Hvordan kunne alternative, fremmede livsformer se ud?

• Livet på Jorden (og derfor alt liv, vi kender) er afhængig af kulstof og vand.
• Kulstof og vand er fremragende ingredienser, når liv skal skabes, men mange andre grundstoffer kunne erstatte dem under de rette betingelser.
• Hvad er disse alternative former for liv, og under hvilke betingelser kunne de blomstre?

Alt liv på Jorden, og dermed alt liv, vi nogensinde har observeret i universet, har nogle få grundlæggende karakteristika til fælles. Dets molekylære strukturer er opbygget ved hjælp af kulstof, det er afhængigt af vand til at fungere som opløsningsmiddel og lette kemiske reaktioner, og det bruger DNA eller RNA som sine byggeplaner.

Disse egenskaber synes så allestedsnærværende, at næsten alle forbindelser, som vi kan finde, og som indeholder kulstof, kaldes en organisk forbindelse. Kulstof fungerer meget godt som grundlag for livets kemi. Det kan binde sig til mange molekyler og opbygge strukturer, der er store nok til at være biologisk relevante, og dets bindinger er stærke og stabile. Brug af vand og DNA/RNA er tilsyneladende også fint afstemt til at gøre det muligt for liv at eksistere.

Men bare fordi disse egenskaber ved liv er sande på Jorden, betyder det ikke, at de er sande overalt. Faktisk kan vi sagtens forestille os forskellige miljøer, hvor alternative former for liv kan eksistere. Her er nogle af de vigtigste måder, hvorpå vi tror, at liv kan afvige fra den standard, vi ser på Jorden.

Silicium

Lei Chen og Yan Liang (BeautyOfScience.com) for Caltech

En kunstnerisk gengivelse af organosiliciumbaseret liv. Organosiliciumforbindelser indeholder kulstof-silicium-bindinger.

Det samme stof, som udgør computerchips og elektriske kredsløb, kan også udgøre liv et eller andet sted i universet. Kulstof kan danne bindinger med op til fire andre atomer på én gang, binde sig til ilt og danne polymerkæder, hvilket alt sammen gør det ideelt til livets komplekse kemi. Silicium, som ligger lige under kulstof på grundstoftavlen, har også disse egenskaber.

Trods disse kvaliteter er silicium stadig ret begrænset som grundlag for liv. Det kan kun danne stabile bindinger med et begrænset antal andre grundstoffer; dets polymerer ville være meget ensformige, hvilket begrænser dets evne til at danne de komplekse forbindelser, der er nødvendige for at liv kan opstå; og siliciumkemien er ikke stabil i vandige, eller vandige, miljøer. Et andet problem er, at når kulstof oxideres, danner det kuldioxid, en gas, der let kan udledes. Når silicium oxideres, danner det siliciumdioxid, også kendt som silica, kvarts eller sand. Dette faste affald ville give nogle alvorlige mekaniske udfordringer for ethvert siliciumbaseret liv. En sådan hypotetisk livsform ville udskille mursten af sand, hver gang den tog et åndedrag, hvilket ville gøre ferier på stranden noget mere skræmmende.

Under visse betingelser kan siliciumbaseret kemi være mere gunstig for liv end kulstofbaseret kemi. Siliciumkemi ville også være meget mere velegnet til liv i oceaner af kolde grundstoffer, som vi normalt ikke forbinder med liv, såsom flydende nitrogen, metan, ethan, neon og argon. Sådanne steder findes i universet, især i vores eget solsystem: Et af de vigtigste kendetegn ved Saturns største måne, Titan, er dens søer af flydende ethan og metan.

Ammoniak

En kunstners afbildning af en verden med liv baseret på ammoniak.Ittiz

De fleste af de kemiske reaktioner, som livet er afhængig af, finder sted i et vandmiljø. Vand opløser mange forskellige molekyler – det er et opløsningsmiddel, og at have et godt opløsningsmiddel er en forudsætning for den form for kemi, der skaber liv.

Ligesom vand er ammoniak også almindelig i hele galaksen. Det er også i stand til at opløse organiske forbindelser ligesom vand, og i modsætning til vand kan det også opløse nogle metalliske forbindelser, hvilket åbner mulighed for noget mere interessant kemi, der kan bruges i levende væsener.

Men ammoniak er også brandfarlig i tilstedeværelse af ilt; det har en meget lavere overfladespænding end vand, hvilket gør det vanskeligt at holde præbiotiske molekyler sammen i meget lang tid; og dets smelte- og kogepunkt er meget lavere end vand, henholdsvis -78 °C og -33,15 °C. Kemien i ammoniakbaseret liv ville således foregå meget langsommere, og tilsvarende ville dets metabolisme og udvikling også være langsommere. Et vigtigt forbehold er dog, at det er de smelte- og kogepunkter, der forekommer ved Jordens atmosfæriske tryk. Ved højere tryk ville disse værdier stige.

Et af de spændende træk ved ammoniakbaseret liv er, at det kunne eksistere uden for den såkaldte beboelseszone, eller det område, hvor flydende vand kan eksistere. Titan kan f.eks. indeholde oceaner af ammoniak under sin overflade, og selv om den ligger uden for vores solsystems beboelige zone, kunne den af den grund være vært for liv. Astrobiologer peger ofte på Titan som et muligt sted for alternative livsformer i vores eget solsystem.

Alternativ chiralitet

Som en person kan være venstre- eller højrehåndet, kan organiske molekyler også være venstre- eller højrehåndede. Disse molekyler er spejlbilleder af hinanden, men livet er af en eller anden grund endt med at bruge den ene eller den anden side, hvilket kaldes chiralitet. Aminosyrer er f.eks. “venstrehåndede”, mens sukkerstofferne i RNA og DNA er “højrehåndede”. For at disse molekyler kan interagere med hinanden, skal de være af den rigtige slags chiralitet; hvis proteinkæderne er lavet med aminosyrer med blandet chiralitet, fungerer de simpelthen ikke. Men en proteinkæde, der er opbygget af højrehåndede aminosyrer, hvilket er det modsatte af det, som livet på Jorden bruger, ville fungere helt fint.

Alle Jordens økologi afhænger af denne konvention. For at kunne spise er vi nødt til at indtage mad med den passende chiralitet. Vi kan blive smittet og forsvare os mod infektioner af den passende chiralitet. Alt på Jorden har den passende chiralitet, så det fungerer fint.

Men fremmed liv kan udvikle sig til at bruge den modsatte chiralitet som Jorden. Dette liv ville i bund og grund være ganske lig liv på Jorden – med kulstof som rygrad og vand som opløsningsmiddel – men det ville interagere med os på en af to mulige måder. For det første ville det slet ikke være i stand til at interagere med os. Selv hvis mikrobielt liv forsøgte at spise andet mikrobielt liv, ville de “omvendte” sukkerstoffer være ufordøjelige, og virus ville ikke kunne binde sig til værtscellerne. Dette ville sandsynligvis være en god ting, da vi ikke ønsker at blive smittet med fremmede sygdomme.

Men der findes væsener på Jorden, som ikke spiser chirale næringsstoffer, f.eks. cyanobakterier. En tilsvarende fremmed mikrobe ville være i stand til at spise så meget som den vil, reproducere sig i det uendelige og ville aldrig blive holdt i skak af rovdyr, da den selv ville være af den forkerte chiralitet. Dette ville dramatisk forstyrre fødekæden i en apokalyptisk skala.

Disse alternative livsformer er ikke de eneste, der eksisterer, men de er blandt de mest sandsynlige. Meget af det, vi ved om kemi, tyder på, at kulstof- og vandbaseret liv vil være det mest almindelige i universet, men vi har kun haft en prøve af en af dem at studere: vores egen planet. Hvis vi finder liv på andre verdener, vil vi få endnu større indsigt i, hvordan levende væsener opstår.