В търсенето на извънземен интелект учените често са обвинявани в „въглероден шовинизъм“, защото очакват други форми на живот във Вселената да бъдат съставени от същите биохимични градивни елементи като нас, като приспособяват търсенията си съответно. Но животът може да е различен - и хората мислят за това - така че нека изследваме десет възможни биологични и небиологични системи, които разширяват определението за „живот“.
И след като прочетете, ще кажете каква форма е съмнителна за вас, дори теоретично.
Метаногени
През 2005 г. Хедър Смит от Международния космически университет в Страсбург и Крис Маккей от изследователския център на Еймс на НАСА подготвиха доклад, разглеждащ възможността за живот на базата на метан, така наречените метаногени. Такива форми на живот могат да консумират водород, ацетилен и етан, издишвайки метан вместо въглероден диоксид.
Това може да направи възможни обитаеми зони за живот в студени светове като луната на Сатурн Титан. Подобно на Земята атмосферата на Титан е предимно азотна, но смесена с метан. Титан е и единственото място в нашата слънчева система, освен Земята, където има големи резервоари за течности - езера и реки от етан-метанова смес. (Подземните водни тела също присъстват на Титан, сестра му Луна Енцелад и Луна Европа на Юпитер.) Счита се, че течността е от съществено значение за молекулярните взаимодействия в органичния живот и, разбира се, фокусът ще бъде върху водата, но етанът и метанът също позволяват да възникнат такива взаимодействия.
Мисията на НАСА и ЕКА на Касини-Хюйгенс през 2004 г. наблюдава мръсен свят с температура от -179 градуса по Целзий, където водата е твърда като скала, а метанът плува през речните долини и басейни в полярни езера. През 2015 г. екип от химически инженери и астрономи от университета Корнел разработи теоретична клетъчна мембрана, направена от малки органични азотни съединения, които могат да функционират в течния метан на Титан. Те нарекли своята теоретична клетка „нитрогенозома“, което буквално означава „азотно тяло“и имала същата стабилност и гъвкавост като земната липозома. Най-интересното молекулно съединение беше азолозома на акрилонитрила. Акрилонитрил, безцветна и токсична органична молекула, се използва за акрилни бои, каучук и термопластични материали на Земята; открит е и в атмосферата на Титан.
Промоционално видео:
Последиците от тези експерименти за търсенето на извънземен живот са трудни за надценяване. Животът не само може потенциално да се развие на Титан, но може да бъде открит и от следи от водород, ацетилен и етан на повърхността. Планетите и луните, доминирани от метан, може да са не само около слънцеподобни звезди, но и около червени джуджета в по-широката зона на Златокос. Ако НАСА пусне Titan Mare Explorer през 2016 г., ще имаме подробна информация за възможния живот на азота още през 2023 година.
Живот на основата на силиций
Животът, базиран на силиций, е може би най-често срещаната форма на алтернативна биохимия, обичана от популярната наука и фантастика - помислете за Horta от Star Trek Тази идея далеч не е нова, нейните корени се връщат към размишленията на Х. Г. Уелс през 1894 г.: „Какво фантастично въображение може да остане без такова предположение: представете си силициево-алуминиеви организми - или, може би, силициево-алуминиеви хора наведнъж? - които пътуват през атмосфера на газообразна сяра, да речем, в морета от течно желязо с температура от няколко хиляди градуса или нещо подобно, точно над температурата на доменна пещ.
Силицият остава популярен именно защото е много подобен на въглерода и може да образува четири връзки, като въглерода, което отваря възможността за създаване на биохимична система, напълно зависима от силиция. Това е най-разпространеният елемент в земната кора, освен кислорода. На земята има водорасли, които включват силиций в процеса на растеж. Силицият играе втора роля след въглерода, тъй като може да образува по-стабилни и разнообразни сложни структури, необходими за живота. Въглеродните молекули включват кислород и азот, които образуват невероятно силни връзки. Комплексните молекули на базата на силиций, за съжаление, са склонни да се разпадат. Освен това въглеродът е изключително богат във Вселената и съществува от милиарди години.
Животът, основан на силиций, е малко вероятно да се появи в земна среда, тъй като по-голямата част от свободния силиций ще бъде уловена във вулканични и магматични скали от силикатни материали. Смята се, че в среда с висока температура всичко може да е различно, но все още не са намерени доказателства. Екстремен свят като Титан може да поддържа живот, основан на силиций, евентуално в съчетание с метаногени, тъй като силициевите молекули като силани и полисилани могат да имитират органичната химия на Земята. Повърхността на Титан обаче е доминирана от въглерод, докато по-голямата част от силиция е разположена дълбоко под повърхността.
Астрохимикът на НАСА Макс Бърнстейн предположи, че животът, базиран на силиций, може да съществува на много гореща планета с атмосфера, богата на водород и бедна на кислород, позволяваща сложна химия на силана със силициеви връзки да се случва със селен или телур, но това според Бърнстейн е малко вероятно. На Земята такива организми биха се размножавали много бавно и нашата биохимия по никакъв начин няма да си пречи. Те обаче бавно биха могли да изядат нашите градове, но „може да се приложи отборен чук за тях“.
Други биохимични възможности
По принцип има доста предложения за системи за живот, базирани на нещо различно от въглерод. Подобно на въглерода и силиция, борът също има тенденция да образува силни ковалентни молекулни връзки, образувайки различни структурни варианти на хидрида, в които борните атоми са свързани с водородни мостове. Подобно на въглерода, борът може да се свърже с азот, за да образува съединения с химични и физични свойства, подобни на алканите, най-простите органични съединения. Основният проблем на живота, основан на бор, е, че той е доста рядък елемент. Животът, основан на бор, ще бъде най-подходящ в среда, която е достатъчно студена за течен амоняк, тогава химическите реакции ще бъдат по-контролирани.
Друга възможна форма на живот, която е получила известно внимание, е животът, основан на арсен. Целият живот на Земята се състои от въглерод, водород, кислород, фосфор и сяра, но през 2010 г. НАСА обяви, че е открила бактерията GFAJ-1, която може да включи арсен вместо фосфор в клетъчната структура без никакви последствия за себе си. GFAJ-1 живее в богатите на арсен води на езерото Моно в Калифорния. Арсенът е отровен за всяко живо същество на планетата, с изключение на няколко микроорганизма, които обикновено го носят или дишат. GFAJ-1 е първият път, когато тялото е включило този елемент като биологичен градивен елемент. Независими експерти разреждаха това твърдение малко, когато не откриха доказателства за арсен, включен в ДНК, или дори арсенати. Независимо от това, интересът се разпали към възможна биохимия, базирана на арсен.
Амонякът също е предложен като възможна алтернатива на водата за изграждане на форми на живот. Учените предполагат съществуването на биохимия, базирана на азотно-водородни съединения, които използват амоняк като разтворител; може да се използва за създаване на протеини, нуклеинови киселини и полипептиди. Всеки живот на основата на амоняк трябва да съществува при ниски температури, при които амонякът приема течна форма. Твърдият амоняк е по-плътен от течния амоняк, така че няма начин да го спрете да замръзне, когато изстине. За едноклетъчните организми това не би било проблем, но би причинило хаос за многоклетъчните организми. Въпреки това съществува възможност за съществуването на едноклетъчни амонячни организми на по-студените планети на Слънчевата система, както и на газови гиганти като Юпитер.
Смята се, че сярата е послужила като основа за началото на метаболизма на Земята и известни организми, които метаболизират сярата вместо кислорода, съществуват при екстремни условия на Земята. Може би в друг свят, базирани на сяра форми на живот могат да получат еволюционно предимство. Някои хора смятат, че азотът и фосфорът също могат да заемат мястото на въглерода при много специфични условия.
Меметичен живот
Ричард Докинс смята, че основният принцип на живота звучи така: „Целият живот се развива благодарение на механизмите за оцеляване на размножаващите се същества“. Животът трябва да може да се възпроизвежда (с някои предположения) и да бъде в среда, в която ще бъдат възможни естествен подбор и еволюция. В книгата си "Егоистичният ген" Докинс отбелязва, че концепциите и идеите се генерират в мозъка и се разпространяват сред хората чрез комуникация. В много отношения това прилича на поведението и адаптацията на гените, поради което той ги нарича „меми“. Някои хора сравняват песните, шегите и ритуалите на човешкото общество с първите етапи на органичния живот - свободните радикали, плаващи в древните морски земи. Творенията на ума се възпроизвеждат, еволюират и се борят за оцеляване в сферата на идеите.
Подобни мемове са съществували преди човечеството, в социалните призиви на птиците и наученото поведение на приматите. Тъй като човечеството стана способно да мисли абстрактно, мемовете бяха доразвити, управлявайки племенните отношения и образувайки основата за първите традиции, култура и религия. Изобретяването на писането допълнително подтиква развитието на мемите, тъй като те са в състояние да се разпространяват в пространството и времето, предавайки меметична информация по начин, подобен на начина, по който гените предават биологична информация. За някои това е чиста аналогия, но други смятат, че мемите представляват уникална, макар и леко рудиментарна и ограничена форма на живот.
Някои стигнаха дори по-далеч. Георг ван Дрием разработи теорията за "симбиозизма", която предполага, че езиците са форми на живот сами по себе си. Старите лингвистични теории считаха, че езикът е нещо като паразит, но ван Дрием вярва, че живеем в сътрудничество с меметичните образувания, които обитават мозъка ни. Живеем в симбиотична връзка с езикови организми: без нас те не могат да съществуват и без тях не се различаваме от маймуните. Той вярва, че илюзията за съзнание и свободна воля се е разляла от взаимодействието на животински инстинкти, глад и похот на човешки носител и езиков симбионт, възпроизведен с помощта на идеи и значения.
XNA базиран синтетичен живот
Животът на Земята се основава на две молекули, носещи информация, ДНК и РНК и учените отдавна се чудят дали могат да бъдат създадени други подобни молекули. Докато всеки полимер може да съхранява информация, РНК и ДНК представляват наследственост, кодиране и предаване на генетична информация и могат да се адаптират с течение на времето чрез еволюция. ДНК и РНК са вериги от нуклеотидни молекули, състоящи се от три химични компонента - фосфат, пет въглеродна захарна група (дезоксирибоза в ДНК или рибоза в РНК) и една от петте стандартни бази (аденин, гуанин, цитозин, тимин или урацил).
През 2012 г. група учени от Англия, Белгия и Дания бяха първите в света, които разработиха ксенонуклеинова киселина (XNA, XNA), синтетични нуклеотиди, които функционално и структурно наподобяват ДНК и РНК. Те са разработени чрез заместване на захарните групи на дезоксирибоза и рибоза с различни заместители. Такива молекули са правени и преди, но за първи път в историята те са успели да се възпроизвеждат и еволюират. В ДНК и РНК, репликацията се осъществява от полимеразни молекули, които могат да четат, транскрибират и обратно транскрибират нормални последователности на нуклеинови киселини. Групата разработи синтетични полимерази, които създадоха шест нови генетични системи: HNA, CeNA, LNA, ANA, FANA и TNA.
Една от новите генетични системи, HNA или хекситонуклеинова киселина, беше достатъчно здрава, за да съхранява точното количество генетична информация, която може да служи като основа за биологичните системи. Друга, треонуклеинова киселина, или TNA, се оказа потенциален кандидат за мистериозната първична биохимия, царувала в зората на живота.
Има много потенциални приложения за тези постижения. По-нататъшните изследвания могат да помогнат за разработването на по-добри модели за възникване на живот на Земята и ще имат последици за биологичните изобретения. XNA има терапевтично приложение, тъй като е възможно да се създадат нуклеинови киселини за лечение и свързване със специфични молекулярни цели, които не се влошават толкова бързо, колкото ДНК или РНК. Те дори могат да формират основата на молекулярни машини или като цяло изкуствена форма на живот.
Но преди това да е възможно, трябва да се разработят други ензими, които са съвместими с една от XNA. Някои от тях вече са разработени във Великобритания в края на 2014 г. Съществува също така възможността XNA да навреди на РНК / ДНК организми, така че безопасността трябва да е на първо място.
Хромодинамика, слаба ядрена сила и гравитационен живот
През 1979 г. ученият и нанотехнолог Робърт Фрейтас-младши предлага възможен небиологичен живот. Той заяви, че възможният метаболизъм на живите системи се основава на четири основни сили - електромагнетизъм, силна ядрена сила (или квантова хромодинамика), слаба ядрена сила и гравитация. Електромагнитният живот е стандартният биологичен живот, който имаме на Земята.
Хромодинамичният живот може да се основава на силна ядрена сила, която се счита за най-силната от основните сили, но само на изключително къси разстояния. Freitas теоретизира, че подобна среда може да е възможна в неутронна звезда, тежък въртящ се обект с диаметър 10-20 километра с масата на звезда. С невероятна плътност, мощно магнитно поле и гравитация 100 милиарда пъти по-силни, отколкото на Земята, такава звезда би имала ядро с 3 км кора от кристално желязо. Под него щеше да има море с невероятно горещи неутрони, различни ядрени частици, протони и атомни ядра и възможни богати на неутрони "макроядра". На теория тези макронуклеуси биха могли да образуват големи супернуклеуси, аналогични на органичните молекули, неутроните биха действали като еквивалент на вода в странна псевдобиологична система.
Фрейтас смяташе, че формите на живот, основани на слаби ядрени взаимодействия, са малко вероятни, тъй като слабите сили действат само в подядрения диапазон и не са особено силни. Както често показват бета радиоактивното разпадане и свободното разпадане на неутроните, могат да съществуват форми на живот със слаби взаимодействия с внимателен контрол на слабите взаимодействия в тяхната среда. Фрейтас си представял същества, съставени от атоми с излишък от неутрони, които стават радиоактивни, когато умрат. Той също така предположи, че има региони на Вселената, където слабата ядрена сила е по-силна, което означава, че шансовете за възникване на такъв живот са по-големи.
Гравитационните същества също могат да съществуват, тъй като гравитацията е най-разпространената и ефективна основна сила във Вселената. Такива същества биха могли да получават енергия от самата гравитация, получавайки неограничена сила от сблъсъците на черни дупки, галактики и други небесни обекти; по-малки същества от въртенето на планетите; най-малкият - от енергията на водопади, вятър, приливи и океански течения, евентуално земетресения.
Прах и плазмени форми на живот
Органичният живот на Земята се основава на молекули с въглеродни съединения и вече сме измислили възможни съединения за алтернативни форми. Но през 2007 г. международна група учени, ръководена от В. Н. Цитович от Института по обща физика на Руската академия на науките, документира, че при подходящи условия частици неорганичен прах могат да се събират в спирални структури, които след това ще си взаимодействат по начин, присъщ на органична химия. Това поведение се ражда и в плазменото състояние, четвъртото състояние на материята след твърдо, течно и газообразно, когато електроните се отделят от атомите, оставяйки маса заредени частици.
Групата на Цитович установява, че когато електронните заряди се разделят и плазмата се поляризира, частиците в плазмата се самоорганизират в спирални структури като тирбушон, електрически заредени и се привличат един към друг. Те могат също да се разделят, като правят копия на оригинални структури, като ДНК, и да предизвикат заряди в съседите си. Според Цитович „тези сложни, самоорганизиращи се плазмени структури отговарят на всички необходими изисквания, за да бъдат разглеждани като кандидати за неорганична жива материя. Те са автономни, възпроизвеждат се и еволюират."
Някои скептици смятат, че подобни твърдения привличат повече внимание, отколкото сериозни научни твърдения. Въпреки че спираловидните структури в плазмата могат да приличат на ДНК, сходството по форма не означава непременно сходство във функцията. Освен това фактът, че спиралите се възпроизвеждат, не означава потенциал за живот; облаците също го правят. Още по-обезсърчително е, че голяма част от изследванията са направени върху компютърни модели.
Един от участниците в експеримента също съобщи, че въпреки че резултатите приличат на живот, в крайна сметка те са "просто специална форма на плазмен кристал". И все пак, ако неорганичните частици в плазмата могат да прераснат в самовъзпроизвеждащи се, еволюиращи форми на живот, те биха могли да бъдат най-разпространената форма на живот във Вселената, благодарение на вездесъщата плазма и междузвездните облаци прах в пространството.
Неорганични химични клетки
Професор Лий Кронин, химик в Колежа за наука и инженерство в Университета в Глазгоу, мечтае да създаде живи клетки от метал. Той използва полиоксометалати, поредица от метални атоми, свързани с кислород и фосфор, за да създаде подобни на клетки мехурчета, които той нарича „неорганични химични клетки“или iCHELLs (съкращение, което може да се преведе като „неоклетки“).
Групата на Кронин започва чрез създаване на соли от отрицателно заредени йони на големи метални оксиди, свързани с малък положително зареден йон като водород или натрий. След това разтвор на тези соли се инжектира в друг физиологичен разтвор, пълен с големи положително заредени органични йони, свързани с малки отрицателно заредени. Двете соли се срещат и обменят части, така че големите метални оксиди стават партньори с големите органични йони, образувайки един вид балон, който не пропуска вода. Чрез модифициране на гръбнака на металния оксид, мехурчетата могат да придобият свойствата на биологичните клетъчни мембрани, които избирателно позволяват и освобождават химикали от клетката, което потенциално би могло да позволи същия тип контролирани химични реакции, които се случват в живите клетки.
Екипът също е направил мехурчета в мехурчета, имитирайки вътрешните структури на биологичните клетки и е постигнал напредък в създаването на изкуствена форма на фотосинтеза, която потенциално може да се използва за създаване на изкуствени растителни клетки. Други синтетични биолози посочват, че такива клетки може никога да не оживеят, докато не имат система за репликация и еволюция като ДНК. Кронин не губи надежда, че по-нататъшното развитие ще даде плод. Възможните приложения на тази технология включват също разработването на материали за устройства за слънчево гориво и, разбира се, медицина.
Според Кронин, „основната цел е да се създадат сложни химически клетки с живи свойства, които могат да ни помогнат да разберем развитието на живота и да следваме същия път, за да внесем нови технологии, базирани на еволюцията, в материалния свят - един вид неорганични живи технологии“.
Сонди на фон Нойман
Базираният на машини изкуствен живот е доста често срещана идея, почти тривиална, така че нека просто разгледаме сондите на фон Нойман, за да не го заобикаляме. За първи път са изобретени в средата на 20-ти век от унгарския математик и футуролог Джон фон Нойман, който вярва, че за да възпроизведе функциите на човешкия мозък, една машина трябва да има механизми за самоконтрол и самолечение. Така той излезе с идеята за създаване на самовъзпроизвеждащи се машини, базирани на наблюдения на нарастващата сложност на живота в процеса на възпроизвеждане. Той вярваше, че такива машини могат да се превърнат в един вид универсален конструктор, който може да позволи не само да създава пълни копия на себе си, но и да подобрява или променя версиите, като по този начин осъществява еволюция и увеличава сложността с течение на времето.
Други футуристи като Фрийман Дайсън и Ерик Дрекслер бързо приложиха тези идеи за изследване на космоса и създадоха сондата на фон Нойман. Изпращането на самовъзпроизвеждащ се робот в космоса може да бъде най-ефективният начин за колонизация на галактика, тъй като той може да улови целия Млечен път за по-малко от един милион години, дори със скоростта на светлината.
Както обясни Мичио Каку:
„Сондата von Neumann е робот, проектиран да достига до далечни звездни системи и да създава фабрики, които ще създадат хиляди копия от себе си. Мъртва луна, дори планета, би могла да бъде идеална дестинация за сондите на фон Нойман, тъй като ще улесни кацането и излитането от тези луни, а също и защото луните нямат ерозия. Сондите могат да живеят от земята, да добиват желязо, никел и други суровини за изграждане на роботизирани фабрики. Те биха създали хиляди копия от себе си, които след това ще се разпръснат в търсене на други звездни системи."
През годините са измислени различни версии на основната идея за сондата на фон Нойман, включително проучвания и сонди за тихо изследване и наблюдение на извънземни цивилизации; комуникационни сонди, разпръснати из пространството за по-добро улавяне на извънземни радиосигнали; работещи сонди за изграждане на свръхмасивни космически структури; колонизиращи сонди, които ще завладеят други светове. Може дори да има насочващи сонди, които да отнесат младите цивилизации в космоса. Уви, може да има яростни сонди, чиято задача ще бъде да унищожат следи от всякакви органични вещества в космоса, последвано от изграждането на полицейски сонди, които да отразяват тези атаки. Като се има предвид, че сондите на фон Нойман могат да се превърнат в един вид космически вирус, трябва да бъдем внимателни, когато ги разработваме.
Хипотезата на Гея
През 1975 г. Джеймс Лоулок и Сидни Ъптън са съавтори на статия за „Нов учен“, озаглавена „Намирането на Гея“. Придържайки се към традиционната гледна точка, че животът възниква на Земята и процъфтява поради правилните материални условия, Ловелок и Ъптън предполагат, че по този начин животът е взел активна роля в поддържането и определянето на условията за неговото оцеляване. Те предположиха, че цялата жива материя на Земята, във въздуха, океаните и на повърхността е част от единна система, която се държи като суперорганизъм, способен да регулира температурата на повърхността и състава на атмосферата по начин, необходим за оцеляването. Те кръстиха тази система Гея, на името на гръцката богиня на земята. Съществува за поддържане на хомеостазата, благодарение на която биосферата може да съществува на земята.
Ловелок работи по хипотезата на Гея от средата на 60-те години. Основната идея е, че биосферата на Земята има редица естествени цикли и когато някой се обърка, други го компенсират по начин, който поддържа жизнената способност. Това може да обясни защо атмосферата не е направена изцяло от въглероден диоксид или защо моретата не са твърде солени. Въпреки че вулканичните изригвания правят ранната атмосфера предимно въглероден диоксид, се появяват бактерии и растения, произвеждащи азот, които произвеждат кислород чрез фотосинтеза. Милиони години по-късно атмосферата се промени в наша полза. Докато реките пренасят сол в океаните от скали, солеността на океаните остава стабилна на 3,4%, тъй като солта се просмуква през пукнатини в океанското дъно. Това не са съзнателни процеси, а резултат от обратна връзка,което поддържа планетите в обитаемо равновесие.
Други доказателства включват, че ако не е биотична активност, метанът и водородът ще изчезнат от атмосферата само за няколко десетилетия. Освен това, въпреки 30-процентното повишаване на температурата на слънцето през последните 3,5 милиарда години, средната глобална температура е залитнала само с 5 градуса по Целзий, благодарение на регулаторен механизъм, който премахва въглеродния диоксид от атмосферата и го улавя във вкаменените органични вещества.
Първоначално идеите на Ловелок бяха посрещнати с подигравки и обвинения. С течение на времето обаче хипотезата на Гея повлияла на идеите за биосферата на Земята, помагайки да се формира цялостното им възприятие в научния свят. Днес хипотезата на Гея се зачита, а не се приема от учените. По-скоро това е положителна културна рамка, в която трябва да се провеждат научни изследвания на Земята като глобална екосистема.
Палеонтологът Питър Уорд разработва конкурентната хипотеза на Медея, кръстена на майката, която е убила децата си, в гръцката митология, чиято основна идея е, че животът по своята същност е саморазрушителен и самоубийствен. Той посочва, че в исторически план повечето масови измирания са причинени от форми на живот, като микроорганизми или хоминиди в гащи, които сериозно нараняват земната атмосфера.