Jak by mohly vypadat alternativní, mimozemské formy života?

• Život na Zemi (a tedy veškerý život, který známe) je závislý na uhlíku a vodě.
• Uhlík a voda jsou vynikajícími ingrediencemi při vytváření života, ale za vhodných podmínek by je mohlo nahradit mnoho dalších prvků.
• Jaké jsou tyto alternativní formy života a za jakých podmínek by mohly vzkvétat?

Všechen život na Zemi, a tedy i veškerý život, který jsme kdy ve vesmíru pozorovali, má několik společných základních rysů. Jeho molekulární struktury jsou budovány pomocí uhlíku, spoléhá se na vodu, která funguje jako rozpouštědlo a usnadňuje chemické reakce, a používá DNA nebo RNA jako své plány.

Tyto vlastnosti se zdají být tak všudypřítomné, že většina všech sloučenin, které můžeme najít a které obsahují uhlík, se nazývá organická sloučenina. Uhlík funguje velmi dobře jako základ chemie života. Může se vázat s mnoha molekulami, vytvářet dostatečně velké struktury, aby byly biologicky významné, a jeho vazby jsou pevné a stabilní. Použití vody a DNA/RNA jsou také zdánlivě vyladěny tak, aby umožnily existenci života.

Ale to, že tyto vlastnosti života platí na Zemi, neznamená, že platí všude. Ve skutečnosti si můžeme snadno představit různá prostředí, kde mohou existovat alternativní formy života. Zde jsou některé z hlavních způsobů, kterými se podle nás může život lišit od standardu, který vidíme na Zemi.

Křemík

Lei Chen a Yan Liang (BeautyOfScience.com) pro Caltech

Umělecké ztvárnění života na bázi organokřemíku. Organokřemičité sloučeniny obsahují vazby mezi uhlíkem a křemíkem.

Stejná látka, která tvoří počítačové čipy a elektrické obvody, může někde ve vesmíru tvořit i život. Uhlík může vytvářet vazby až se čtyřmi dalšími atomy najednou, vázat se na kyslík a vytvářet polymerní řetězce, což ho činí ideálním pro složitou chemii života. Křemík, který leží v tabulce prvků hned pod uhlíkem, má také tyto vlastnosti.

Přes tyto vlastnosti je křemík jako základ života stále poměrně omezený. Může vytvářet stabilní vazby pouze s omezeným počtem jiných prvků; jeho polymery by byly velmi monotónní, což by omezovalo jeho schopnost vytvářet složité sloučeniny potřebné pro vznik života; a chemie křemíku není stabilní ve vodném neboli vodnatém prostředí. Dalším problémem je, že při oxidaci uhlíku vzniká oxid uhličitý, snadno vyloučitelný plyn. Když oxiduje křemík, tvoří oxid křemičitý, známý také jako oxid křemičitý, křemen nebo písek. Tento pevný odpad by představoval vážný mechanický problém pro jakýkoli život založený na křemíku. Taková hypotetická forma života by při každém nadechnutí vylučovala cihly písku, což by jí poněkud znepříjemnilo dovolenou na pláži.

Za určitých podmínek by chemie založená na křemíku mohla být pro život příznivější než chemie založená na uhlíku. Křemíková chemie by také byla mnohem příznivější pro život v oceánech studených prvků, které si obvykle nespojujeme s životem, jako je kapalný dusík, metan, etan, neon a argon. Taková místa existují ve vesmíru, zejména v naší sluneční soustavě: Jedním z hlavních rysů největšího Saturnova měsíce Titanu jsou jezera kapalného ethanu a metanu.

Amoniak

Umělecké vyobrazení světa s životem na bázi amoniaku.Ittiz

Většina chemických reakcí, na kterých je život závislý, probíhá ve vodním prostředí. Voda rozpouští mnoho různých molekul – je to rozpouštědlo a mít dobré rozpouštědlo je předpokladem pro takovou chemii, která přináší život.

Stejně jako voda je i čpavek běžný v celé galaxii. Je také schopen rozpouštět organické sloučeniny podobně jako voda a na rozdíl od vody dokáže rozpouštět i některé kovové sloučeniny, což otevírá možnost zajímavější chemie pro využití v živých organismech.

Amoniak je však také hořlavý v přítomnosti kyslíku; má mnohem nižší povrchové napětí než voda, takže je obtížné udržet prebiotické molekuly pohromadě po velmi dlouhou dobu; a jeho teploty tání a varu jsou mnohem nižší než u vody, a to -78 °C, respektive -33,15 °C.

Amoniak je však také hořlavý. Chemie života na bázi amoniaku by tedy probíhala mnohem pomaleji a úměrně tomu by byl pomalejší i jeho metabolismus a vývoj. Důležitou výhradou však je, že se jedná o teploty tání a varu, které se vyskytují při atmosférickém tlaku na Zemi. Při vyšším tlaku by tyto hodnoty vzrostly.

Jednou ze zajímavých vlastností života na bázi amoniaku je, že by mohl existovat mimo takzvanou zónu obyvatelnosti neboli oblast, kde může existovat kapalná voda. Například Titan může mít pod svým povrchem oceány čpavku, a přestože leží mimo obyvatelnou zónu naší sluneční soustavy, mohl by z tohoto důvodu hostit život. Astrobiologové často poukazují na Titan jako na možné místo výskytu alternativních forem života v naší sluneční soustavě.

Alternativní chiralita

Stejně jako člověk může být levák nebo pravák, mohou být i organické molekuly. Tyto molekuly jsou navzájem zrcadlovými obrazy, ale život z nějakého důvodu skončil u používání jedné nebo druhé strany, což se nazývá chiralita. Například aminokyseliny jsou „levotočivé“, zatímco cukry v RNA a DNA jsou „pravotočivé“. Aby tyto molekuly mohly vzájemně interagovat, musí mít správný druh chirality; pokud jsou bílkovinné řetězce tvořeny aminokyselinami se smíšenou chiralitou, jednoduše nefungují. Ale bílkovinný řetězec sestavený z pravotočivých aminokyselin, což je opak toho, co používá život na Zemi, by fungoval naprosto bez problémů.

Na této konvenci závisí celá pozemská ekologie. Abychom se mohli najíst, musíme konzumovat potravu příslušné chirality. Můžeme být infikováni a bránit se infekcím příslušné chirality. Všechno na Zemi má příslušnou chiralitu, takže to funguje bez problémů.

Ale mimozemský život se může vyvinout tak, že bude používat opačnou chiralitu než Země. Takový život by byl v zásadě docela podobný životu na Zemi – používal by uhlík jako páteř a vodu jako rozpouštědlo – ale interagoval by s námi jedním ze dvou možných způsobů. Zaprvé by nebyl schopen interagovat vůbec. I kdyby se mikrobiální život pokusil sníst nějaký jiný mikrobiální život, „obrácené“ cukry by byly nestravitelné a viry by se nemohly vázat na hostitelské buňky. To by bylo pravděpodobně dobře, protože nechceme být nakaženi žádnou cizí nemocí.

Na Zemi však existují živočichové, kteří nepožívají chirální živiny, například sinice. Srovnatelný mimozemský mikrob by mohl jíst, kolik by chtěl, rozmnožovat se donekonečna a nikdy by ho predátoři nedrželi na uzdě, protože by sám měl špatnou chiralitu. To by dramaticky narušilo potravní řetězec v apokalyptickém měřítku.

Tyto alternativní formy života nejsou jediné, které existují, ale patří mezi nejpravděpodobnější. Mnohé z toho, co víme o chemii, naznačuje, že život na bázi uhlíku a vody bude ve vesmíru nejrozšířenější, ale zatím jsme měli ke studiu pouze vzorek jedné z nich: naši vlastní planetu. Pokud najdeme život i na jiných světech, získáme ještě větší přehled o tom, jak živé organismy vznikají.

.