Dela med sig:
10 hypotetiska former av liv
I sökandet efter utomjordisk intelligens har vissa anklagats för att ha en känsla av "kolchauvinism" och förväntar sig att andra livsformer i universum ska tillverkas av samma biokemiska byggstenar som vi är och skräddarsy våra sökningar i enlighet därmed. Här är 10 exempel på biologiska och icke-biologiska system som sträcker definitionen av "livet".
10 metanogener
År 2005 producerade Heather Smith från International Space University i Strasbourg och Chris McKay från NASAs Ames Research Center ett papper som spekulerade på möjligheten att det finns metanbaserat liv eller "metanogener". Sådana livsformer skulle kunna konsumera väte, acetylen , och etan och andas ut ur metan istället för koldioxid.
Detta skulle göra det möjligt för beboeliga zoner för livet att existera på kalla världar som Saturnus Moon Titan. Liksom jorden är den titaniska atmosfären mest kväve, men den blandas med metan. Titan är också den enda platsen i vårt solsystem än jord för att ha stora flytande kroppar, sjöar och floder av en etan-metanblandning. (Underjordiska vattenkroppar finns också på Titan, dess systermåne Enceladus och Jovian Moon Europa, men.) Vätska anses vara nödvändigt för det organiska livets molekylära interaktioner och mest uppmärksamhet har varit inriktad på vatten, men sådana interaktioner är också möjligt i etan och metan.
NASA-ESA Cassini-Huygens uppdrag 2004 visade en lerig värld med en temperatur på -179 grader, där vattnet är fast som berg och metan strömmar genom floddalar och pooler i polar sjöar. Under 2015 utvecklade ett team av kemiska ingenjörer och astronomer vid Cornell University ett teoretiskt cellmembran av små organiska kväveföreningar som kunde fungera i Titans flytande metan. De kallade sin teoretiska cell "azotosom", vilket betyder "kvävekropp", som hade samma stabilitet och flexibilitet hos en jordisk liposom. Den mest framträdande molekylära föreningen var akrylonitril-azotosom. Akrylonitril, en färglös och giftig organisk molekyl som används för akrylfibrer, hartser och termoplaster på jorden, har hittats i Titans atmosfär.
Konsekvenserna för sökandet efter det yttre livet är stora. Inte bara kan livet uppstå på Titan, men det kan potentiellt detekteras av väte, acetylen och etanutarmning på ytan. Metan-dominerad atmosfär på månar och planeter kan existera runt Sun-like stjärnor, men också kring röda dvärgstjärnor med en bredare beboelig zon (som världar som Titan är ogenomskinliga till blått och ultraviolett ljus men transparent för rött och infrarött ljus). Om NASA lanserar Titan Mare Explorer 2016 måste vi kanske vänta till 2023 för att få veta mer.
9 Silikonbaserat liv
Kiselbaserat liv är kanske den vanligaste formen av alternativ biokemi utforskad i populärvetenskap, framförallt när det gäller Horta från Star Trek. Konceptet är en gammal, som återspeglar HG Wells spekulationer 1894: "Man är skrynkad mot fantastiska fantasier med ett sådant förslag: Visioner av kiselaluminiumorganismer - varför inte kiselaluminium-män på en gång? - Vandra genom en atmosfär av gasformigt svavel, låt oss säga, vid stranden av ett hav av flytande järn några tusen grader eller så över temperaturen på en masugn. "
Silikon är populärt precis för att det är så likt kol och kan bilda fyra bindningar, precis som kol, vilket möjliggör ett helt kiselbaserat biokemiskt system. Det är det mest rikliga elementet i jordskorpan än syre. Det finns en form av alger på jorden som inkorporerar kisel i sin tillväxtprocess. Silikon lider nackdelen med att spela andra fiddel till kol, vilket kan bilda mer stabila och olika komplexa strukturer som är nödvändiga för livet. Kolmolekyler innehåller syre och kväve, vilket bildar extremt stabila bindningar. Komplicerade kiselbaserade molekyler har en olycklig tendens att falla ihop. Kol är också extremt vanligt i hela universum och har funnits i miljarder år.
Kisellivet är osannolikt att dyka upp i en jordliknande miljö, eftersom de flesta fria kiselerna skulle vara spärrade i vulkaniska och igneösa stenar av silikatmineraler. Det är teoretiskt att saker kan vara annorlunda i en hög temperatur miljö, men inga bevis har hittats. En extrem värld som Titan skulle kunna stödja kiselbaserat liv, som kanske utgör grunden för de tidigare nämnda metanogenerna, eftersom kiselmolekyler som silaner och polysilaner efterliknar jordens organiska kemi. Men på Titan domineras ytan av kol, medan det mesta av kiselet är djupt under ytan.
NASA-astrokemisten Max Bernstein har spekulerat att kiselbaserat liv kan existera på en mycket het planet med en väterik och syrefattig atmosfär, vilket möjliggör komplex silankemi med reversibla silikonbindningar med selen eller tellurium, men han trodde det osannolikt eller sällsynt. På jorden skulle sådana organismer replikera mycket långsamt, och våra respektive biokemister skulle inte vara några hot mot varandra. De kunde långsamt konsumera våra städer, men, "Förmodligen kan du ta en jackhammer till det."
8 Andra alternativa biokemister
Det har förekommit ett antal andra förslag till livssystem baserade på något annat än kol. Liksom kol och kisel har bor en tendens att bilda starka kovalenta molekylära föreningar, som bildar många olika strukturella hydridarter, i vilka boratomer är kopplade med vätebroar. Liksom kol kan bor bilda bindningar med kväve för att skapa föreningar som har kemiska och fysikaliska egenskaper som liknar alkaner, de enklaste organiska föreningarna.Huvudproblemet med borbaserat liv är att elementet, så vitt vi vet, är extremt sällsynt. Borbaserat liv skulle vara mest genomförbart i en miljö där temperaturen är tillräckligt låg för att ammoniak ska vara ett flytande lösningsmedel, eftersom kemiska reaktioner skulle vara mer kontrollerbara.
En annan hypotetisk form av liv som fick lite medieuppmärksamhet är arsenbaserat liv. Allt liv på jorden består av kol, väte, kväve, syre, fosfor och svavel, men i 2010 hävdar NASA att den har hittat en bakterie med namnet GFAJ-1 som skulle kunna införliva arsenik i stället för fosfor i cellstrukturen utan att bli sjuk effekter. GFAJ-1 trivs i det arsenrika vattnet i Monosjön i Kalifornien. Arsenik är giftigt för alla levande saker på planeten, förutom några mikroorganismer som kan tolerera eller andas. GFAJ-1 var det första fallet av en organism som inkorporerar elementet som ett biologiskt byggstenar. Oberoende forskare kastade kallt vatten på påståenden när de fann inga bevis på att arsenik införlivades i DNA, bara att hitta arsenat som klamrade sig vid sidan av GFAJ-1-DNA. Fortfarande har intresset för möjligheten till arsenikbaserad biokemi ökat.
Ammoniak har kallats som ett möjligt alternativ till vatten för byggandet av livsformer. Vissa har ställt en biokemi baserad på kväve-väteföreningar med användning av ammoniak som ett lösningsmedel, som kan användas för att bygga proteiner, nukleinsyror och polypeptider. En eventuell ammoniakbaserad livsform skulle behöva hantera de lägre temperaturerna i vilka det tar ett vätsketillstånd såväl som ett mindre temperaturfönster. Fast ammoniak är tätare än flytande ammoniak, så det finns inget sätt att stoppa det från att frysa i en kall snap. Detta är inte ett problem för encelliga organismer men skulle sannolikt orsaka kaos för multicellulära organismer. Fortfarande finns möjligheten för ammoniakbaserade encelliga organismer på solsystemets kallare planeter, liksom gasjättar som Jupiter.
Svavel tros ha bildat grunden för tidig metabolism på jorden, och organismer som metaboliserar svavel istället för syre är kända att existera i vissa extrema miljöer på jorden. Kanske i en annan värld skulle svavelbaserade livsformer ha en utvecklingsfördel. Vissa tror att kväve och fosfor också kan ta plats för kol, förmodligen under mycket specifika förhållanden.
7 Memetic Life
Richard Dawkins anser att operationsprincipen bakom livet är att "Allt liv utvecklas genom att de replikerande enheternas differential överlevnad." Livet måste kunna replikera (med viss variation) och placeras i en miljö där naturligt urval och evolution är möjlig. I sin bok, Den själviska genenDawkins påpekade att begrepp och idéer utvecklas i hjärnan och sprids mellan människor genom kommunikation. På många sätt liknar detta beteendet och anpassningen av gener, så han kallade dem "memes". Några jämför låtar, skämt och ritualer som delas i mänskliga samhällen med de mycket tidiga stadierna av organiska livsfria radikaler som simmar i jordens antika hav . Sådana varelser i sinnet replikeras, utvecklas och tävlar om överlevnad i ideens rike.
Sådana memes fanns före mänskligheten, i sociala fågelsamtal och lärt sig beteende i primater. När mänskligheten blev abstrakt, blev dessa memes vidareutvecklade, styrande stamrelationer och bildade grunden för den första tullen, kulturen och religionen. Uppkomsten av att skriva vidare ansträngde utvecklingen av memes, eftersom de kunde föröka sig vidare över rymden och tiden, utbredande memetisk information på samma sätt som gener spridar biologisk information. För vissa är detta ren analogi, men andra hävdar att memes utgör grunden för en unik, om något rudimentär och begränsad, livsform.
Vissa har tagit det vidare. George van Driem har utvecklat teorin om symbiosism, som hävdar att språk är själva livsformer. Äldre språkliga teorier höll det här språket som en slags parasit, men van Driem håller vi existerar i ett samarbetsförhållande med de memetiska enheterna som bor i våra hjärnor. Vi lever i ett symbiotiskt förhållande med dessa språkorganismer: Utan oss kan de inte existera, och utan dem är vi lite mer än vilda hominider. Han tror att illusionen av medvetenhet och fri vilja kommer fram ur samspelet mellan djurinstinktioner, hungrar och lustar hos den mänskliga värden och en språklig symbion som återger sig genom idéer och mening.
6 XNA-baserat syntetiskt liv
Livet på jorden är baserat på två informationsbärande molekyler, DNA och RNA, och forskare har länge undrat om det var möjligt att andra liknande molekyler är möjliga. Medan någon polymer kan lagra information, visar RNA och DNA arv, kodar och överför genetisk information och kan anpassa sig över tid genom evolutionära processer. DNA och RNA är strängar av molekyler som kallas nukleotider, som består av tre kemiska komponenter-ett fosfat, en 5-kolsockergrupp (antingen ett deoxiribosocker i DNA eller ett ribosocker i RNA) och en av fem standardbaser (adenin, guanin, cytosin, tymin eller uracil).
Under 2012 blev ett team forskare från England, Belgien och Danmark de första i världen för att utveckla xeno-nukleinsyra (XNA), syntetiska nukleotider som funktionellt och strukturellt liknar DNA och RNA. Dessa utvecklades genom att ersätta deoxyribos- och ribosockergrupperna med olika substitut. Sådana molekyler hade utvecklats tidigare, men detta var första gången som de hade visat sig kunna replikera och utvecklas.I DNA och RNA sker replikation genom molekyler som kallas polymeraser, vilka kan läsa, transkribera och reversera transkribera normala nukleinsyrasekvenser. Teamet skapade syntetiska polymeraser för att skapa sex nya genetiska system-HNA, CeNA, LNA, ANA, FANA och TNA.
En av de nya genetiska systemen, HNA eller hexitol nukleinsyra, visade sig vara robust nog för att lagra tillräckligt genetisk information för att tjäna som grund för biologiska system. En annan, strängnukleinsyra eller TNA anses vara en potentiell kandidat för den mystiska primordiala biokemi som regerade före livets gryning.
Det finns ett antal potentiella tillämpningar för denna utveckling. Ytterligare studier kan bidra till att utveckla bättre modeller för livets utseende på jorden och få konsekvenser för spekulationer om biologi. XNA kan ha terapeutiska tillämpningar, vilket skapar nukleinsyrabehandlingar som kan binda till specifika molekylära mål utan att försämras så snabbt som DNA eller RNA. De kan till och med utgöra grunden för molekylära maskiner, eller en helt syntetisk livsform.
Men innan det skulle vara möjligt skulle andra enzymer anpassade till en viss XNA behöva utvecklas. Några av dessa enzymer utvecklades i Storbritannien i slutet av 2014. Det finns också en möjlighet att XNA kan komma in i den genetiska informationen hos en RNA / DNA-organism och orsaka skada, så att skyddsåtgärder måste införas.
5 kromodynamiskt, svagt kärnkraft och gravitationsliv
1979, forskare och nanotekniker Robert A. Freitas Jr. argumenterade för möjligheten av ett biologiskt liv. Han hävdade att möjliga metabolismer för levande system är baserade på de fyra grundläggande krafterna-elektromagnetism, stark kärnkraft (eller kvantkromodynamik), svag kärnkraft och tyngdkraft. Det elektromagnetiska livet är det normala biologiska livet som finns på jorden, såväl som utomjordiska biologiska konfigurationer och maskinbaserade livsformer.
Det kromodynamiska livet kan vara möjligt baserat på den starka kärnkraften, som är den starkaste av de grundläggande krafterna, men bara över extremt korta avstånd. Han föreslår att en sådan miljö är möjlig på en neutronstjärna, ett tungt spinnande objekt 10-20 kilometer (6-12 mi) i diameter med massan av en stjärna. Med hög densitet, otroliga magnetfält och gravitation 100 miljarder gånger jordens, har de en 3 kilometer tjock kristallin järnkärna. Under detta är ett hav av extremt heta neutroner med en mängd olika kärnpartiklar, inklusive protoner och atomkärnor och möjligen mycket neutronrika "makronukle". Dessa makronukleier kan teoretiskt bilda större supernuclei analog med organiska molekyler, med neutroner som verkar som ekvivalenter av vatten i ett extremt bisarrt pseudo-biologiskt system.
Freitas ser livsformer med svag-nukleär kraft som mindre sannolikt, eftersom svaga styrkor endast arbetar endast i underkärnområden och de är inte särskilt starka. Eftersom det ofta uppträder i radioaktivt beta- och fritt neutronförfall kan en svag kraft livsform existera genom att noggrant styra de svaga interaktionerna i sin miljö. Han föreställde varelser som består av atomer med överskott av neutroner som blir radioaktiva när de dör. Det spekuleras att det finns områden i universum där den svaga kärnkraften är starkare, vilket ökar chanserna för denna typ av liv.
Gravitationsväsen kan också existera, ty tyngdkraften är den vanligaste och mest effektiva grundläggande kraften i universum. Sådana varelser kan härleda energi från gravitationen, med enorma gravitationenheter som matar sig på kollisioner mellan svarta hål, galaxer eller andra himmelska föremål, något mindre enheter från planetens rotations- och orbitalrörelse och ännu mindre gravitationella enheter som matar sig från vattenfallets energi , vindmönster, tidvatten och havsströmmar, eller till och med jordbävningar.
4 Dammiga Plasma Livsformer
Det organiska livet på jorden bygger på kolföreningar, och vi har redan diskuterat flera biologiska alternativ till kol. Men under 2007 ledde ett internationellt team av V.N. Tsytovich av General Physics Institute of Russian Academy of Science dokumenterade att under de korrekta förhållandena kan partiklar av oorganiskt damm organiseras i spiralformiga strukturer, som sedan kan interagera med varandra på ett sätt som mycket liknar organisk kemi. Detta beteende förekommer i ett tillstånd av plasma, det fjärde tillståndet av materia bortom fast, flytande och gas, där elektroner rivs från atomer och lämnar en massa laddade partiklar.
Tsytovichs team fann att elektroniska laddningar separerades och plasman blev polariserad, partiklar i plasman självorganiserad i korkskruvformade spiralformade strukturer elektriskt laddade och attraherade till varandra. De kan också dela för att bilda kopior av den ursprungliga strukturen, mycket som DNA, och inducera förändringar i sina grannar. Enligt Tsytovich, "Dessa komplexa, självorganiserade plasmastrukturer uppvisar alla nödvändiga egenskaper för att kvalificera dem som kandidater för oorganisk levande materia. De är autonoma, de reproducerar och de utvecklas. "
Vissa är förståeligt skeptiska och tror att påståenden om att de oorganiska strukturerna representerar livet är mer PR än allvarliga, vetenskapliga påståenden. Medan de spiralformiga strukturerna som bildas i plasma kan likna DNA, betyder likhet i form inte nödvändigtvis likhet i funktion. Dessutom är det faktum att spiralerna själva replikerar inte heller någon indikation på livspotentialen. moln kan också göra det. Mest avgörande var mycket av forskningen baserad på datormodeller snarare än observation.
Ett av experimentets deltagare hävdade att medan resultaten verkligen liknade livet, var de i slutet av dagen "bara en speciell form av plasmakristall". Om det är möjligt att oorganiska partiklar i plasma kan utvecklas till självreplikerande , utvecklande livsformer, kan de vara den vanligaste formen av livet i universum tack vare de allestädes närvarande plasma- och interstellära dammskygen i rymden.
3 iCHELLs
Professor Lee Cronin, Gardiner Stol för kemi vid University of Science and Engineering vid University of Glasgow, har en dröm, och den drömmen är att skapa levande celler ur metall. Han använde polyoxometalater, en rad metallatomer kopplade till syre och fosfor, för att skapa cellliknande bubblor som han kallar oorganiska-kemiska celler eller iCHELLs.
Cronins lag började genom att skapa salter från negativt laddade joner av de stora metalloxiderna bundna till en liten, positivt laddad jon, såsom väte eller natrium. En lösning av dessa salter sprutas sedan in i en annan saltlösning full av stora, positivt laddade organiska joner bundna till små, negativa. De två salterna möter och byter delar, och de stora metalloxiderna samverkar med de stora organiska jonerna och bildar ett slags skal eller bubbla som är olösligt i vatten. Genom att modifiera metalloxidskelettet kan bubblorna ges egenskaperna hos biologiska cellmembran, vilket selektivt tillåter kemikalier in och ut ur cellen, vilket möjligen möjliggör samma typ av kontrollerade kemiska reaktioner som uppträder i levande celler.
Teamet har också gjort bubblor inom bubblor, efterliknar de interna strukturerna hos biologiska celler och har gjort framsteg mot att skapa en artificiell form av fotosyntes, som potentiellt kan användas för att skapa konstgjorda växtliknande celler. Andra syntetiska biologer noterar att cellerna aldrig kommer att vara livliga tills de har något system för replikation och utveckling, som DNA. Cronin sägs vara hoppfull att fortsatt utveckling kommer att visa vägen. Potentiella tillämpningar för tekniken är utveckling av material för solbränsleanordningar (cellerna kan också lagra el) och potentiella medicinska tillämpningar.
Enligt Cronin: "Det stora målet är att konstruera komplexa kemiska celler med livsliknande egenskaper som kan hjälpa oss att förstå hur livet uppstod och även att använda detta tillvägagångssätt för att definiera en ny teknik baserad på evolution i materialvärlden - en slags oorganisk levande teknik. "
2 Von Neumann Probes
Maskinbaserat konstgjort liv är en vanlig idé, nästan triten, så vi kommer att fokusera på de fascinerande Von Neumann-proberna i den här artikeln. De föreställdes först av ungerska matematikern och futuristen John Von Neumann från mitten av 1900-talet, som trodde att en maskin skulle kräva självkontroll och självreparationsmekanismer för att replikera funktionerna i den mänskliga hjärnan. Han kom fram med tanken på att skapa självreplikerande maskiner baserat på observationer av hur livet ökar i komplexitet genom replikering. Han trodde att sådana maskiner skulle ha någon form av universell konstruktör, vilket skulle göra det möjligt för dem att inte bara bygga repliker av sig själva utan också potentiellt förbättrade eller ändrade versioner, vilket möjliggjorde evolution och ökad komplexitet över tiden.
Andra futuristiska tänkare som Freeman Dyson och Eric Drexler tillämpade snart dessa begrepp inom området för utforskning av rymden och kom fram till begreppet Von Neumann-sond. Att skicka självreplikerande robotar till rymden kan vara det mest effektiva sättet att kolonisera galaxen, eventuellt upptar hela Vintergatan på mindre än en miljon år, även om de begränsas av ljusets hastighet.
Som Michio Kaku förklarar:
En Von Neumann-sond är en robot som är konstruerad för att nå avlägsna stjärnsystem och skapa fabriker som kommer att reproducera kopior själva av tusentalsna. En död måne i stället för en planet gör det idealiska målet för Von Neumann-sonder, eftersom de lätt kan landa och ta av sig från dessa månar, och också för att dessa månar inte har någon erosion. Dessa prober skulle leva utanför landet, med naturligt förekommande avlagringar av järn, nickel etc. för att skapa råvarorna för att bygga en robotfabrik. De skulle skapa tusentals exemplar av sig själva, som då skulle sprida och söka efter andra stjärnsystem.
Olika versioner av den grundläggande Von Neumann sondidén har utvecklats under åren, inklusive prospekterings- och rekognoseringsprober för tyst prospektering och subtil övervakning av utomjordisk civilisation, kommunikationsprober spreds över rymden för att bättre kunna detektera yttre radiosignaler, arbetaresonder för att bygga supermassiva kosmiska strukturer , och koloniseringsprober till fröna nya världar med bosättare. Det kan till och med vara upplyftande sonder som är utformade för att styra nascenta civilisationer i rymden. Mer oroande kan det till och med vara berserkerprober avsedda att släcka alla spår av organiskt liv de möter, vilket kan kräva byggandet av polisprober för att skydda mot sådana attacker. Med tanke på att vissa jämför Von Neumann-sonder till ett slags interstellärt virus, kanske vi vill tänka noggrant innan vi börjar med sådan utveckling.
1 Gaia-hypotesen
1975, Drs. James Lovelock och Sidney Epton coauthored en artikel för New Scientist Med titeln "Uppgiften om Gaia". Medan den konventionella uppfattningen är att livet uppstod på jorden och har blomstrade på grund av att materiella förhållanden var riktiga, hävdar Lovelock och Epton att livet själv har tagit en aktiv roll för att bestämma och bibehålla förutsättningarna för dess överlevnad.De föreslog att all levande materia på jorden, i luften, oceanerna och markytan är en del av ett enda system som uppträder mycket som en levande superorganisme, som kan modifiera ytans temperatur och atmosfärens sammansättning i ordning för att säkerställa dess överlevnad. De kallade detta system Gaia, efter den grekiska jordgudinnan. Det finns för att upprätthålla en homeostas genom vilken biosfären kan existera i jordsystemet.
Lovelock hade arbetat med sin Gaia-hypotes sedan mitten av 1960-talet. Tanken är att jordens biosfär har ett antal naturliga cykler, och när man går fel, kompenserar de andra för att upprätthålla livets levnadsförmåga. Detta har använts för att förklara varför atmosfären inte är mestadels koldioxid eller varför haven inte är för mycket salt. Medan vulkanutbrott skapade en tidig atmosfär av främst koldioxid, utvecklades kväveutbytande bakterier och växter producerade syre genom fotosyntes. Efter miljontals år har atmosfären förändrats till vår nuvarande, ganska trevliga. Trots att floder som bär salt till havs från stenar, förblir oceanisk salthalt stabil på 3,4 procent, eftersom saltet läckas ut genom sprickor i havsbotten. Dessa är inte medvetna processer utan resultatet av återkopplingsslingor som håller planeten i en beboelig balans.
Andra belägg inkluderar hur om det inte var för biotiska aktiviteter skulle ämnen som metan och väte försvinna från atmosfären inom några decennier. Även om solen har ökat i temperatur med 30 procent under de senaste 3,5 miljarder åren har den genomsnittliga globala temperaturen bara fluktuerat med bara 5 grader vid den tiden tack vare en regleringsmekanism som avlägsnade kol dioxid från atmosfären och låses upp i fossiliserad organisk substans.
Inledningsvis hälsades Lovelocks idéer med förlåtelse och anklagelser om New Age-mystik och pseudovetenskap. Men över tiden har Gaia-hypotesen haft ett inflytande på hur forskarna tänker på jordens biosfär, vilket hjälper till att uppmärksamma biosfärens komponenter och hur de påverkar hela. Idag är Gaia-hypotesen mer respekterad än accepterad av forskare. Det betraktas av många som en positiv kulturell ram för vilka vetenskapliga studier kan bedrivas, med respekt för jorden som ett globalt ekosystem.
Paleontologen Peter Ward har utvecklat den rivaliserande Medea-hypotesen, namngiven för mamman som dödade sina barn i grekisk mytologi, som säger att livet är väsentligen självmords- och självförstörande. Han pekar på hur historiskt sett har de flesta massutrotningar orsakats av livsformer, såsom mikroorganismer eller hominider i byxor som orsakar djupa förändringar i jordens atmosfär.