A vida terrestre, a única que conhecemos atualmente, é baseada em uma enorme variedade de compostos de carbono. Enquanto isso, este não é o único elemento químico que pode ser a base da vida.
A existência de outras formas de vida, fundamentalmente diferentes de nossa presença terrena, localização e número de patas, olhos, dentes, garras, tentáculos e outras partes do corpo é um dos tópicos favoritos na literatura de ficção científica.
No entanto, os escritores de ficção científica não se limitam a isso - eles vêm com formas exóticas de vida tradicional (carbono) e seus fundamentos não menos exóticos - digamos, cristais vivos, criaturas de campo de energia sem corpo ou criaturas de organossilício.
Além dos escritores de ficção científica, os cientistas também estão envolvidos na discussão de tais questões, embora sejam muito mais cautelosos em suas avaliações. Afinal, até agora a única base de vida precisamente conhecida pela ciência é o carbono.
No entanto, certa vez o famoso astrônomo e divulgador da ciência Carl Sagan disse que é completamente errado generalizar afirmações sobre a vida terrena em relação à vida em todo o Universo. Sagan chamou essas generalizações de "chauvinismo do carbono", enquanto ele próprio considerava o silício a base alternativa mais provável para a vida.
A principal questão da vida
Forma de vida de organossilício da série de ficção científica "Star Trek"
Vídeo promocional:
O que é a vida? Parece que a resposta a essa pergunta é óbvia, mas por incrível que pareça, ainda há discussões sobre critérios formais na comunidade científica. No entanto, vários traços característicos podem ser distinguidos: a vida deve se reproduzir e evoluir e, para isso, várias condições importantes devem ser atendidas.
Em primeiro lugar, para a existência de vida, um grande número de compostos químicos é necessário, consistindo principalmente de um número limitado de elementos químicos. No caso da química orgânica, são carbono, hidrogênio, nitrogênio, oxigênio, enxofre, e o número de tais compostos é enorme.
Em segundo lugar, esses compostos devem ser termodinamicamente estáveis ou pelo menos metaestáveis, ou seja, seu tempo de vida deve ser longo o suficiente para realizar várias reações bioquímicas.
A terceira condição é que deve haver reações para extrair energia do meio ambiente, bem como para acumulá-la e liberá-la.
Quarto, para a auto-reprodução da vida, é necessário um mecanismo de hereditariedade, no qual uma grande molécula aperiódica atua como portadora de informação.
Erwin Schrödinger sugeriu que um cristal aperiódico poderia ser o portador da informação hereditária, e mais tarde a estrutura da molécula de DNA, um copolímero linear, foi descoberta. Finalmente, todas essas substâncias devem estar no estado líquido para garantir uma taxa suficiente de reações metabólicas (metabolismo) devido à difusão.
Alternativas tradicionais
No caso do carbono, todas essas condições são atendidas, mas mesmo com a alternativa mais próxima - o silício - a situação está longe de ser tão otimista. As moléculas de organossilício podem ser longas o suficiente para transportar informações hereditárias, mas sua diversidade é muito pobre em comparação com os orgânicos de carbono - por causa do tamanho maior dos átomos, o silício dificilmente forma ligações duplas, o que limita muito as possibilidades de anexar vários grupos funcionais.
Além disso, os silicones de hidrogênio saturados - silanos - são completamente instáveis. Claro, também existem compostos estáveis, como os silicatos, mas a maioria deles são substâncias sólidas em condições normais.
Com outros elementos, como o boro ou o enxofre, a situação é ainda pior: o organoboro e os compostos de enxofre de alto peso molecular são extremamente instáveis e sua diversidade é insuficiente para dar à vida todas as condições necessárias.
Sob pressão
“O nitrogênio nunca foi seriamente considerado como a base para a vida, já que em condições normais o único composto de nitrogênio-hidrogênio estável é a amônia NH3”, diz Artem Oganov, chefe do laboratório de design de materiais auxiliado por computador do MIPT, professor da Stony Brook University em Nova York e do Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech).
“No entanto, recentemente, ao simular vários sistemas de nitrogênio em altas pressões (até 800 GPa) usando nosso algoritmo USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography), nosso grupo descobriu uma coisa incrível.
Descobriu-se que em pressões acima de 36 GPa (360.000 atm), uma série de nitrogênio de hidrogênio estável aparece, como longas cadeias de polímero unidimensional de unidades N4H, N3H, N2H e NH, N9H4 exótico, que formam folhas bidimensionais de átomos de nitrogênio com cátions NH4 + anexados, e compostos moleculares N8H, NH2, N3H7, NH4, NH5.
Na verdade, descobrimos que, a pressões da ordem de 40-60 GPa, a química do nitrogênio-hidrogênio em sua diversidade excede significativamente a química dos compostos de hidrocarbonetos em condições normais. Isso nos permite esperar que a química dos sistemas envolvendo nitrogênio, hidrogênio, oxigênio e enxofre também seja mais rica em diversidade do que a orgânica tradicional em condições normais."
Passo para a vida
Essa hipótese do grupo de Artem Oganov abre possibilidades completamente inesperadas em termos de uma base de vida sem carbono.
“O nitrogênio do hidrogênio pode formar longas cadeias de polímero e até folhas bidimensionais”, explica Artem. - Agora que estamos estudando as propriedades de tais sistemas com a participação do oxigênio, então adicionaremos carbono e enxofre à consideração em nossos modelos, e isso, possivelmente, abrirá caminho para análogos de nitrogênio de proteínas de carbono, embora os mais simples para começar, sem centros ativos e estrutura complexa.
A questão das fontes de energia para a vida à base de nitrogênio ainda está em aberto, embora possa muito bem ser algum tipo de reação redox ainda desconhecida para nós, ocorrendo sob condições de alta pressão. Na realidade, tais condições podem existir nas entranhas de planetas gigantes como Urano ou Netuno, embora as temperaturas lá sejam muito altas. Mas até agora não sabemos exatamente quais reações podem ocorrer lá e quais delas são importantes para a vida, portanto, não podemos estimar com precisão a faixa de temperatura necessária."
As condições de vida baseadas em compostos de nitrogênio podem parecer extremamente exóticas para os leitores. Mas basta lembrar o fato de que a abundância de planetas gigantes em sistemas estelares é pelo menos não menor do que a de planetas rochosos semelhantes à Terra. E isso significa que no Universo ela é nossa, a vida do carbono pode ser muito mais exótica.
“O nitrogênio é o sétimo elemento mais abundante no universo. Existem alguns deles na composição de planetas gigantes como Urano e Netuno. Acredita-se que o nitrogênio esteja presente principalmente na forma de amônia, mas nossa modelagem mostra que em pressões acima de 460 GPa, a amônia deixa de ser um composto estável (como é em condições normais). Então, talvez, nas entranhas de planetas gigantes, em vez de amônia, existam moléculas completamente diferentes, e é essa química que estamos investigando agora."
Nitrogênio exótico
Em altas pressões, o nitrogênio e o hidrogênio formam muitos compostos estáveis, complexos e incomuns. A química desses compostos de hidrogênio-nitrogênio é muito mais diversa do que a química dos hidrocarbonetos em condições normais, portanto, espera-se que os compostos de nitrogênio-hidrogênio-oxigênio-sulfeto possam superar a química orgânica em riqueza.
A figura mostra as estruturas N4H, N3H, N2H, NH, N9H4 (rosa - átomos de hidrogênio, azul - nitrogênio). A moldura rosa contém unidades monoméricas.
Espaço de convivência
É possível que, em busca de vida exótica, não tenhamos que voar para o outro extremo do universo. Em nosso próprio sistema solar, existem dois planetas com condições adequadas. Tanto Urano quanto Netuno estão envoltos em uma atmosfera de hidrogênio, hélio e metano, e parecem ter um núcleo de sílica-ferro-níquel.
E entre o núcleo e a atmosfera está um manto, consistindo de um líquido quente - uma mistura de água, amônia e metano. É nesse líquido, nas pressões certas e nas profundidades apropriadas, que a decomposição da amônia prevista pelo grupo de Artem Oganov e a formação do exótico hidrogênio nitrogênio, bem como compostos mais complexos, incluindo oxigênio, carbono e enxofre, podem ocorrer.
Netuno também possui uma fonte interna de calor, cuja natureza ainda não é claramente compreendida (presume-se que seja um aquecimento radiogênico, químico ou gravitacional). Isso nos permite expandir significativamente a "zona habitável" em torno de nossa (ou outra) estrela, muito além dos limites disponíveis para nossa frágil vida de carbono.
Dmitry Mamontov
