Источник: журнал «Analog» №7/1990

Огонь, сера и, возможно, жизнь?

Стивен Л. Джиллетт, доктор философии.

Инопланетная биохимия... Звучат эти слова впечатляюще, но их смысл довольно расплывчат. Что мы имеем в виду, когда говорим «инопланетянин»? Нечто не на основе углерода? Нечто не на водной основе? Дышащее чем-то отличным от кислорода? Обладающее генетическим кодом, отличным от ДНК? Его основные молекулы не такие, как белки, сахара и липиды (жиры)? Или у него просто иной набор аминокислот? Некоторые из этих идей гораздо более «инопланетны», чем другие: например, жизнь, основанная не на углероде, коренным образом отличается от земной жизни, тогда как дыхание не кислородом – это тривиальное отличие с точки зрения биохимии.
Вообще, множество земных организмов тоже не дышит кислородом. Бактерии в большинстве своём используют анаэробное дыхание, виды которого демонстрируют нам изумительное разнообразие. Кислородное дыхание – это недавнее эволюционное новшество; и по сей день ядра клеток высших форм жизни отравляются при прямом воздействии O₂. Мы считаем, что кислород важен, потому что это дыхание, которое даёт много энергии и позволяет существовать многоклеточным формам жизни наподобие нас самих. Однако вряд ли это будет чем-то основополагающим!
Таким образом, даже если мы будем ориентироваться на жизнь, основанную на углероде, изобилие вариантов анаэробного образа жизни среди земных бактерий показывает, что в биохимии может существовать множество вариантов. Углеродная химия просто задаёт рамки. Надстройки же могут быть самыми разными и, несомненно, экзотичными.
Например, несколько лет назад (журнал “Analog”, №10/1984) я выдвинул предположение о существах, дышащих галогенами. В этой статье я снова порассуждаю, но на этот раз о биохимии, в которой важную роль играют сера и её соединения. Безусловно, сера играет вспомогательную роль в современной земной биохимии. К примеру, это необходимый компонент аминокислоты метионина. Но, возможно, вне Земли сера или её соединения занимают гораздо более значимое место в биохимии – сравнимое с водой или кислородом на Земле. И, в отличие от галогенов, уже в нашей собственной системе мы видим мир, на поверхности которого преобладает сера: Ио, луна Юпитера. Итак, мы знаем, что в ходе естественных процессов элемент может концентрироваться до такой степени, что становится основным летучим веществом («летучие вещества» – это элементы с низкой температурой кипения в атмосферах и океанах) на поверхности.

Дышать, быть может, и мечтать

Несколько лет назад Хол Клемент написал отличный роман на тему альтернативный биохимии («Ледяной ад»), в котором пришельцы с чрезвычайно жаркой планеты дышали газообразной серой вместо O₂. История рассказана в основном с точки зрения инопланетян, поскольку они столкнулись с холодной (для них) и причудливой окружающей средой Земли. (Хотя, читая эту книгу, я всегда задавался вопросом о том, почему инопланетянам было так трудно определить химический состав Земли. Неужели они действительно ничего не слышали о спектроскопии? Им вообще не пришлось бы спускаться на поверхность для проведения химических экспериментов.)
Как бы то ни было, обоснование Клементом дыхания инопланетян серой состояло в том, что сера – это элемент, соответствующий кислороду, находящийся прямо под ним в следующей строке периодической таблицы элементов. Таким образом, свойства этих элементов в чем-то схожи. Это то же самое, что допускать существование форм жизни на основе кремния, отталкиваясь от того факта, что кремний – это элемент второго ряда*, соответствующий углероду.

К сожалению, хотя для рассказа это была очень умная мысль, на самом деле сера не так сильно похожа на кислород, как предполагал Клемент. Совершенно верно то, что в периодической таблице сера находится во втором ряду, прямо под кислородом. И элементы действительно обладают целым рядом сходных признаков в химических свойствах. Но даже в этом случае их различия глубоки. (Фактически же ни один из элементов первого ряда не проявляет особого сходства со своим гомологом из второго ряда. Как я уже отмечал в статье о галогенах, фтор и хлор тоже не очень схожи друг с другом. Элементы второго и третьего рядов гораздо больше похожи друг на друга, чем любой из них на первый ряд. Например, сера и селен гораздо больше похожи друг на друга, чем любой из них на кислород. А кремний и германий похожи друг на друга гораздо больше, чем любой из них на углерод. И так далее.)
Так в чём же заключаются эти различия? Прежде всего, кислород является гораздо лучшим окислителем, чем сера. (Ну, да, звучит так, словно он и должен быть самым лучшим, но лучший окислитель – это не кислород! Однако это не сера, а фтор.) И для того, чтобы получать много энергии из окисляющейся пищи, вам нужен хороший окислитель – это необходимо, если мы хотим создать существ, более сложных, чем микробы.
С другой стороны, химические свойства серы значительно сложнее, чем у кислорода. Тому есть две причины: во-первых, у серы есть дополнительная электронная оболочка (d-оболочка), способная образовывать химические связи, поэтому вы можете получить сложные кольцевые и цепочечные молекулярные структуры, с которыми кислород просто не может справиться. (Например, обычный кислород – это просто O₂, будь он жидкостью или газом. Однако сера, переходя из твёрдого состояния в жидкое и газообразное, превращается из 8-членных колец в длинные цепочки связанных друг с другом атомов S, и среди прочего – в молекулы S₂! В целом же, единственный элемент, у которого образование связей между собственными атомами происходит лучше, чем у серы – это углерод.)
Во-вторых, у кислорода атом гораздо меньшего размера, поэтому вы не сможете окружить его таким количеством других атомов. Это делает оксиды в целом гораздо более компактными, чем сульфиды. Однако оксиды склонны образовывать более сложные цепочки, чем сульфиды, поскольку атомы могут делить между собой связанный с ними кислород. Наконец, кислород может образовывать ещё и двойные связи такого типа (p-p), какой не может сера.
Кроме того, если строго придерживаться биохимии «сера-как-аналог-кислорода», можно было бы ожидать, что сероводород H₂S будет аналогом воды. Только это вообще не работает. H₂S не похож на воду. (Точно так же HCl не очень похож на HF – напомню это тем из вас, кто видел статью о дышащих галогенами существах.) У воды относительно высокая температура кипения и большой диапазон температур, в котором она находится в жидком состоянии, из-за «водородных связей»: атомы водорода из одной молекулы воды притягиваются к кислороду из другой и образуют с ним непрочные связи. Но какими бы временными они ни были, энергия, необходимая для разрыва этих связей, – это именно то, что даёт воде такую высокую температуру кипения и широкий температурный диапазон жидкого состояния. Другие мелкие, сильно окисляющиеся атомы, кроме кислорода (главным образом фтор и азот), также образуют водородные связи. Сера, однако, их не образует.
Так что у H₂S очень низкая температура плавления (-85,5°C) и очень узкий температурный диапазон жидкого состояния (он закипает при -60,5°C). Напротив, сера закипает при температуре 444,6°C. Тогда очевидно, что инопланетяне не могут дышать газообразной серой, если у них есть моря жидкого сероводорода! (Клемент, конечно, понимал это, и в его инопланетной биохимии не было H₂S в качестве аналога воды. У него всё было сложнее, хотя он и не вдавался в подробности.)
Однако для H₂S дела обстоят намного хуже: он легко фотодиссоциирует. То есть, в атмосфере он легко расщепляется ультрафиолетовым излучением Солнца на водород и серу. Это проблема, потому что в мире с гравитацией, которая примерно равна земной, водород может в дальнейшем улетучиться в космос. Вероятно, Венера потеряла воду в объёмах целых океанов из-за фотодиссоциации, а ведь расщепить воду ультрафиолетовым излучением гораздо труднее, чем H₂S. Земная вода сохранилась лишь потому, что атмосфера Земли достаточно холодна, и большая часть воды замерзает ещё до того, как поднимется достаточно высоко, чтобы молекулы были разрушены. Но что касается соединения с низкой температурой кипения наподобие H₂S – что ж, с геологической точки зрения, оно исчезает в мгновение ока.
Наконец, в масштабах космоса кислород – это гораздо более распространённый элемент, чем сера. У самого распространённого изотопа кислорода ¹⁶O, содержащего 8 протонов и 8 нейтронов, особенно стабильное ядро и потому оно благоприятствует процессам ядерного синтеза, которые приводят к образованию тяжёлых элементов.
Подытоживая вышесказанное, отметим, что существа, дышащие серой – это попросту непрактично. Вы не сможете получить много энергии из реакции чего-либо с серой, особенно при таких температурах, когда сера представляет собой газ! Вы сможете получить достаточно энергии для запуска метаболизма чего-то вроде микроба (и действительно, в некоторых из тех видов анаэробного дыхания земных бактерий используются соединения серы), но это просто не будет работать для чего-то вроде разумного инопланетянина.
Ладно, тогда забудьте, забудьте об этом. Эти надутые Офицьяльные Учоные говорят, что Это Невозможно. Зануды! Радостно рассказывающие нам во всех утомительных подробностях, почему Это Просто Не Будет Работать.
Одну минутку. Я не говорил, что мы должны прекратить рассуждения. Но нам просто придётся быть чуть более хитроумными. (Нам не удастся стать такими же хитроумными, как сама природа, но мы можем попытаться.)

Ио, планета самородной серы

Давайте начнём с Ио как источника вдохновения. Здесь мы, по крайней мере, можем увидеть мир, в котором господствует сера! Что могло бы вписаться в эту среду?
Чтобы увидеть это, давайте посмотрим, что представляет собой среда на Ио. Первая из особенностей – это самая высокая вулканическая активность, известная в Солнечной системе. Энергию для этого вулканизма даёт приливная деформация. Из-за своеобразного взаимодействия с другими спутниками Юпитера Ио постоянно деформируется, словно теннисный мяч, который ритмично сжимают в кулаке, и энергия, выделяемая при этом сжатии, проявляется в виде тепла внутри. (Энергия, конечно, черпается из движения Ио по орбите, так что всё это не может длиться вечно. Однако это может продлиться ещё довольно много миллионов лет.)
Вторая особенность заключается в том, что на поверхности Ио преобладает сера, и в большей части наблюдаемых нами явлений вулканизма участвует сера. Серная лава разбрызгивается и сочится по поверхности, а извержения паров двуокиси серы разбрасывают материал по ландшафту на сотни километров.
Сера – это наружный слой толщиной, возможно, от всего лишь нескольких метров до пары сотен метров. На глубине он расплавляется обычными силикатными (скальными) лавами. Плотность у Ио примерно такая же, как у Луны, так что спутник не может состоять только из серы. Внизу должно быть много камня. И на самом деле часть рельефа, который мы видим на Ио, должна покоиться на скальном основании. Уступы просто слишком высокие – сера для этого недостаточно прочна.
У планетарных геологов, изучающих потоки серной лавы на Ио, есть хороший источник крупномасштабных экспериментов. На Земле чистая сера встречается местами в осадочных породах – это законсервированный продукт бактериального происхождения – и добывается методом Фраша. Перегретая вода закачивается по трубе в середине бурильной колонны, чтобы расплавить серу, и затем расплавленная сера выталкивается на поверхность через пространство вокруг внешней стороны этой трубы. На поверхности расплавленная сера направляется в бункеры, куда она вытекает, охлаждаясь и образуя слои...
Прямо как потоки лавы!
(Это один из многих примеров, когда промышленные процессы оказались приемлемыми моделями планетарных процессов. Они особенно удобны, потому что промышленные процессы осуществляются в гораздо больших масштабах, чем могут позволить себе учёные-планетологи.)
Во всяком случае, на Ио происходит перегонка самого нелетучего из всех летучих элементов – серы. И ещё на поверхности Ио и над ней распространена двуокись серы (которой гораздо больше). А вот соединения водорода, азота, углерода – они выкипают почти полностью. Нет ни воды, ни углеводородов, ни аммиака; даже сероводорода нет.
Ио прожарен почти так же, как внутренние миры системы вроде Луны или Меркурия. И, если судить по составу других крупных спутников Юпитера, на которых есть много льда, изначально он, вероятно, был значительно богаче летучими веществами, чем что-либо во внутренней системе. Что же случилось?
Вероятно, несколько событий. Одно из них – это высокий уровень вулканической активности. Один или несколько вулканов Ио всегда активны; они расплавляют или испаряют всё, что хотя бы в какой-то степени летучее, и извергают это на поверхность в виде горячей лавы или горячего газа.
И эта повсеместная «парилка» поднимает второй вопрос: низкая гравитация Ио. Она достаточно низка, а вещество достаточно горячее, чтобы проявлять тенденцию покидать планету полностью. На месте остаётся лишь самый тяжёлый материал.
И последнее, практически как вишенка на торте, – это фотодиссоциация. Если благодаря кипению эти пары окажутся там, где они могут взаимодействовать с солнечным ультрафиолетом, они распадутся на составляющие их атомы. И когда это происходит, действительно лёгкие атомы вроде водорода улетают прочь!
Таким образом, лишь сера не может улетучиться, – по крайней мере, с высокой скоростью. Это тяжёлый атом, поэтому, хотя она и относительно легкоплавкая, она просто не может вырваться наружу, как это происходит у более лёгких атомов.
Её летучее соединение, диоксид серы SO₂, также не может покинуть планету. Кислород, хотя он и легче серы, является (как я уже говорил) чрезвычайно распространённым элементом, и он также склонен задерживаться, потому что относительно тяжёлый.
Диоксид серы на Ио также не подвержен фотодиссоциации. Правда, солнечное ультрафиолетовое излучение может достаточно легко разрушить SO₂. Энергия связей S-O – совсем не гигантская; фактически, они слабее, чем связи H-O в воде. (Для расщепления SO₂ достаточно даже низкоэнергетического красного света.) Но опять же... и S, и O – массивные атомы! Таким образом, в отличие от молекулы, содержащей водород, даже если молекула расщеплена, атомы остаются рядом до тех пор, пока в конце концов не соединятся снова. (На Ио это даже лучше, поскольку любые атомы S или O, которым удаётся покинуть Ио, по-прежнему находятся глубоко в гравитационном колодце Юпитера. Таким образом, они демонстрируют тенденцию оставаться на орбите Ио, и рано или поздно Ио снова захватывает их. Фактически, вокруг Юпитера вдоль орбиты Ио существует чрезвычайно разреженный газовый тор, в котором находятся различные атомы, сорванные с Ио.)
Если вы помните свои занятия по химической технологии, то знаете, что под давлением SO₂ дополнительно реагирует с кислородом с образованием триоксида серы, SO₃, который затем растворяется в воде с образованием промышленной серной кислоты H₂SO₄. Однако на Ио SO₃ у вас не получится из-за того, что вокруг в избытке присутствует элементарная сера. Она реагирует с любым SO₃, который может образоваться, чтобы у нас снова получился SO₂.
Так что эта система достаточно стабильна.
Теперь об этих взрывных извержениях... Похоже, что диоксид серы на Ио ведёт себя скорее как вода в земных вулканических процессах. Большая часть «вулканических газов» на Земле – это просто очень горячий водяной пар. И впечатляющие извержения на Земле, которые мы припоминаем, такие, как Везувий и Сент-Хеленс, по сути, являются просто очень большими взрывами пара. (Параллельно они измельчают большое количество породы; измельчённая порода – это всё, что представляет собой вулканический пепел.)
Диоксид серы? Как вода?
В некоторых отношениях. Да, при обычных температурах это газ, но у него относительно высокая температура кипения: -10°C при 1 атмосфере, 15°C при 2,5 атмосферах. И он замерзает при -75,5°C, так что температурный диапазон жидкого состояния у него составляет около 65°C – очень даже неплохо! (Опять же, у воды широкий температурный диапазон жидкого состояния и высокая температура кипения – это результатом образования водородных связей. У SO₂ водородные связи явно отсутствуют, но нечто подобное всё же имеет место: кислород одной молекулы демонстрирует кратковременное притяжение к сере из другой молекулы.)
Что ж, диоксид серы похож на воду в том смысле, что он способствует впечатляющим извержениям вулканов. Но может ли сходство быть более глубоким, чем это?
Возможно.
Как и вода, SO₂ является хорошим растворителем. Может быть, даже достаточно хорошим растворителем для поддержания биохимических процессов.
У него есть большие отличия от воды. Во-первых, он и близко не имеет такой полярности, как вода. (У «полярной» молекулы распределение электрического заряда неравномерно. У воды, например, атомы водорода заряжены слегка положительно, а кислорода – слегка отрицательно.) Полярные молекулы хорошо растворяют соли вроде поваренной соли (NaCl), английской соли или пищевой соды. При растворении в полярном растворителе такие соли распадаются на ионы (заряженные атомы): Na⁺ и Cl^–- в случае поваренной соли, Na⁺ и HCO₃^– для пищевой соды и так далее.
Диоксид серы – это нечто иное; он не растворяет большинство неорганических солей. Он больше похож на органический растворитель вроде бензина, бензола или четырёххлористого углерода (хорошо-хорошо, «тетрахлорметана» – для вас, фанаты химической номенклатуры).
Таким образом, если разобраться, SO₂, вероятно, растворяет значительно больше органических соединений, чем вода. Ряд процессов органического синтеза обычно проводится в растворе диоксида серы. И, наконец, из-за этих взаимодействий кислорода и серы SO₂ оказывается лучшим растворителем, чем можно было бы ожидать даже для некоторых умеренно полярных соединений. Он расщепляет их на ионы точно так же, как это сделала бы вода.
Итак, всё это означает, что биологические реакции будут иными. Это не значит, что они были бы невозможны. Например, SO₂ просто отлично растворяет липиды. Если на Ио сохранилось и растворилось в водоёмах из SO₂ немного углерода, азота и водорода... Что ж, давайте посмотрим!
Если у вас есть жизнь, вам нужен источник энергии для неё. Разумеется, на Земле основным источником энергии является солнечный свет. Однако на Ио, вероятно, так не получится. Спутник слишком мал и слишком холоден, так что на его поверхности жидкий SO₂ окажется нестабильным. Вместо этого вы получаете иней из SO₂, который замерзает после того, как был извергнут вулканом, и вновь сублимируется благодаря продолжению вулканических явлений (или, возможно, даже благодаря солнечному свету – в областях тёмного цвета).
Хотя, конечно, на какой-нибудь планете есть океаны из SO₂. Если она будет чуть крупнее, чем Ио, она может сохранять более плотную атмосферу; может быть, она будет просто чуть ближе к своему солнцу, поэтому на ней вместо инея будет жидкий SO₂…
Но вернемся к Ио. Есть ли альтернативный источник энергии? А как насчёт нагрева вулканами? В глубинах Ио жидкий SO₂ стабилен. Так должно быть, как минимум, в некоторых местах, чтобы вызывать эти извержения. Было подсчитано, что жидкий SO₂ может быть стабилен в коре Ио на глубине до километра или около того. Конечно, там, внизу, солнце не светит, но, тем не менее, энергия там просто бурлит из-за всей этой вулканической активности.
(Это немного напоминает сообщества морского дна в рифтовых зонах на Земле, которые частично осуществляют свой обмен веществ благодаря соединениям, содержащимся в морской воде, нагретой и изливающейся из горячих источников. Однако появляющиеся в популярной литературе утверждения о том, что эти сообщества полностью независимы от Солнца, несколько преувеличены. Многие организмы используют кислород, и этот О₂ поступает сюда за счёт фотосинтеза, происходящего на поверхности.)
Я опять отвлёкся. Вернёмся к Ио.
Одной из возможностей для получения метаболической энергии является реакция SO₃-S. Организмы накапливали бы энергию, синтезируя SO₃ с использованием вулканического тепла:

3 SO₂ = 2 SO₃ + S

(разумеется, используя соответствующие ферменты для катализа реакции).
Позже, когда им потребуется энергия, организмы снова проведут реакцию SO₃ с S, чтобы получился SO₂.
Это не метаболизм высоких энергий... при этом выделяется всего лишь около 37 килокалорий, примерно как при большинстве видов анаэробного дыхания на Земле – и это значительно меньше, чем при аэробном дыхании с участием O₂. Так что, вероятно, так можно нормально снабжать энергией микробов, но не кого-то более сложного. И очевидно, что при таком количестве чистой серы вокруг вы никогда не сможете накопить свободный кислород. Так что жизнь на Ио надолго окажется представленной исключительно микробами.
Тем не менее, на данном этапе, после того, как Марс и Венера оказались такими безрадостными, даже инопланетный микроб был бы весьма неплох...

Море серной кислоты

Что ж, скучно просто оставаться с тем, что мы знаем в нашей собственной системе. Так что я завершу эту статью кое-какими общими соображениями.
Предположим, где-то есть мир с чуть большей гравитацией, чем у Ио, и, возможно, с чуть меньшим содержанием серы. И с гораздо большим – кислорода. Вначале на планете было много воды, но она подверглась интенсивной фотодиссоциации, так что водород был ею утрачен, а кислород остался. Может быть, эта планета вращается вокруг горячей звезды типа F, которая излучает гораздо больше ультрафиолета, чем Солнце, и которая могла бы яростно иссушать воду и превращать её в кислород в потенциально похожих на Землю мирах.
Конечно, кислород окисляет всю серу, не просто до SO₂, а до SO₃, трёхокиси серы. И он – здесь вновь вступает в дело стандартная промышленная химия – вступает в реакцию с водой с образованием H₂SO₄ – купоросного масла, или серной кислоты.
Благодаря этому вы не потеряете весь водород полностью. Когда трёхокись серы оседает на последней порции воды, она защищает её от фотодиссоциации. (Так случилось на Венере. Последние капли воды на планете защищены от фотодиссоциации благодаря тому, что вода связалась в капли серной кислоты, из которых состоят слои облаков.)
Подобно воде, серная кислота является растворителем. (Он даже растворяет в себе SO₃, образуя «олеум» – сложную смесь полисульфокислот.) Как и вода, серная кислота обладает высокой полярностью и водородными связями, высокой температурой кипения (около 337°C) и широким температурным диапазоном сохранения текучести (более 325°C)…
Тяжёлое, маслянистое, едкое, губительное море. Оно не только растворяет почти всё на своём пути – оно вступает в реакцию практически со всем подряд. Вы будете наблюдать интенсивное химическое выветривание минералов, при этом ионы металлов будут выщелачиваться из большинства силикатов. Таким образом, море будет очень «солёным»: в растворе будет много ионов металлов – настолько много, что сульфаты, вероятно, выпадут в осадок наподобие того, как на Земле соли выпадают в осадок из чрезвычайно концентрированных рассолов, таких как Большое Солёное озеро или Мёртвое море. Как и такой рассол, море H₂SO₄ просто не смогло бы растворить больше ничего.
Помимо сульфатов, одним из немногих сохранившихся из числа обычных земных минералов был бы кварц (распространённая стабильная форма кристаллического кремнезёма SiO₂). Другие тугоплавкие оксиды, такие как периклаз (MgO), окись кальция (CaO) и корунд (Al₂O₃), которые на Земле являются редкими минералами, также были бы стабильны. И, возможно, некоторое количество других солей... но в целом минералы на поверхности планеты будут сильно отличаться от земных.
(Карбонатов тоже не было бы; они бурно реагируют с любой кислотой с образованием углекислого газа. Стандартный полевой тест на известняк состоит в том, чтобы капнуть на него HCl и посмотреть, не зашипит ли он. Таким образом, весь CO₂ вернётся в атмосферу, что может привести к неприятному парниковому эффекту.)
На первый взгляд кажется, что найти более безнадёжную среду для жизни трудно. H₂SO₄ активно реагирует с большинством органических соединений... она обезвоживает сахара до углерода и воды, расщепляет многие органические кислоты, заставляет распадаться эфиры, разрушает двойные углеродные связи, образуя кислые алкилсульфаты...
Но она не вступает в реакцию с некоторыми другими органическими соединениями. Например, алканы (углеводороды с прямой цепочкой), и даже галогенированные алканы просто проходят сквозь её слой пузырями. (Это свойство, используемое в нефтяном бизнесе для их очистки при переработке.) Итак, всё это говорит о том, что инопланетной биохимии, опять же, потребуются другие строительные блоки. Однако никто не говорит, что это невозможно.
Например, существуют силиконы – класс соединений, известных благодаря смазочным материалам с хорошими рабочими характеристиками и бюстам восходящих кинозвёздочек. Силиконы, эти помеси силикатов с органикой, как известно, в природе не встречаются (во всяком случае, на настоящий момент). У них силикатный хребет:

-Si-O-Si-O-Si-

и т.д., который даже может быть разветвлённым и выглядит точно так же, как цепочки во многих силикатных минералах. Однако по бокам этого хребта висят органические цепочки – метилы, этилы или куча всякого разного, и эта комбинация обладает синергическим эффектом: силиконы стабильны даже в агрессивных средах, и у них сложный химический состав – возможно, даже достаточно сложный для жизни.
И, естессно, в научной фантастике силиконы иногда засвечивались в «биохимии инопланетян». Например, в «Восстании Уллера» Г. Бим Пайпер предположил существование форм жизни, основанных на химии силиконов. Он связал эволюцию силиконов с изобилием кремнезёма и нехваткой известняка на планете Уллер, поэтому предполагалось, что моря представляли собой растворы силиката натрия, «жидкого стекла», похожего на мыло химического соединения, которое использовалось для консервирования яиц, повышения влагостойкости бетона и других бытовых целей. (В моих исследованиях мы используем раствор силиката натрия для скрепления рыхлых геологических образцов – то есть, грязи.) Далее весь этот кремнезём позволил ему легко связываться с органическими соединениями, чтобы получались силиконы.
К сожалению, его химия была ошибочна. Было бы трудно найти мир, более богатый кремнезёмом, чем Земля. Известняк (карбонат кальция) здесь, безусловно, есть, но он не так уж распространён, особенно если брать Землю в целом. По сути, известняк образуется в результате реакции CO₂ из воздуха с кальцием из растворов. Теперь понятно, что карбонатный цикл на Земле сложен и неочевиден в деталях, но он сводится именно к этому. Если у вас есть углерод, избежать образования известняка трудно!
В условиях высокого содержания кремнезёма раствор силиката натрия попросту нестабилен. (Он стабилен в очень щелочной среде, что тянет за собой иной ворох проблем.) Избыток кремнезёма в итоге выделяется в виде кварца, который очень стабилен, очень малорастворим, очень долговечен и представляет собой один из самых распространённых минералов на поверхности Земли. Он составляет большую часть песка; многие пляжи состоят почти из чистого кварца.
Но – всех этих химических трудностей, вероятно, можно избежать на планете, где на поверхности почти все минералы разрушаются чрезвычайно агрессивным океаном. Например, океаном из серной кислоты.
Планета серной кислоты также явно будет планетой, очень богатой оксидами. Если бы какой-то организм в ходе эволюции приобрёл способность к фотосинтезу с выделением кислорода, то в атмосфере мог бы накапливаться свободный кислород, поскольку серная кислота вряд ли будет гореть. Так что, возможно, могло бы развиться нечто вроде очень богатой кислородом атмосферы Земли, чтобы поддерживать жизнь сложных многоклеточных организмов, подобных земным Metazoa.
Но с технологией возникнут большие проблемы. Даже если разумный вид эволюционирует, что он собирается делать с металлом? Некоторые благородные металлы (серебро, золото, платина и некоторые другие) не вступают в реакцию с H₂SO₄, но они редки. И они всё равно не очень прочны: попробуйте-ка сделать нож, или лопату, или меч из золота! Железо, медь, бронза, не говоря уже об алюминии или магнии – все они весьма охотно растворяются в H₂SO₄. Инопланетянам просто придётся довольствоваться керамикой в качестве материалов для изготовления орудий труда.
(Благородные металлы являются хорошими проводниками электричества. Может быть, разумные существа смогут изобрести электрохимию, используя керамику для изготовления электролитических ванн! Однако они не смогут преуспеть в масштабном машиностроении, так что выработка электроэнергии может стать проблемой.)
Вообще, такие препятствия на пути к технологической цивилизации могут быть причиной парадокса Ферми. В конце концов, возможно, что разумная жизнь распространена достаточно широко, но разумная жизнь, способная разрабатывать космические технологии, чрезвычайно редка. Просто химическая среда отказывается поработать сообща.
Сера. Даже если не на Ио, то где-то Там, Далеко-Далеко…

Перевод: Павел Волков, 2023 г.