Классификация потенциала жизни.

За основу взята статья по ссылке: «10 возможных форм жизни»  На которую я уже ссылался. Но значительно расширена, переработана и дополнена. В частности, я постарался классифицировать и интерполировать понятие жизни, значительно его расширив. Тем не менее работать еще над данной темой можно очень долго, но у меня нет времени. И так, опять кучу времени убил ни на что (((.

Если оставить углеродный шовинизм

Самозарождение и создание.

Для начала можно разделить жизнь на две большие категории. Самозародившуюся и созданную уже на базе самозародившейся. Вторую можно назвать «Жизнь 2.0», ученые пока работают над такой, но нам она не известна. Вторую так же можно назвать искусственной формой жизни.

Базовые (самозарождающиеся) естественная.  

Базовая форма жизни характеризуется самозарождением. Основана на совершенно разных структурах.

Другая физика.

Хромодинамика, слабое ядерное взаимодействие и гравитационная жизнь

В 1979 году ученый и нанотехнолог Роберт Фрейтас-младший предположил возможную небиологическую жизнь. Он заявил, что возможный метаболизм живых систем основан на четырех фундаментальных силах — электромагнетизме, сильном ядерном взаимодействии (или квантовой хромодинамике), слабом ядерном взаимодействии и гравитации. Электромагнитная жизнь — это стандартная биологическая жизнь, которую мы имеем на Земле.

Хромодинамическая жизнь могла бы быть основана на сильном ядерном взаимодействии, которое считается сильнейшим из фундаментальных сил, но только на чрезвычайно коротких расстояниях. Фрейтас предположил, что такая среда может быть возможна на нейтронной звезде, тяжелом вращающемся объекте 10-20 километров в диаметре с массой звезды. С невероятной плотностью, мощнейшим магнитным полем и гравитацией в 100 миллиардов раз сильнее, чем на Земле, у такой звезды было бы ядро с 3-километровой коркой кристаллического железа. Под ней было бы море с невероятно горячими нейтронами, различными ядерными частицами, протонами и ядрами атомов и возможные богатые нейтронами «макроядра». Эти макроядра в теории могли бы сформировать крупные сверхъядра, аналогичные органическим молекулам, нейтроны выступали бы эквивалентом воды в причудливой псевдобиологической системе.

Фрейтас видел формы жизни на базе слабого ядерного взаимодействия как маловероятные, поскольку слабые силы действуют лишь в субъядерном диапазоне и не особенно сильны. Как часто показывает бета-радиоактивный распад и свободный распад нейтронов, формы жизни слабого взаимодействия могли бы существовать при тщательном контроле слабых взаимодействий в своей среде. Фрейтас представил существ, состоящих из атомов с избыточными нейтронами, которые становятся радиоактивными, когда умирают. Он также предположил, что есть регионы Вселенной, где слабая ядерная сила сильнее, а, значит, шансы на появление такой жизни выше.

Гравитационные существа тоже могут существовать, поскольку гравитация является самой распространенной и эффективной фундаментальной силой во Вселенной. Такие существа могли бы получать энергию из самой гравитации, получая неограниченное питание из столкновений черных дыр, галактик, других небесных объектов; существа поменьше — из вращения планет; самые маленькие — из энергии водопадов, ветра, приливов и океанических течений, возможно, землетрясений.

Думаю, вероятнее всего на основе такой нейтронной звезды (пульсара, магнитара), черной дыры или другого сверх плотного массивного объекта возможно возникновения структуры по типу Соляриса описанного Лемом. Но естественно человек на такой Солярис высадиться не сможет т.к. там совсем другая физика (давление, температура), уже молчу за химию. Хотя, в то же время можно вернуться к работам Вернадского о биосфере и гипотезам Геи, предположив, что совокупная масса нашей планеты и является зарождением в определенном смысле Соляриса, в котором пока есть только элементы, но общая структура еще в зачатке. Но этот вопрос постараюсь затронуть ниже.

Формы жизни из пыли и плазмы

2007 году международная группа ученых во главе с В. Н. Цытовичем из Института общей физики Российской академии наук документально подтвердила, что при нужных условиях частицы неорганической пыли могут собираться в спиральные структуры, которые затем будут взаимодействовать друг с другом в манере, присущей для органической химии. Это поведение также рождается в состоянии плазмы, четвертом состоянии вещества после твердого, жидкого и газообразного, когда электроны отрываются от атомов, оставляя массу заряженных частиц.

Группа Цытовича обнаружила, что когда электронные заряды отделяются и плазма поляризуется, частицы в плазме самоорганизуются в форму спиральных структур вроде штопора, электрически заряженных, и притягиваются друг к другу. Они также могут делиться, образуя копии оригинальных структур, подобно ДНК, и индуцировать заряды в своих соседях. По мнению Цытовича, «эти сложные, самоорганизующиеся плазменные структуры отвечают всем необходимым требованиям, чтобы считать их кандидатами в неорганическую живую материю. Они автономны, они воспроизводятся и они эволюционируют».

Некоторые скептики считают, что такие заявления являются больше попыткой привлечь внимание, нежели серьезными научными заявлениями. Хотя спиральные структуры в плазме могут напоминать ДНК, сходство в форме необязательно предполагает сходство в функциях. Более того, тот факт, что спирали воспроизводятся, не означает потенциал жизни; облака тоже так делают. Что еще больше удручает, большая часть исследований была проведена на компьютерных моделях.

Один из участников эксперимента также сообщил, что хотя результаты действительно напоминали жизнь, в конце концов, они были «просто особой формой плазменного кристалла». И все же, если неорганические частицы в плазме могут перерасти в самовоспроизводящиеся, развивающиеся формы жизни, они могут быть наиболее распространенной формой жизни во Вселенной, благодаря вездесущей плазме и межзвездным облакам пыли по всему космосу.

Это, как и последующие уже больше похожи на нашу. По крайней мере, хотя бы гипотетически, можно создать определенные условия в которых можно как-то с ней взаимодействовать.

Другая химия.

Как и химию жизнь на её основе можно поделить на органическую и не органическую. К органической относится, и наша форма жизни.

Неметалы (галогены, органическая).

Преобладают галогены и сравнительно легкие распространенные элементы, практический те же из которых состоим мы. Иногда даже почти в тех же пропорциях. Условно можно разделить на низкотемпературную и высокотемпературную. Хотя данное деление и температурные диапазоны присущи и др. формам жизни не только химической органической.

Низкотемпературная.

Метаногены.

 В 2015 году команда инженеров-химиков и астрономов Корнелльского университета разработала теоретическую клеточную мембрану из небольших органических соединений азота, которые могли бы функционировать в жидком метане Титана. Они назвали свою теоретическую клетку «азотосомой», что в буквальном переводе означает «азотное тело», и она обладала такой же стабильностью и гибкостью, что и земная липосома. Самым интересным молекулярным соединением была акрилонитриловая азотосома. Акрилонитрил, бесцветная и ядовитая органическая молекула, используется для акриловых красок, резины и термопластмассы на Земле; также его нашли в атмосфере Титана.

В качестве возможной альтернативы воде для строительства форм жизни выдвигался и аммиак. Ученые предположили существование биохимии на основе азотно-водородных соединений, которые используют аммиак в качестве растворителя; он мог бы использоваться для создания протеинов, нуклеиновых кислот и полипептидов. Любые формы жизни на основе аммиака должны существовать при низких температурах, при которых аммиак принимает жидкую форму. Твердый аммиак плотнее жидкого аммиака, поэтому нет никакого способа остановить его замерзание при похолодании. Для одноклеточных организмов это не составило бы проблемы, но вызвало бы хаос для многоклеточных. Тем не менее существует возможность существования одноклеточных аммиачных организмов на холодных планетах Солнечной системы, а также на газовых гигантах вроде Юпитера.

Высокотемпературная.

Жизнь на основе кремния.

вспомните хорта из «Звездного пути»... Представим кремниево-алюминиевые организмы — или, может, сразу кремниево-алюминиевых людей? — которые путешествуют через атмосферу из газообразной серы, положим так, по морям из жидкого железа температурой в несколько тысяч градусов или вроде того, чуть выше температуры доменной печи». Кремний остается популярным именно потому, что очень похож на углерод и может образовывать четыре связи, подобно углероду, что открывает возможность создания биохимической системы, полностью зависимой от кремния. Это самый распространенный элемент в земной коре, если не считать кислород. На Земле есть водоросли, которые включают кремний в свой процесс роста.

Астрохимик NASA Макс Бернштейн предположил, что жизнь на основе кремния могла бы существовать на очень горячей планете, с атмосферой богатой водородом и бедной кислородом, позволяя случиться комплексной силановой химии с обратными кремниевыми связями с селеном или теллуром, но такое, по мнению Бернштейна, маловероятно. На Земле такие организмы размножались бы очень медленно, а наши биохимии никак бы не мешали друг другу. Они, впрочем, могли бы медленно поедать наши города, но «к ним можно было бы применить отбойный молоток».

Биохимические варианты из менее распространенных элементов.

Раз эти элементы менее распространены, то вероятность возникновения на основе них жизни меньше. Хотя, есть такая вероятность, если где-то по каким-то причинам, их концентрация будет довольно высока и условия будут благоприятные.

Бор.

Подобно углероду и кремнию, бор тоже имеет тенденцию образовывать прочные ковалентные молекулярные соединения, образуя разные структурные варианты гидрида, в которых атомы бора связаны водородными мостиками. Как и углерод, бор может связываться с азотом, образуя соединения, по химическим и физическим свойства подобным алканам, простейшим органическим соединения. Основная проблема с жизнью на основе бора связана с тем, что это довольно редкий элемент. Жизнь на основе бора будет наиболее целесообразна в среде, температура которой достаточно низка для жидкого аммиака, тогда химические реакции будут протекать более контролируемо.

Мышьяк.

Другая возможная форма жизни, которая привлекла определенное внимание, это жизнь на основе мышьяка. Вся жизнь на Земле состоит из углерода, водорода, кислорода, фосфора и серы, но в 2010 году NASA объявило, что нашло бактерию GFAJ-1, которая могла включать мышьяк вместо фосфора в клеточную структуру без всяких последствий для себя. GFAJ-1 живет в богатых мышьяков водах озера Моно в Калифорнии. 

Сера.

Возможно, в другом мире формы жизни на основе серы могли бы получить эволюционное преимущество. Некоторые считают, что азот и фосфор могли бы также занять место углерода при довольно специфических условиях.

Аммиак см. Метаногены.

Неорганические химические клетки. (металы)

На неё у меня большие надежды. Хотелось бы для начала стать этой формой жизни. Она более элегантна и логична. Часто наша форма жизни заимствует у этой металлы, включая их в хелатные комплексы ферментов. Они меньше по размерам чем крупные биологические молекулы, но в то же время могут выполнять похожие функции. К тому же они более устойчивы. Так же эту форму жизни практический создают в микросхемах, начиная все больше и больше использовать именно различные химические элементы таблицы Менделеева. Но пока это только в зачатке. Т.е. вместо того что бы городить сложный ферментативный комплекс из биохимии, можно добиться того же эффекта с помощью использования химических соединений задействовав ранее неиспользованные элементы таблицы. В таблице их довольно много, но мы используем лишь малую часть. За радиоактивные, такие как калифорний, могли бы даже стать датчиком и сенсором я вообще молчу. Там перспективы огромны.

Во Вселенной такая жизнь может быть распространена в районах где старые звезды (если не ошибаюсь) 2 типа. Т.е. те, которые взорвались уже второй раз и образовали тяжелые элементы.

Профессор Ли Кронин, химик Колледжа науки и инженерии при Университете Глазго, мечтает создать живые клетки из металла. Он использует полиоксометаллаты, ряд атомов металла, связанных с кислородом и фосфором, чтобы создать похожие на клетки пузырьки, которые он называет «неорганическими химическими клетками», или iCHELLs (этот акроним можно перевести как «неохлетки»).

Группа Кронина начала с создания солей из отрицательно заряженных ионов крупных оксидов металла, связанных с небольшим положительно заряженным ионом вроде водорода или натрия. Раствор из этих солей затем впрыскивается в другой солевой раствор, полный больших положительно заряженных органических ионов, связанных с небольшими отрицательно заряженными. Две соли встречаются и обмениваются частями, так что крупные оксиды металла становятся партнерами с крупными органическими ионами, образуя что-то вроде пузыря, который непроницаем для воды. Изменяя костяк оксида металла, можно добиться того, что пузыри приобретут свойства биологических клеточных мембран, которые выборочно пропускают и выпускают химические вещества из клетки, что потенциально может позволить протеканию того же типа контролируемых химических реакций, который происходит в живых клетках.

Группа ученых также сделала пузыри в пузырях, имитируя внутренние структуры биологических клеток, и добилась прогресса в создании искусственной формы фотосинтеза, которая потенциально может быть использована для создания искусственных клеток растений. Другие синтетические биологи отмечают, что такие клетки могут никогда не стать живыми, пока не получат систему репликации и эволюции вроде ДНК. Среди возможных применений этой технологии есть также разработка материалов для солнечных топливных устройств и, конечно, медицина.

По словам Кронина, «основная цель — это создать комплексные химические клетки с живыми свойствами, которые могут помочь нам понять развитие жизни и пойти этим же путем, чтобы привнести новые технологии на основе эволюции в материальный мир — своего рода неорганические живые технологии».

Жизнь 2.0. Синтетическая. Искусственная.

Синтетическая жизнь на основе XNA

Можно отнести к Базовым самозараждающися химическим неметаллам. Т.к. она могла возникнуть и сама. Но по-хорошему, раз сделали в лаборатории, то будем её рассматривать как один из немногих триумфов человеческого гения и не создания, а развития и обгрейда жизни. Хотя преимущество их пока сомнительно, так что не факт, что это обгрейд, но возможно его начало.

В 2012 году группа ученых из Англии, Бельгии и Дании первой в мире разработала ксенонуклеиновую кислоту (КНК, XNA), синтетические нуклеотиды, функционально и структурно напоминающие ДНК и РНК. Они были разработаны путем замены сахарных групп дезоксирибозы и рибозы различными субститутами. Такие молекулы делали и раньше, но впервые в истории они были способны воспроизводиться и эволюционировать. В ДНК и РНК репликация происходит с помощью молекул полимеразы, которые могут читать, транскрибировать и обратно транскрибировать нормальные последовательности нуклеиновых кислот. Группа разработала синтетические полимеразы, которые создали шесть новых генетических систем: HNA, CeNA, LNA, ANA, FANA и TNA.

Одна из новых генетических систем, HNA, или гекситонуклеиновая кислота, была достаточно надежной, чтобы хранить нужное количество генетической информации, которая может послужить в качестве основы для биологических систем. Другая, треозонуклеиновая кислота, или TNA, оказалась потенциальным кандидатом на таинственную первичную биохимию, царившую на рассвете жизни.

Можно создать нуклеиновые кислоты для лечения и связи с конкретными молекулярными целями, которые не будут портиться так быстро, как ДНК или РНК. Они даже могут лечь в основу молекулярных машин или вообще искусственной формы жизни.

Но прежде чем это станет возможно, должны быть разработаны другие энзимы, совместимые с одной из XNA. Некоторые из них уже разработали в Великобритании в конце 2014 года.

 Зонды фон Неймана

Впервые их придумал в середине 20 века венгерский математик и футуролог Джон фон Нейман, который считал, что для того, чтобы воспроизводить функции человеческого мозга, машина должна обладать механизмами самоуправления и самовосстановления.

Другие футурологи вроде Фримена Дайсона и Эрика Дрекслера довольно быстро применили эти идеи к области космических исследований и создали зонд фон Неймана.

Отправка самовоспроизводящегося робота в космос может быть самым эффективным способом колонизации галактики, ведь так можно захватить весь Млечный Путь меньше чем за один миллион лет, даже будучи ограниченными скоростью света.

Меметическая жизнь

Для некоторых это чистая аналогия, но другие считают, что мемы представляют уникальную, хотя немного рудиментарную и ограниченную форму жизни. Георг ван Дрим разработал теорию «симбиосизма», которая подразумевает, что языки — это сами по себе формы жизни. Старые лингвистические теории считали язык чем-то вроде паразита, но ван Дрим полагает, что мы живем в сотрудничестве с меметическими сущностями, населяющими наш мозг.

Выводы и предложения.

Классификация получилась очень запутанная и условная. Т.к. один пункт можно отнести в той же степени и к другому. Тем не менее, постараюсь разграничить и внести ясность.

 Предлагаю классифицировать потенциально возможные формы жизни по

1 – носителю. В который первым делом надо учитывать физику: давление, температура, агрегатное состояние жизненной формы (твердое, жидкое, газообразное, плазма и даже другое... В связи с чем уровень организации может быть совершенно различен. Т.е. может быть жизнь в которой не образуются даже привычные нам молекулы, о чем писалось вначале. И соответственно в таких формах жизни не может быть и речи о привычной нам химии. В эту большую категорию включить привычную нам химическую жизнь.

• Химическая. Она в свою очередь исходя из той же классификации носителя может делиться на
  • – химическую органическую – с преобладанием неметаллов. Мы с вами к ней относимся. Возможно такая жизнь на Титане в других температурных пределах.
  • - химическую не органическую – преобладают металлы.

1. – самопроизвольно зародившаяся и синтетическая.

Можно так же ввести термин жизнь 1.0 (жизнь первого порядка), жизнь 2.0 (второго порядка) основанная на первой. Прошу заметить, что не нужно путать порядок со сложностью о которой речь пойдет ниже. Т.к. как жизнь 1, так и 2 порядка вначале довольно примитивна, но потом как правило усложняется или в процессе эволюции или модернизации и селекции.

1. сложность. Уровень развития жизни.

В процессе зарождения и усложнения жизнь приобретает характерные ей черты.

На заре своего возникновения будь то естественным путем или синтетическим жизнь самостоятельно плохо воспроизводится. Но все же либо в процессе естественного развития, либо искусственного приобретает характерные ей черты:

1 – размножение.

2 – изменчивость

3 – наследственность

4 – отбор

Хотя я бы выделил и другие присущие живому черты к примеру, помимо изменчивости распространение, пантропность (способность приобретать универсальность существования в разных средах, расширять ареал обитания).  Способность более точно и адекватно реагировать на изменения окружающей среды. Более сложным формам жизни, способность переписывать свой миметический базис и информацию о основе на принципиально другой носитель. И многое другое.

Меметическая жизнь — это жизнь довольно высокого уровня развития. Но стоит учитывать, что она не привязана к носителю и может быть переписана на любой другой. Поэтому такая форма жизни может быть, как в форме какого-то плюхающего мяса, так и машины.

4 – принципы организации и масштабы.

Они в какой-то степени связанны с перечисленными характеристиками и можно было бы вывести определенные зависимости между ними. Но у меня нет времени.

Например, возможно в процессе эволюции вся жизнь приходит к равновесию в котором либо уничтожаются, либо используются различные формы жизни в симбиозе. Такую комплексную жизнь в которую включены разные формы можно назвать Солярисом или Геей. Уже сейчас видно, как жизнь укрупняется. Вначале были одноклеточные, потом многоклеточные, потом еще более сложные организмы. Дальше симбиозы организмов: португальский кораблик, лишайник (симбиоз гриба и водоросли), жвачные (симбиоз инфузорий, бактерий и многоклеточных). Да и сам человек уже создал много видов которые симбиотичны и не могут без него жить. Если рассматривать жизнь 2.0 как форму жизни и неорганические зачатки форм жизни как продолжение той же жизни, то компьютеры вполне стройно ложатся в логическое продолжение и развитие общей жизненной линии эволюции на Земле. В других системах и константах может быть другое развитие. Возможно где-то жизнь проскочит или проскочила эти стадии и сразу с атомов будет постепенно усложняясь возникать Солярись а не биосфера.