Научные законы ограничивают возможные формы внеземной и искусственной жизни

Существует некая базовая логика, присущая всем формам жизни, которая подсказывает нам, где и что искать.

Жизнь имеет ограничения, которые делают невозможным существование всего, что мы можем себе представить, утверждает группа ученых из разных областей науки. Способность исключать некоторые формы жизни, основываясь на научных законах, позволяет нам сосредоточить свои усилия как на поиске жизни в других мирах, так и на ее создании в лабораториях. Публикуя то, что, по их мнению, является границами нашего нынешнего знания, команда надеется помочь тем, кто участвует в этих двух грандиозных проектах.

Поиск внеземной жизни в настоящее время в основном сводится к поиску жидкой воды. Именно подледный океан на Европе вдохновил NASA на создание аппарата Europa Clipper, а историческое присутствие воды на Марсе является одной из главных причин, по которым он занимает центральное место в межпланетных исследованиях. Тем не менее, те, кто не работает в этой области, часто возражают, что такой подход слишком ограничен нашим земным опытом. “Почему внеземная жизнь не может быть принципиально иной?” – распространенный вопрос.

Новая статья лишь кратко упоминает вопрос о воде, но это пример того, что авторы называют “логикой жизни” и объясняет, почему некоторые общие черты, вероятно, необходимы. Если принять эту логику, становится понятнее, почему астробиологи, в основном, не слишком беспокоятся о том, что могут пропустить жизнь, слишком непохожую на земную.

Для начала авторы отмечают:

“Каждый организм на Земле функционирует как термодинамический двигатель, поскольку он получает свободную энергию из окружающей среды и использует ее для выполнения основных биологических функций”.

Маловероятно, что что-либо, не делающее этого, может соответствовать любому из конкурирующих определений жизни. Законы термодинамики означают, что формы жизни, подчиняющиеся этим принципам, должны создавать больше энтропии. Увеличение внутренней энтропии означает распад формы жизни, поэтому, по крайней мере, на этапах роста, когда организованный биологический механизм синтезируется из более простых компонентов, эта энтропия должна как-то отводиться.

Проще говоря, любая форма жизни должна выделять тепло.

Еще формы жизни нуждаются в способе передачи информации своим потомкам, иначе каждое поколение должно начинать с нуля. Способы сделать это достаточно ограничены, так что задолго до расшифровки структуры ДНК по крайней мере два ученых независимо друг от друга предсказали ее ключевые особенности, такие как ее двухцепочечная природа. Внеземная жизнь может не использовать те же нуклеотидные основания, что и все живое на Земле, но команда утверждает, что она, вероятно, имеет два линейных полимера, которые реплицируются и делятся.

Более того, знакомая спиральная форма имеет преимущества, которые могут быть универсальными, позволяя большему объему информации уместиться в управляемом пространстве.

Также вероятно, по мнению авторов, что жизнь будет иметь минимальные единицы, которые мы можем распознать как клетки.

“Деление клеток включает, с одной стороны, копирование информации, содержащейся в клетке, в дочерние клетки, а с другой стороны, воспроизведение ее воплощенной архитектуры с использованием этой информации”, – пишут они. Для репликации клеткам требуются молекулярные компоненты, а концентрация этих компонентов требует фазового разделения от окружающей среды. Это означает наличие клеточной стенки, достаточно проницаемой, чтобы пропускать энергию и некоторые молекулы, но не все.

Хотя можно представить себе, что это происходит с какой-то другой жидкостью, а не с водой, действующей в качестве растворителя внутри, есть основания полагать, что такие фантазии маловероятны. Вода – самая распространенная жидкость во Вселенной, и она обладает некоторыми исключительно полезными свойствами, которых нет у других распространенных молекул.

Авторы отмечают, что полярные молекулы с головкой, притягивающейся к воде, и хвостом, отталкиваемым ею, “могут самособираться в компактные бислои, которые определяют границы системы”. Немногие альтернативы могли бы обеспечить ту же емкость в ситуациях, когда вода недоступна, например, в этановых морях Титана.

Хотя жизнь на Земле поражает своим разнообразием, авторы просят нас рассмотреть “морфопространство”, которое они определяют как “многомерное пространство, представляющее различные морфологические или структурные характеристики данного класса сущностей (от клеток до сетей)”. Они отмечают, что “по всему морфопространству […] некоторые части плотно заселены, в то время как другие представляют собой пустоты”.

Эти пустоты могут иногда представлять возможности, которые никогда не были реализованы, потому что начальные шаги на пути жизни на Земле увели нас от них. Однако мы также должны учитывать возможность того, что, если при всем этом изобилии некоторые особенности никогда не эволюционируют, они могут быть фактически невозможны.

Любая форма жизни будет подвержена естественному отбору, если она должна процветать и размножаться. Некоторые общие черты, которые мы видим на всех уровнях жизни, такие как паразиты и “обманщики”, которые извлекают выгоду из вклада других в общее благо, не внося при этом собственного вклада, также, вероятно, существуют в любой экосистеме. Ответ на это, который может быть универсальным, заключается в развитии черт, которые положительны в групповой среде, но отрицательны для свободно живущего организма. Многоклеточная жизнь может быть ответом на это, как и животные или растения, которые лучше всего выживают как часть более крупного сообщества.

За пределами определенного уровня сложности, формам жизни необходимо обрабатывать информацию, и для этого требуются цепи и структуры, которые соответствуют, по крайней мере, некоторым особенностям наших нейронов и мозга.

Ничто из этого не означает, что инопланетяне, которых мы можем в конце концов встретить, будут настолько похожи на нас, что смогут затеряться на городской улице, как многие из разумных видов в “Звездном пути”. Однако это также указывает на то, что мы можем значительно сузить круг потенциальных звезд и планет, где, вероятно, существует жизнь, хотя, примерно в таких местах мы и ищем.

Кроме того, если создание искусственной жизни считается достаточно безопасным, чтобы продолжать исследования, то теперь многие теоретически возможные формы можно будет отбросить как тупиковые.

Статья опубликована в открытом доступе в журнале Interface Focus.

Отправить форму.