Այլընտրանքային կենսաքիմիա

Այլընտրանքային կենսաքիմիա, գիտություն, որն ուսումնասիրում է կյանքի ձևերի գոյության հնարավորությունը, որոնց բնորոշ են կենսաքիմիական գործընթացները, որոնք ամբողջությամբ տարբերվում են երկրի վրա առաջացածներից։ Քննարկվող տարբերությունները ներառում են օրգանական նյութերի մոլեկուլներում ածխածնի ատոմի փոխարինումն այլ ատոմներով, կամ ջրի՝ որպես լուծիչի փոխարինումը այլ հեղուկներով։ Նման երևույթները հաճախ նկարագրվում են գիտաֆանտաստիկ գրականության մեջ։

Քննարկման պարամետրեր խմբագրել

Ոչ երկրային կյանքի գոյության հնարավորությունը, որը հիմնվում է այլընտրանքային կենսաքիմիայի վրա, համարվում է գիտական ֆանտաստիկայի ընդհանուր թեմա, բայց այն դիտարկվում է նաև գիտական համատեքստում։ Նման քննարկման օրինակ է Միացյալ Նահանգների հետազոտությունների ազգային խորհրդի գիտնականների հանձնաժողովի կողմից պատրաստված կյանքի սահմանափակող գործոնների վերաբերյալ 2007 թվականի զեկույցը։ Այս հանձնաժողովը Ջոն Ա․ Բարոսի նախագահությամբ դիտարկել է «կյանքի հիպոթետիկ այլընտրանքային քիմիան»՝ ներառյալ մի շարք լուծիչներ, որոնք կարող են ջրի այլընտրանք լինել։ «Օրգանական կյանքի սահմանները մոլորակային համակարգերում» խորագրով նախագծում ենթադրվում է, որ․

Այսօր այս որոնմամբ (արտերկրային կյանքի) առաջնորդվում են կյանքի այնպիսի մոդելով, որը գոյություն ունի երկրի վրա։ Երկրային կյանքի որոշ առանձնահատկություններ հատուկ ուշադրության են արժանացել.

Երկրային կյանքն օգտագործում է ջուրը՝ որպես լուծիչ,
Այն կառուցված է բջիջներից և օգտագործում է նյութափոխանակությունը, որը կենտրոնանում է կարբոնիլային խմբի վրա ( ${\ce {C=O}}$ ),
Այն թերմադինամիկորեն ցրող համակարգ է, որն օգտագործում է քիմիական էներգիայի գրադիենտները,
Այն օգտագործում է երկու կենսապոլիմերներով ճարտարապետություն, որն օգտագործում է նուկլեինաթթուները գենետիկական շատ գործառույթների իրականացման համար և սպիտակուցներ՝ կատալիտիկ շատ ֆունկցիաների իրականացման համար^[1]։

Արդյունքում ՆԱՍԱ-ի առաքելությունների պլանավորման մեծ մասը կենտրոնացված է այն վայրերում, որտեղ հնարավոր է հեղուկ ջրի առկայություն, և նրանցում շեշտը դրվում է երկրային օրգանիզմների բջիջներ հիշեցնող կառույցների որոնման վրա։ Այսպիսի մոտեցումը արդարացված կլիներ, եթե հաշվի առնվեր ընդհանուր պատկերացումն այն մասին, թե ինչպիսին կարող էր լինել Երկրից անկախ ծագում ունեցող կյանքը։ Այնուամենայնիվ լաբորատոր փորձերը ենթադրում են, որ կյանքը կարող է հիմնվել մոլեկուլային կառուցվածքների վրա, որոնք էականորեն տարբերվում են երկրայինից։

Առավել կարևոր քիմիական տարրերի փոխարինում խմբագրել

CHNOPS անվանումը վերծանվում է որպես Carbon (ածխածին), Hydrogen (ջրածին), Nitrogen (ազոտ), Oxygen (թթվածին), Phosphorus (ֆոսֆոր) և Sulfur (ծծումբ) և ներկայացնում է վեց ամենակարևոր քիմիական տարրերը, որոնց քվանտային համակցությունները պարունակվում են երկրի վրա առկա կենսաբանական մոլեկուլների բաղադրությունը^[2]։ Ծծումբն օգտագործվում է ցիստեին և մեթիոնին ամինաթթուներում^[3]։ Ֆոսֆորը լիպիդների դասին պատկանող ֆոսֆոլիպիդների ձևավորման համար անհրաժեշտ տարր է, որոնք հանդիսանում են բոլոր բջջային թաղանթների գլխավոր բաղադրիչը, քանի որ նրանք կարող են առաջացնել լիպիդների կրկնակի շերտ, որոնք պահպանում են իոնները, սպիտակուցները և այլ մոլեկուլներ այնտեղ, որտեղ նրանք անհրաժեշտ են բջջի գործառույթների կատարման համար, և արգելակում են նրանց թափանցումը այն հատվածները, որտեղ նրանք չպիտի լինեն։ Ֆոսֆատային բաղադրիչը նաև հանդիսանում է նուկլեինաթթուների կարևոր մասը^[4].

Տարրերի պարունակությունը կենսամոլեկուլներում
	C	H	N	O	P	S
Ածխաջրեր	X	X		X
Ճարպեր	X	X	X	X
Ֆոսֆոլիպիդներ	X	X	X	X	X
Սպիտակուցներ	X	X	X	X		X
Նուկլեոտիդներ	X	X	X	X	X
Պորֆիրիններ	X	X	X	X

Երկրի վրա հայտնի բոլոր օրգանիզմները օգտագործում են ածխածնային միացությունները նյութափոխանակության գործընթացում և հիմնական կառուցվածքներում, ջուրը` որպես լուծիչ, ԴՆԹ-ն և ՌՆԹ-ն՝ նրանց ձևի որոշման և վերահսկման համար։ Եթե կյանքը գոյություն ունի այլ մոլորակներում, այն կարող է քիմիապես նման լինել, ինչպես նաև հնարավոր է բոլորովին այլ քիմիական կազմով օրգանիզմների գոյությունը։ Կենսաքիմիայի այդ ձևերի գոյությունը կամ առնվազն նրանց իրական լինելը դեռևս չի ցուցադրվել։

Ածխածնի փոխարինում խմբագրել

Գիտնականները բավականին կարծիքներ հայտնեցին օրգանական մոլեկուլների այլ ատոմներիից կազմված լինենու հնարավորության մասին, բայց ոչ ոք չառաջարկեց տեսություն` միացությունների այնպիսի բազմազանության ստեղծման հնարավորության մասին, որը անհրաժեշտ է կյանքի գոյության համար։

Սիլիցիում և թթվածին խմբագրել

Կենսաքիմիայում որպես այլընտրանքային կառուցվածքագոյացնող ատոմ անվանում են սիլիցիումը։ Այն գտնվում է պարբերական համակարգի նույն խմբում, ինչ որ ածխածինը, նրանք ունեն բավականին ընդհանուր հատկություններ։ Սակայն սիլիցիումի ատոմները ունեն մեծ զանգված և շառավիղ, նրանք դժվարությամբ են առաջացնում կովալենտային կրկնակի և եռակի կապեր, ինչը կարող է խանգարել կենսապոլիմերների առաջացմանը։ Սիլիցիումի միացությունները չեն կարող այնքան բազմազան լինել, ինչ որ ածխածնինը։

Կառուցվածքը ուժեղ է,մեթանի անալոգը

Պոլիդիմեթիլսիլոքսանի կառուցվածքը (ՊԴՄՍ):

Առավելությունը, որը կարող է հանգեցնել կենսաքիմիայում սիլիցիումի հիման վրա տարբերակների գոյությանը, հանդիսանում են նրա ցեոլիտները, միացություններ որոնք կիրառվում են քիմիայում և կարող են ֆիլտրել և կատալիզել նյութերը ածխածնային ֆերմենտների նման` մեր մոլորոկի հիմնական մեխանիզմները հնարավոր են ֆերմենտների շնորհիվ, կատալիզատորների շարք համապատասխան կրիչներով(սպիտակուցներ)^[5]։ Բնությունը մշակել է դրանց մի ամբողջ հավաքածու, որոնցից յուրաքանչյուրը ունի իթ գործառույթը, օրինակ հեմոգլոբինը իրականավնում է թթվածնի փոխանակությունը, կամ ֆերրեդօքսինը, որը իրականացնում է էլեկտրոնների փոխադրում։ Առաջին մտահղացումը այդ ֆերմենտները սիլիցիումի հիմքով մոլեկուլներով փոխարինելն էր։ Այս նյութերը կավերի տարատեսակներ են,որոնք ունեն եռաչափ ցանցի տեսքով մոլեկուլային կառուցվածք, ձևավորված միմյանց միացած ${\ce {SiO4}}$ и ${\ce {AlO4}}$ տետրաեդրերից։ Այս ցանցը ունի մոլեկուլյար չափերի անցքեր և խոռոչներ, այդ պատճառով դրանցով կարող են անցնել միայն փոքր չափեր ունեցող մոլեկեւլները։ Ահա թե ինչու են դրանց անվանում մոլեկուլյար ցանցեր։ Ցեոլիտները շատ ընդհանրություններ ունեն բնական սպիտակուցների հետ։ Այդ ընդհանրությունների կիրառման դեպքում կարող են առաջանալ տարբեր կատալիզատորներ, որոնք իրենց մեջ ընդհանրացնում են ցեոլիտներին բնորոշ քիմիական կայունությունը, ֆերմենտների մոլեկուլային ակտիվությամբ։ DuPont ընկերության հետազոտությունների արդյունքում ստացվեցին ցեելիտներ, որոնքունակ էին մոդելավորելու հեմոգլոբինի պահվածքը P450 և երկաթ-ծծմբային սպիտակուց։

Ածխածնի պես, սիլիցիումը կարող է իր և այլ տարրերի հետ ստեղծել չորս կայուն կապ, ինչպես նաև երկար քիմիական շղթաներ, որոնք հայտնի են որպես սիլանայինան պոլիմերներ, որոնք շատ նման են Երկրի վրա կյանքի համար անհրաժեշտ ածխաջրածիններին։ Սիլիցիումը ոնը ավելի ակտիվ է, քան ածխածինը, ինչը նրան օպտիմալ է դարձնում ծայրահեղ ցուրտ պայմաններում։ Սիլիցիումի միացությունները կարող են կենսաբանորեն օգտակար լինել երկրի մոլորակի մակերևույթից վեր այլ ջերմաստիճանի կամ ճնշումների ներքո `այնպիսի դեր (կամ համադրություն), որը պակաս ուղղակիորեն նման է ածխածնի։ Պոլիսիլանոիդները, սիլիցիումի շաքարանման միացություններ են, որոնք լուծվում են լուծելի են հեղուկ ինչը հնարավորություն է տալիս ենթադրել, որ դրանք շատ ցածր ջերմաստիճաններում կարող են դեր ունենալ կենսաքիմիայի մեջ։ Սիլանները սիլիցիումի և ջրածնի միացություններն են, որոնք ալկանների անալոգներ են (ածխածնի և ջրածնի միացություններ), ավելի անկայուն են, քան ածխաջրածինները։ Սիլանները ինքնաբոցավառվում են թթվածնի առկայության դեպքում `համեմատաբար ցածր ջերմաստիճանում, ուստի թթվածնի մթնոլորտը կարող է ճակատագրական լինել կյանքի համար` հիմնված է սիլիցիումի վրա։ Մյուս կողմից, պետք է հիշել, որ ալկաները սովորաբար բավականին դյուրավառ են, բայց Երկրի վրա ածխածնի վրա հիմնված կյանքը չի կուտակում էներգիան ուղղակիորեն ալկանների տեսքով, այլ բոլորովին տարբեր հատկություններով շաքարների, լիպիդների, սպիրտների և այլ ածխաջրածինային միացությունների տեսքով։ Ջուրը ՝ որպես լուծիչ, նույնպես կփոխազդի սիլանի հետ, բայց, միայն այն դեպքում, եթե ինչ-ինչ պատճառներով սիլանները օգտագործվում են կամ զանգվածային արտադրություն են ունենում նման օրգանիզմների կողմից։

Միևնույն ժամանակ, սիլիկոնները `պոլիմերներ են,որոնք ներառում են սիլիցիումի և թթվածնի ատոմների իրար հաջորդող շղթաներ,որոնք ավելի ջերմակայուն են։ Այս հիմքի վրա ենթադրվում է, որ սիլիցիումային կյանքը կարող է գոյություն ունենալ միջին ջերմաստիճաններով մոլորակներում, որը զգալիորեն բարձր է երկրայինից։ Այս դեպքում համընդհանուր լուծիչի դերը պետք է խաղա ոչ թե ջուրը , այլ զգալիորեն ավելի բարձր եռման ջերմասռիճան ունեցող միացությունները ։

Այսպիսով, օրինակ, ենթադրվում է, որ սիլիցիումի միացությունները ածխասնայիննորից ավելի կայուն կլինեն, միջին խտությամբ ծծմբական թթվում, այսինքն `այնպիսի պայմաններում, որոնք կարող են գոյություն ունենալ այլ մոլորակների վրա։ Ընդհանուր առմամբ, սիլիցիումաթթվածային շղթաներ ունեցող բարդ մոլեկուլները պակաս կայուն են ածխածնային անալոգների համեմատ։ Ածխաջրածինները և օրգանական միացությունները հանդիպում են երկնաքարերի, գիսաստղերի և միջաստղային ամպերի մեջ, մինչդեռ դրանց սիլիցիումային անալոգները բնության մեջ երբևէ չեն հայտնաբերվել։ Սիլիցիումը, այնուամենայնիվ, ձևավորում է բարդ մեկ-, երկ և եռաչափ պոլիմերներ, որոնցում թթվածնի ատոմները կամուրջներ են ստեղծում սիլիցիումի ատոմների միջև։ Դրանք կոչվում են սիլիկատներ։ Դրանք կայուն և տարածված են երկրային պայմաններում և առաջարկվել են որպես հիմք Երկրի վրա էվոլյուցիայի մինչ օրգանական ձևի համար։

Սիլիցիումը երկօքսիդը (ավազի հիմնական բաղադրիչը), որը ածխածնի երկօքսիդի անալոգն է կյանքի ածխածնայն ձևերում, կարծր, վատ լուծվեղ նյութ է։ Սա դժվարություններ է առաջացնում սիլիցիում կենսաբանական համակարգեր մուտքագրելու համար ՝ հիմնված ջրային լուծույթների վրա, նույնիսկ եթե դրա վրա հիմնված կենսաբանական մոլեկուլների առկայությունը հնարավոր է։ Նմանատիպ իրավիճակ կա գոյություն ունեցող երկրային բույսերի համար։ Օրինակ, բրինձը կարող է չոր զանգվածի մինչև 10%-ի չափով սիլիցիում, որը գտնվում է միջակայքում կամ նույնիսկ ավելի բարձր, քան հիմնական մակրո սնուցիչների մակարդակները, ինչպիսիք են ազոտը, ֆոսֆարը և կալիումը։ Վերջերս հայտնաբերվել է երկու կրիչ (Lsi1 և Lsi2), որոնք պատասխանատու են բրնձի սիլիցիումի բարձր ունակության համար։ Lsi1- ը պատկանում է ներքին սպիտակուցային ակվապրոտեինների նոդուլին-26-ի (NIP III) aquaporins- ի ենթախմբին և սիլիկաթթվի կրող է։ Ինչպես մյուս մակրո սնունդները, սիլիցիումը բույսերի անհասանելի է ջրում անլուծելիության պատճառով ։ Այնուամենայնիվ, բույսերը, ինչպես ազոտի դեպքում, օգտագործում են բնական պարարտանյութեր, այսինքն. ազոտի կապող բակտերիաները (որոնք մթնոլորտային ազոտը վերածում են ազոտական միացությունների, ինչը այն մատչելի է դարձնում բույսերի համար), որոնց հետ բույսերը հաճախ ունենում են սիմբիոտիկ կապեր։ Սիլիցիումի հիմքով օրգանիզմները, եթե նրանք շնչում են թթվածին, հավանաբար արտազատում են սիլիցիումի երկօքսիդ՝ ( ${\ce {SiO2}}$ ) որպես կողմնակի նյութ, ինչպես ածխածնային օրգանիզմները ածխածնի երկօքսիդ՝ ${\ce {CO2}}$ ։Սակայն սիլիցիումի երկօքսիդը պինդ վիճակի պատճառով կարող է խցանել շնչուղիները։ Այնուամենայնիվ, կարելի է պատկերացնել երիկամների հետ համեմատելի արտազատվող օրգաններ, որոնք այս հիպոթետիկ կենսաքիմիայի դեպքում հեռացնում են մի տեսակ սիլիկատային գել։ Իրոք, որպես թափոն, կենդանիների մոտ ազոտային միացությունները հեռացվում են հիմնականում մեզի տեսքով։ Կամ, սիլիկատային միացությունները կարող են հեռացվել պինդ վիճակով, ինչպես, օրինակ, որոշ անապատային մողեսներ, որոնք միզաթթուն հեռացնում են քթանցքերով։ Սիլիցիումի երկօքսիդը (հաշվի առնելով խառնուրդները, որոնք միշտ առկա են կենդանիների հյուսվածքներում և, հավանաբար, խոչնդոտում են բյուրեղացումանը) գտնվում են այսպես կոչված հեղուկից ապակենման վիճակում, ապակու մեջ, ուստի այն դառնում է ավելի մածուցիկ ջերմաստիճանի բարձրացման հետ։ Այդ դեպքում սիլիցիումային կյանքը կարող է բաղկացած լինել սիլիցիումի երկօքսիդի «սիլիցիումայինն-կենսաբանական մոլեկուլների» հալույթից `ջերմաստիճանային լայն սահմաններում։

Միջաստղային միջավայրում հայտնաբերված մոլեկուլների բոլոր բազմազանության 84-ը հիմնված է ածխածնի վրա, և միայն 8-ը հիմնված են սիլիցիումի վրա։ Ավելին, այս 8 միացություններից 4-ը պարունակում են ածխածնի։ (Սա անուղղակիորեն ցույց է տալիս միջանկյալ ձրով սիլիցիում-ածխածնի` կենսաքիմիայի տարբերակի գոյություն ունենալու փոքր հավանականություն:) Տիեզերական ածխածնի սիլիցիումի մոտավոր հարաբերակցությունը 10-ից 1-ն է։ Դա հնարավորություն է տալիս ենթադրելու,ու բարդ ածխաջրածնային միացությունները տարածված են տիեզերքում, փոքրացնելով սիլիցիումային հիմքով կյանքի գոյության հնարավորությունները համենայն դեպս այնպիսի պայմաններում, որոնք առկա են մոլորակների մակերևույթներին։

Երկրի վրա, ինչպես երկրային խմբի մյուս մոլորակներում, կա մեծ քանակությամբ սիլիցիում և շատ քիչ ածխածին։ Այնուամենայնիվ, երկրային կյանքը զարգացել է ածխածնի հիման վրա։ Սա խոսում է այն փաստի է, որ ածխածինը ավելի հարմար է մեր մոլորակնեի նման մոլորակների վրա կենսաքիմիական պրոցեսների ձևավորման համար։ Մնում է այն հնարավորությունը, որ ջերմաստիճանի և ճնշման այլ համակցություննի դեպքում սիլիցիումը կարող է մասնակցել կենսաբանական մոլեկուլների ձևավորմանը ՝ որպես ածխածնի փոխարինող։

Քիմիկոսներն անխոնջ աշխատել են սիլիցիումային նոր միացություններ ստեղծելու համար, քանի որ Ֆրեդերիկ Սթենլի Կիպինգը (1863-1949) ցույց տվեց, որ իսկապես կարող են ստեղծվել մի քանի հետաքրքիր միացություններ։ Սիլիցիումի բնագավառում միջազգային ամենաբարձր մրցանակը կոչվում է Kipping Award մրցանակ։ Բայց, չնայած տարիների աշխատանքին և չնայած ժամանակակից գիտնականների համար առկա բոլոր ռեակտիվներին, ածխածնի միացությունների սիլիցիումային շատ անալոգներ պարզապես չեն կարող ստացվել։ Թերմոդինամիկ տվյալները հաստատում են, որ այդ անալոգները հաճախ չափազանց անկայուն են կամ չափազանց ռեակցիոնունակ։ Պետք է նշել, որ սիլիցիումային շատ միացություններ (մասնավորապես՝ սիլիցիումի երկօքսիդ) օգտագործվում են Երկրի վրա որոշ օրգանիզմների կողմից։ Կառուցվածքային նյութերի ձևով սիլիցիումի միացությունները օգտագործվում են որոշ դիատոմային ձրիմուռների կողմից՝ ստանալով սիլիցիումը ջրից ,օգտագործվում են նաև որոշ սպունգերի և բույսերի կողմից, և դրանք մտնում են մարդկային հյուսվածքի բաղադրության մեջ։

2016 թվականի նոյեմբերի 25-ին «Science» ամսագրում հետազոտողները զեկուցեցին, որ հայտնաբերվել են սպիտակուցներ, որոնք սովորաբար պարունակվում են իսլանդական տաք աղբյուրների բակտերիաների մեջ, որոնց կենդանի բջիջներում կարող են ձևավորել ածխածնի-սիլիցիումային կապերով մոլեկուլներ։ «Այն, ինչ գոյություն ունի բնության մեջ, պատրաստ է ստեղծելու այս բոլորովին նոր քիմիան և դա անում է համեմատաբար լավ»,- ասում է համահեղինակ Ֆրենսիս Առնոլդը, Կալիֆոռնիայի Պասադենայի տեխնոլոգիական ինստիտուտի քիմիական ինժեներ։ «Սա ճանապարհ է բացում այն միացությունների ստեղծելու համար, որոնք բնությունը նախկինում չի ստեղծել։ Շուտով մենք կկարողանանք պարզել, թե դրանք ինչ վնասներ և օգուտներ են տալիս կենսոլորտային համակարգերին »։ «Դա ոչ մի դեպքում նույնական փոխարինող չէ», - ասում է Առնոլդը։ «Այս մոլորակում նորմալ պայմաններում կյանքը, հավանաբար, չի աշխատի սիլիցիումի հետ։ Ենթադրաբար, մենք կարող ենք ստեղծել կյանքի բաղադրիչներ, որոնք պարունակում ոն սիլիցիում, գուցե սիլիումային ճարպ կամ սիլիցիում պարունակող սպիտակուցներ, և հարցնել, թե ինչպես է կյանքը կապված այս ամենի հետ։ ... Արդյո՞ք սա տալիս է նոր գործառույթներ, որոնք նախկինում գոյություն չեն ունեցել»։

Ազոտ և ֆոսֆոր խմբագրել

Կենսաբանական մոլեկուլների հիմքի դերի համար ազոտը և ֆոսֆորը համարվում են այլ թեկնածուներ։ Ածխածնի պես, ֆոսֆորը կարող է ատոմների շղթաներ ստեղծել, որոնք, սկզբունքորեն, կարող էին ձևավորել բարդ մակրոմոլեկուլներ, եթե այդքան ակտիվ չլինեին։ Այնուամենայնիվ, ազոտոի հետ միացությունում հնարավոր է ավելի բարդ կովալենտային կապերի ձևավորում, ինչը հնարավոր է դարձնում բազմազան մոլեկուլների, ներառյալ օղակաձև կառուցվածքների առաջացումը։

Երկրի մթնոլորտում ազոտը կազմում է մոտ 78%, բայց դիատոմային ազոտում եռակի կապի առաջացման պատճառով էներգիայի «արժեքը» չափազանց բարձր է։ Միևնույն ժամանակ, որոշ բույսեր կարող են հողից ազոտը կապել իրենց արմատային համակարգում ապրող անաէրոբ բակտերիաների սիմբիոզոի շնորհիվ։ Եթե մթնոլորտում առկա է զգալի քանակությամբ ազոտի երկօքսիդ կամ ամոնիակ, ապա ազոտի հասանելիությունը կլինի ավելի բարձր։ Այլ մոլորակների մթնոլորտում, բացի այդ, կարող են գոյություն ունենալ նաև ազոտի այլ օքսիդներ։

Երկրի վրա առկա բույսերի նման (օրինակ՝ բակլազգիները), կյանքի այլմոլորակային ձևերը կարող են ազոտը կլանել մթնոլորտից։ Այս դեպքում կարող է ձևավորվել ֆոտոսինթեզին նման մի գործընթաց, երբ մոտակա աստղի էներգիան ծախսվելու էր գլյուկոզայի անալոգների ձևավորման վրա `թթվածնի մթնոլորտ արտանետելու միջոցով։ Իր հերթին, սննդային շղթայում ավելի բարձր մակարդակում գտնվող կենդանիները կյանքը կստանան դրանցից սննդանյութերը ,արտանետելով ազոտի երկօքսիդը և ֆոսֆորային միացությունները հողի մեջ։

Ամոնիակային մթնոլորտում բույսերը կստանային ազոտային միացություններ շրջակա մթնոլորտից, իսկ ֆոսֆորը հողից։ Ամոնիակն օքսիդացվելու էր իրենց բջիջներում`ձևավորելով մոնոսախարիդային անալոգներ, ջրածինը կանջատվեր կողմնակի արգասիքի ձևով։ Այս դեպքում կենդանիները կշնչեն ջրածին՝ ճեղքելով պոլիսաքարիդների անալոգիները ամոնիակի և ֆոսֆորի, այսինքն ՝ էներգետիկ շղթաները կձևավորվեին հակառակ ուղղությամբ՝ համեմատած մեր մոլորակում գոյություն ունեցողների հետ (մեթանը սովորական կլիներ մեր դեպքում ՝ ամոնիակի փոխարեն)։

Այս թեմայի շուրջ քննարկումները ավարտված չեն, քանի որ ֆոսֆորի և ազոտի հիման վրա ցիկլի որոշ փուլեր էներգիայով աղքատ են։ Վիճելի է թվում նաև այն, որ Տիեզերքում այս տարրերի հարաբերությունները հանդիպում են կյանքի համար անհրաժեշտ համամասնությունների ձևով։

Ազոտ և Բոր խմբագրել

«Կապում» ազոտի և բորի ատոմների միացումը որոշակի չափով նմանակում են ածխածնի-ածխածնի կապին։ Այսպիսով, հայտնի է borazole ( ${\ce {B3N3H6}}$ ), որը երբեմն կոչվում է «անօրգանական բենզոլ» (ավելի ճիշտ՝ այն կկոչվի «ոչ ածխածնի բենզոլ)»։ Բայց, այնուամենայնիվ, բորի և ազոտի համադրության հիման վրա անհնար է ստեղծել ածխածնային քիմիայի մեջ հայտնի քիմիական ռեակցիաների և միացությունների բոլոր բազմազանությունը։ Այնուամենայնիվ, լիովին բացառված չէ արհեստական (կամ օտար) կենսամոլեկուլնեի առանձին -առանձին հատվածների տեսքով նման փոխարինման հնարավորությունը։

Ֆոսֆորի փոխարինումը խմբագրել

2010 թ.-ի դեկտեմբերին NASA- ի աստղաբան հետազոտող Ֆելիսա Վոլֆ-Սայմոնը (անգլ.՝ Felisa Wolfe-Simon) հայտարարեց GFAJ-1 բակտերիայի հայտնաբերուման մասին Halomonadaceae ցեղից, որը որոշակի պայմաններով կարող է ֆոսֆորը փոխարինել մկնդեղով։

Արսենը, որը քիմիապես նման է ֆոսֆորին, չնայած թունավոր է Երկրի վրա առկա կենդանի օրգանիզմների մեծ մասի համար, ներառված է որոշ օրգանիզմների կենսաքիմիայի մեջ։ Որոշ ջրիմուռներ մկնդեղը ներառում են բարդ օրգանական մոլեկուլներ, ինչպիսիք են արսենոշաքարները և արսենոբետանները։ Սնկերը և մանրէները կարող են առաջացնել անկայուն մեթիլացված մկնդեղային միացություններ։ Արսենատի քանակի կրճատումը և մկնդեղի օքսիդացումը նկատվել են մանրեներում(Chrysiogenes arsenatis): Բացի այդ, որոշ պրոկարիոտներ կարող են օգտագործել արսենատը որպես էլեկտրոնի ընդունիչ անաէրոբ աճի ընթացքում, իսկ ոմանք էլ կարող են օգտագործել մկնդեղը ՝ որպես էլեկտրոնային դոնոր ՝ էներգիա ստեղծելու համար։

Առաջարկվել էր այնպիսի մի ենթադրություն,որ Երկրի վրա կյանքի ակոնավաղ ձևերը կարող էին օգտագործել մկնդեղի կենսաքիմիան ֆոսֆորի փոխարեն՝ իրենց ԴՆԹ-ի կառուցվածքում։Այս սցենարի ընդհանուր առարկությունն այն է,որ մկնդեղային եթերները անկայուն են հիդրոլիզի ժամանակ, քան համապատասխան ֆոսֆատային եթերները, որ մկնդեղը պարզապես չի համապատասխանում այս գործառույթին։

2010 թվականին գեոմիկրոբիոլոգիական ուսումնասիրությունը, որը մասամբ ապահովվել է NASA- ի կողմից, ենթադրում էր, որ GFAJ-1 կոչվող մանրէն, որը հավաքվում էր Կալիֆոռնիայի արևելյան Մոնո լճի նստվածքից, կարող է այդպիսի մկնդեղային ԴՆԹ օգտագործել, երբ կուլտիվացվում է առանց ֆոսֆորի։ Նրանք առաջարկել են, որ մանրէն կարող է օգտագործել բարձր մակարդակի պոլի-β-հիդրօքսիբուտիրատ կամ այլ նյութեր `ջրի արդյունավետ կոնցենտրացիան նվազեցնելու և մկնդեղի եթերները կայունացնելու համար։ Այս վարկածը կտրուկ քննադատվեց քննադատության հրապարակումից անմիջապես հետ `իբր փորձերի համար համապատասխան հսկիչ միջոցների բացակայության պատճառով։ Գիտական գրող Կառլ Զիմերը կապ հաստատեց մի քանի գիտնականների, որպեսզի գնահատի. «Ես դիմեցի տասնյակ մասնագետների ... Գրեթե միաձայն, նրանք կարծում են, որ NASA- ի գիտնականները չեն կարողացել հիմնավորել իրենց կարծիքը»։ Այլ հեղինակներ չկարողացան վերարտադրել իրենց արդյունքները և ցույց տվեցին, որ ուսումնասիրությունը խնդիրներ ուներ ֆոսֆատով աղտոտման հետ, ինչը ենթադրում է, որ ներկայիս ցածր քանակությունը կարող է օժանդակել փորձարարական կյանքի ձևերին։ Այլընտրանքորեն, առաջարկվել է, որ GFAJ-1 բջիջները աճում են՝ քայքայված ռիբոսոմներից ֆոսֆատը վերամշակելով, այլ ոչ թե այն փոխարինելով արսենիտով։ Հետագա փորձարարների արդյունքները հերքեցին ԴՆԹ-ում մկնդեղի ընդգրկման տեսությունը։

Սթիվեն Բենները՝ Կիրառական մոլեկուլային էվոլյուցիայի հիմնադրամի (ԱՄՆ) պատվավոր անդամ, ԱՄՆ ՆԱՍԱ-ի կենտրոնակայանում կայացած ասուլիսում իր ելույթում նշեց, որ չնայած մկնդեղը իր քիմիայով նման է ֆոսֆորին, այնուամենայնիվ այն ինտեգրվելով ԴՆԹ-ի կառուցվածքում և ՌՆԹ-ն «թույլ օղակ» է, քանի որ նրա կողմից ձևավորված քիմիական կապերը հեշտությամբ ճեղքվում են մկնդեղի ատոմի բարձր ռեակցիոնունակության պատճառով։

Միևնույն ժամանակ, մկնդեղի բարձրացրած ռեակցիոնունակությունը, որը բացասաբար է անդրադառնում սենյակային ջերմաստիճանում կենսաբանական մոլեկուլների կայունության վրա, կարող է օգտակար լինել, եթե կենսաբանական մոլեկուլը պետք է իր գործառույթները կատարի ցածր ջերմաստիճաններում, ինչպես, օրինակ, Սատուրնի արբանյակ՝ Տիտանում։

Տիտանում կյանքի հնարավորության մասին տեսությունները ներկայացվել են 2005-ին`վերջին դիտարկումների հիման վրա, բայց Տիտանը շատ ավելի ցուրտ է, քան Երկիրը, ուստի դրա մակերեսին հեղուկ ջուր չկա։ Սակայն, մյուս կողմից Տիտանի վրա կան հեղուկ մեթանի և էթանի լճեր, ինչպես նաև գետեր և դրանցից ամբողջ ծովերը, բացի այդ նրանք կարող են թափվել տեղումների ձևավորել, ինչպես Երկրի վրա ջրից անձրև։ Որոշ գիտական մոդելներ ցույց են տալիս, որ Տիտանը չի կարող պահպանել կյանքը ջրային հիմունքներով, չնայած ոչ բոլոր գիտնականներն են համաձայն այդ տեսությունների հետ, քանի որ դրանք դեռևս լայն քննարկման և բանավեճի առարկա են գիտական կազմակերպություններում, ներառյալ ՆԱՍԱ-ն։

ՊՆԹ-ների աշխարհ խմբագրել

ՊՆԹ-ների կառուցվածքը՝ մոլեկուլի պոլիամիդային կմախքը (ՌՆԹ-ի և ԴՆԹ-ի մոտ կազմված է ֆոսֆորական թթվի մնացորդից, որը միացված է ազոտական հւմքին (base)

Կյանքի ծագման վերաբերյալ տեսություններից մեկը առաջարկում է, կյանքը սկզբում կարող էր հիմնվել ՊՆԹ-ի վրա, և ավելի ուշ «ՊՆԹ-ի աշխարհը» ձևափոխվեց «ՌՆԹ-ի աշխարհի»։ Հիմնական փաստը ՊՆԹ-ի բարձր քիմիական կայունությունը և պարզությունն են, որոնք հնարավորություն կտային ՊնԹ-ին գոյատևել պարզ նախակենսաբանական պայմաններում։ Միևնույն ժամանակ ՊՆԹ-ն անհրաժեշտ տեղեկատվությունը կրում է նուկլեոտիդների տեսքով տեղեկատվություն է կրում։ Սակայն այս տեսության թերությունը կայանում է նրանում, որ ՊՆԹ-ում բացակայում է կատալիտիկ ակտիվությունը, ինչը նրա ռեպլիկացիայի հնարավորություն կստեղծեր։

Ջրի փոխարինում խմբագրել

Հեղինակային գաղափարը մոլորակի մասին, որտեղ ամոնիակը կատարում է ջրի ֆունկցիա

Ածխածնի միացություններից բացի, ջուրը որպես լուծիչ պահանջվում է նաև ներկայումս հայտնի երկրային կյանքի համար։ Ջրի բազմազան հատկությունները, որոնք կարևոր են օրգանիզմների կենսագործունեության համար համար, ներառում են ջերմաստիճանի լայն սահմաննեի, որի դեպքում այն հեղուկ է, բարձր ջերմունակություն, որն օգնում է կարգավորել ջերմաստիճանները, գոլորշիացման բարձր ջերմաստիճան և միացություններ լուծելու ունակությունը։ Ջուրը նաև ամֆոտեր է, ինչը նշանակում է, որ այն կարող է պրոտոն տալ կամ ստանալ, ինչը թույլ է տալիս գործել որպես թթու կամ հիմք։ Այս հատկությունը շատ կարևոր է օրգանական և կենսաքիմիական բազմաթիվ ռեակցիաներում, երբ ջուրը ծառայում է որպես լուծիչ, ելանյութ կամ վերջանյութ։ Գոյություն ունեն նմանատիպ հատկություններով այլ քիմիական նյութեր, որոնք երբեմն առաջարկվել են որպես ջրի այլընտրանք։ Ջուրը հեղուկ է 1 մթնոլորտի ճնշման և 0 °C- ից 100 °C ջերմաստիճանային միջակայքում, բայց գոյություն ունեն այլ լուծիչներ, օրինակ՝ ծծմբական թթուն, որոնք մնում են հեղուկ վիճակում մինչև 200 °C կամ ավելի ջերմաստիճաններում։

Ամոնիակ խմբագրել

Ամոնիակը հաճախ համարվում է որպես մոլորակների ցանկացած կյանքի առաջացման ամենահավանական (ջրից հետո) լուծիչ։ 100 կՊա (1 մթնոլորտ) ճնշման տակ այն հեղուկ վիճակում է` 78-ից մինչև 33 °C ջերմաստիճաններում։ Ամոնիակի մոլեկուլը NH3, ինչպես ջրի մոլեկուլը, տարածված է Տիեզերքում՝ լինելով ջրածնի միացություն (ամենապարզ և ամենատարածված տարրը) մեկ այլի շատ տարածված տարրի՝ ազոտի հետ։ Հեղուկ ամոնիակի՝ որպես կյանքի այլընտրանքային լուծիչի հնարավոր դերը, գաղափար է, որը սկսվում է առնվազն 1954 թվականից, երբ Դժ. Բ․ Ս․Հոլդեյնը գիտաժողովում առաջ քաշեց կյանքի ծագման թեման։

Բազմաթիվ քիմիական ռեակցիաներ հնարավոր են ամոնիակի լուծույթում, և հեղուկ ամոնիակը քիմիապես նման է ջրի։ Ամոնիակը կարող է լուծել շատl օրգանական միացություններ, գոնե նույն կերպ, ինչպես ջուրը, և, բացի այդ, այն կարող է լուծել շատ տարրական մետաղներ։ Հալդեյնը նշեց, որ ջրի հետ կապված տարբեր ընդհանուր օրգանական միացություններ ունեն անալոգներ, որոնք կապված են ամոնիակի հետ; Օրինակ ՝ ամոնիակներին առնչվող ամինո խումբը ( ${\ce {-NH2}}$ ) նման է ջրին առնչվող հիդրոքսիլային խմբին ( ${\ce {-OH}}$ )։

Ամոնիակը, ինչպես նաև ջուրը կարող է միացնել կամ տրամադրել ${\ce {H^+}}$ իոն։ Երբ ամոնիակը ընդունում է ${\ce {H^+}}$ , այն ձևավորում է ամոնիումի կատիոն ( ${\ce {NH4^+}}$ ), հիդրօքսիոնիումին համարժեք ( ${\ce {H3O^+}}$ )։ Երբ այն տրամադրում է ${\ce {H^+}}$ իոն, այն ձևավորում է ամիդային անիոն ( ${\ce {NH2^-}}$ ), հիդրօքսիդին համարժեք ( ${\ce {OH^-}}$ )։ Սակայն ջրի հետ համեմատած ամոնիակը ավելի հակված է ${\ce {H^+}}$ իոն միացնելուն և քիչ հակված՝ այն տրամադրելու։ Ջրի մեջ ավելացված ամոնիակը գործում է որպես Արենիուսի հիմք՝ այն ավելացնում է հիդրօքսիդ անիոնների կոնցենտրացիան։ Եվ հակառակը, օգտագործելով թթվայնության և հիմնայնության որոշման եղանակը ջուրը, որը ավելացվում է հեղուկ ամոնիակին գործում է որպես թթու, որովհետև ավելացնում է ամիոնիումի իոնների կոնցենտրացիան։ Կարբոնիլային խումբը ( ${\ce {C=O}}$ ), որը լայնորեն օգտագործվում է ոչ երկրային կենսաքիմիայում կայուն չի կարող լինել ամոնիակի լուծույթում, բայց նրա փոխարեն կարելի է օգտագործել անալոգ անվանական խումբը ( ${\ce {C=NH}}$ )։

Այնուամենայնիվ, ամոնիակն ունի որոշ խնդիրներ ՝ որպես կյանքի հիմք։ Ամոնիակի մոլեկուլների միջև ջրածնային կապերը ավելի թույլ են, քան ջրի մեջ, ինչը հանգեցնում է նրան, որ ամոնիակի գոլորշիացման ջերմությունը ջրինի կեսն է, իսկ մակերևույթի լարվածությունը `մինչև մեկ երրորդը, իսկ ոչ բևեռային մոլեկուլները կենտրոնացնելու ունակությունը իջնում է հիդրոֆոբիկ ազդեցության պատճառով:Ջռրալդ Ֆայնբերգը և Ռոբերտ Շապիրոն կասկածի տակ են առել, թե արդյոք ամոնիակը կարող է լավ պահել պրեբիոտիկ մոլեկուլները, որպեսզի թույլ տա ինքնավեւարտադրող համակարգի առաջացումը։ Ամոնիակը նույնպես այրվում է թթվածնի մեջ և կայուն չի կարող գոյություն ունենալ աերոբային նյութափոխանակության համար հարմար միջավայրում։ Հեղուկ ամոնիակը ջրին նման է մի շարք հատկություննեով, բայց հարկ է նշել, որ սառեցման ընթացքում պինդ ամոնիակը չի բարձրանում վեր, այլ, այլ ընկղմվում է (ի տարբերություն ջրի սառույցի)։

Այդ պատճառով հեղուկ ամոնիակը ${\ce {NH3}}$ , հեշտությամբ կսառչի մինչև հատակը, մոնիակի ընտրությունը որպես լուծիչ,բացառում է կենսաբանական համակարգերում թթվածնի կիրառությունը որպես ռեագենտ:Այնուամենայնիվ, սա չի բացառում այլընտրանքային կյանքի հնարավորությունը մոլորակներում, որտեղ ամոնիակը խառնվում է ջրի հետ։ Ամոնիակի վրա հիմնված կենսոլորտը, ամենայն հավանականությամբ, գոյություն ունի ջերմաստիճանում կամ օդային ճնշումներում, որոնք ծայրաստիճան անսովոր են Երկրի վրա կյանքի համար։ Երկրի վրա կյանքը սովորաբար առկա է ջրի հալման և եռման կետերում նորմալ ճնշման պայմաններում ՝ 0 °C (273 Կ) և 100 °C (373 Կ) սահմաններում։ Նորմալ ճնշման դեպքում ամոնիակի հալման և եռման կետերը տատանվում են −78 °C- ից (195 Կ) մինչև −33 °C (240 Կ)։ Քիմիական ռեակցիաները սովորաբար ավելի դանդաղ են ընթանում ցածր ջերմաստիճանի պայմաններում։ Հետևաբար ամոնիակի վրա հիմնված կյանքը, եթե այն գոյություն ունի, կարող է ավելի դանդաղ նյութափոխանակվել և ավելի դանդաղ զարգանալ, քան կյանքը Երկրի վրա։ Մյուս կողմից, ցածր ջերմաստիճանը կարող է նաև թույլ տալ, որ կենդանի համակարգերը օգտագործեն քիմիական նյութեր, որոնք օգտակար Երկրի ջերմաստիճանում չափազանց անկայուն կլինեն։

Ամոնիակը կարող է հեղուկ լինել Երկրի նման ջերմաստիճանում, բայց շատ ավելի բարձր ճնշումներով. Օրինակ ՝ 60 մթնոլորտում, ամոնիակը հալվում է −77 °C- ում (196 Կ) և եռում է 98 °C- ում (371 Կ)։

Ամոնիակի և ջրի խառնուրդները մնում են հեղուկ մաքուր ջրի սառեցման կետից ցածր ջերմաստիճանում, ուստի այդպիսի կենսաքիմիան կարող է լավ պիտանի լինել մոլորակների և լուսնի վրա, որոնք պտտվում են ջրային միջավայրից դուրս։ Նման պայմանները կարող են գոյություն ունենալ, օրինակ ՝ Սատուրնի ամենամեծ արբանյակի մակերեսին ՝ Տիտանի։

Ջրածնի ֆտորիդ խմբագրել

Որոշ հատկություններով ֆտորաջրածինը նման է ջրին:Այսպես այն նույն պես կարող է առաջացնել ջրածնային կապեր։ Սակայն պետք է հաշվի առնել, որ տիեզերքում ֆտորի 1 ատոմին բաժին է ընկնում թթվածնի 10000 ատոմ, այդ պատճառով դժվար է պատկերացնել որևէ մոլորակային պայմաններ, որոնք կնպաստեին ${\ce {HF}}$ -ից, և ոչ թե ${\ce {H2O}}$ -ից կազմված օվկիանոսի առաջացմանը։

Այս հնարավորության դեմ հաջորդ լուրջ փաստարկը կայանում է նրանում, որ շատ մոլորակների պինդ մակերևույթը(որոնք այն ունեն),բացառությամբ որոշ էկզոտիկ հիպոթետիկ մոլորակների (երկաթե մոլորակ, ածխածնային մոլորակ), կազմված են սիլիցիումի երկօքսիդից և ալյումինադիլիկատներից,որոնց հետ ֆտորաջրածինը փոխազդում է հետևյալ կերպ`

{\ce {SiO2 + 6HF ->}}

{\ce {H2SiF6}}

{\ce {+ 2H2O}}

.

Ցիանաջրածին խմբագրել

Կապտաթթուն $\mathrm {HCN}$ նուլնպես ընդունակ է ջրածնային կապեր առաջացնելու, բայց ի տարբերություն ${\ce {HF}}$ - ի այն կազմված է տիեզերքում լայն տարածում ունեցող տարրերից:Ենթադրվում է,որ այդ միացությունը կարևոր դեր է խաղացել Երկրի ենթակենսաբանական քիմիայում, օրինակ ամինաթթուների և նուկլեիտոդների, «առաջնային խառնուրդների»-ի և նրա բաղադրիչների առաջացման գործում։

Այնուամենայնիվ ցիանաջրածինը չի համապատադխանում այլընտրանքային լուծիչի դերում, քանի որ այն ջերմադինամիկորեն անկայուն է։ Այդպիսով հեղուկ ցիանաջրածինը արագ խեժանում է, հատկապեդ կատալիզատորների առկայությամբ (որոնց դերում կարող են հանդես գալ թթուները, հիմքերը, կավերը և շատ լեռնային հանքաքարեր),երբեմն ${\ce {HCN}}$ -ի քայքայումը ընթանում է պայթունով։ Այդ պատճառով ${\ce {HCN}}$ -ը որևէ մոլորակում չի կարող օվկիանաոս առաջացնել։

Մեթան և էթան խմբագրել

Ածխաջրածնային ծովեր Տիտանում` Ռադիոլոկացիոն պատկերներ Կասսինիից, 2006 թվական:

Տիտանի մակերևույթին կյանքը կարող է գոյություն ունենալ հեղուկ մեթանում և էթանում, որոնք ունենում են գետերի և լճերի տեսք, և երկրային օրգանիզմների նման բնակվում են ջրում։ Այդպիսի օրգանիզմները ${\ce {H2}}$ -ի փոխարեն կօգտագործեն ${\ce {O2}}$ և գլյուկոզի փոխարեն կփոխազդեն ացետիլենի հետ, և կարտազատեին մեթան, ոչ թե ածխաթթու գազ։ Կա մեթանի որպես ջրի փոխարինողի վերաբերյալ քննարկում` ջուրը ավելի լավ լուծիչ է, քան մեթանը, ինչը հնարավորություն է տալիս նյութերը հեշտությամբ տեղափոխելու դեպի բջիջ, սակայն մեթանի թույլ քիմիական ռեակցիոնունակությունը նրան հնարավորություն է տալիս հեշտությամբ ձևավորել կառույցներ, օրինակ՝ սպիտակուցներ կամ նրանց նմաններ։

Մեկ այլ ենթադրությունը կայանում է նրանում, որ օրգանիզմները բնակվում են հեղուկ մեթանի և էթանի միջավայրում և կարող են օգտագործել տարբեր միացություններ լուծիչի դերում։ Օրինակ ֆոսֆինը ( ${\ce {PH3}}$ ) և ջրածնի և ֆոսֆորի պարզ միացությունները:Ինչպես ջուրը և ամոնիակը, ֆոսֆինը նույնպես ունի բևեռնություն, բայց այն հեղուկ վիճակում գտնվում է ավելի ցածր ջերմաստիճաններում,քան ջուրը և ամոնիակը։ Հեղուկ էթանում ֆոսֆինը ունի առանձին կաթիլների տեսք, ինչը նշանակում է,որ բջջանման կառույցները կարող էին գոյություն ունենալ առանց բջջաթաղանթի։

Ազոտոսոմա խմբագրել

Բջջաթաղանթը, որը պայմանականորեն անվանել են ազոտոսոմա, որը կարող է գործել Տիտանում հեղուկ մեթանի միջավայրում, մոդելավորվել է (համակարգչոն) 2015 թվականին լույս ընծայված հոդվածում։ Ենթադրվում է, որ այն կազմված է ակրիլոնիտրինից` ոչ մեծ մոլեկուլներ, որոնք կազմված են ածխածնից, ջրածնից և ազոտից, և հաստատուն են ու կայուն։ Հեղուկ մեթանի առաձգականությունը համեմատելի է ֆոսֆոլիպիդային երկշերտի առաձգականության հետ, ( բջջաթաղանթային տիպի, որը բնորոշ է երկրային ողջ կյանքին) ջրային միջավայրում։ Տվյալների վերլուծությունը, որոնք ստացվել են ենթամիլիմետրային խոշորաչափ զանգվածի կիրառմամբ Atacama (Atacama Large Millimeter Array), որը ավարտվել է 2017 թվականին, հաստատեց Տիտանի մթնոլորտում ակրիլոնիտրիլի զգալի քանակության առկայությունը։

Թթվածնի փոխարինումը խմբագրել

Ծխմբական թթվի հետաքրքիր հատկությունը կայանում է նրանում, որ այդ նյութը դառնում էթթու միայն ջրի առկայության դեպքում:սակայն պոլիմերացման ռեակցիաներում ջուր չի անջատվի,եթե օրգանական մոլեկուլներում թթվածնի ատոմի փոխարեն գտնվեն ծծմբի ատոմներ։ Այդպիսի «ծծմբային» օրգանիզմները ավելի բարձր ջերմաստիճանում օլեումից կազմավորված օվկիանոսում (անջուր ծծմբական թթվի և ծծմբի բարձրագույն օքսիդացման աստիճանով օքսիդի խառնուրդ)։ Այդպիսւ պայմաններ կան Վեներայում։ Քանի որ չի առաջանում մոլեկուլային թթվածին, որը կարող էր առաջացնել ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներից պաշտպանող օզոնային շերտ, առաջանում է դժվարություն կյանքը ցամաք տեղափոխվելու համար։ Սրանով կարելի է բացատրել այն փաստը,որ մինչև հիմա Վեներայի վրա կյանք չի հայտնաբերվել, չնայած կան վկայություններ, որ նույն տարածքում առկա են ${\ce {H2S}}$ և ${\ce {SO2}}$ , որոնք չեն գոյություն ունենալ, եթե նրանց ինչ որ բան կամ ինչ որ մեկը չի առաջացնում^[6]։ Վերջին տվյալների համաձայն Վեներայում հայտնաբերել են բարակ օզոնային շերտ, որը գիտնականների խոսքերով առաջանում է ածխաթթու գազից մթնոլորտի վերին շերտերում արեգակի ճառագայթների ազդեցությամբ^[7]:.

Տեսականորեն հնարավոր է թթվածնի փոխարինումը այլ քալկոգենով, սակայն դրանք հազվադեպ են հանդիպում։

«Հայելային աշխարհ» խմբագրել

Երկրի կենդանի բնությունում բոլոր ամինաթթուները ունեն L-կոնֆիգուրացիա , իսկ ածխաջրերը — D-կոնֆիգուրացիա, բացի որոշ հազվագյուտ դեպքերից, օրինակ սիբիրային խոցի թաղանթի տարրերը:Սկզբունքորեն կարելի է պատկերացնել այնպիսի «հայելային աշխարհ», որտեղ կենդանի օրգանիզմները ունեն նույն կենսաքիմիական հիմքը, ինչ որ Երկրի վրա`բացառությամբ նրա ամբողջական հայելային սիմետրիկության,այսպիսի աշխարհում կյանքը կարող էր հիմնվել D-ամինաթթուների և L-ածխաջրերի վրա։ Այսպիսի հնարավորությունը չի հակասում բնության մեջ հայտնի ոչ մի օրենքի։

Այդպիսի հիպոթետիկ աշխարհի պարադոքսներից մեկը այն փաստն է, որ ընկնելով այսպիսի աշխարհ (հանդիսանում է Երկրի հայելային պատճեն), մարդը կմահանա քաղցից, չնայած շրջակայքում սննդի առատությանը^[8]:^:13 Բացի դրանից սննդում «հայելային» մոլեկուլների օգտագերծումը կարող է առաջացնել թունավորում^[8]:^:12—13.

Կյանքի ոչ քիմիական եղանակներ խմբագրել

«Evolving the Alien» գրքում կենսաբան Ջոն Քոենը և մաթեմատիկոս Յան Ստյուարտը պնդում են, որ աստղաբանությունը հիմնված է երկրի յուրահատուկ տեսության «սահմանափակ է և ձանձրալի» վրա։ Նրանք ենթադրում էին, որ երկրագնդի նման մոլորակները կարող են լինել հազվադեպ, բայց կյանքի բարդ ձևերը կարող են հայտնվել այլ պայմաններում։

Նույնիսկ ավելի սպեկուլյատիվ գաղափարները վերաբերում են բոլորովին այլ մարմինների վրա կյանքի հնարավորությանը, քան երկրի նման մոլորակները։ Աստղագետ Ֆրենկ Դրեյքը, որը արտերկրյա կյանքի որոնման հայտնի կողմնակից է, առաջարկել է կյանքը նեյտրոնային աստղերի վրա՝ կյանքի ցիկլ, որը միլիոն անգամ արագ է, քան երկրային օրգանիզմներինը, որոնք կազմված են վատ փոքր «միջուկային մոլեկուլներից»։ Այս գաղափարը, որը կոչվում է «ֆանտաստիա և խորամանկություն» ավանումը, այս գաղափարը լայն տարածում գտավ գիտական ֆանտաստիկայում։ Կարլ Կագան 1976-ին դիտարկեց օրգանիզմների գոյության հնարավորությունը, որոնք թռչում են Յուպիտերի մթնոլորտի վերին շերտերում։ Քոենը և Ստյուարտը նաև դիտարկել են կյանքի հնարավորությունը գազային հսկաների և նույնիսկ արեգակի մթնոլորտում։

Որոշ փիլիսոփաներ, օրինակ ՝ Ցիակովսկին, գտմում էր, որ կյանքը կարող է այնպիսի ձև ունենալ, որը կարող է պահպանել ձևը և ինքնավերարտադրումը պահպանել պլազմոիդների որոշ պայմաններում, որոնց նախատիպը գնդաձև կայծակն է։ Վերջերս համակարգչային մոդելավորման շնորհիվ պլազմային կյանքի ձևերի գոյության հնարավորությունը ստացել է որոշ տեսական հիմնավորում։

Այլընտրանքային կենսաքիմիա գիտական ֆանտաստիկայում խմբագրել

Ռուս գիտնական և գիտաֆանտաստիկ գրող Իվան Եֆրեմովի «Օձի սիրտը» (1958) գիտական ֆանտաստիկայի պատմության մեջ նկարագրվում է երկրաբնակների շփումը այմոլորակային հումանոիդների քաղաքակրթության հետ, որոնց կոնսաքիմիայում թթվածնի դերը կատարում է ֆտորը։ Այս քաղաքակրթությունը, չնայած մանրակրկիտ փնտրտուքին, չկարողացավ գտնել նման կենսաքիմիա ունեցող մեկ այլ մոլորակ՝ նրանց հանդիպած բոլոր մյուս տիեզերական քաղաքակրթությունների հիմքը թթվածինն էր։
Անգլիացի աստղագետ Ֆրեդ Հոյլի «Սև ամպը» (1957) դասական գիտական ֆանտաստիկայի վեպում նկարագրվում է երկրայինների շփումը աստղերի միջով տեղաշարժվող սև ամպի հետ, որը բաղկացած է միջաստղային գազից։ Անգլիացի գրող Արթուր Կոնան Դոյլի գիտական ֆանտաստիկ պատմության մեջ «Երբ երկիրը ճչաց» (1928 թ.), կենդանի Երկիրը նկարագրվում է երկրի կեղևի հանքանյութերի և հեղուկների (մասնավորապես ՝ նավթի) հիման վրա։
Մայքլ Կլայտոնի «Անդրամեդայի շտամը» գիտաֆանտաստիկ վեպում պատմում վեցանկյուն բյուրեղների հիմքով այլընտրանքային կենսաքիմիայով ոչ երկրային վիրուսի մասին։
Ա․ Դնեպրովի «Կավե աստվածը» գիտաֆանտաստիկ պատմության դիտարկվում է սիլիցիումի հիման վրա կյանք։.
Ա․ Կոնստանտինովի գիտական ֆանտաստիկայի «Կոնտակտը Լանժևանում» պատմությունը նույնպես քննարկում է սիլիցիումի վրա հիմնված կյանքը։ Հետազոտողները հայտնվում են հեռավոր մոլորակի վրա և հայտնվում են լքված քաղաքում, որտեղ տեղադրված են արձաններ։ Վերջում պարզվում է, որ արձանները այս մոլորակի սիլիցիումային բնակիչներն են, որոնցում կենսական գործընթացները հարյուրավոր անգամ դանդաղ են անցնում, քան երկրային կյանքի ձևերի մոտ։
Ստանիսլավ Լեմի «Պրավդա» գիտական ֆանտաստիկայի պատմության մեջ «աստղային» կյանքը դիտարկվում է բարձր ջերմաստիճանի պլազմայի հիման վրա `պատահականորեն ստեղծված« ամեոբայի» ձևով, որը փլուզվել է էլեկտրամագնիսական դաշտի անկման արդյունքում։ Այս պատմությունից բացի, պլազմային կյանքը դիտարկվում է Օլաֆ Ստապլդոնի «Աստղերի ստեղծողը» ,որը ունի կենդանի աստղեր, Էդմոնդ Հեմիլթոնի «Աստղերի երեխաները» և Արթուր Քլարկի «Արևի մարմնից»՝ կենդանի արարածներ աստղերի խորքում, Սերգեյ Լուկյանենկոյի երկխոսության մեջ «Աստղերը սառը խաղալիքներ են»` Տոպպ- ի հսկա գիտակից պլազմոիդներ։
Ֆրենսիս Կարսակի գիտաֆանտաստիկ «Այլմոլորակայիններ ոչ մի տեղից» վեպը դիտարկում է կյանքը է ցածր մակարդակի գերհաղորդունակության հիման վրա։ Էակներ, որոնց նյութափոխանակությունը հիմնված է գերհաղորդունակության վրա (մտածողները) պահանջում են ցածր ջերմաստիճան։ Քիչ էին հարմար մոլորակները, ուստի մտածողները սկսեցին գոյություն ունեցող մոլորակները կյանքին հարմարեցնել՝ մարել այն աստղերը, որոնց շուրջ պտտվում են այս մոլորակները։
Պոլ Անդերսոնի շատ ստեղծագործություններում նկարագրվում է կյանք, որը օգտագործում է ամոնիակը ջրի փոխարեն։ Մասնավորապես «Ինձ կոչեք Ջո» (1957), «Նվաճել երեք աշխարհներ» (1964) և այլն։
Ֆրեդերիկ Բրաունի «Ալիքայինները» (1954) պատմության մեջ նկարագրվում է էլեկտրամագնիսական ալիքների վրա հիմնված կյանք։
«Գաղտնի նյութեր» սերիալում «Կրակով անցնող» (2x09) սերիայում սիլիցիումային ձևի կյանք հայտնաբերվեց հրաբուխի խառնարանում՝ մակաբույծ սնկերի մոտ։ Այս սնկի սպորները «պտղամարմնի» հայտնվելուց մի քանի վայրկյան հետո ոչնչանում էին, եթե չէին հասցնում գտնել համապատասխան տեր։
«Էվոլյուցիան» կատակերգությունը ներկայացնում է այմոլորակային կյանքի ձև՝ ազոտի հիման վրա, որն ունի 10 նուկլեոտիդ զույգ։ «Էվոլյուցիա» անիմացիոն շարքում, որը նկարահանվել է որպես կինոֆիլմի շարունակություն, այս արարածները իրենցից ներկայացնում են մեկ սուպերօրգանիզմ են։
«Այտղային ճանապարհ» սերիալում «Սատանան մթնում» սերայում (1x25) հայտնվում է Խորտ արարածը, սիլիցիումի հիմքով կենսաքիմիայով։
«Աստղային ճանապարհ՝ անիմացիոն սերիալում» սերիալում «Մոլորակի անհետացումը» (1x03) սերիայում հայտնվում է հակամատերայից կազմված հսկա արարած, որը սնվում է սովորական նյութերից կազմված մոլորակներով։
Հորինված ռասսա Օտարների նույնանուն տիեզերքից, իրենից ներկայացնում է սիլիցիումային հիմքով կյանք։
«Աստղային ճանապարհ՝ Վոյաջեր» սերիալում «Բարի հովիվ» (6x20) սերիալում հանդիպում է մուգ մատերիայից բախկացած կենդանի արարած։
Տիեզերքի Mass Effect հորինվածքում կան ռասսաներ որոնք ի տարբերություն այլ գիտակից ցեղերի պարունակում են D-ամինաթթուներ։ Կան նաև բոլուսների ցեղեր՝ ցածրահասակ հումանոիդներ, որոնց կենսաքիմիան կապված է բարձր ճնշումներով պայմանավորված ամոնիակի հետ։
«Աստղային դարպասներ՝ SG-1» սերիայում «Այրված երկիր» (4x09) շարքում գոյություն ունի բարձր զարգացում ունեցող Գաջմիրների ռասսա, որոնց կենսաքիմիական հիմքը (ինչպես նաև մյուս օրգանիզմներինը, որոնց միջոցով նրանք ստեղծել են կենսոլորտը) ծծումբն է ածխածնի փոխարեն։
Կիռա Բուլիչովի «Ձյունանուշ» պատմության մեջ հումանոիդների քաղաքակրթությունն է ամոնիակի հիքով՝ ջրի փոխարեն։
Կրոնը «Կանաչ լապտեր՝ Զմրուխտյա զինվորներ» մուլտֆիլմի հերոսը կազմված է հականյութերից։
Շատ գեղարվեստական տիեզերքներում գոյություն ունեն մաքուր էներգիա ունեցող էակներ։
2000 թվականին «Տիտանը Երկրի կործանումից հետո» մուլտֆիլմում ՝ մաքուր էներգիայով արարածները ոչնչացնում են քաղաքակրթությունը։
Ֆրենկ Հերբերտ Դունի տիեզերքում Շաի Խուլուտ ավազային որթը հանդիսանում է սիլիցիումաօրգանական կյանքի ձև է։
Նիլ Ստիվենսոնի գիտաֆանտաստիկ «Անաֆեմ» վեպը նկարագրում է մարդկանց շփում այլընտրանքային տիեզերքներից, որոնց կենսաքիմիան հիմնված է ամինաթթուների այլ կազմավորման վրա։
Ջեյմս Ուայտի «Տիեզերական հոսպիտալ» գիտաֆանտաստիկ վեպերում և պատմվածքներում գլխավոր հերոսները՝ բժիշկները՝ տիեզերքի տարբեր գիտակից ռասսաներից են, այդ թվում նաև ոչ հումանոիդային։

Գիտականները և այլընտրանքային կենսաքիմիան խմբագրել

Գիտնականները, որոնք դիտարկել են հնարավոր այլընտրանքային կենսաքիմիա «ածխածին-ջուր» հիմքով՝

Ջոն Բյորդոն Սանդերսոն Խոլդեյն (1892—1964), գենետիկ, հայտնի իր աբիոգենեզ աշխատանքով։
Վ. Ակսել Ֆիռոսոֆֆ (1910—1981), բրիտանիական աստղագետ։
Իսահակ Ազիմով (1920—1992), կենսաքիմիկ և գիտաֆանտաստ։
Ջորջ Պայմենտել (1922—1989), ամերիկացի քիմիկ, Կալիֆորնիայի Բերկլի համալսարանից։
Պիտեր Սնիտ (1923—2011), միկրոբիոլոգ, «Կյանքը և մոլորակները» գրքի հեղինակ։
Ջերալդ Ֆեյնբերգ (1933—1992), ֆիզիկ և Ռոբերտ Շապիրո (1935—2011), քիմիկ, «Կյանքտ Երկրից դուրս» գրքի համահեղինակներ։
Կարլ Սագան (1934—1996), աստղագետ, գիտության ժողովրդականացուցիչ և SETI- ի աջակից։
Ջոնատան Լունին, (1959 г.р.), ամերիկացի մոլորակագետ և ֆիզիկ։
Ռոբերտ Ա. Ֆրիտաս կրտսեր (1952 - առ այսօր), նանոտեխնոլոգիայի և նանոբժշկության մասնագետ, «Քսենոլոգիա» գրքի հեղինակը։
Ուիլյամ Բայնես, Քեմբրիջի կենսաբան, Astrobiology ամսագրի հեղինակ։
Ջոն Բառոսս, օվկիանոսագետ և աստղակենսաբան, ով ղեկավարել է ԱՄՆ-ի հետազոտությունների ազգային խորհրդի գիտնականների հանձնաժողովը, որը 2007 թվականին զեկույց հրապարակեց կյանքը սահմանափակող գործոնների վերաբերյալ։ Զեկույցում արտահայտվում էր մտավախություններ, որ տիեզերական գործակալությունը կարող է փնտրել կյանքի համար լավ աղբյուրներ այլ աշխարհներում բնակվելու համար, «իսկ հետո չի կարող այն ճանաչել, եթե այն հանդիպի»։

Տես նաև խմբագրել

Ծանոթագրություններ խմբագրել

↑ Committee on the Limits of Organic Life in Planetary Systems, Committee on the Origins and Evolution of Life, National Research Council; The Limits of Organic Life in Planetary Systems; The National Academies Press, 2007.
↑ В преподавании биологии в вузах также использовался акроним S.P. Cohn для представления этих шести элементов. Education (2010). «CHNOPS: The Six Most Abundant Elements of Life». Pearson Education. Pearson BioCoach. Վերցված է 2010 թ․ դեկտեմբերի 10-ին. «Most biological molecules are made from covalent combinations of six important elements, whose chemical symbols are CHNOPS. ... Although more than 25 types of elements can be found in biomolecules, six elements are most common. These are called the CHNOPS elements; the letters stand for the chemical abbreviations of carbon, hydrogen, nitrogen, oxygen, phosphorus, and sulfur.» {{cite web}}: External link in |publisher= (օգնություն)
↑ Brosnan J. T., Brosnan M. E. The sulfur-containing amino acids: an overview(անգլ.) // The Journal of Nutrition^[en] : journal. — 2006. — Т. 136. — № 6 Suppl. — С. 1636S—1640S. — PMID 16702333.
↑ Campbell, Neil A.; Brad Williamson; Robin J. Heyden Biology: Exploring Life. — Boston, Massachusetts: Pearson Prentice Hall, 2006. — ISBN 0-13-250882-6
↑ «Արխիվացված պատճենը». Արխիվացված է օրիգինալից 2018 թ․ նոյեմբերի 17-ին. Վերցված է 2020 թ․ մայիսի 23-ին.
↑ «Жизнь по соседству с Землёй. Часть первая» (ռուսերեն). membrana. Արխիվացված է օրիգինալից 2013 թ․ մարտի 5-ին. Վերցված է 2011 թ․ հունվարի 26-ին.
↑ «У Венеры нашли озоновый слой» (ռուսերեն). Lenta.ru. 2011 թ․ հոկտեմբերի 7. Վերցված է 2014 թ․ ապրիլի 14-ին.
↑ ^8,0 ^8,1 Об асимметрии живого // Биология / Сост. тома С. Т. Испаилова. — 3-е изд. — М.: Аванта+, 1996. — Т. 2. — 704 с. — (Энциклопедия для детей). — 50 000 экз. — ISBN 5-86529-012-6

Գրականություն խմբագրել

Топунов А. Ф., Шумаев К. Б. Альтернативная биохимия и распространенность жизни. Вестник САО. 2006. Т. 60-61.
Хоровиц Н. Поиски жизни в Солнечной системе. Пер. с англ. канд. биол. наук В. А. Отрощенко под ред. д-ра биол. наук М. С. Крицкого. М., «Мир», 1988, с. 77—79.
Пол Дэвис. Чужие среди своих. — В поисках свидетельств того, что жизнь на Земле возникала не раз, учёные внимательно исследуют экологические ниши, где могли бы обитать микроорганизмы, радикально отличающиеся от тех, которые нам так хорошо знакомы. «В МИРЕ НАУКИ», март 2008 № 3
membrana: Химики показали путь к неорганической жизни Արխիվացված 2013-03-23 Wayback Machine

[Limits-1] Committee on the Limits of Organic Life in Planetary Systems, Committee on the Origins and Evolution of Life, National Research Council; The Limits of Organic Life in Planetary Systems; The National Academies Press, 2007.

[Education-2] В преподавании биологии в вузах также использовался акроним S.P. Cohn для представления этих шести элементов. Education (2010). «CHNOPS: The Six Most Abundant Elements of Life». Pearson Education. Pearson BioCoach. Վերցված է 2010 թ․ դեկտեմբերի 10-ին. «Most biological molecules are made from covalent combinations of six important elements, whose chemical symbols are CHNOPS. ... Although more than 25 types of elements can be found in biomolecules, six elements are most common. These are called the CHNOPS elements; the letters stand for the chemical abbreviations of carbon, hydrogen, nitrogen, oxygen, phosphorus, and sulfur.» {{cite web}}: External link in |publisher= (օգնություն)

[Brosnan2006-3] Brosnan J. T., Brosnan M. E. The sulfur-containing amino acids: an overview(անգլ.) // The Journal of Nutrition^[en] : journal. — 2006. — Т. 136. — № 6 Suppl. — С. 1636S—1640S. — PMID 16702333.

[Campbell2006-4] Campbell, Neil A.; Brad Williamson; Robin J. Heyden Biology: Exploring Life. — Boston, Massachusetts: Pearson Prentice Hall, 2006. — ISBN 0-13-250882-6

[5] «Արխիվացված պատճենը». Արխիվացված է օրիգինալից 2018 թ․ նոյեմբերի 17-ին. Վերցված է 2020 թ․ մայիսի 23-ին.

[6] «Жизнь по соседству с Землёй. Часть первая» (ռուսերեն). membrana. Արխիվացված է օրիգինալից 2013 թ․ մարտի 5-ին. Վերցված է 2011 թ․ հունվարի 26-ին.

[7] «У Венеры нашли озоновый слой» (ռուսերեն). Lenta.ru. 2011 թ․ հոկտեմբերի 7. Վերցված է 2014 թ․ ապրիլի 14-ին.

[Эдд-8] 8,0 ^8,1 Об асимметрии живого // Биология / Сост. тома С. Т. Испаилова. — 3-е изд. — М.: Аванта+, 1996. — Т. 2. — 704 с. — (Энциклопедия для детей). — 50 000 экз. — ISBN 5-86529-012-6

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]