общ

10 възможни форми на живот

В търсене на извънземен разум, учените често получаватобвинения в „въглероден шовинизъм“, защото очакват, че другите форми на живот във Вселената ще се състоят от същите биохимични градивни елементи, каквито сме ние, съответно изграждайки нашите търсения. Но животът може да е различен - и хората мислят за това - така че нека проучим десет възможни биологични и небиологични системи, които разширяват определението на „живот“.

Съдържанието

  • 1 метаногени
  • 2 Силиконов живот
  • 3 Други биохимични възможности
  • 4 Меметичен живот
  • 5 Синтетичен живот на базата на XNA
  • 6 Хромодинамика, слабо ядрено взаимодействие и гравитационен живот
  • 7 Жизнените форми от прах и плазма
  • 8 Неорганични химични клетки
  • 9 сонда на Нойман
  • 10 Гей хипотеза

метаногени


През 2005 г. Хедър Смит от ИнтернешънълКосмическият университет в Страсбург и Крис Макей от изследователския център на Еймс в НАСА са подготвили документ, изследващ възможността за живот на базата на метан, така наречените метаногени. Такива форми на живот могат да консумират водород, ацетилен и етан, издишвайки метан вместо въглероден диоксид.

Това би могло да направи обитаемите зони възможни.живеещи в студени светове като луната на Сатурн Титан. Подобно на Земята, атмосферата на Титан е представена най-вече от азот, но смесен с метан. Титанът е и единственото място в нашата Слънчева система, с изключение на Земята, където има големи течни водни тела - езера и реки от смес на етан-метан. (Подземните водоеми също присъстват на Титан, неговата сестра Луна Енцелад, както и на спътника на Юпитер Европа). Течността се счита за необходима за молекулните взаимодействия на органичния живот и, разбира се, основният акцент ще бъде върху водата, но етанът и метанът също позволяват да се осъществяват такива взаимодействия.

Мисия НАСА и ЕКА Касини-Хюйгенс през 2004 г.Гледах мръсен свят с температура от -179 градуса по Целзий, където водата беше твърда като камък, а метанът плаваше през речни долини и басейни в полярни езера. През 2015 г. екип от химически инженери и астрономи от Университета Корнел разработи теоретична клетъчна мембрана, направена от малки органични азотни съединения, които могат да функционират в течен титанов метан. Те нарекоха теоретичната си клетка „нитрогенозом“, което буквално означава „азотно тяло“, и тя имаше същата стабилност и гъвкавост като наземната липозома. Най-интересното молекулно съединение беше акрилонитрил нитрогенозом. Акрилонитрил, безцветна и отровна органична молекула, се използва за акрилни бои, каучук и термопластика на Земята; той също беше открит в атмосферата на Титан.

Последиците от тези експерименти за търсениятаизвънземният живот е трудно да се надцени. Животът не само може да се развие на Титан, но може да бъде открит и по следи от водород, ацетилен и етан по повърхността. Планетите и луните, в чиято атмосфера преобладава метанът, могат да бъдат не само около звезди като Слънцето, но и около червени джуджета в по-широката зона на Златилокс. Ако НАСА стартира изследователя „Титан маре“ през 2016 г., вече през 2023 г. ще получим подробна информация за възможен живот на азота.

Силиконов живот


Силиконовият живот е може би най-многочесто срещана форма на алтернативна биохимия, обичана от науката и научната фантастика - спомнете си Хортата от „Стар Трек“. Тази идея далеч не е нова, корените й се връщат към мислите на Хърбърт Уелс от 1894 г.: „Какво фантастично въображение би могло да изиграе това предположение: представете си силиконово-алуминиеви организми - или може би силиконово-алуминиеви хора веднага? „Който пътува през атмосферата от газообразна сяра, нека да го кажем така, покрай моретата на течно желязо с температура от няколко хиляди градуса, или нещо подобно, малко над температурата на доменната пещ.“

Силицият остава популярен именно защотомного подобен на въглерода и може да образува четири връзки, като въглерод, което отваря възможността за създаване на биохимична система, напълно зависима от силиция. Това е най-често срещаният елемент в земната кора, с изключение на кислорода. На Земята има водорасли, които включват процеса на растеж на силиций. Силицийът играе втора роля след въглерода, тъй като може да формира по-стабилни и разнообразни сложни структури, необходими за живота. Въглеродните молекули включват кислород и азот, които образуват невероятно силни връзки. Сложните молекули на силициева основа, за съжаление, са склонни да се разпадат. Освен това въглеродът е изключително изобилен във Вселената и съществува от милиарди години.

Малко вероятно е животът на основата на силиций да се появисреда, подобна на земната, тъй като по-голямата част от свободния силиций ще бъде заключена във вулканични и магматични скали от силикатни материали. Смята се, че в среда с висока температура всичко може да бъде различно, но все още не са намерени доказателства. Екстремен свят като Титан може да поддържа живот на основата на силиций, евентуално съчетан с метаногени, тъй като силициевите молекули като силани и полисилани могат да имитират земната органична химия. Независимо от това въглеродът преобладава на повърхността на Титан, докато по-голямата част от силиция е дълбоко под повърхността.

Астрохимикът от НАСА Макс Бернщайн предложи товаживотът на основата на силиций може да съществува на много гореща планета, с атмосфера, богата на водород и бедна на кислород, което позволява сложна силана химия да възникне с обратни силициеви връзки със селен или телур, но това, според Бернщайн, е малко вероятно. На Земята подобни организми ще се размножават много бавно и нашата биохимия няма да се намесва взаимно. Те обаче можеха бавно да изядат нашите градове, но „можеха да използват чук“.

Други биохимични възможности


По принцип имаше доста предложенияпо отношение на жизнените системи, базирани на нещо различно от въглерод. Подобно на въглерод и силиций, борът също има тенденция да образува силни ковалентни молекулни съединения, образувайки различни структурни варианти на хидрид, при които атомите на бор са свързани чрез водородни мостове. Подобно на въглерода, борът може да се свързва с азот, образувайки съединения, подобни по химически и физични свойства на алкани, най-простите органични съединения. Основният проблем с живота на базата на бор е, че той е доста рядък елемент. Животът, базиран на бор, ще бъде най-подходящ в среда, чиято температура е достатъчно ниска за течен амоняк, тогава химическите реакции ще протекат по-контролирано.

Друга възможна форма на живот, която привлечеизвестно внимание, това е животът, базиран на арсен. Целият живот на Земята се състои от въглерод, водород, кислород, фосфор и сяра, но през 2010 г. НАСА обяви, че е открила бактерията GFAJ-1, която може да включва арсен, вместо фосфор в клетъчната структура, без никакви последствия за себе си. GFAJ-1 живее в богатите на арсен води на езерото Моно в Калифорния. Арсенът е отровен за всяко живо същество на планетата, с изключение на няколко микроорганизма, които нормално го понасят или го дишат. GFAJ-1 е първият случай, когато тялото включва този елемент като биологичен градивен елемент. Независими експерти разрешиха малко това твърдение, когато не откриха доказателства за включване на арсен в ДНК или поне някои арсенати. Независимо от това интересът към възможна биохимия, основана на арсена, избухна.

Като възможна алтернатива на водата заамонякът е напреднал и в изграждането на форми на живот. Учените предполагат съществуването на биохимия на базата на азотно-водородни съединения, които използват амоняк като разтворител; може да се използва за създаване на протеини, нуклеинови киселини и полипептиди. Всяка форма на живот на основата на амоняк трябва да съществува при ниски температури, при които амонякът придобива течна форма. Твърдият амоняк е по-гъст от течния амоняк, така че няма начин да го спрете да замръзне по време на студено щракане. За едноклетъчните организми това не би било проблем, но би предизвикало хаос за многоклетъчните организми. Независимо от това, съществува възможността за съществуване на едноклетъчни амонячни организми на студените планети на Слънчевата система, както и на газови гиганти като Юпитер.

Смята се, че сярата е послужила като основа за начало.метаболизъм на Земята и добре познати организми, чийто метаболизъм включва сяра вместо кислород, съществуват при екстремни условия на Земята. Може би в друг свят жизнените форми, базирани на сяра, биха могли да получат еволюционно предимство. Някои смятат, че азотът и фосфорът също могат да заемат мястото на въглерода при доста специфични условия.

Меметичен живот


Ричард Докинс смята, че основният принцип на животазвучи така: „Целият живот се развива, благодарение на механизмите за оцеляване на възпроизвеждащите същества“. Животът трябва да може да се възпроизвежда (с някои предположения) и да пребивава в среда, в която естественият подбор и еволюция ще бъдат възможни. В своята книга „Егоистичният ген“ Доукинс отбелязва, че концепциите и идеите се развиват в мозъка и се разпространяват сред хората чрез комуникация. В много отношения прилича на поведението и адаптацията на гените, затова ги нарича „мемове“. Някои сравняват песните, шегите и ритуалите на човешкото общество с първите етапи на органичния живот - свободни радикали, плаващи в древните морета на Земята. Творенията на ума се възпроизвеждат, развиват се и се борят за оцеляване в царството на идеите.

Подобни меми са съществували преди човечеството, всоциални призиви на птици и научено поведение на примати. Когато човечеството стана способно да мисли абстрактно, мемите бяха допълнително разработени чрез управление на племенните отношения и формиране на основата на първите традиции, култура и религия. Изобретяването на писането тласна развитието на мемите още повече, тъй като те бяха в състояние да се разпространяват в пространството и времето, предавайки меметична информация по същия начин, по който гените предават биологична информация. За някои това е чиста аналогия, но други смятат, че мемите представляват уникална, макар и леко рудиментарна и ограничена форма на живот.

Някои отидоха още по-далеч. Георг ван Дрийн разработи теорията за „симбионизма“, което предполага, че самите езици са форми на живот. Старите езикови теории считаха езика за малко за паразит, но ван Дрейм вярва, че живеем в сътрудничество с меметичните образувания, които обитават мозъка ни. Ние живеем в симбиотични отношения с езикови организми: без нас те не могат да съществуват и без тях ние не се различаваме от маймуните. Той вярва, че илюзията за съзнание и свободна воля е резултат от взаимодействието на животински инстинкти, глад и похот на човешки носител и езиков симбионт, възпроизведени с помощта на идеи и значения.

XNA базиран синтетичен живот


Животът на Земята се основава на два транспортаинформация за молекули, ДНК и РНК и дълго време учените размишляват дали могат да бъдат създадени други подобни молекули. Въпреки че всеки полимер може да съхранява информация, РНК и ДНК показват наследственост, кодиране и предаване на генетична информация и са в състояние да се адаптират във времето по време на еволюцията. ДНК и РНК са вериги от нуклеотидни молекули, състоящи се от три химични компонента - фосфат, пет-въглеродна захарна група (дезоксирибоза в ДНК или рибоза в РНК) и една от петте стандартни основи (аденин, гуанин, цитозин, тимин или урацил).

През 2012 г. група учени от Англия, Белгия иДания беше първата в света, разработила ксенонуклеинова киселина (KNA, XNA), синтетични нуклеотиди, които функционално и структурно наподобяват ДНК и РНК. Те са разработени чрез заместване на захарните групи на дезоксирибоза и рибоза с различни заместители. Такива молекули са правени преди, но за първи път в историята те са били в състояние да се възпроизвеждат и еволюират. В ДНК и РНК репликацията става с помощта на полимеразни молекули, които могат да четат, преписват и обратни транскрибират нормални последователности на нуклеинова киселина. Групата разработва синтетични полимерази, които създават шест нови генетични системи: HNA, CeNA, LNA, ANA, FANA и TNA.

Една от новите генетични системи, HNA илихекситонуклеиновата киселина е била достатъчно надеждна, за да съхранява точното количество генетична информация, която може да послужи като основа за биологичните системи. Друга, треозонуклеинова киселина, или TNA, беше потенциален кандидат за мистериозната първична биохимия, която царуваше в зората на живота.

Има много потенциални приложения за тяхпостижения. По-нататъшните изследвания могат да помогнат за разработването на по-добри модели за появата на живот на Земята и ще имат отражение върху биологичните спекулации. XNA може да се използва в терапевтични приложения, тъй като нуклеиновите киселини могат да бъдат създадени за лечение и комуникация със специфични молекулни цели, които няма да се влошат толкова бързо, колкото ДНК или РНК. Те дори могат да формират основата на молекулярните машини или като цяло изкуствена жизнена форма.

Но преди това да стане възможно, трябва да имаразработи други ензими, съвместими с един от XNA. Някои от тях вече са разработени във Великобритания в края на 2014 г. Съществува и възможността XNA да навреди на РНК / ДНК организми, така че безопасността трябва да бъде на първо място.

Хромодинамика, слабо ядрено взаимодействие и гравитационен живот


През 1979 г. учен и нанотехнолог РобъртФрейтас-младши предполагаше възможен небиологичен живот. Той заяви, че възможен метаболизъм на живите системи се основава на четири основни сили - електромагнетизъм, силно ядрено взаимодействие (или квантова хромодинамика), слабо ядрено взаимодействие и гравитация. Електромагнитният живот е стандартният биологичен живот, който имаме на Земята.

Хромодинамичният живот може да се основава насилно ядрено взаимодействие, което се счита за най-силното от основните сили, но само на изключително къси разстояния. Фрейтас предполага, че подобна среда може да бъде възможна върху неутронна звезда, тежък въртящ се предмет с диаметър 10-20 километра с масата на звездата. С невероятна плътност, мощно магнитно поле и гравитация 100 милиарда пъти по-силна, отколкото на Земята, такава звезда би имала ядро ​​с 3-километрова кора от кристално желязо. Под него би било море с невероятно горещи неутрони, различни ядрени частици, протони и атомни ядра и възможни „богати на неутрони“ ядра. На теория тези макронуклеиди могат да образуват големи свръхнуклеиди, подобни на органичните молекули; неутроните биха действали като еквивалент на водата в причудлива псевдобиологична система.

Фрейтас видял форми на живот, базирани на слабитеядрените взаимодействия са малко вероятни, тъй като слабите сили действат само в подядрения обхват и не са особено силни. Както често показват бета-радиоактивно разпадане и разпад на свободни неутрони, слабите форми на взаимодействие могат да съществуват при внимателно наблюдение на слабите взаимодействия в тяхната среда. Фрейтас въведе същества, съставени от атоми с излишни неутрони, които стават радиоактивни, когато умрат. Той също така предположи, че има региони на Вселената, където слабата ядрена сила е по-силна, което означава, че шансовете за появата на такъв живот са по-високи.

Гравитационните същества също могат да съществуват,тъй като гравитацията е най-разпространената и ефективна основна сила във Вселената. Такива същества биха могли да получават енергия от самата гравитация, получавайки неограничена сила от сблъсъци на черни дупки, галактики и други небесни обекти; по-малки същества - от въртенето на планетите; най-малкият - от енергията на водопадите, вятъра, приливите и океанските течения, вероятно земетресенията.

Животът се образува от прах и плазма


Органичният живот на Земята се основава на молекули.с въглеродни съединения и вече разбрахме възможни съединения за алтернативни форми. Но през 2007 г. международна група учени начело с В.Н. органична химия. Това поведение се ражда и в състояние на плазма, четвъртото състояние на материята след твърда, течна и газообразна, когато електроните се откъсват от атомите, оставяйки маса заредени частици.

Групата на Цитович установи, че когато е електронназарядите се разделят и плазмата се поляризира, частиците в плазмата се самоорганизират в спирални структури като тирбушон, електрически заредени и се привличат един към друг. Те също могат да се разделят, образувайки копия на оригиналните структури, като ДНК, и да предизвикат заряди в съседите си. Според Цитович „тези сложни, самоорганизиращи се плазмени структури отговарят на всички необходими изисквания, за да ги считат за кандидати за неорганична жива материя. Те са автономни, възпроизвеждат се и се развиват. "

Някои скептици смятат, че подобни твърденияса повече опит за привличане на вниманието, отколкото сериозни научни твърдения. Въпреки че спиралните структури в плазмата могат да приличат на ДНК, приликата по форма не означава непременно сходство във функция. Освен това фактът, че спиралите се възпроизвеждат, не означава жизнен потенциал; облаците правят и това. Още по-потискащо е, че повечето от изследванията са направени на компютърни модели.

Един от участниците в експеримента също съобщи товавъпреки че резултатите наподобяват живота, в крайна сметка те са били "само специална форма на плазмения кристал". И все пак, ако неорганичните частици в плазма могат да прераснат в самовъзпроизвеждащи се, развиващи се форми на живот, те могат да бъдат най-разпространената форма на живот във Вселената, благодарение на повсеместната плазма и междузвездни прахови облаци навсякъде в космоса.

Неорганични химични клетки


Професор Лий Кронин, химик в Колежа на науката иинженерство в университета в Глазгоу, мечтае да създаде живи клетки от метал. Той използва полиоксометалати, поредица от метални атоми, свързани с кислород и фосфор, за да създаде клетъчни мехурчета, които той нарича „неорганични химични клетки“ или iCHELL (този съкращение може да се преведе като „не-овлет“).

Групата на Кронин започва със създаването на соли ототрицателно заредени йони на големи метални оксиди, свързани с малък положително зареден йон като водород или натрий. След това разтвор на тези соли се инжектира в друг физиологичен разтвор, пълен с големи положително заредени органични йони, свързани с малки отрицателно заредени. Двете соли се срещат и обменят части, така че големите метални оксиди стават партньори с големи органични йони, образувайки нещо като балон, непроницаем за вода. Чрез промяна на основата на метален оксид е възможно да се постигне, че мехурчетата придобиват свойствата на биологичните клетъчни мембрани, които избирателно преминават и освобождават химикали от клетката, което потенциално може да позволи на същия тип контролирани химически реакции да се появят в живи клетки.

Група учени също направиха мехурчета в мехурчетата,имитирайки вътрешните структури на биологичните клетки и постигна напредък в създаването на изкуствена форма на фотосинтеза, която потенциално би могла да се използва за създаване на изкуствени растителни клетки. Други синтетични биолози отбелязват, че такива клетки никога не могат да оживеят, докато не получат система за репликация и еволюция като ДНК. Кронин не губи надежда, че по-нататъшното развитие ще даде плод. Сред възможните приложения на тази технология има и разработването на материали за устройства за слънчево гориво и, разбира се, медицина.

Според Кронин „основната цел е да се създадесложни химически клетки с живи свойства, които могат да ни помогнат да разберем развитието на живота и да вървим по същия начин да внесем нови технологии, базирани на еволюцията в материалния свят - един вид неорганична технология на живот “.

Фонд Нойман сонди


Материалният изкуствен живот едоста обща идея, почти банална, така че нека просто разгледаме сондите на фон Нойман, за да не я заобикаляме. Те са измислени за първи път в средата на 20 век от унгарския математик и футуролог Джон фон Нойман, който вярва, че за да възпроизведе функциите на човешкия мозък, машината трябва да има механизми за самолечение и самолечение. Така той дойде с идеята за създаване на самовъзпроизвеждащи се машини, които се основават на наблюдения на нарастващата сложност на живота в процеса на възпроизвеждане. Той вярваше, че такива машини могат да се превърнат в един вид универсален дизайнер, който не само може да създаде пълни реплики на себе си, но и да подобри или промени версиите, като по този начин реализира еволюцията и увеличава сложността с течение на времето.

Други футуролози като Фрийман Дайсън и ЕрикДрекслер бързо приложи тези идеи в областта на космическите изследвания и създаде сонда на фон Нойман. Изпращането на самовъзпроизвеждащ се робот в космоса може да бъде най-ефективният начин за колонизиране на галактика, защото можете да заснемете целия Млечен път за по-малко от един милион години, дори и да е ограничен от скоростта на светлината.

Както обясни Мичио Каку:

„Сондата фон Нойман е проектиран роботда стигнат до отдалечени звездни системи и да създадат фабрики, които да създават копия на себе си от хиляди. Мъртвата луна, дори не планета, може да бъде идеална дестинация за сонди на фон Нойман, тъй като ще бъде по-лесно да се приземи и излита от тези луни, а също така и защото няма ерозия на луните. Сондите могат да живеят извън земята, добиват желязо, никел и други суровини за изграждането на роботизирани фабрики. Те биха създали хиляди копия от себе си, които след това ще се разпръснат в търсене на други звездни системи. "

През годините са измислени различни версииосновната идея на сондата фон Нойман, включително сонди за проучване и разузнаване за тихи изследвания и наблюдение на извънземни цивилизации; комуникационни сонди, разпръснати из целия космос, за да улавят по-добре радиосигналите на извънземни; работни сонди за изграждане на свръхмасивни космически структури; колонизационни сонди, които ще завладеят други светове. Може дори да има насочващи сонди, които да изстрелят младите цивилизации в космоса. Уви, може да има берсеркерски сонди, чиято задача е да унищожат следите от всякакви органи в космоса, последвани от изграждането на полицейски сонди, които ще отблъснат тези атаки. Като се има предвид, че сондите на фон Нойман могат да се превърнат в вид космически вирус, трябва внимателно да подходим към тяхното развитие.

Гей хипотеза


През 1975 г. Джеймс Ловелок и Сидни Ъптън заеднонаписа статия за New Scientist, озаглавена „Намиране на геи“. Придържайки се към традиционната гледна точка, че животът възниква на Земята и процъфтява поради необходимите материални условия, Ловелок и Ъптън предполагат, че животът по този начин взема активна роля в поддържането и определянето на условията за своето оцеляване. Те предположиха, че цялата жива материя на Земята, във въздуха, океаните и на повърхността е част от единна система, която се държи като свръхарганизъм, който може да регулира температурата на повърхността и състава на атмосферата по начин, необходим за оцеляване. Те нарекли тази система Гая, в чест на гръцката богиня на земята. Съществува, за да поддържа хомеостазата, чрез която биосферата може да съществува на земята.

Lovelock работи върху хипотезата на Gaia от средата на 60-те години.години. Основната идея е, че биосферата на Земята има редица природни цикли и когато един се обърка, другите го компенсират по такъв начин, че да поддържа жизненост. Това може да обясни защо атмосферата не е изцяло въглероден диоксид или защо моретата не са твърде солени. Въпреки че вулканичните изригвания правят ранната атмосфера основно съставена от въглероден диоксид, се появяват бактерии и растения, произвеждащи азот, които произвеждат кислород по време на фотосинтезата. Милиони години по-късно атмосферата се промени в наша полза. Въпреки че реките транспортират сол към океаните от скали, солеността на океаните остава стабилна при 3,4%, тъй като солта прониква през пукнатини в океанското дъно. Това не са съзнателни процеси, а резултат от обратна връзка, която поддържа планетите в обитаем баланс.

Други доказателства включват това, ако не ебиотичната активност, метанът и водородът ще изчезнат от атмосферата само за няколко десетилетия. Освен това, въпреки 30% повишаване на температурата на Слънцето през последните 3,5 милиарда години, средната глобална температура се е разминала само с 5 градуса по Целзий, благодарение на регулаторен механизъм, който премахва въглеродния диоксид от атмосферата и го заключва във вкаменената органична материя.

Първоначалните идеи на Lovelock бяха изпълнениподигравки и обвинения. С течение на времето обаче хипотезата на Гея повлия на идеите за биосферата на Земята и спомогна за формирането на цялостното им възприятие в научния свят. Днес хипотезата на Гея е по-уважавана от приетата от учените. Това е по-скоро положителна културна рамка, в която трябва да се извършват научни изследвания по темата за Земята като глобална екосистема.

Палеонтологът Питър Уорд е разработил конкурентХипотезата на Медея, наречена на майката, убила децата си, в гръцката митология, чиято основна идея е, че животът по своята същност търси самоунищожение и самоубийство. Той посочва, че исторически повечето масови изчезвания са причинени от форми на живот, като микроорганизми или хоминиди в панталони, които причиняват сериозни щети на земната атмосфера.

Въз основа на listverse.com