I deres søgen efter udenjordisk intelligens beskyldes forskere ofte for "kulstofchauvinisme", fordi de forventer, at andre livsformer i universet består af de samme biokemiske byggesten, som vi gør, og skræddersy deres søgninger i overensstemmelse hermed. Men livet kan godt være anderledes - og folk tænker over det - så lad os udforske ti mulige biologiske og ikke-biologiske systemer, der udvider definitionen af "liv".
Og efter læsning vil du sige, hvilken form der er tvivlsom for dig, selv teoretisk.
Methanogener
I 2005 udarbejdede Heather Smith fra International Space University i Strasbourg og Chris McKay fra NASAs Ames Research Center en artikel, der undersøgte muligheden for liv baseret på metan, de såkaldte methanogener. Sådanne livsformer kunne forbruge hydrogen, acetylen og ethan og udånder methan i stedet for kuldioxid.
Dette kunne muliggøre beboelige zoner for livet i kolde verdener som Saturns måne Titan. Ligesom Jorden er Titans atmosfære for det meste nitrogen, men blandet med metan. Titan er også det eneste sted i vores solsystem ud over Jorden, hvor der er store flydende vandområder - søer og floder med en blanding af etan og metan. (Underjordiske vandmasser er også til stede på Titan, dens søstersmåne Enceladus og Jupiters måne Europa.) Væske anses for at være afgørende for molekylære interaktioner i organisk liv, og selvfølgelig vil fokus være på vand, men ethan og methan tillader også sådanne interaktioner at forekomme.
NASA og ESAs Cassini-Huygens-mission i 2004 observerede en beskidt verden med temperaturer på -179 grader Celsius, hvor vandet var stenhårdt og metan flød gennem floddale og bassiner i polære søer. I 2015 udviklede et team af kemiske ingeniører og astronomer ved Cornell University en teoretisk cellemembran lavet af små organiske nitrogenforbindelser, der kunne fungere i Titans flydende metan. De kaldte deres teoretiske celle "nitrogenosom", som bogstaveligt betyder "nitrogenholdig krop", og den havde samme stabilitet og fleksibilitet som jordens liposom. Den mest interessante molekylære forbindelse var acrylonitrilazotosomen. Akrylnitril, et farveløst og giftigt organisk molekyle, anvendes til akrylmaling, gummi og termoplast på jorden; det blev også fundet i Titans atmosfære.
Salgsfremmende video:
Konsekvenserne af disse eksperimenter for søgningen efter liv uden for jorden er vanskelige at overvurdere. Liv kan ikke kun potentielt udvikle sig på Titan, men det kan også påvises af hydrogen, acetylen og ethan-spor på overfladen. Metandominerede planeter og måner kan ikke kun være omkring sollignende stjerner, men også omkring røde dværge i den bredere Goldilocks-zone. Hvis NASA lancerer Titan Mare Explorer i 2016, vil vi have detaljerede oplysninger om den mulige levetid på kvælstof allerede i 2023.
Silikonebaseret levetid
Siliciumbaseret liv er måske den mest almindelige form for alternativ biokemi, elsket af populærvidenskab og fiktion - tænk på Horta fra Star Trek. Denne idé er langt fra ny, dens rødder går tilbage til refleksionerne fra H. G. Wells i 1894:”Hvilken fantastisk fantasi kunne løbe tør for en sådan antagelse: forestil dig silicium-aluminium-organismer - eller måske silicium-aluminium-mennesker på én gang? - som bevæger sig gennem en atmosfære af gasformigt svovl, lad os sige, på havene med flydende jern med en temperatur på flere tusinde grader eller noget lignende, lige over temperaturen i en højovn.
Silicium forbliver populært netop fordi det ligner meget kulstof og kan danne fire bindinger, som kulstof, hvilket åbner muligheden for at skabe et biokemisk system, der er helt afhængigt af silicium. Det er det mest rigelige element i jordskorpen bortset fra ilt. Der er alger på jorden, der inkorporerer silicium i deres vækstproces. Silicium spiller en anden rolle efter kulstof, da det kan danne mere stabile og forskellige komplekse strukturer, der er nødvendige for livet. Kulmolekyler inkluderer ilt og nitrogen, som danner utroligt stærke bindinger. Desværre har siliciumbaserede komplekse molekyler tendens til at gå i opløsning. Derudover er kulstof ekstremt rigeligt i universet og har eksisteret i milliarder af år.
Det er usandsynligt, at siliciumbaseret liv opstår i et jordlignende miljø, da det meste af det frie silicium vil blive fanget i vulkanske og vulkanske klipper af silikatmaterialer. Det menes, at i et miljø med høj temperatur kan alt være anderledes, men der er endnu ikke fundet noget bevis. En ekstrem verden som Titan kunne understøtte siliciumbaseret liv, muligvis kombineret med methanogener, da siliciummolekyler som silaner og polysilaner kan efterligne Jordens organiske kemi. Imidlertid er Titans overflade domineret af kulstof, mens det meste af silicium er dybt under overfladen.
NASA-astrokemiker Max Bernstein foreslog, at siliciumbaseret liv kunne eksistere på en meget varm planet med en atmosfære rig på brint og fattig på ilt, hvilket gør det muligt for kompleks silankemi med silicium-backlinks at ske med selen eller tellur, men dette er ifølge Bernstein usandsynligt. På Jorden ville sådanne organismer formere sig meget langsomt, og vores biokemi ville ikke interferere med hinanden på nogen måde. De kunne dog langsomt spise vores byer op, men "en jackhammer kunne anvendes på dem."
Andre biokemiske muligheder
Dybest set har der været en hel del forslag til livssystemer baseret på andet end kulstof. Ligesom kulstof og silicium har bor også en tendens til at danne stærke kovalente molekylære bindinger, der danner forskellige strukturelle varianter af hydridet, hvor boratomer er forbundet med hydrogenbroer. Som kul kan bor binde sig til nitrogen for at danne forbindelser med kemiske og fysiske egenskaber svarende til alkaner, de enkleste organiske forbindelser. Hovedproblemet med borbaseret liv er, at det er et ret sjældent element. Borbaseret levetid vil være mest passende i et miljø, der er koldt nok til flydende ammoniak, så vil kemiske reaktioner blive mere kontrolleret.
En anden mulig livsform, der har fået en vis opmærksomhed, er arsenbaseret liv. Alt liv på Jorden består af kulstof, brint, ilt, fosfor og svovl, men i 2010 meddelte NASA, at de havde fundet bakterierne GFAJ-1, som kunne inkorporere arsen i stedet for fosfor i den cellulære struktur uden nogen konsekvenser for sig selv. GFAJ-1 lever i det arsenrige vand ved Mono-søen i Californien. Arsen er giftigt for enhver levende skabning på planeten, bortset fra et par mikroorganismer, der normalt bærer det eller indånder det. GFAJ-1 er første gang kroppen har indarbejdet dette element som en biologisk byggesten. Uafhængige eksperter fortyndede denne påstand lidt, da de ikke fandt noget bevis for arsen inkluderet i DNA eller endda nogen arsenater. Ikke desto mindre er interessen blusset op for mulig biokemi baseret på arsen.
Ammoniak er også blevet foreslået som et muligt alternativ til vand til opbygning af livsformer. Forskere har antydet eksistensen af en biokemi baseret på nitrogen-hydrogenforbindelser, der bruger ammoniak som opløsningsmiddel; det kunne bruges til at skabe proteiner, nukleinsyrer og polypeptider. Ethvert ammoniakbaseret levetid skal eksistere ved lave temperaturer, hvor ammoniak antager en flydende form. Fast ammoniak er tættere end flydende ammoniak, så der er ingen måde at stoppe det med at fryse, når det bliver koldt. For encellede organismer ville dette ikke være et problem, men det ville skabe kaos for flercellede organismer. Ikke desto mindre er der en mulighed for eksistensen af encellede ammoniakorganismer på de koldere planeter i solsystemet såvel som på gaskæmper som Jupiter.
Det antages, at svovl har tjent som grundlag for stofskiftet på jorden, og kendte organismer, der metaboliserer svovl i stedet for ilt, findes under ekstreme forhold på jorden. Måske i en anden verden kunne svovlbaserede livsformer få en evolutionær fordel. Nogle mennesker tror, at kvælstof og fosfor også kan træde i stedet for kulstof under meget specifikke forhold.
Memetisk liv
Richard Dawkins mener, at det grundlæggende princip i livet lyder sådan: "Alt liv udvikler sig takket være reproduktion af væsneres overlevelsesmekanismer." Livet skal være i stand til at reproducere (med nogle antagelser) og være i et miljø, hvor naturlig udvælgelse og evolution vil være mulig. I sin bog The Selfish Gene bemærkede Dawkins, at begreber og ideer genereres i hjernen og formidles blandt mennesker gennem kommunikation. På mange måder ligner dette opførsel og tilpasning af gener, hvorfor han kalder dem "memer". Nogle sammenligner sange, vittigheder og ritualer fra det menneskelige samfund med de første faser i det organiske liv - frie radikaler, der flyder i jordens gamle have. Sindets skabelser reproducerer, udvikler sig og kæmper for at overleve i ideernes verden.
Lignende memes eksisterede før menneskeheden i fuglernes sociale kald og primaternes lærte opførsel. Da menneskeheden blev i stand til at tænke abstrakt, blev memes videreudviklet, der styrede stammeforhold og dannede grundlaget for de første traditioner, kultur og religion. Opfindelsen af skrivning skubbede yderligere udviklingen af memer, da de var i stand til at sprede sig i rum og tid og transmitterede memetisk information på en lignende måde, hvordan gener transmitterer biologisk information. For nogle er dette en ren analogi, men andre mener, at memer repræsenterer en unik, omend lidt rudimentær og begrænset livsform.
Nogle gik endnu længere. Georg van Driem udviklede teorien om "symbiosisme", hvilket antyder, at sprog er livsformer i sig selv. Gamle sprogteorier betragtede sprog som noget af en parasit, men van Driem mener, at vi lever i samarbejde med de memetiske enheder, der bor i vores hjerner. Vi lever i et symbiotisk forhold til sproglige organismer: de kan ikke eksistere uden os, og uden dem er vi ikke forskellige fra aber. Han mener, at illusionen om bevidsthed og fri vilje spildes ud af interaktionen mellem dyreinstinkter, sult og lyst fra en menneskelig bærer og en sproglig symbion gengivet ved hjælp af ideer og betydninger.
XNA-baseret syntetisk levetid
Livet på jorden er baseret på to informationsbærende molekyler, DNA og RNA, og forskere har længe spekuleret på, om andre lignende molekyler kunne oprettes. Mens enhver polymer kan lagre information, repræsenterer RNA og DNA arvelighed, kodning og transmission af genetisk information og er i stand til at tilpasse sig over tid gennem evolution. DNA og RNA er kæder af nukleotidmolekyler, der består af tre kemiske komponenter - phosphat, en sukkergruppe med fem carbonatomer (deoxyribose i DNA eller ribose i RNA) og en af fem standardbaser (adenin, guanin, cytosin, thymin eller uracil).
I 2012 var en gruppe forskere fra England, Belgien og Danmark de første i verden til at udvikle xenonukleinsyre (XNA, XNA), syntetiske nukleotider, der funktionelt og strukturelt ligner DNA og RNA. De blev udviklet ved at erstatte sukkergrupperne deoxyribose og ribose med forskellige erstatninger. Sådanne molekyler er lavet før, men for første gang i historien var de i stand til at reproducere og udvikle sig. I DNA og RNA forekommer replikation af polymerasemolekyler, der kan læse, transkribe og revers transkribe normale nukleinsyresekvenser. Gruppen udviklede syntetiske polymeraser, der skabte seks nye genetiske systemer: HNA, CeNA, LNA, ANA, FANA og TNA.
Et af de nye genetiske systemer, HNA eller hexitonukleinsyre, var robust nok til at gemme den rigtige mængde genetisk information, der kunne tjene som grundlag for biologiske systemer. En anden, threosonukleinsyre, eller TNA, viste sig at være en potentiel kandidat til den mystiske primære biokemi, der regerede ved livets begyndelse.
Der er mange potentielle anvendelser for disse fremskridt. Yderligere forskning kan hjælpe med at udvikle bedre modeller for fremkomsten af liv på Jorden og vil have konsekvenser for biologiske opfindelser. XNA har terapeutiske anvendelser, fordi det er muligt at skabe nukleinsyrer til behandling og binde til specifikke molekylære mål, der ikke forringes så hurtigt som DNA eller RNA. De kan endda danne grundlaget for molekylære maskiner eller generelt en kunstig livsform.
Men inden dette er muligt, skal der udvikles andre enzymer, der er kompatible med et af XNA'erne. Nogle af dem var allerede udviklet i Storbritannien i slutningen af 2014. Der er også mulighed for, at XNA kan skade RNA / DNA-organismer, så sikkerhed skal komme først.
Kromodynamik, svag kernekraft og gravitationel liv
I 1979 foreslog videnskabsmand og nanoteknolog Robert Freitas Jr. et muligt ikke-biologisk liv. Han sagde, at den mulige metabolisme af levende systemer er baseret på fire grundlæggende kræfter - elektromagnetisme, stærk kernekraft (eller kvantekromodynamik), svag kernekraft og tyngdekraft. Elektromagnetisk liv er det biologiske standardliv, vi har på Jorden.
Kromodynamisk liv kunne være baseret på en stærk atomkraft, der betragtes som den stærkeste af de grundlæggende kræfter, men kun over ekstremt korte afstande. Freitas teoretiserede, at et sådant medium kunne være muligt i en neutronstjerne, et tungt roterende objekt, 10-20 kilometer i diameter med massen af en stjerne. Med en utrolig tæthed, kraftigt magnetfelt og tyngdekraft 100 milliarder gange stærkere end på Jorden, ville en sådan stjerne have en kerne med en 3 km skorpe af krystallinsk jern. Under det ville være et hav med utroligt varme neutroner, forskellige nukleare partikler, protoner og atomkerner og mulige neutronrige "makrokerner". Disse makrokerner kunne i teorien danne store superkerner, analoge med organiske molekyler, neutroner ville fungere som ækvivalent med vand i et bizart pseudobiologisk system.
Freitas så livsformer baseret på svage nukleare interaktioner som usandsynlige, da svage kræfter kun opererer i det subnukleare område og ikke er særlig stærke. Som beta radioaktivt henfald og frit henfald af neutroner ofte viser, kunne der eksistere svage interaktioner livsformer med omhyggelig kontrol af svage interaktioner i deres miljø. Freitas forestillede sig væsner bestående af atomer med overskydende neutroner, der bliver radioaktive, når de dør. Han foreslog også, at der er områder i universet, hvor en svag atomkraft er stærkere, hvilket betyder, at chancerne for, at et sådant liv opstår, er større.
Gravitationsvæsener kan også eksistere, da tyngdekraften er den mest rigelige og effektive grundlæggende kraft i universet. Sådanne skabninger kunne modtage energi fra tyngdekraften selv og modtage ubegrænset kraft fra kollisioner med sorte huller, galakser og andre himmellegemer; mindre væsener fra rotation af planeterne den mindste - fra energien fra vandfald, vind, tidevand og havstrømme, muligvis jordskælv.
Støv og plasma livsformer
Organisk liv på jorden er baseret på molekyler med kulstofforbindelser, og vi har allerede fundet ud af mulige forbindelser til alternative former. Men i 2007 dokumenterede en international gruppe forskere ledet af V. N. Tsytovich fra Institute of General Physics fra det russiske videnskabsakademi, at partikler af uorganisk støv under de rette forhold kan opsamles i spiralkonstruktioner, som derefter vil interagere med hinanden på en måde, der er forbundet med organisk kemi. Denne adfærd fødes også i plasmatilstand, den fjerde tilstand af stof efter fast, flydende og luftformig, når elektroner løsnes fra atomer og efterlader en masse af ladede partikler.
Tsytovichs gruppe fandt ud af, at når elektronladninger adskilles, og plasmaet polariseres, organiseres partiklerne i plasmaet selv i spiralkonstruktioner som en proptrækker, elektrisk ladet og tiltrækkes af hinanden. De kan også dele ved at lave kopier af originale strukturer, som f.eks. DNA, og fremkalde anklager i deres naboer. Ifølge Tsytovich “opfylder disse komplekse, selvorganiserende plasmastrukturer alle de nødvendige krav for at blive betragtet som kandidater til uorganisk levende materiale. De er autonome, de reproducerer og de udvikler sig."
Nogle skeptikere mener, at sådanne påstande er mere opmærksomme end alvorlige videnskabelige påstande. Selvom spiralformede strukturer i plasma kan ligne DNA, betyder formens lighed ikke nødvendigvis ensartethed i funktion. Desuden betyder det faktum, at spiralerne reproducerer, ikke potentialet for liv; skyer gør det også. Endnu mere nedslående, meget af forskningen er foretaget på computermodeller.
En af deltagerne i eksperimentet rapporterede også, at selv om resultaterne lignede livet, var de i sidste ende "bare en speciel form for plasmakrystal." Alligevel, hvis uorganiske partikler i plasma kan udvikle sig til selvreplikerende, livsformer, der udvikler sig, kan de være den mest rigelige form for liv i universet takket være den allestedsnærværende plasma og interstellære støvskyer i hele rummet.
Uorganiske kemiske celler
Professor Lee Cronin, kemiker ved College of Science and Engineering ved University of Glasgow, drømmer om at skabe levende celler af metal. Han bruger polyoxometallater, en række metalatomer bundet til ilt og fosfor, til at skabe cellelignende bobler, som han kalder "uorganiske kemiske celler" eller iCHELLs (et akronym, der kan oversættes som "neocheleta").
Cronins gruppe begyndte med at skabe salte fra negativt ladede ioner af store metaloxider bundet til en lille positivt ladet ion som hydrogen eller natrium. En opløsning af disse salte injiceres derefter i en anden saltopløsning fuld af store positivt ladede organiske ioner bundet til små negativt ladede. De to salte mødes og udveksler dele, så de store metaloxider bliver partnere med de store organiske ioner og danner en slags boble, der er uigennemtrængelig for vand. Ved at ændre rygraden i metaloxidet kan boblerne erhverve egenskaberne af biologiske cellemembraner, der selektivt tillader og frigiver kemikalier fra cellen, hvilket potentielt muliggør den samme type kontrollerede kemiske reaktioner, som forekommer i levende celler.
Holdet har også lavet bobler i bobler ved at efterligne de interne strukturer i biologiske celler og har gjort fremskridt med at skabe en kunstig form for fotosyntese, der potentielt kunne bruges til at skabe kunstige planteceller. Andre syntetiske biologer påpeger, at sådanne celler måske aldrig bliver levende, før de har et replikations- og evolutionssystem som DNA. Cronin mister ikke håbet om, at den videre udvikling vil bære frugt. Mulige anvendelser af denne teknologi inkluderer også udvikling af materialer til solbrændselsanordninger og selvfølgelig medicin.
Ifølge Cronin er "hovedmålet at skabe komplekse kemiske celler med levende egenskaber, der kan hjælpe os med at forstå livets udvikling og følge den samme vej for at bringe nye teknologier baseret på evolution ind i den materielle verden - en slags uorganiske levende teknologier."
Von Neumann sonder
Maskinbaseret kunstigt liv er en ret almindelig idé, næsten triviel, så lad os bare se på von Neumann-sonder for ikke at omgå det. De blev først opfundet i midten af det 20. århundrede af den ungarske matematiker og futurist John von Neumann, som mente, at en maskine for at reproducere funktionerne i den menneskelige hjerne skal have mekanismer til selvstyring og selvhelbredelse. Så han kom på ideen om at skabe selvreproduktionsmaskiner baseret på observationer af den stigende kompleksitet i livet i reproduktionsprocessen. Han troede, at sådanne maskiner kunne blive en slags universel konstruktør, der ikke kun kunne skabe komplette replikaer af sig selv, men også forbedre eller ændre versioner og derved udføre evolution og øge kompleksiteten over tid.
Andre futurister som Freeman Dyson og Eric Drexler anvendte hurtigt disse ideer til udforskning af rummet og skabte von Neumann-sonden. At sende en selvreplikerende robot ud i rummet kan være den mest effektive måde at kolonisere en galakse på, da den kan fange hele Mælkevejen på mindre end en million år, selv med lysets hastighed.
Som Michio Kaku forklarede:
”Von Neumann-sonden er en robot designet til at nå fjerne stjernesystemer og skabe fabrikker, der bygger tusindvis af eksemplarer af sig selv. En død måne, ikke engang en planet, kunne være en ideel destination for von Neumann-sonder, da det vil gøre det lettere at lande og tage af fra disse måner, og også fordi månerne ikke har erosion. Proberne kunne leve af jorden, udvinde jern, nikkel og andre råvarer til at bygge robotfabrikker. De ville skabe tusinder af kopier af sig selv, som derefter spredte sig på jagt efter andre stjernesystemer."
I årenes løb er der udviklet forskellige versioner af den grundlæggende idé om von Neumann-sonden, herunder efterforsknings- og efterforskningssonder til stille udforskning og observation af udenjordiske civilisationer; kommunikationssonder spredt overalt i rummet for bedre at opfange fremmede radiosignaler; arbejdssonder til konstruktion af supermassive rumstrukturer; kolonisering af sonder, der vil erobre andre verdener. Der kan endda være styrende sonder, der fører unge civilisationer ud i rummet. Ak, der kan være berserkersonder, hvis opgave vil være at ødelægge spor af ethvert organisk materiale i rummet, efterfulgt af opførelse af politisonder, der afspejler disse angreb. I betragtning af at von Neumann-sonder kan blive en slags rumvirus, bør vi være forsigtige, når vi udvikler dem.
Gaias hypotese
I 1975 skrev James Lovelock og Sidney Upton en artikel til den nye forsker med titlen "Finding Gaia." I overensstemmelse med den traditionelle opfattelse, at liv opstod på jorden og blomstrede på grund af de rigtige materielle forhold, foreslog Lovelock og Upton, at livet således tog en aktiv rolle i at opretholde og bestemme betingelserne for dets overlevelse. De foreslog, at alt levende stof på jorden, i luften, havene og på overfladen er en del af et enkelt system, der opfører sig som en superorganisme, der er i stand til at justere temperaturen på overfladen og atmosfærens sammensætning på en måde, der er nødvendig for at overleve. De kaldte dette system Gaia efter den græske gudinde på jorden. Det eksisterer for at opretholde homeostase, takket være hvilken biosfæren kan eksistere på jorden.
Lovelock har arbejdet med Gaia-hypotesen siden midten af 1960'erne. Grundideen er, at Jordens biosfære har en række naturlige cyklusser, og når man går galt, kompenserer andre for det på en måde, der opretholder vital kapacitet. Dette kunne forklare, hvorfor atmosfæren ikke er lavet helt af kuldioxid, eller hvorfor havene ikke er for salte. Skønt vulkanudbrud udgjorde den tidlige atmosfære overvejende kuldioxid, opstod der nitrogenproducerende bakterier og planter, der producerer ilt gennem fotosyntese. Efter millioner af år har atmosfæren ændret sig til vores fordel. Mens floder fører salt til havene fra klipper, forbliver havens saltholdighed stabil på 3,4%, da salt siver gennem revner i havbunden. Disse er ikke bevidste processer, men resultatet af feedback,hvilket holder planeterne i beboelig ligevægt.
Andre beviser inkluderer, at hvis det ikke var for biotisk aktivitet, ville metan og brint forsvinde fra atmosfæren på få årtier. Derudover er den gennemsnitlige globale temperatur på trods af en stigning på 30% i solens temperatur i løbet af de sidste 3,5 milliarder år forskudt med kun 5 grader Celsius takket være en reguleringsmekanisme, der fjerner kuldioxid fra atmosfæren og fælder den i fossilt organisk materiale.
Oprindeligt blev Lovelocks ideer mødt med latterliggørelse og beskyldninger. Over tid påvirkede Gaias hypotese dog ideerne om Jordens biosfære og hjalp med at danne deres integrerede opfattelse i den videnskabelige verden. I dag respekteres Gaias hypotese snarere end accepteret af forskere. Snarere er det en positiv kulturel ramme, inden for hvilken videnskabelig forskning på Jorden som et globalt økosystem skal udføres.
Paleontolog Peter Ward udviklede den konkurrenceprægede Medea-hypotese, opkaldt efter moderen, der dræbte sine børn, i græsk mytologi, hvis hovedidee er, at livet i sig selv er selvdestruktivt og selvmordstankende. Han påpeger, at historisk set er de fleste masseudryddelser forårsaget af livsformer såsom mikroorganismer eller hominider i bukser, som alvorligt skader Jordens atmosfære.