Hur skulle alternativa, främmande former av liv kunna se ut?

• Livet på jorden (och därmed allt liv vi känner till) bygger på kol och vatten.
• Kol och vatten är utmärkta ingredienser för att skapa liv, men många andra grundämnen skulle kunna ersätta dem under de rätta förutsättningarna.
• Vad är dessa alternativa livsformer och under vilka förhållanden skulle de kunna blomstra?

Allt liv på jorden, och därmed allt liv vi någonsin observerat i universum, delar några grundläggande egenskaper. Dess molekylära strukturer är uppbyggda med hjälp av kol, det är beroende av vatten för att fungera som lösningsmedel och underlätta kemiska reaktioner, och det använder DNA eller RNA som sina ritningar.

Dessa egenskaper verkar vara så allestädes närvarande att nästan alla föreningar vi kan hitta som innehåller kol kallas organiska föreningar. Kol fungerar mycket bra som grund för livets kemi. Det kan binda sig till många molekyler och bygga strukturer som är tillräckligt stora för att vara biologiskt relevanta, och dess bindningar är starka och stabila. Att använda vatten och DNA/RNA är också till synes finjusterade för att möjliggöra liv.

Men bara för att dessa egenskaper hos livet är sanna på jorden betyder det inte att de är sanna överallt. Faktum är att vi lätt kan föreställa oss olika miljöer där alternativa former av liv kan existera. Här är några av de viktigaste sätten vi tror att livet kan skilja sig från den standard vi ser på jorden.

Silikon

Lei Chen och Yan Liang (BeautyOfScience.com) för Caltech

En konstnärsskildring av organosilikonbaserat liv. Organosilikonföreningar innehåller kol-silikon-bindningar.

Det som utgör datorchips och elektriska kretsar kan också utgöra liv någonstans i universum. Kol kan bilda bindningar med upp till fyra andra atomer samtidigt, binda sig till syre och bilda polymerkedjor, vilket gör det idealiskt för livets komplexa kemi. Kisel, som ligger strax under kol i grundämnesförteckningen, har också dessa egenskaper.

Trots dessa egenskaper är kisel fortfarande ganska begränsat som grund för liv. Det kan bara bilda stabila bindningar med ett begränsat antal andra grundämnen; dess polymerer skulle bli mycket monotona, vilket begränsar dess förmåga att bilda de komplexa föreningar som krävs för att liv ska kunna uppstå; och kiselkemin är inte stabil i vattenhaltiga, eller vattniga, miljöer. Ett annat problem är att när kolet oxideras bildar det koldioxid, en gas som lätt kan utvisas. När kisel oxiderar bildar det kiseldioxid, även känt som kiseldioxid, kvarts eller sand. Detta fasta avfall skulle innebära allvarliga mekaniska utmaningar för allt kiselbaserat liv. En sådan hypotetisk livsform skulle utsöndra tegelstenar av sand varje gång den tog ett andetag, vilket skulle göra semestern på stranden något mer skrämmande.

Under vissa förhållanden kan kiselbaserad kemi vara mer gynnsam för liv än kolbaserad. Kiselkemi skulle också vara mycket mer gynnsamt för liv i hav av kalla element som vi vanligtvis inte förknippar med liv, till exempel flytande kväve, metan, etan, neon och argon. Sådana platser finns i universum, särskilt i vårt eget solsystem: Ett av de viktigaste kännetecknen för Saturnus största måne, Titan, är dess sjöar av flytande etan och metan.

Ammoniak

En konstnärsskildring av en värld med ammoniakbaserat liv.Ittiz

De flesta av de kemiska reaktioner som livet är beroende av äger rum i en vattenmiljö. Vatten löser upp många olika molekyler – det är ett lösningsmedel, och att ha ett bra lösningsmedel är en förutsättning för den typ av kemi som ger upphov till liv.

Likt vatten är ammoniak också vanligt förekommande i hela galaxen. Den kan också lösa upp organiska föreningar som vatten, och till skillnad från vatten kan den också lösa upp vissa metalliska föreningar, vilket öppnar upp för möjligheten att använda lite mer intressant kemi i levande varelser.

Hursomhelst är ammoniak också brandfarlig i närvaro av syre; den har en mycket lägre ytspänning än vatten, vilket gör det svårt att hålla ihop prebiotiska molekyler särskilt länge; och dess smält- och kokpunkt är mycket lägre än vatten, vid -78 °C respektive -33,15 °C. Kemin i ammoniakbaserat liv skulle därför ske mycket långsammare, och i motsvarande grad skulle dess ämnesomsättning och utveckling också vara långsammare. En viktig invändning är dock att detta är de smält- och kokpunkter som uppstår vid jordens atmosfäriska tryck. Vid högre tryck skulle dessa värden stiga.

En av de spännande egenskaperna hos ammoniakbaserat liv är att det skulle kunna existera utanför den så kallade beboeliga zonen, eller det område där flytande vatten kan existera. Titan, till exempel, kan ha oceaner av ammoniak under sin yta, och även om den ligger utanför vårt solsystems beboeliga zon skulle den av den anledningen kunna hysa liv. Astrobiologer pekar ofta på Titan som en möjlig plats för alternativa livsformer i vårt eget solsystem.

Alternativ kiralitet

Såväl som en person kan vara vänster- eller högerhänt kan organiska molekyler också vara det. Dessa molekyler är spegelbilder av varandra, men livet hamnade av någon anledning på den ena eller andra sidan, vilket kallas för kiralitet. Aminosyror är till exempel ”vänsterhänta”, medan sockerarter i RNA och DNA är ”högerhänta”. För att dessa molekyler ska kunna interagera med varandra måste de ha rätt sorts kiralitet; om proteinkedjor tillverkas med aminosyror med blandad kiralitet fungerar de helt enkelt inte. Men en proteinkedja som är konstruerad av högerhänta aminosyror, vilket är motsatsen till vad livet på jorden använder, skulle fungera alldeles utmärkt.

Alla jordens ekologi är beroende av denna konvention. För att kunna äta måste vi konsumera mat med lämplig kiralitet. Vi kan bli infekterade och försvara oss mot infektioner av lämplig kiralitet. Allt på jorden har lämplig kiralitet, så detta fungerar alldeles utmärkt.

Men utomjordiskt liv kan utvecklas till att använda den motsatta kiraliteten som jorden. Detta liv skulle i grunden vara ganska likt livet på jorden – med kol som ryggrad och vatten som lösningsmedel – men det skulle interagera med oss på ett av två möjliga sätt. För det första skulle det inte kunna interagera alls. Även om mikrobiellt liv försökte äta annat mikrobiellt liv skulle det ”omvända” sockret vara osmältbart, och virus skulle inte kunna binda sig till värdceller. Detta skulle förmodligen vara bra, eftersom vi inte vill bli smittade med några utomjordiska sjukdomar.

Men det finns djur på jorden som inte äter chirala näringsämnen, till exempel cyanobakterier. En jämförbar utomjordisk mikrob skulle kunna äta så mycket den vill, föröka sig i all oändlighet och skulle aldrig hållas i schack av rovdjur eftersom den själv skulle vara av fel kiralitet. Detta skulle dramatiskt störa näringskedjan i en apokalyptisk skala.

Dessa alternativa livsformer är inte de enda som existerar, men de är bland de mest sannolika. Mycket av det vi vet om kemi tyder på att kol- och vattenbaserat liv kommer att vara det vanligaste i universum, men vi har bara haft ett urval av en att studera: vår egen planet. Om vi hittar liv på andra världar kommer vi att få ännu större insikt i hur levande varelser uppstår.