Хипотетични форми на живот

Метаногени

Като цяло се предполага, че един потенциален извънземен живот ще е подобно на нас базиран на въглерода. Редица учени обаче имат алтернативни теории. Започвам нова поредица статии в които ще покажа някои от тези теории.

През 2005 Хийтър Смит (Heather Smith) от Международния Космически Университет в Страсбург и Крис Маккей (Chris McKay) от изследователския център "Амес" на НАСА излизат с публикация в която спекулират върху възможността за съществуване на живот базиран на метана. Тези същества са наречени "метаногени" (methanogens). Едни такива създания биха консумирали водород, ацетилен и етан и биха издишали метан вместо въглероден двуокис.

Това би им позволило да живеят на ледени светове като Титан, спътника на Сатурн. Също като на Земята, атмосферата на това космическо тяло е съставена основно от азот, но има и метан. Титан е и единственото друго място в Слънчевата система в което има течаща течност на повърхността - реки и морета от етан и метан. Забележка: на Титан освен това съществуват подземни водни басейни, както и на друг спътник на Сатурн - Енцелад, и на юпитеровата луна Европа. Течностите се смятат за задължителни при молекулните взаимодействия на органичния живот. Повече внимание се обръща на водата, но е възможно такива функции да изпълняват и етана и метана.

През 2004 съвместната мисия между НАСА и ЕСА - Касини заснема Титан, един свят с температури от порядъка на -179 градуса по Целзий. Там водата е твърда като камък, а реки от метан текат през големи равнини и се вливат в езера по полюсите.



През 2015 екип от химически инженери и астрономи от университета в Корнел създават теоретична клетъчна мембрана от малки органични азотни съединения, тя би могла да функционира в течния метан на Титан. Учените кръстили теоретичната си клетка "азотозома" (azotosome), тя има същата стабилност и гъвкавост като земната липозома. Най-обещаващото такова молекулно съединение е акрилонитрилната азотозома. Акрилонитрилът е безцветна отровна органична молекула използвана в акрилни влакна, смоли и термопластмаси, засичана е в атмосферата на Титан.

Тази теория открива нови големи възможности за търсенето на извънземен живот. Не само, че може да има такъв на Титан, но потенциално той може да бъде засечен чрез наличието на водород, ацетил и етан на повърхността. Такива планети с доминирана от метана атмосфера може да съществуват както в системи подобна на нашата, така и около червени джуджета. Ако през 2016 НАСА изстреля апаратът "Titan Mare Explorer", през 2023 ние може да научим повече за Титан.

http://misterika.blogspot.com/2015/07/blog-post_28.html

Базирани на силиция

Живот базиран на силиция е може би най-често срещаната алтернативна биохимия в научната фантастика с най-известен представител - Хорта от "Стар Трек". Идеята е доста стара датираща още от времето на Х. Уелс, който през 1894 спекулира: "Някой би се слисал от едно такова фантастично предположение: силициево-алуминиеви организми - защо не направо силициево-алуминиеви хора - бродещи сред сярна атмосфера, по бреговете на море от течно желязо при температура няколко хиляди градуса по-голяма от температурата на домената пещ".

Силицият е популярен, защото е много подобен на въглерода и може да формира четири връзки като него. Това отваря възможност за биохимична система изцяло базирана на силиция. Той е най-често срещания елемент в земната кора след кислорода. Има вид водорасли на Земята, които включват силиция в процеса си на нарастване. Въглеродът обаче има предимства като това, че е способен да формира по-стабилни и разнообразни структури необходими за живота. Въглеродните молекули включват кислород и азот, с които образуват изключително стабилни връзки. Сложните силициеви молекули имат тенденцията да се разпадат. Освен това въглерода е често срещан във Вселената и то от милиарди години.

Живот базиран на силиция е малко вероятно да възникне в среда подобна на земната, защото повечето от този елемент ще е заключен във вулканични скали изградени от силикатни минерали. Теоретично нещата могат да са различни при високи температури, макар и да няма доказателства засега. Титан, споменат в предишната статия от поредицата във връзка с метаногените, може да е подходящо място за живот базиран на силиция. Нещо повече - той дори може да е основа за съществуването на споменатите метаногени, защото силициеви молекули като силан и полисилан имитират земната органична химия. Все пак и на Титан на повърхността доминира въглерода, а повечето от силиция е дълбоко в недрата на спътника.

Астрохимикът от НАСА Макс Бернщайн спекулира, че живот базиран на силиция може да съществува на много горещи планети с атмосфера богата на водород и бедна на кислород. По този начин би се позволила появата на сложна биохимия базирана на силана с обратими връзки на силиция със селена и телура. На Земята такива организми ще се размножават много бавно, а нашата и тяхната биохимия няма да представляват заплаха една за друга. Те биха могли бавно да погълнат нашите градове, но за да се предотврати това е достатъчно да се използва чук.

http://misterika.blogspot.com/2015/07/blog-post_30.html

Още алтернативни биохимии

В предишните две статии от поредицата разгледах възможни форми на живот базирани на метана и силиция. Това са двете най-популярни теории, но не са единствените.

Друг вариант е химичния елемент бор, той може да формира устойчиви ковалентни молекулни съединения - разнообразни хидриди в които атомите на бора са свързани чрез водородни мостове. Борът също като въглерода, се свързва с азота и съединенията имат химически и физически прилики с алканите, най-простите органични молекули. Проблемът с бора е, че поне до колкото е известно, той се среща изключително рядко. Живот базиран на този елемент хипотетично би съществувал в среди с достатъчно ниски температури, за да бъде амоняка течен разтворител и химическите реакции да бъдат по-контролирани.

Друга хипотетична възможност, която даже получи известна медийна популярност е арсена. Всичкият живот на Земята е изграден от въглерод, водород, азот, кислород, фосфор и сяра, но през 2010 НАСА съобщава, че е намериха бактерия наречена GFAJ-1, която може да включи арсен на мястото на фосфора в клетъчната си структура без странични ефекти. GFAJ-1 живее в богатото на арсен езеро Моно Лейк в Калифорния. Арсенът е отровен за всяко живо същество на планетата с изключение на няколко микроорганизми, които имат поносимост към него. Тази бактерия не само го понася, ами дори го включва в себе си като градивен елемент. Други независими изследвания обаче не са открили арсен включен в ДНК-то на GFAJ-1. Въпреки това е интересна хипотетичната възможност за такъв вид живот.

Амонякът пък е възможна алтернатива на водата при някои хипотетични форми на живот. Примерно в биохимия базирана на азотно-водородни съединения амонякът може да е разтворител и да се използва за изграждането на протеини, нуклеидни киселини и полипептиди. Едни форми на живот базирани на амоняка ще трябва да се справят с ниските температури при които се втечнява. "Твърдият" амоняк е по-плътен от течния. Това едва ли е проблем за едноклетъчни организми, но може да е сериозна пречка за развитието на многоклетъчни. Все пак е добра възможността за съществуването на едноклетъчни на студени планети или в атмосферата на газови гиганти като Юпитер.

За сярата се смята, че е формирала основата за ранния метаболизъм на Земята. Днес все още има организми, които използват сяра вместо кислород в някои екстремни среди. Може би в различни условия на други планети животът базиран на сяра може да вземе предимство. Някои вярват, че и азотът и фосфорът може да заемат мястото на въглерода при някои специфични условия.

http://misterika.blogspot.com/2015/08/blog-post.html

Меми

В предишните три части от поредицата разгледах теоретичните възможности за съществуване на живот базиран на биохимии различни от тази характерна за Земята. Сега ще стане въпрос за нещо съвсем друго.

Един учен, Ричард Доукинс вярва, че принципът на действие на живота е "всичкия живот еволюира чрез диференциално оцеляване на репликиращите се индивиди". Животът трябва да може да се репликира (с някои вариации) и да е поставен в среда в която естествения подбор и еволюцията са възможни. В своята книга "The Selfish Gene" Доукинс посочва, че идеите и концепциите се зараждат в мозъка и се разпространяват между хората чрез комуникацията. По много начини това наподобява поведението и адаптацията на гените, затова Доукинс въвежда в употреба израза "меми" (забележка: днес в Интернет този термин се употребява в малко по-различен смисъл). Някои сравняват песните, шегите и ритуалите споделяни в човешките общества с най-ранните етапи на органичния живот - свободните радикали плуващи в древните земни морета. Тези "създания на ума" се размножават, еволюират и борят за оцеляване в царството на идеите.

Въпросните "меми" съществуват преди да се появи човечеството, в повика на социалните птици и наученото поведение на приматите. А ето една по-стара статия в "Мистерика", която съвсем точно пасва в настоящата тема:

Човешкият език произлиза от звуците на птиците и приматите

Когато хората станали способни на абстрактни мисли, тези меми се развили още повече, ръководели отношенията между племената и формирали основата за първите обичаи, религията и културата. Изобретяването на писмеността е следващият етап в развитието на мемите, вече можели да пренасят информация във времето и пространството по същия начин по който гените пренасяли биологични данни. За някои всичко това е просто аналогия, но за други мемите представляват основа на уникална, макар и елементарна и ограничена форма на живот.

Други учени развиват идеята още по-далеч. Джордж Ван Дрим развива теорията за симбиосизма. Според нея човешките езици са живи форми сами по себе си. Стари лингвистични теории разглеждат езика като вид паразит, но според Ван Дрим съществува симбиоза между нас и меметичните същества населяващи мозъка ни. Без нас те не могат да съществуват, а ние без тях няма да сме нищо повече от диви същества. Ученият смята, че илюзията за съзнание и свободна воля идва от взаимодействието между животинските инстинкти, глада и страстта при човека приемник от една страна и лингвистичния симбионт възпроизвеждащ себе си чрез идеите и значенията от друга.

Някой каза ли "тулпи"......

http://misterika.blogspot.com/2015/08/blog-post_4.html

Базиран на XNA синтетичен живот

Всичкият живот на Земята е базиран на две молекули носещи генетичната информация - ДНК и РНК. Учените от доста време се чудят може ли и други подобни молекули да служат за същото нещо. По принцип всеки полимер може да съдържа информация, но ДНК и РНК проявяват наследственост, закодиране и предаване на генетична информация, освен това са способни да се адаптират във времето чрез процеса на еволюция. ДНК и РНК са низове от молекули наречени нуклеотиди, изградени от три химически компонента - фосфат, пет-валентна захарна група (дезоксирибозна захар в ДНК или рибозна в РНК) и една от пет стандартни основи (аденин, гуанин, цитозин, тимин, урацил)

През 2012 екип от учени от Англия, Белгия и Дания разработват за първи път ксено-нуклеидна киселина (XNA), синтетичен нуклеотид, функционално и структурно подобен на ДНК и РНК. Това става чрез замяна на захарните групи. Подобни молекули са били създавани преди, но сега за първи път се показва, че те са способни да се репликират и еволюират. В ДНК и РНК репликирането става чрез молекули наречени полимерази, които могат да четат и преписват поредиците нуклеидни киселини. Екипът създава синтетични полимерази, които образуват шест нови генетични системи - HNA, CeNA, LNA, ANA, FANA и TNA.

Една от тях - HNA, хекситол нуклеинова киселина, се оказва достатъчно здрава, за да пази достатъчно генетична информация за основа на биологична система. Друга - теорезова нуклеинова киселина (TNA) е потенциален кандидат за мистериозната първична биохимия, която е царствала на Земята преди появата на живота.

Това откритие разкрива няколко потенциални възможности. Следващи изследвания могат да спомогнат за разработването на по-добри модели за появата на живота на Земята. XNA може да има терапевтични приложения, създавайки нуклеидни киселини способни да се прикачат към определени молекулни цели без да деградират толкова бързо колкото ДНК и РНК. Те дори могат да са основа за създаването на молекулярни машини или за изцяло синтетични форми на живот.

Преди обаче това да е възможно, трябва да се създадат ензими приспособени за определена XNA. Някои от тях вече са разработени - през 2014 във Великобритания. Има обаче опасна хипотетична възможност - XNA да проникне в генетичната информация на ДНК / РНК организъм и да причини вреда, затова трябва да се вземат преохранителни мерки.

http://misterika.blogspot.com/2015/08/xna.html

Гравитационен живот и базиран на ядрените взаимодействия

През 1979 Робърт Фрейтас Дж., учен и нанотехнолог говори за възможността за съществуването на не-биологичен живот. Той твърди, че възможните метаболизми за живите системи се базират на четирите фундаментални сили - електромагнетизъм, силно ядрено взаимодействие, слабо ядрено взаимодействие и гравитация. Електромагнетичният живот е стандартният биологически живот съществуващ на Земята, той би включвал и всички извънземни биологически конфигурации, както и машинния живот. До колкото разбирам става въпрос за био-токовете, които пренасят електрически импулси в телата ни и са основа за съществуването ни като взаимосвързана, опознавателна система. А идеята вместо електричество, да се използва нещо друго е много интригуваща.

Хромодинамичният живот ще е такъв базиран на силното ядрено взаимодействие, най-силната от фундаменталните сили, но само на екстремно малки разстояния. Фрейтас предполага, че такава жизнена среда е възможна на една неотронна звезда, тежък въртящ се обект с диаметър 10-20 километра, но с масата на нормална звезда като нашето Слънце. С висока плътност, невероятно магнитно поле и гравитация 100 милиарда пъти по-силна от тази на Земята, тези звезди имат железна кристална обвивка с дебелина 3 километра. Под нея се намира море от екстремно горещи неутрони с разнообразни елементарни частици като протони и вероятно много богати на неутрони "макронуклеуси" (macronuclei). Това са теоретически образувания аналогични на органичните молекули с неутрони действащи като еквивалент на водата в екстремни псевдо-биологични системи.

Фрейтас смята, че живот базиран на слабото ядрено взаимодействие е по-малко вероятен, защото то действа само на суб-атомно ниво и не е особено силно. Какво често се вижда при радиоактивния бета-разпад, такъв живот би съществувал при внимателно контролиране на слабите взаимодействия в средата. Фрейтас си представя същества с допълнителни неутрони, които стават радиоактивни като умрат. Спекулира се, че има региони във Вселената където слабото ядрено взаимодействие е по-силно, увеличавайки шанса за съществуването на живот базиран на него.

Гравитационни същества също може да съществуват понеже гравитацията е най-често срещаната и ефективна фундаментална сила във Вселената. Те могат да черпят енергия от самата сила и могат да са разнообразни по размер. От гигантски форми хранещи се от сблъсъците на черни дупки и дори цели галактики до по-малки живеещи от орбиталните и ротационни движения на планетите, до съвсем малки разчитащи на енергията на водопадите, вятъра, приливите, морските течения и дори земетресенията.

Същества хранещи се от земетресенията? Страхотно, даже могат нарочно да ги предизвикват като са гладни....

http://misterika.blogspot.com/2015/08/blog-post_8.html

Плазмени прахови форми

Органичния живот на Земята е базиран на въглеродни молекулни съединения, в предишни части от поредицата разгледах някои биологични алтернативи на въглерода. През 2007 г. екип учени воден от В.Н. Цитович от Русия документира случаи при които при определени условия неорганични прахови частици могат да се организират в спирални структури, които могат да взаимодействат помежду си по начин много подобен на органичната химия. Това поведение се появява при четвъртото, плазмено състояние на материята при което електроните напускат атомите и образуват маса от заредени частици.

Екипът открил, че плазмата се поляризира, а частиците в нея се самоорганизират в спирални структури, електрически заредени и привличащи се. Те също така могат да се разделят и формират копия на оригиналната структура точно както прави ДНК-то, а също да предизвикват промени в техните съседи. Според Цитович "тези комплексни, самоорганизирани структури проявяват всички свойства благодарение на които можем да ги квалифицираме като кандидати за неорганична жива материя. Те са автономни, репродуцират се и еволюират".

Други учени обаче са скептични към тези изказвания. И макар че спиралните структури образуващи се в плазмата могат да наподобяват ДНК, подобието във формата не означава непременно и подобие във функциите. Нещо повече, дори и тези спирали да се само-репликират това пак не е индикация за живот - облаците също се репликират. Но нещото заслужаващо най-голям скептицизъм е това, че по-голямата част от изследването се базира на компютърни модели, а не на реални наблюдения.

Дори един от участниците в експеримента е заявил, че макар резултатите да наподобявали живот, все пак в края на краищата това било "просто специална форма кристал". И все пак, ако е възможно за неорганичните частици в плазмата да съставят само-репликиращи се еволюиращи форми, те може да са най-широко разпространената форма на живот във Вселената понеже междузвездното пространство е пълно с облаци от звезден прах.

Между другото в уфологията отдавна има една теория, че някои НЛО може да са всъщност плазмени същества.

http://misterika.blogspot.com/2015/08/blog-post_10.html

iCHELLs

Професор Лий Кронин от Научно-инженерния колеж към университета в Глазгоу веднъж имал странен сън - той сънувал, че създава живи клетки от метал. Решил да претвори съня си в действителност чрез полиоксометалати - метални атоми свързани към кислород и фосфор. Така създал подобни на балончета клетки които нарекъл "неорганични химически клетки" или iCHELLs.

Екипът на Корнин започнал със създаването на соли от негативно заредени йони на големи метални окиси свързани към малки, позитивно заредени йони като тези на водорода или натрия. След това разтвор на тези соли е впръскан в друг разтвор от големи, позитивно заредени органични йони свързани към малки и негативни такива. Двете соли се срещат и разменят части, големите метални окиси се групират с големите органични йони и формират нещо като черупка или балонче, което е неразтворимо във вода. Чрез модифициране на металния окис, балончетата могат да придобият характеристики на биологични клетъчни мембрани, селективно пропускащи химикали в двете посоки, потенциално позволявайки някакви контролирани химически реакции подобни на възникващите в живите клетки.

Екипът също така успява да създаде балончета в балончетата наподобявайки вътрешната структура на биологичните клетки и дори е отбелязал прогрес в създаването на изкуствена форма на фотосинтезата. Това би спомогнало да се създадат изкуствени растения.

Други учени обаче посочват, че тези "клетки" на Корнин никога няма да бъдат живото-подобни докато не придобият възможности за размножаване и еволюция. Корнин се надява, че и това ще стане някой ден (може би отново ще го види в сън). Потенциалните приложения на тази технология са огромни - от енергетиката до медицината.

http://misterika.blogspot.com/2015/08/ichells.html

Сонди на Фон Нойман

Машинният живот е широко дискутирана идея, затова тук ще бъде разгледана само една конкретна разновидност - сондите на Фон Нойман. Те са наречени на унгарския матерматик, който пръв е изказал тази идея в средата на 20-ти век, Джон Фон Нойман. Това са само-контролиращи се и само-поправящи се механизми способни да се репликират. Фон Нойман е смятал, че трябва да имат и някакъв способ да се подобряват с времето, така че всяка следваща построена сонда да е по-добра версия на построилата я т.е. говорим за еволюция.

Скоро други мислители като Фрийман Дайсън и Ерик Дрекслер приложили тази идея към изследването на космоса. Изпращането на само-репликиращи се роботи, ще е най-ефикасния метод за колонизиране на целия Млечен път за по-малко от милион години, въпреки ограничението наложено от скоростта на светлината.

Както Мичио Каку обяснява:

"Една сонда на Фон Нойман е робот създаден да стигне далечна звездна система където да създаде фабрика за хиляди негови копия. Една мъртва луна би била идеална цел, понеже от нея може лесно да се излита и няма ерозия. Тези сонди ще използват депозитите на желязо, никел и т.н. за създаването на фабриката. Ще създадат хиляди копия, които на свой ред ще тръгнат към други звездни системи."

През годините са развити множество различни версии на основната идея. Някои сонди биха могли да служат за разузнаване и наблюдения на други цивилизации (някои учени предполагат, че е възможно ние самите да сме наблюдавани от такива прикрили се апарати). Други сонди ще служат за комуникация и засичане на извънземни радио сигнали. Някои сонди ще са строители на супермасивни структури. Някои ще подготвят дадени планети за заселване. Възможно е дори да има сонди за насочване в правилния път на неразвити цивилизации (като монолитите в "Одисея в космоса" на Артър Кларк). По-обезпокоително е, че може да има сонди-унищожители търсещи и ликвидиращи всякакви органични форми на живот. Затова пък може да има сонди-защитници предпазващи живота от тях.

http://misterika.blogspot.com/2015/08/blog-post_14.html

Гея

През 1975 Джеймс Лавлок и Сидни Ептън пишат материал за "New Scientist" озаглавен "Търсенето на Гея". Конвенционалният научен възглед е, че животът е възникнал на Земята и е просъществувал, защото условията са били точни. Двамата учени обаче спорят, че самият живот е поел активната роля да определя и поддържа условията за собственото си съществуване. Според тях всичката жива материя на Земята - във въздуха, океаните и на повърхността са част от една система държаща се като жив супер-организъм, способен да модифицира температурата на повърхността и състава на атмосферата, за да осигури собственото си оцеляване. Лавлок и Ептън нарекли тази система Гея по името на гръцката богиня на Земята. Гея поддържа хомеостазата чрез която биосферата съществува на Земята.

Макар и статията да е публикувана през 1975, Лавлок работи върху хипотезата за Гея още от средата на 60-те години. Идеята е, че биосферата на Земята има някакъв брой естествени кръга и когато някой тръгне на криво, другите компенсират, за да запазят благоприятната среда за живота. Това би обяснило защо атмосферата не е предимно от въглероден двуокис, а моретата не са крайно солени. Вулканичните изригвания наситили ранната атмосфера с въглероден двуокис, но се появили бактерии, а след това и растения, които го произвеждали кислород. След милион години въздухът придобил днешния си състав и продължава да се запазва в този си вид. А пък реките непрестанно носят соли към океаните, отмити от скалите. Въпреки това световният океан поддържа стабилно ниво от 3.4 процента соленост. Излишната сол се абсорбира през пукнатини на дъното на океана. Това не са съзнателни процеси, а резултат от обратни връзки.

Други примери са, че ако не е био-активността, елементи като метана и водорода биха изчезнали от атмосферата за няколко десетилетия. Също така въпреки увеличаването на топлината излъчвана от Слънцето с 30 процента през последните 3.5 милиарда години, средните температури са се увеличили едва с 5 градуса през този период - това се е постигнало благодарение на механизма на премахване на въглероден двуокис и заключването му във фосилизирана органична материя.

Първоначално идеите на Лавлок са посрещнати с присмех и обвинения в мистицизъм. С времето обаче хипотезата за Гея е оказала влияние на това как учените мислят за земната биосфера, помагайки да се привлече внимание върху отделни компоненти и как те имат ефект върху цялата система.

Палеонтологът Питър Уорд пък е развил алтернативна хипотеза наречена Медея на името на майката от гръцката митология, която убила собствените си деца. Според тази теория животът като цяло е самоубийствен и самоунищожителен. Уорд посочва, че исторически повечето масови измирания са причинени от живите организми - от микроорганизми до "животните в панталони", причиняващи промени в Земната атмосфера.

Мисля, че има една междинна теория между хипотезите за Гея и Медея. Според нея Земята наистина пази живота (дори има съзнание!), но без колебание би се отървала от вредните си "деца". Тоест скоро трябва да заличи човечеството като вредни паразити....

http://misterika.blogspot.com/2015/08/blog-post_16.html