Milyenek lehetnek az élet alternatív, idegen életformái?

• A földi élet (és így minden általunk ismert élet) a szénre és a vízre épül.
• A szén és a víz kiváló alapanyagok az élet létrehozásához, de a megfelelő körülmények között sok más elem is helyettesítheti őket.
• Melyek ezek az alternatív életformák, és milyen körülmények között virágozhatnának?

Minden földi élet, és így minden élet, amit valaha is megfigyeltünk a világegyetemben, osztozik néhány alapvető tulajdonságban. Molekuláris szerkezete szénből épül fel, a vízre támaszkodik, hogy oldószerként működjön és megkönnyítse a kémiai reakciókat, és DNS-t vagy RNS-t használ tervrajzként.

Ezek a tulajdonságok olyannyira általánosnak tűnnek, hogy szinte minden olyan vegyületet, amelyet szénnel találunk, szerves vegyületnek nevezünk. A szén nagyon jól működik az élet kémiájának alapjaként. Sok molekulához képes kötődni, elég nagy szerkezeteket építve ahhoz, hogy biológiailag releváns legyen, és a kötései erősek és stabilak. A víz és a DNS/RNS használata is látszólag úgy van beállítva, hogy lehetővé tegye az élet létezését.

De csak azért, mert az életnek ezek a tulajdonságai igazak a Földön, nem jelenti azt, hogy mindenhol igazak. Valójában könnyen el tudunk képzelni különböző környezeteket, ahol az élet alternatív formái létezhetnek. Íme néhány főbb mód, ahogyan szerintünk az élet eltérhet a Földön látott sztenderdtől.

Silícium

Lei Chen és Yan Liang (BeautyOfScience.com) a Caltech számára

A szerves szilícium alapú élet művészi ábrázolása. A szilíciumorganikus vegyületek szén-szilícium kötéseket tartalmaznak.

Az anyag, amelyből a számítógépes chipek és az elektromos áramkörök készülnek, valahol az univerzumban az életet is alkothatja. A szén egyszerre akár négy másik atomhoz is képes kötést kialakítani, oxigénhez kötődni és polimerláncokat alkotni, ami ideális az élet összetett kémiájához. A szilícium, amely közvetlenül a szén alatt helyezkedik el az elemek táblázatában, szintén osztozik ezekben a tulajdonságokban.

Ezek ellenére a szilícium még mindig meglehetősen korlátozottan alkalmas az élet alapjául. Csak korlátozott számú más elemmel képes stabil kötéseket kialakítani; polimerjei nagyon egyhangúak lennének, ami korlátozza az élethez szükséges összetett vegyületek kialakításának képességét; és a szilícium kémiája nem stabil vizes, azaz vizes környezetben. Egy másik probléma, hogy amikor a szén oxidálódik, szén-dioxidot képez, amely könnyen kiürülő gáz. Amikor a szilícium oxidálódik, szilícium-dioxidot képez, amelyet szilícium-dioxidként, kvarcként vagy homokként is ismerünk. Ez a szilárd hulladék komoly mechanikai kihívást jelentene bármilyen szilíciumalapú élet számára. Egy ilyen hipotetikus életforma minden levegővételnél homoktéglákat választana ki, ami a tengerparti nyaralást némileg borzasztóbbá tenné.

Bizonyos körülmények között a szilíciumalapú kémia kedvezőbb lehet az élet számára, mint a szénalapú. A szilícium kémiája sokkal kedvezőbb lenne az élet számára olyan hideg elemeket tartalmazó óceánokban is, amelyeket általában nem szoktunk az élettel kapcsolatba hozni, mint például a folyékony nitrogén, metán, etán, neon és argon. Ilyen helyek léteznek a világegyetemben, nevezetesen a saját Naprendszerünkben: A Szaturnusz legnagyobb holdjának, a Titánnak egyik fő jellemzője a folyékony etánból és metánból álló tavak.

Ammónia

A művész ábrázolása egy olyan világról, ahol ammónia alapú élet van.Ittiz

A legtöbb kémiai reakció, amelyre az élet támaszkodik, vizes környezetben zajlik. A víz sok különböző molekulát old fel – ez egy oldószer, és a jó oldószer megléte előfeltétele annak a fajta kémiának, ami az életet hozza létre.

A vízhez hasonlóan az ammónia is gyakori az egész galaxisban. A vízhez hasonlóan szerves vegyületeket is képes oldani, és a vízzel ellentétben néhány fémes vegyületet is képes feloldani, ami megnyitja a lehetőséget az élőlényekben használható érdekesebb kémia előtt.

Az ammónia azonban oxigén jelenlétében gyúlékony is; sokkal kisebb felületi feszültséggel rendelkezik, mint a víz, ami megnehezíti a prebiotikus molekulák hosszú ideig való összetartását; olvadási és forráspontja pedig sokkal alacsonyabb, mint a vízé, -78°C, illetve -33,15°C-on. Így az ammónián alapuló élet kémiai folyamatai sokkal lassabban mennének végbe, és ennek megfelelően az anyagcsere és az evolúció is lassabb lenne. Fontos figyelmeztetés azonban, hogy ezek az olvadási és forráspontok a földi légköri nyomáson jelentkeznek. Nagyobb nyomáson ezek az értékek emelkednének.

Az ammónián alapuló élet egyik izgalmas jellemzője, hogy az úgynevezett lakhatósági zónán kívül létezhet, vagyis azon a tartományon kívül, ahol folyékony víz létezhet. A Titán például ammóniából álló óceánokat rejthet a felszíne alatt, és bár Naprendszerünk lakhatósági zónáján kívül fekszik, éppen ezért otthont adhat az életnek. Az asztrobiológusok gyakran mutatnak rá a Titánra, mint a saját Naprendszerünkön belüli alternatív életformák lehetséges helyszínére.

Alternatív kiralitás

Mint ahogy az ember is lehet bal- vagy jobbkezes, úgy a szerves molekulák is lehetnek jobbkezesek. Ezek a molekulák egymás tükörképei, de az élet valamilyen okból kifolyólag az egyik vagy a másik oldalt használta, amit kiralitásnak nevezünk. Az aminosavak például “balkezesek”, míg az RNS-ben és a DNS-ben lévő cukrok “jobbkezesek”. Ahhoz, hogy ezek a molekulák kölcsönhatásba léphessenek egymással, a megfelelő kiralitásúaknak kell lenniük; ha a fehérjeláncok vegyes kiralitású aminosavakból készülnek, egyszerűen nem működnek. De egy jobbkezes aminosavakból felépített fehérjelánc, ami éppen az ellenkezője annak, amit a földi élet használ, tökéletesen működne.

A Föld egész ökológiája ettől a konvenciótól függ. Ahhoz, hogy enni tudjunk, a megfelelő kiralitású táplálékot kell fogyasztanunk. A megfelelő kiralitású fertőzésekkel szemben fertőződhetünk és védekezhetünk. A Földön minden a megfelelő kiralitással rendelkezik, így ez remekül működik.

Az idegen élet azonban fejlődhet úgy, hogy a Földdel ellentétes kiralitást használjon. Ez az élet alapvetően nagyon hasonló lenne a földi élethez – szénnel mint gerinccel és vízzel mint oldószerrel -, de kétféleképpen lépne kapcsolatba velünk. Először is, egyáltalán nem lenne képes kölcsönhatásba lépni. Még ha a mikrobiális élet megpróbálna is megenni egy másik mikrobiális életet, a “fordított” cukrok emészthetetlenek lennének, és a vírusok nem tudnának kötődni a gazdasejtekhez. Ez valószínűleg jó lenne, hiszen nem szeretnénk, ha idegen betegségekkel fertőződnénk meg.

De vannak olyan élőlények a Földön, amelyek nem esznek királis tápanyagokat, mint például a cianobaktériumok. Egy hasonló idegen mikroba annyit ehetne, amennyit csak akar, korlátlanul szaporodhatna, és soha nem tartanák kordában a ragadozók, mivel ő maga is rossz kiralitású lenne. Ez a táplálékláncot drámai módon, apokaliptikus mértékben felborítaná.

Ezek az alternatív életformák nem az egyetlenek, amelyek léteznek, de a legvalószínűbbek közé tartoznak. Sok minden, amit a kémiáról tudunk, azt sugallja, hogy a szén- és vízalapú élet lesz a leggyakoribb a világegyetemben, de eddig csak egy mintánk volt, amit tanulmányozhattunk: a saját bolygónk. Ha más világokon is találunk életet, még nagyobb betekintést nyerhetünk abba, hogyan jönnek létre az élőlények.