Cum ar putea arăta forme alternative de viață extraterestră?

• Viața pe Pământ (și, prin urmare, toate formele de viață pe care le cunoaștem) se bazează pe carbon și apă.
• Carbonul și apa sunt ingrediente excelente pentru crearea vieții, dar multe alte elemente ar putea servi în locul lor în condițiile potrivite.
• Ce sunt aceste forme alternative de viață și în ce condiții ar putea înflori?

Toată viața de pe Pământ și, prin urmare, toată viața pe care am observat-o vreodată în univers, împărtășește câteva caracteristici de bază. Structurile sale moleculare sunt construite cu ajutorul carbonului, se bazează pe apă pentru a acționa ca solvent și pentru a facilita reacțiile chimice și utilizează ADN sau ARN ca schițe.

Aceste calități par atât de omniprezente încât aproape orice compus pe care îl putem găsi și care conține carbon este numit compus organic. Carbonul funcționează foarte bine ca bază pentru chimia vieții. Se poate lega cu multe molecule, construind structuri suficient de mari pentru a fi relevante din punct de vedere biologic, iar legăturile sale sunt puternice și stabile. Folosirea apei și a ADN/ARN sunt, de asemenea, aparent bine puse la punct pentru a permite existența vieții.

Dar doar pentru că aceste proprietăți ale vieții sunt adevărate pe Pământ nu înseamnă că sunt adevărate peste tot. De fapt, ne putem imagina cu ușurință diferite medii în care pot exista forme alternative de viață. Iată câteva dintre cele mai importante moduri în care credem că viața poate varia față de standardul pe care îl vedem pe Pământ.

Siliciu

Lei Chen și Yan Liang (BeautyOfScience.com) pentru Caltech

O reprezentare artistică a vieții pe bază de organosiliciu. Compușii organosiliciului conțin legături carbon-siliciu.

Același material care constituie cipurile de calculator și circuitele electrice poate constitui, de asemenea, viața undeva în univers. Carbonul poate forma legături cu până la patru alți atomi în același timp, se poate lega de oxigen și poate forma lanțuri de polimeri, toate acestea făcându-l ideal pentru chimia complexă a vieții. Siliciul, care se află chiar sub carbon în tabelul elementelor, împărtășește, de asemenea, aceste caracteristici.

În ciuda acestor calități, siliciul este încă destul de limitat ca bază pentru viață. Nu poate forma legături stabile decât cu un număr limitat de alte elemente; polimerii săi ar fi foarte monotoni, ceea ce ar limita capacitatea sa de a forma compușii complecși necesari pentru apariția vieții; iar chimia siliciului nu este stabilă în medii apoase, sau apoase. O altă problemă este că, atunci când carbonul se oxidează, formează dioxid de carbon, un gaz ușor de expulzat. Când siliciul se oxidează, formează dioxid de siliciu, cunoscut și sub numele de silice, cuarț sau nisip. Aceste deșeuri solide ar reprezenta provocări mecanice serioase pentru orice formă de viață bazată pe siliciu. O astfel de formă de viață ipotetică ar excreta cărămizi de nisip de fiecare dată când ar respira, ceea ce ar face vacanțele la plajă ceva mai înfiorătoare.

În anumite condiții, chimia bazată pe siliciu ar putea fi mai favorabilă vieții decât cea bazată pe carbon. Chimia siliciului ar fi, de asemenea, mult mai favorabilă vieții în oceane de elemente reci pe care nu le asociem de obicei cu viața, cum ar fi azotul lichid, metanul, etanul, neonul și argonul. Astfel de locuri există în univers, în special în propriul nostru sistem solar: Una dintre caracteristicile majore ale celei mai mari luni a lui Saturn, Titan, este reprezentată de lacurile sale de etan și metan lichid.

Amoniac

O reprezentare artistică a unei lumi cu viață bazată pe amoniac.Ittiz

Majoritatea reacțiilor chimice pe care se bazează viața au loc într-un mediu acvatic. Apa dizolvă multe molecule diferite – este un solvent, iar a avea un solvent bun este o condiție prealabilă pentru tipul de chimie care dă naștere vieții.

Ca și apa, amoniacul este, de asemenea, comun în întreaga galaxie. Este, de asemenea, capabil să dizolve compușii organici ca și apa și, spre deosebire de apă, poate dizolva și unii compuși metalici, deschizând posibilitatea unei chimii mai interesante care să fie folosită în ființele vii.

Cu toate acestea, amoniacul este, de asemenea, inflamabil în prezența oxigenului; are o tensiune superficială mult mai mică decât apa, ceea ce face dificilă menținerea moleculelor prebiotice împreună pentru foarte mult timp; iar punctele sale de topire și de fierbere sunt mult mai mici decât apa, la -78°C și, respectiv, -33,15°C. Astfel, chimia vieții pe bază de amoniac ar avea loc mult mai lent și, în mod proporțional, metabolismul și evoluția sa ar fi, de asemenea, mai lente. Un avertisment important, totuși, este că acestea sunt punctele de topire și de fierbere care apar la presiunea atmosferică a Pământului. La presiuni mai mari, aceste valori ar crește.

Una dintre caracteristicile interesante ale vieții pe bază de amoniac este că aceasta ar putea exista în afara așa-numitei zone de habitabilitate, sau a intervalului în care poate exista apă lichidă. Titan, de exemplu, ar putea deține oceane de amoniac sub suprafața sa și, deși se află în afara zonei de habitabilitate a sistemului nostru solar, ar putea din acest motiv să găzduiască viață. Astrobiologii indică adesea Titan ca fiind un posibil loc unde ar putea exista forme de viață alternative în cadrul sistemului nostru solar.

Chiralitate alternativă

La fel cum o persoană poate fi stângace sau dreptace, la fel pot fi și moleculele organice. Aceste molecule sunt imagini în oglindă una a celeilalte, dar viața, dintr-un motiv oarecare, a ajuns să folosească o parte sau alta, ceea ce se numește chiralitate. Aminoacizii, de exemplu, sunt „stângaci”, în timp ce zaharurile din ARN și ADN sunt „drepte”. Pentru ca aceste molecule să interacționeze între ele, ele trebuie să fie de tipul corect de chiralitate; dacă lanțurile proteice sunt realizate cu aminoacizi cu chiralitate mixtă, pur și simplu nu funcționează. Dar un lanț proteic construit din aminoacizi de mână dreaptă, opusul a ceea ce folosește viața pe Pământ, ar funcționa perfect.

Toată ecologia Pământului depinde de această convenție. Pentru a mânca, trebuie să consumăm alimente cu chiralitatea corespunzătoare. Putem fi infectați și ne putem apăra împotriva infecțiilor de chiralitatea corespunzătoare. Totul pe Pământ are chiralitatea corespunzătoare, așa că acest lucru funcționează foarte bine.

Dar viața extraterestră ar putea evolua pentru a folosi chiralitatea opusă celei de pe Pământ. Această viață ar fi în mod fundamental destul de asemănătoare cu viața de pe Pământ – folosind carbonul ca coloană vertebrală și apa ca solvent – dar ar interacționa cu noi într-unul din cele două moduri posibile. În primul rând, nu ar fi capabilă să interacționeze deloc. Chiar dacă viața microbiană ar încerca să mănânce alte viețuitoare microbiene, zaharurile „inverse” ar fi indigeste, iar virușii nu ar fi capabili să se lege de celulele gazdă. Acesta ar fi probabil un lucru bun, deoarece nu dorim să fim infectați cu boli extraterestre.

Dar există creaturi pe Pământ care nu mănâncă nutrienți chirali, cum ar fi cianobacteriile. Un microb extraterestru comparabil ar fi capabil să mănânce cât vrea, să se reproducă la nesfârșit și nu ar fi niciodată ținut în frâu de prădători, deoarece el însuși ar fi de o chiralitate greșită. Acest lucru ar perturba dramatic lanțul alimentar la o scară apocaliptică.

Aceste forme alternative de viață nu sunt singurele care există, dar sunt printre cele mai probabile. O mare parte din ceea ce știm despre chimie sugerează că viața pe bază de carbon și apă va fi cea mai răspândită în univers, dar nu am avut la dispoziție decât o mostră de una singură pentru a o studia: propria noastră planetă. Dacă vom găsi viață pe alte lumi, vom obține o perspectivă și mai mare asupra modului în care apar ființele vii.