Альтернативная углерод-кислородной жизнь

[*php*]

На первом семинаре этого семестра обсуждали со студентами природу химической связи, ее характеристики - и заодно подняли вопрос об "альтернативной жизни", понимая под нормальной жизнь на основе углерода при использовании кислорода в качестве окислителя.

Первым делом вспомнили "Сердце змеи" Ефремова. (Углерод - фтор).
Потом  поговорили о жизни на основе кремния.
Оба варианта не понравились .

А ведь когда-то это было модно. Да и сейчас время от времени встречается.

Вспомним/обсудим?

[Crocuta crocuta]

Оба варианта не понравились .

А что не так?

[C@esar]

Оба варианта не понравились .

А что не так?

Фтор - слабая альтернатива кислороду. Окислительные способности у него ограничены именно в силу своей исключительности - цепляется ко всему подряд - и не отцепишь... валентность-то только одна...
Фторуглеродные полимеры (тефлон) - очень скользкие, нереакционноспособные..

Кремний - хуже углерода в плане реакционной способности, оксид углерода - углекислый газ (который участвует в регенерации углерода и кислорода), а оксид кремния - кварц, который ничем, кроме плавиковой кислоты не проймешь...

[*php*]

Если сделать оговорку "жизнь на планете", то фтор не годится, т.к. слишком активен, а фториды слишком устойчивы.
С кремнием другая проблема: кварц - слишком стабильное соединение. И, к тому же, твердое.

[C@esar]

Если сделать оговорку "жизнь на планете", то фтор не годится, т.к. слишком активен, а фториды слишком устойчивы.
С кремнием другая проблема: кварц - слишком стабильное соединение. И, к тому же, твердое.

Постойте... А что вы имели в виду говоря "жизнь на планете"?

[*php*]

Во избежание возникновения обсуждения разумной плазмы, электромагнитных полей,  и прочего сверхчувственного.
Под"на планете" имелось в виду "жизнь, носителями которой являются материальные тела".

[C@esar]

Во избежание возникновения обсужденеия разумной плазмы, электромагнитных полей,  и прочего сверхчувственного.
Под"на планете" имелось в виду "жизнь, носителями которой являются материальные тела".

Понятно 
Действительно, лучше без плазмы...

[Nordwind]

*php*, очень интересная тема! Не могли бы Вы осветить вот какой вопрос: обычно в качестве замены углероду предлагают кремний. Но при этом говорят, что кремниевые соединения в наших условиях не отличаются стабильностью. Если правильно помню из школьных уроков химии, водное окружение не очень подходит, так как в воде кремниевые соединения менее активны; высокотемпературные условия вроде бы должны лучше подходить, но у углерода температура плавления опять-таки выше, чем у кремния. А какими теоретически должны быть условия, чтобы предпочтительным был именно кремний?

[*php*]

Что такое жизнь? Это, в более-менее привычном нам понимании, поглощение и переработка вещества из окружения и обмен энергии с окружением, позволяющий организму осуществлять некие функции. При этом многие ученые в числе необходимых функций указывают способность к воспроизводству. С такой точки зрения и автоматический производственный комплекс - живое существо.

Также выдвигаются требования к умению приспособиться к окружающей среде, к способности видоизменяться при изменении внешних условий, и т.п.

На самом деле, описанный, к примеру, в романе С.Лема "Жизнь на Земле" кибернетический социум можно назвать жизнью. Однако таковая жизнь самозародиться не может - равно как не может прогрессировать качественно. (Утверждение, конечно, спорное - но к дискуссии на тему кибернетического разума я не готов. Да и не особенно мне интересна эта тема).

В случае жизни на углерод-кислородной основе мы имеем дело с несомненно протекающим процессом эволюции высших форм из низших. С чего все начиналось - вопрос. В принципе, вполне достаточно было запустить в питательный бульон протоокеана несколько живых клеток.
Химия углерода уникальна. И уникальность ее обусловлена тем, что прочность связи углерода с другими элементами (водород, кислород, азот - основные) вполне сопоставима с прочностью связи углерод-углерод.
Поэтому в компоте органических соединений постоянно происходят какие-то реакции, образуются какие-то вещества. Самые разные. А дальше работают закон больших чисел и теория вероятностей.
Вопрос с первыми клетками, насколько мне известно, до сих пор открыт. Но вот утверждения о том, что все поливидовое разнообразие животного и растительного мира суть творение Господа, критики не выдерживает.
Чем хорош углерод в связке с водой и азотом? Тем, что число разных соединений, которые могут быть"построены" на их основе, бесконечно. И это будут соединения различных типов, могущие выполнять любые функции. Что создает предпосылки для возможности существования огромного многообразия схем обмена веществ.
Чем плох фтор? В отличие от кислорода, фтор образует с углеродом слишком прочную связь, "вытесняя" любые другие связанные с ним элементы.  На первый взгляд, кислород ведет себя аналогично (органические соединения горят или окисляются, энергетический минимум для смеси органического соединения с кислородом - углекислый газ и вода). Но: при нормальных условиях (когда вода представляет собой жидкость) из-за достаточно высокой прочности связей С-С, С-Н, С-N эти процессы не протекают. Фтор уже реагирует. Более того, при реакции С-H + F-F = C-F + H-F, к примеру, выделяется дополнительная энергия, которой (в отличие от случая с кислородом) достаточно, чтобы в продуктах этой реакции рвались "уцелевшие" связи С-С или С-Н.
Следствие: в отличие от кислорода, использование фтора в реакциях окисления приводит к образованию фрагментов более простой структуры. Ни о каком многообразии соединений углерода речи уже нет.
И последнее: а из чего делать планету, на которой мы планируем "запустить" механизм обмена веществ на основе фтора?
Кремний исключается. Т.к. SiO2 и сам кремний со фтором реагируют с образованием SiF4. Это - газ.

В принципе, готов рассмотреть вариант, при котором атмосфера состоит из кислорода и хлора. Но в этом случае нам придется исключить из биоорганики стабильные во времени связи N-H. Это важный тип связей.

Кремний в связке с кислородом: при нормальных условиях (от -100 до +100 градусов С) ни о какой органической жизни на основе кремния речи нет. Связь Si-O слишклм стабильна. И любые молекулы,содержащие (по аналогии с органическими) связи Si-H и Si-Si, с неизбежностью будут стремиться превратиться в песок. Пока кислород не кончится (или не останется связей Si-Si и Si-H). Заменить кислород серой? Вариант. Но по-прежнему останется проблема низкой прочности связи Si-Si.
Да и вода в случае с кремнием "работает" совершенно не так,как в случае с углеродом. Стремится образовать все тот же кремнезем.
Остается вариант - допустить возможность существования самоорганизующихся и самовоспроизводящихся систем на основе тех же силикатов. Минералов. Возможно ли такое в принципе? Да, скорее всего. Но "жить" такие организмы должны в магме. При несколько иных температурах.

Итак, сухой остаток: встретив на перекрестках галактики двуногого прямоходящего "чужого", мы можем быть практически уверены в том, что обмен веществ в его организме построен на основе углерода и воды

[Mumrik]

Если обмен веществ на основе кремния протекает медленнее, чем углеродный, то сколько же времени может занять эволюция таких организмов до состояния разумных?

Кстати, а какие соединения могут образовываться при повышенном давлении?

[*php*]

Про медленный обмен веществ на основе кремния я не говорил ни слова.
Если такая жизнь зародилась в магме, процессы, там протекающие, весьма быстры.
А возникновение разума - вообще тема своеобразная. И обсуждать ее у меня совершенно нет желания (образования не хватает, чтобы говорить об этом даже на дилетантском уровне).

По поводу давления: в общем случае повышение давления протекание реакций ускоряет.
Кроме того, оно смещает равновесие в химических реакциях (классический пример: из двух форм углерода - графита и алмаза - более стабилен при нормальных условиях графит. Но при очень высоких давлениях образуется алмаз - и если это давление быстро "убрать", алмазом и остается.)

[C@esar]

По поводу жизни в магме.
Реакции с участием ферментов отличаются 100% специфичностью, 100% селективностью и 100% выходом.
Вопрос: можно ли этого добиться в магме? Потому что без этого эволюция мне кажется нереальной.

[*php*]

По поводу жизни в магме.
Реакции с участием ферментов отличаются 100% специфичностью, 100% селективностью и 100% выходом.
Вопрос: можно ли этого добиться в магме? Потому что без этого эволюция мне кажется нереальной.

Да, это один из аргументов в пользу углеродной жизни.
Именно соединения углерода с другими элементами способны гарантированно обеспечить пространственное строение фермента, требуемое для селективного протекания определенной реакции.
Кремний - это фазы. Процессы обмена веществ возможны, но в  эволюцию верится с трудом. Сложно представить себе наследуемую мутацию в фазе переменного состава.

[Мариула]

Нее Лучше отрастить жабры. Под водой  вроде как летать можно  

[Мэлис]

Разумная кремниевая жизнь вряд ли возможна, а вот просто жизнь на основе кремния вполне реальна - именно в высокотемпературных условиях, где белок не может существовать.
Ефремов, кажется, еще о сере говорил...