събития, но с характерно време от секунди (за колапс на отделна звезда) до стотици милиони години (за пълно завъртане на галактиката около своята ос). Звездите като правило взаимодействат една с друга с характерно време от много милиони години. Ако животът би могъл да възникне в резултат на многократното повторение на такива взаимодействия, подобно на взаимодействията между молекулите в първичния органичен бульон на Земята, то е изминал прекалено малък срок, ако го измерваме в основните „гравитационни” единици за време, т.е. в продължителности на единичното взаимодействие между звездите. Следователно, животът, основан на гравитационни сили, може да се намира на този стадий (предполагаем) на развитие, на който е бил животът на Земята няколко години след образуването на планетите. Гравитационният живот може вече да е възникнал, но ние предполагаме, че той ще се прояви след милиарди милиарди години, а не след милиарди години, необходими за възникване на живот, основан на електромагнитните сили.

Преимущества на типичността

Разгледахме живот, основан на силни, електромагнитни и гравитационни взаимодействия. Това са основните ни познати сили, но не е изключено да сме пленници на нашия ограничен опит и въображение. По-нататък ще разглеждаме възможността за живот, основан на електромагнитни взаимодействия, и съществуващ преимуществено на повърхността на планети. Вече видяхме защо този шанс при търсенето е най-добър, но нека хвърлим по-широк поглед и да смятаме, че са възможни и други видове живот. Тях трябва да ги имаме предвид при оценка на възможния общ брой цивилизации, с които бихме могли да установим контакт.

Ако разчитаме само на вероятността за живот на други планети, може да не дооценим броя на подходящите за установяване на контакт цивилизации, изтървайки възможен живот в междузвездни облаци, на неутронни звезди и в галактиките като цяло, или живот, напуснал планетата, където се е зародил. Освен това, у нас възниква предубеждение не само в полза на живот, подобен на нашия, но и в полза на цивилизации, подобни на нашата. Приемаме този риск, защото от съвременните виждания за Вселената следва, че такива цивилизации трябва да са значително по-многобройни от другите разгледани по-горе хипотетични форми на живот.

Даже ако се ограничим с търсене на живот на планети с близки до нашите характерни времена, пак остават огромен брой възможности. Само в нашата Слънчева система тези възможности се простират от амонячните облаци на Юпитер до пустинята Сахара, от каньона на Марс до замръзващия метан на Плутан. Планетите в други планетни системи могат да осигурят още по-голямо разнообразие от среди, даващи шанс за възникване и развитие на живот. Така, даже ако се ограничим с планетите, не смятайки това ограничение за абсолютно, то и тогава остава шанс за откриване на милиони цивилизации в нашата Галактика и съответно милиарди цивилизации във Вселената. Тези числа ще приемем като основа за начало на търсене на други цивилизации, с които да се надяваме ще можем спокойно да побеседваме.

За животът, основан на химични реакции, т.е. на взаимодействия на атоми, образуващи сложни молекули, в качеството на основен структурен елемент е необходим въглерод. Само атомите на въглерода могат да образуват такива химични връзки с водорода, кислорода, азота (и други по-малко разпространени елементи), които да съдействат за поява на широко многообразие от полимери, явяващи се носители на информация. Силицият също може да образува полимери, но при обикновени условия те са прекалено стабилни, за да служат за основа на живота. Химичното сродство между силиция и кислорода води до това, че при температури, достатъчно низки за съществуване на сложни молекулярни структури, силицият се оказва свързан в силикати, основни скали на нашата планета. Ако въглеродът се явява най-важния елемент за всички химични форми на живот, това все още не е голямо ограничение, тъй като въглеродът е широко разпространен навсякъде във Вселената.

Животът очевидно се нуждае също от разтворител, течна среда, в която атомите и молекулите могат да се удрят един с друг и да встъпват в химични реакции. Способността на водата да разтваря други вещества я прави един от най-подходящите разтворетели. Освен това, водата притежава такива свойства, като висока топлоемкост и топлина на парообразуване, да остава в течно състояние в подходящ температурен диапазон, разпространеност в космическото пространство и химична стабилност. Благодарение на всичко това водата много добре подхожда за жизнената дейност на всички живи организми на Земята.

При някои много специални условия амонякът може да замени водата, но ние предполагаме, че повечето живи системи във Вселената използват същата течна среда, която и ние. Необходимостта от течен разтворител налага ограничение на температурния интервал, подходящ за живот.

За всички видове живот се оказва съществено той да се състои от множиствоотделни индивиди. В противен случай при процеса на естествен отбор ще липсва достатъчно „поле за действие”, т.е. възможност за избор сред различни живи системи на основата на тяхната способност за продължаване на рода.

Ние можем да си представим в крайна сметка два други типа живот, освен химичния: живот, основан на елементарните частици, по-точно на свръхтежки ядра, между които се осъществяват силни взаимодействия (такъв живот може да продължава по-малко от една трилионна част от секундата), и гравитационен живот, основан на взаимодействия на гигантски обекти, толкова отдалечени един от друг, че гравитационните сили превъзхождат електромагнитните, силните и слаби взаимодействия.

Гравитационният живот едва ли възниква за 15 – 20 млрд години след началото на разширението но Вселената, тъй като такъв интервал от време не позволява на гравитационните взаимодействия да създадат по-сложни структури от галактики, купове от галактики и звезди. Животът на неутронните звезди би могъл да съществува, тъй като високите температури и плътности на тяхната повърхност позволяват на всички видове ядра да се образуват и разпадат за нищожна част от секундата. Но ние бихме се сблъскали с големи трудности при опит да установим контакт с всяка от тези форми на живот, тъй като характерното време за тях е 10 -²¹ с, а най-предпочитаните за контакт дължини на вълните съответстват на твърдите гама-лъчи.

Даже ако се ограничим с химичен живот, не трябва да търсим само на повърхността на планетите. Междузвездните облаци от газ и прах биха могли да придобият извънредно сложна структура и разум даже без участие на процеса на възпроизводство. Такива «черни облаци» биха могли да използват вътрешни електрически токови, аналогични на тези в нашето тяло, за предаване на съобщения към централния мозък и обратно от него. Но и тук отново характерното време, необходимо за достигане на съответната сложност, може да се окаже прекалено голямо заради относително големите разстояния между отделните молекули.

Девет планети на Слънчевата система, а също и комети и метеорити, състоящи се очевидно от първичното вещество – такива са многобройните обекти, където може да бъде открит живот или в краен случай добиологически сложни молекули. Някога са строили хипотези за възможни пристанища на живота извън пределите на Земята , а сега ги изследваме, изпращайки експедиции на тяхната повърхност или автоматични космически апарати. Макар досега да не са намерени надеждни доказателства за съществуване на живот някъде, освен на нашата планета, за последните десетилетия е събрана много полезна информация, която с течение на времето ще ни помогне да разберем защо едни среди са подходящи за живот, а други не. Приемайки Слънчевата система като типична планетна система, търсенето на живот в околностите на Слънцето ни осигурява също информация за броя на възможните жилища на живота в нашата Галактика и извън нейните граници.