I jakten på utenomjordisk intelligens blir forskere ofte beskyldt for "karbonsjauvinisme" fordi de forventer at andre livsformer i universet skal bestå av de samme biokjemiske byggesteinene som vi gjør, og skreddersy deres søk deretter. Men livet kan godt være annerledes - og folk tenker på det - så la oss utforske ti mulige biologiske og ikke-biologiske systemer som utvider definisjonen av "liv."
Og etter å ha lest vil du si hvilken form som er tvilsom for deg, selv teoretisk.
Metanogener
I 2005 utarbeidet Heather Smith fra International Space University i Strasbourg og Chris McKay fra NASAs Ames Research Center en artikkel som undersøkte muligheten for liv basert på metan, de såkalte metanogenene. Slike livsformer kan forbruke hydrogen, acetylen og etan og puste ut metan i stedet for karbondioksid.
Dette kan gjøre mulige beboelige soner for livet i kalde verdener som Saturns måne Titan. I likhet med jorden er Titans atmosfære for det meste nitrogen, men blandet med metan. Titan er også det eneste stedet i vårt solsystem, foruten jorden, der det er store flytende vannmasser - innsjøer og elver av en blanding av etan og metan. (Underjordiske vannmasser er også tilstede på Titan, søstermånen Enceladus og Jupiters måne Europa.) Væske anses å være avgjørende for molekylære interaksjoner i organisk liv, og selvfølgelig vil fokus være på vann, men etan og metan tillater også slike interaksjoner.
NASA og ESAs Cassini-Huygens-oppdrag i 2004 observerte en skitten verden med temperaturer på -179 grader Celsius, hvor vannet var steinhardt og metan fløt gjennom elvedaler og bassenger inn i polare innsjøer. I 2015 utviklet et team av kjemiske ingeniører og astronomer ved Cornell University en teoretisk cellemembran laget av små organiske nitrogenforbindelser som kunne fungere i Titans flytende metan. De kalte den teoretiske cellen for "nitrogenosom", som bokstavelig talt betyr "nitrogenholdig kropp", og den hadde samme stabilitet og fleksibilitet som jordens liposom. Den mest interessante molekylære forbindelsen var akrylnitrilazotosomen. Akrylnitril, et fargeløst og giftig organisk molekyl, brukes til akrylmaling, gummi og termoplast på jorden; den ble også funnet i Titans atmosfære.
Kampanjevideo:
Implikasjonene av disse eksperimentene for jakten på utenomjordisk liv er vanskelig å overvurdere. Livet kan ikke bare potensielt utvikle seg på Titan, men det kan også oppdages av hydrogen, acetylen og etan-spor på overflaten. Metandominerte planeter og måner kan ikke bare være rundt sollignende stjerner, men også rundt røde dverger i den bredere Goldilocks-sonen. Hvis NASA lanserer Titan Mare Explorer i 2016, vil vi ha detaljert informasjon om mulig liv på nitrogen allerede i 2023.
Silisiumbasert liv
Silisiumbasert liv er kanskje den vanligste formen for alternativ biokjemi, elsket av populærvitenskap og skjønnlitteratur - husk Horta fra Star Trek. Denne ideen er langt fra ny, dens røtter går tilbake til refleksjonene til HG Wells i 1894: “Hvilken fantastisk fantasi kan spilles ut fra en slik antagelse: forestill deg silisium-aluminium-organismer - eller kanskje silisium-aluminium-mennesker på en gang? - som beveger seg gjennom en atmosfære av gassformet svovel, la oss si, på hav av flytende jern med en temperatur på flere tusen grader eller noe sånt, rett over temperaturen til en masovn.
Silisium er fortsatt populært nettopp fordi det er veldig likt karbon og kan danne fire bindinger, som karbon, som åpner muligheten for å skape et biokjemisk system helt avhengig av silisium. Det er det vanligste elementet i jordskorpen, bortsett fra oksygen. Det er alger på jorden som inkorporerer silisium i vekstprosessen. Silisium spiller en andre rolle etter karbon, fordi det kan danne mer stabile og mangfoldige komplekse strukturer som er nødvendige for livet. Karbonmolekyler inkluderer oksygen og nitrogen, som danner utrolig sterke bindinger. Dessverre har silisiumbaserte komplekse molekyler en tendens til å gå i oppløsning. I tillegg er karbon ekstremt rikelig i universet og har eksistert i milliarder av år.
Det vil neppe oppstå silisiumbasert liv i et jordlignende miljø, siden det meste av det frie silisiumet vil bli fanget i vulkanske og magmatiske bergarter av silikatmaterialer. Det antas at i et miljø med høy temperatur kan alt være annerledes, men det er ennå ikke funnet bevis. En ekstrem verden som Titan kan støtte silisiumbasert liv, muligens kombinert med metanogener, siden silisiummolekyler som silaner og polysilaner kan etterligne jordens organiske kjemi. Imidlertid er Titans overflate dominert av karbon, mens det meste av silisiumet er dypt under overflaten.
NASAs astrokjemiker Max Bernstein foreslo at silisiumbasert liv kunne eksistere på en veldig varm planet, med en atmosfære rik på hydrogen og fattig på oksygen, slik at kompleks silankjemi med omvendte silisiumbindinger kan skje med selen eller tellur, men dette, ifølge Bernstein, er usannsynlig. På jorden ville slike organismer formere seg veldig sakte, og vår biokjemi ville ikke forstyrre hverandre på noen måte. De kunne imidlertid sakte spise opp byene våre, men "en jackhammer kunne påføres dem."
Andre biokjemiske alternativer
I utgangspunktet har det vært ganske mange forslag til livssystemer basert på annet enn karbon. Som karbon og silisium, har bor også en tendens til å danne sterke kovalente molekylære bindinger, og danner forskjellige strukturelle hydridvarianter der boratomer er koblet sammen med hydrogenbroer. Som karbon kan bor binde seg til nitrogen for å danne forbindelser med kjemiske og fysiske egenskaper som ligner på alkaner, de enkleste organiske forbindelsene. Hovedproblemet med borbasert liv er at det er et ganske sjeldent element. Borbasert levetid vil være mest hensiktsmessig i et miljø som er kaldt nok for flytende ammoniakk, da vil kjemiske reaksjoner bli mer kontrollert.
En annen mulig livsform som har fått litt oppmerksomhet er arsenbasert liv. Alt liv på jorden består av karbon, hydrogen, oksygen, fosfor og svovel, men i 2010 kunngjorde NASA at de hadde funnet bakteriene GFAJ-1, som kunne innlemme arsen i stedet for fosfor i mobilstrukturen uten noen konsekvenser for seg selv. GFAJ-1 lever i det arsenrike vannet ved Mono-sjøen i California. Arsen er giftig for enhver levende skapning på planeten, bortsett fra noen få mikroorganismer som normalt bærer den eller puster den. GFAJ-1 er første gang kroppen har innlemmet dette elementet som en biologisk byggestein. Uavhengige eksperter utvannet dette påstanden litt da de ikke fant bevis for arsen som er inkludert i DNA, eller til og med noen arsenater. Likevel har interessen blusset opp for mulig biokjemi basert på arsen.
Ammoniakk er også foreslått som et mulig alternativ til vann for å bygge livsformer. Forskere har antydet at det eksisterer en biokjemi basert på nitrogen-hydrogenforbindelser som bruker ammoniakk som løsningsmiddel; den kan brukes til å lage proteiner, nukleinsyrer og polypeptider. Ethvert ammoniakkbasert liv må eksistere ved lave temperaturer der ammoniakk får flytende form. Fast ammoniakk er tettere enn flytende ammoniakk, så det er ingen måte å stoppe det å fryse når det blir kaldt. For encellede organismer ville dette ikke være et problem, men det ville forårsake kaos for flercellede organismer. Det er likevel en mulighet for eksistensen av encellede ammoniakkorganismer på de kaldere planetene i solsystemet, så vel som på gassgiganter som Jupiter.
Det antas at svovel er grunnlaget for begynnelsen av stoffskiftet på jorden, og kjente organismer som metaboliserer svovel i stedet for oksygen eksisterer under ekstreme forhold på jorden. Kanskje i en annen verden kan svovelbaserte livsformer få en evolusjonær fordel. Noen mennesker tror at nitrogen og fosfor også kan ta plass i karbon under veldig spesifikke forhold.
Memetisk liv
Richard Dawkins mener at det grunnleggende prinsippet i livet høres ut som dette: "Alt liv utvikler seg takket være overlevelsesmekanismene til reproduserende skapninger." Livet må kunne reprodusere seg (med noen forutsetninger) og være i et miljø der naturlig utvalg og evolusjon vil være mulig. I sin bok The Selfish Gene bemerket Dawkins at konsepter og ideer genereres i hjernen og formidles blant mennesker gjennom kommunikasjon. På mange måter ligner dette oppførselen og tilpasningen til gener, og det er derfor han kaller dem "memes". Noen sammenligner sangene, vitsene og ritualene i det menneskelige samfunn med de første stadiene i det organiske livet - frie radikaler som flyter i jordens eldgamle hav. Sinnets kreasjoner reproduserer, utvikler seg og sliter med å overleve i ideens rike.
Lignende memes eksisterte før menneskeheten, i de sosiale kallene til fugler og den lærte oppførselen til primater. Da menneskeheten ble i stand til å tenke abstrakt, ble memes videreutviklet, som styrte stammeforhold og dannet grunnlaget for de første tradisjonene, kulturen og religionen. Oppfinnelsen av skriving presset videre utviklingen av memer, ettersom de var i stand til å spre seg i rom og tid, og overførte memetisk informasjon på en lignende måte som hvordan gener overfører biologisk informasjon. For noen er dette en ren analogi, men andre mener at memes representerer en unik, om enn litt rudimentær og begrenset livsform.
Noen gikk enda lenger. Georg van Driem utviklet teorien om "symbiosisme", som innebærer at språk er livsformer i seg selv. Gamle språklige teorier betraktet språk som noe av en parasitt, men van Driem mener at vi lever i samarbeid med de memetiske enhetene som bor i hjernen vår. Vi lever i et symbiotisk forhold til språklige organismer: uten oss kan de ikke eksistere, og uten dem er vi ikke forskjellige fra aper. Han mener at illusjonen om bevissthet og fri vilje spilt ut fra samspillet mellom dyreinstinkter, sult og begjær fra en menneskelig bærer og en språklig symbiont gjengitt ved hjelp av ideer og betydninger.
XNA-basert syntetisk levetid
Livet på jorden er basert på to informasjonsbærende molekyler, DNA og RNA, og forskere har lenge lurt på om andre lignende molekyler kan opprettes. Mens enhver polymer kan lagre informasjon, representerer RNA og DNA arv, koding og overføring av genetisk informasjon, og er i stand til å tilpasse seg over tid gjennom evolusjon. DNA og RNA er kjeder av nukleotidmolekyler som består av tre kjemiske komponenter - fosfat, en sukkergruppe med fem karbon (deoksyribose i DNA eller ribose i RNA) og en av fem standardbaser (adenin, guanin, cytosin, tymin eller uracil).
I 2012 var en gruppe forskere fra England, Belgia og Danmark de første i verden som utviklet xenonukleinsyre (XNA, XNA), syntetiske nukleotider som funksjonelt og strukturelt ligner DNA og RNA. De ble utviklet ved å erstatte sukkergruppene deoxyribose og ribose med forskjellige erstatninger. Slike molekyler er laget før, men for første gang i historien klarte de å reprodusere og utvikle seg. I DNA og RNA skjer replikasjon av polymerasemolekyler som kan lese, transkribere og revers transkribere normale nukleinsyresekvenser. Gruppen utviklet syntetiske polymeraser som skapte seks nye genetiske systemer: HNA, CeNA, LNA, ANA, FANA og TNA.
Et av de nye genetiske systemene, HNA, eller heksitonukleinsyre, var robust nok til å lagre akkurat den rette mengden genetisk informasjon som kunne tjene som grunnlag for biologiske systemer. En annen, treosonukleinsyre, eller TNA, viste seg å være en potensiell kandidat for den mystiske primære biokjemien som regjerte ved livets begynnelse.
Det er mange potensielle bruksområder for disse fremskrittene. Videre forskning kan bidra til å utvikle bedre modeller for fremveksten av liv på jorden og vil ha implikasjoner for biologiske oppfinnelser. XNA har terapeutiske bruksområder fordi det er mulig å lage nukleinsyrer for å behandle og binde til spesifikke molekylære mål som ikke forringes så raskt som DNA eller RNA. De kan til og med danne grunnlaget for molekylære maskiner eller generelt en kunstig livsform.
Men før det kan være mulig, må det utvikles andre enzymer som er kompatible med en av XNAene. Noen av dem ble allerede utviklet i Storbritannia på slutten av 2014. Det er også muligheten for at XNA kan skade RNA / DNA-organismer, så sikkerhet må komme først.
Kromodynamikk, svak kjernekraft og gravitasjonsliv
I 1979 foreslo forsker og nanoteknolog Robert Freitas Jr. et mulig ikke-biologisk liv. Han uttalte at den mulige metabolismen av levende systemer er basert på fire grunnleggende krefter - elektromagnetisme, sterk kjernekraft (eller kvantekromodynamikk), svak kjernekraft og tyngdekraft. Elektromagnetisk liv er det vanlige biologiske livet vi har på jorden.
Kromodynamisk liv kan være basert på en sterk atomkraft, som regnes som den sterkeste av de grunnleggende kreftene, men bare over ekstremt korte avstander. Freitas teoretiserte at et slikt medium kan være mulig i en nøytronstjerne, et tungt roterende objekt 10-20 kilometer i diameter med massen til en stjerne. Med en utrolig tetthet, kraftig magnetfelt og tyngdekraft 100 milliarder ganger sterkere enn på jorden, ville en slik stjerne ha en kjerne med en 3 km skorpe av krystallinsk jern. Under det ville det være et hav med utrolig varme nøytroner, forskjellige kjernepartikler, protoner og atomkjerner, og mulige nøytronrike "makrokjerner". Disse makrokjernene kunne i teorien danne store superkjerner, analoge med organiske molekyler, nøytroner ville fungere som ekvivalent med vann i et bisarrt pseudobiologisk system.
Freitas så på livsformer basert på svake kjernefysiske interaksjoner som usannsynlig, siden svake krefter bare opererer i det subnukleære området og ikke er spesielt sterke. Som beta radioaktivt forfall og fritt forfall av nøytroner ofte viser, kan svake interaksjoner livsformer eksistere med nøye kontroll av svake interaksjoner i deres miljø. Freitas så for seg skapninger som består av atomer med overflødige nøytroner som blir radioaktive når de dør. Han foreslo også at det er regioner i universet der en svak kjernefysisk styrke er sterkere, noe som betyr at sjansene for at et slikt liv dukker opp er større.
Gravitasjonsvesener kan også eksistere, siden tyngdekraften er den mest utbredte og effektive grunnleggende kraften i universet. Slike skapninger kunne motta energi fra tyngdekraften selv og motta ubegrenset kraft fra kollisjonene mellom sorte hull, galakser og andre himmellegemer; mindre skapninger fra planetenes rotasjon; den minste - fra energien fra fossefall, vind, tidevann og havstrømmer, muligens jordskjelv.
Støv og plasma livsformer
Organisk liv på jorden er basert på molekyler med karbonforbindelser, og vi har allerede funnet ut mulige forbindelser for alternative former. Men i 2007 dokumenterte en internasjonal gruppe forskere ledet av V. N. Tsytovich fra Institute of General Physics ved det russiske vitenskapsakademiet at partikler av uorganisk støv under de rette forholdene kan samles i spiralstrukturer, som deretter vil samhandle med hverandre på en måte som er iboende for organisk kjemi. Denne oppførselen blir også født i plasmatilstand, den fjerde tilstanden av materie etter fast, flytende og gassformet, når elektroner løsnes fra atomer, og etterlater en masse ladede partikler.
Tsytovichs gruppe fant at når elektronladninger skilles ut og plasmaet er polarisert, organiserer partiklene seg i spiralstrukturer som en korketrekker, elektrisk ladet og tiltrekker seg hverandre. De kan også dele seg ved å lage kopier av originale strukturer, som DNA, og indusere anklager hos naboene. Ifølge Tsytovich oppfyller disse komplekse, selvorganiserende plasmastrukturene alle de nødvendige kravene for å bli ansett som kandidater for uorganisk levende materie. De er autonome, de reproduserer og de utvikler seg."
Noen skeptikere mener at slike påstander fanger mer oppmerksomhet enn alvorlige vitenskapelige påstander. Selv om spiralformede strukturer i plasma kan ligne DNA, innebærer likhet i form ikke nødvendigvis likhet i funksjon. Dessuten betyr ikke det faktum at spiralene reproduserer potensialet for liv; skyer gjør det også. Enda mer nedslående, mye av forskningen er gjort på datamodeller.
En av deltakerne i eksperimentet rapporterte også at selv om resultatene liknet livet, til slutt var de "bare en spesiell form for plasmakrystall." Og likevel, hvis uorganiske partikler i plasma kan vokse til selvrepliserende, livsformer som utvikler seg, kan de være den mest utbredte livsformen i universet, takket være den allestedsnærværende plasmaen og interstellare støvskyer i hele kosmos.
Uorganiske kjemiske celler
Professor Lee Cronin, kjemiker ved College of Science and Engineering ved University of Glasgow, drømmer om å lage levende celler av metall. Han bruker polyoksometallater, en serie metallatomer knyttet til oksygen og fosfor, for å skape cellelignende bobler, som han kaller "uorganiske kjemiske celler", eller iCHELLs (et akronym som kan oversettes som "neocelli").
Cronins gruppe begynte med å lage salter fra negativt ladede ioner av store metalloksider bundet til et lite positivt ladet ion som hydrogen eller natrium. En løsning av disse saltene injiseres deretter i en annen saltoppløsning full av store positivt ladede organiske ioner bundet til små negativt ladede. De to saltene møtes og bytter deler, slik at de store metalloksidene blir partnere med de store organiske ionene, og danner en slags boble som er ugjennomtrengelig for vann. Ved å modifisere ryggraden i metalloksydet, kan boblene få egenskapene til biologiske cellemembraner som selektivt tillater og frigjør kjemikalier fra cellen, noe som potensielt kan tillate den samme typen kontrollerte kjemiske reaksjoner som forekommer i levende celler.
Teamet har også laget bobler i bobler ved å etterligne de indre strukturene til biologiske celler og har gjort fremskritt i å skape en kunstig form for fotosyntese som potensielt kan brukes til å lage kunstige planteceller. Andre syntetiske biologer påpeker at slike celler aldri kan bli levende før de har et system for replikasjon og evolusjon som DNA. Cronin mister ikke håpet om at videre utvikling vil bære frukt. Mulige anvendelser av denne teknologien inkluderer også utvikling av materialer til solenergidrivstoff og selvfølgelig medisin.
Ifølge Cronin, "er hovedmålet å skape komplekse kjemiske celler med levende egenskaper som kan hjelpe oss med å forstå livets utvikling og følge den samme veien for å bringe nye teknologier basert på evolusjon inn i den materielle verden - en slags uorganiske levende teknologier."
Von Neumann sonder
Maskinbasert kunstig liv er en ganske vanlig idé, nesten triviell, så la oss bare se på von Neumann-sonder for ikke å omgå det. De ble først oppfunnet på midten av 1900-tallet av den ungarske matematikeren og futuristen John von Neumann, som mente at for å reprodusere funksjonene til den menneskelige hjerne, må en maskin ha mekanismer for selvkontroll og selvhelbredelse. Så han kom på ideen om å lage selvreproduserende maskiner, basert på observasjoner av den økende kompleksiteten i livet i reproduksjonsprosessen. Han mente at slike maskiner kunne bli en slags universell konstruktør som ikke bare kunne lage komplette kopier av seg selv, men også forbedre eller endre versjoner, og derved gjennomføre evolusjon og øke kompleksiteten over tid.
Andre futurister som Freeman Dyson og Eric Drexler brukte raskt disse ideene til romforskning og skapte von Neumann-sonden. Å sende en selvreplikerende robot ut i rommet kan være den mest effektive måten å kolonisere en galakse på, siden den kan fange hele Melkeveien på under en million år, selv med lysets hastighet.
Som Michio Kaku forklarte:
“Von Neumann-sonden er en robot designet for å nå fjerne stjernesystemer og lage fabrikker som vil bygge tusenvis av eksemplarer av seg selv. En død måne, ikke engang en planet, kan være et ideelt reisemål for von Neumann-sonder, da det vil gjøre det lettere å lande og ta av fra disse månene, og også fordi månene ikke har erosjon. Sondene kunne leve av land, gruvedrift av jern, nikkel og andre råvarer for å bygge robotfabrikker. De ville lage tusenvis av eksemplarer av seg selv, som deretter spredte seg på jakt etter andre stjernesystemer."
Gjennom årene har forskjellige versjoner av den grunnleggende ideen til von Neumann-sonden blitt utviklet, inkludert leting og leting sonder for stille utforske og observere utenomjordiske sivilisasjoner; kommunikasjonssonder spredt over hele rommet for bedre å fange fremmede radiosignaler; arbeidssonder for konstruksjon av supermassive romstrukturer; koloniserende prober som vil erobre andre verdener. Det kan til og med være ledende sonder som tar unge sivilisasjoner ut i rommet. Alias, det kan være berserkersonder, hvis oppgave vil være å ødelegge spor av organisk materiale i rommet, etterfulgt av konstruksjon av politisonder som vil gjenspeile disse angrepene. Gitt at von Neumann-prober kan bli et slags romvirus, bør vi være forsiktige når vi utvikler dem.
Gaias hypotese
I 1975 skrev James Lovelock og Sidney Upton en artikkel for New Scientist med tittelen "Finding Gaia." Lovelock og Upton foreslo at det tradisjonelle synet på at livet oppsto på jorden og blomstret på grunn av de rette materielle forhold, og at livet dermed tok en aktiv rolle i å opprettholde og bestemme betingelsene for dets overlevelse. De foreslo at all levende materie på jorden, i luften, havene og på overflaten er en del av et enkelt system som oppfører seg som en superorganisme som er i stand til å justere temperaturen på overflaten og sammensetningen av atmosfæren på en måte som er nødvendig for å overleve. De kalte dette systemet Gaia, etter den greske gudinnen på jorden. Det eksisterer for å opprettholde homeostase, takket være at biosfæren kan eksistere på jorden.
Lovelock har jobbet med Gaia-hypotesen siden midten av 1960-tallet. Den grunnleggende ideen er at jordens biosfære har en rekke naturlige sykluser, og når en går galt, kompenserer andre for det på en måte som opprettholder vital kapasitet. Dette kan forklare hvorfor atmosfæren ikke er laget helt av karbondioksid eller hvorfor havet ikke er for salt. Selv om vulkanutbrudd utgjorde den tidlige atmosfæren, hovedsakelig karbondioksid, oppsto det nitrogenproduserende bakterier og planter som produserer oksygen gjennom fotosyntese. Millioner av år har atmosfæren endret seg i vår favør. Mens elver fører salt til havene fra bergarter, forblir saltholdigheten i havene stabil på 3,4% når salt siver gjennom sprekker i havbunnen. Dette er ikke bevisste prosesser, men resultatet av tilbakemelding,som holder planetene i beboelig likevekt.
Andre bevis inkluderer at hvis det ikke var for biotisk aktivitet, ville metan og hydrogen forsvinne fra atmosfæren på bare noen få tiår. I tillegg, til tross for en økning på 30% i soltemperaturen de siste 3,5 milliarder årene, har den gjennomsnittlige globale temperaturen bare forskjøvet seg med bare 5 grader Celsius, takket være en reguleringsmekanisme som fjerner karbondioksid fra atmosfæren og fanger den opp i fossilt organisk materiale.
Opprinnelig ble Lovelocks ideer møtt med latterliggjøring og beskyldninger. Over tid påvirket imidlertid Gaias hypotese ideene om jordens biosfære, og bidro til å danne deres integrerte oppfatning i den vitenskapelige verden. I dag blir Gaias hypotese respektert snarere enn akseptert av forskere. Snarere er det en positiv kulturell ramme som vitenskapelig forskning på Jorden som et globalt økosystem skal gjennomføres innenfor.
Paleontolog Peter Ward utviklet den konkurransedyktige Medea-hypotesen, oppkalt etter moren som drepte barna hennes, i gresk mytologi, hvis hovedidee er at livet i seg selv er selvdestruktivt og selvmordstanker. Han påpeker at historisk sett er de fleste masseutryddelser forårsaket av livsformer som mikroorganismer eller hominider i bukser, som alvorlig skader jordens atmosfære.
