Alternatív biokémia

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. július 24-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 49 szerkesztést igényelnek .

Az alternatív biokémia elméletek és hipotézisek sorozata, amelyek megmagyarázzák a Földön keletkezettektől részben vagy teljesen eltérő életformák  létezésének lehetőségét . [1] A hipotézisek keretében tárgyalt különbségek közé tartozik a szerves anyagok molekuláiban a szén más atomokkal való helyettesítése, vagy a víz , mint univerzális oldószer más folyadékokkal való helyettesítése. Ilyen jelenségeket gyakran írnak le a tudományos-fantasztikus irodalomban .

Beszélgetési lehetőségek

A biokémiailag eltérő élet lehetősége gyakori téma a sci-fiben, de a kutatási kontextusban is szóba kerül. Az ilyen megbeszélések közelmúltbeli példája az életkörülmények korlátozásáról szóló 2007-es jelentés, amelyet az Egyesült Államok Nemzeti Kutatási Tanácsának tudósokból álló bizottsága készített. Ez a John A. Baros által vezetett bizottság „az élet feltételezett alternatív kémiájának” tekintett, amely egy sor olyan oldószert tartalmazott, amelyek alternatívát jelenthetnek a víz helyett. A „Szerves élet határai bolygórendszerekben” című projekt azt feltételezi, hogy:

A földönkívüli élet kutatását a mai napig a Földön megfigyelt életen alapuló életmodell vezérli. A földi élet néhány jellemzője különös figyelmet keltett:

Ennek eredményeként a NASA tervezett küldetéseinek nagy része azokra a helyekre összpontosul, ahol valószínűleg folyékony víz is található, különös tekintettel a szárazföldi élőlények sejtjeihez hasonló szerkezetek felkutatására. Ez a megközelítés indokolt lenne, mivel hiányzik a közös felfogás arról, hogyan nézhet ki az élet a Földtől független eredet mellett. A laboratóriumi kísérletek azonban okot adnak annak feltételezésére, hogy az élet a földitől jelentősen eltérő molekulaszerkezeteken is alapulhat.

A legfontosabb kémiai elemek cseréje

A CHNOPS mozaikszó , amely a C szén (szén), H ydrogen (hidrogén), Nitrogén (nitrogén), O xygen (oxigén), P foszfor ( foszfor ) és S kén ( kén ) rövidítése, a hat legfontosabb kémiai elemet képviseli. amelyek kovalens kombinációi alkotják a Föld biológiai molekuláinak többségét [3] . A ként a cisztein és a metionin aminosavakban használják [4] . A foszfor elengedhetetlen eleme a foszfolipidek - a lipidek  egy alosztályának - képződésében, amelyek minden sejtmembrán fő alkotóelemei , mivel lipid kettős réteget képezhetnek, amelyek ionokat , fehérjéket és más molekulákat tárolnak ott, ahol a sejtfunkciók ellátásához szükségesek . és megakadályozzák azok behatolását olyan területekre, ahol nem kellene. A foszfátcsoportok a nukleinsavak gerincének is szükséges alkotóelemei [5] .

A biomolekulák elemi összetétele:
C H N O P S
Szénhidrát x x x
Zsírok x x x
Foszfolipidek x x x x x
Mókusok x x x x x
Nukleotidok x x x x x
Porfirinek x x x x

A jelenleg ismert valamennyi típusú élő szervezet szénvegyületeket használ alapvető szerkezeti és anyagcsere-funkcióihoz, vizet oldószerként, DNS -t vagy RNS -t pedig alakjuk meghatározására és szabályozására. Ha más bolygókon is létezik élet , akkor kémiailag hasonló lehet. Az is lehetséges, hogy léteznek teljesen eltérő kémiai összetételű organizmusok. A biokémia ezen formáinak létezését vagy legalábbis valóságát még nem tárták fel.

A különböző elemek relatív tartalma nagyon fontos a biokémiában való részvételük lehetőségének meghatározásához. Referenciaként álljon itt az emberi testben előforduló tizenöt leggyakoribb elem (vagyis azok, amelyek legalább 0,0001%-át teszik ki) és más rendszerek atomok számával mérve.

Elemek relatív tartalma (elemek móltörtje) különböző rendszerekben [6] :

Z Elem Világegyetem A földkéregben Tengervíz Az emberi test Biológiai szerep [7]
egy Hidrogén 93% 3,1% 66,2% 62% szerves molekulák
nyolc Oxigén 0,08% 60% 33,1% 24% szerves molekulák, lélegzet
6 Szén 0,05% 0,31% 0,00144% 12 % szerves molekulák
7 Nitrogén 0,009% 0,0029% <0,0001% 0,22% aminosavak , nukleinsavak
tizenöt Foszfor <0,0001% 0,07% <0,0001% 0,22% ATP , nukleinsavak, foszfolipidek
húsz Kalcium 0,0002% 2,6% <0,0001% 0,22% kalmodulin , biomineralizáció
16 Kén 0,002% 0,027% 0,0179% 0,039% néhány aminosav, például cisztein
tizenegy Nátrium 0,0001% 2,1% 0,297% 0,038% nátrium-kálium pumpa
19 Kálium <0,0001% 0,78% 0,00658% 0,032% nátrium-kálium pumpa
17 Klór <0,0001% 0,01% 0,347% 0,021% Klór transzport ATPáz ( protonpumpa )
12 Magnézium 0,003% 2,5% 0,0337% 0,007% klorofill
tizennégy Szilícium 0,003% húsz % <0,0001% 0,0058% biomineralizáció
9 Fluor <0,0001% 0,059% <0,0001% 0,0012% fluorapatit ( fogzománc )
26 Vas 0,002% 2,3% <0,0001% 0,00067% hemoglobin , citokrómok
harminc Cink <0,0001% 0,0025% <0,0001% 0,00032% cink ujj fehérjék

Széncsere

A tudósok sokat beszéltek a szerves molekulák más atomok segítségével történő felépítésének lehetőségéről, de senki nem javasolt olyan elméletet, amely leírná az élet létezéséhez szükséges vegyületek teljes változatának újrateremtésének lehetőségét.

Szilícium és oxigén

A szerkezetalkotó atom szerepére az alternatív biokémiában a legvalószínűbb jelöltek közé tartozik a szilícium . A periódusos rendszernek ugyanabba a csoportjába tartozik, mint a szén, tulajdonságaik nagymértékben hasonlóak. A szénhez hasonlóan a szilícium is elég nagy molekulákat hozhat létre ahhoz, hogy biológiai információkat hordozzon [8] . A szilícium atom tömege és sugara azonban nagyobb . A szilíciummal kettős vagy hármas kovalens kötések kialakítása viszonylag nehéz, ami megzavarhatja a biopolimerek képződését . A szilícium a szénnel ellentétben nem képes kémiai kötéseket kialakítani különböző típusú atomokkal, ami az anyagcseréhez szükséges kémiai sokoldalúsághoz szükséges, és mégis ez a képtelenség teszi kevésbé érzékenysé a szilíciumot mindenféle szennyeződéssel való kötésre. A szénnel szerves funkciós csoportokat alkotó elemek közé tartozik a hidrogén, oxigén, nitrogén, foszfor, kén és fémek, például vas, magnézium és cink. A szilícium viszont nagyon kevés más típusú atommal lép kölcsönhatásba. A szilíciumvegyületek nem lehetnek olyan változatosak, mint a szénvegyületek. [nyolc]

Ennek az az oka, hogy a szilícium atomok sokkal nagyobbak, nagy tömegűek és nagy az atomsugár, ezért nehezen tudnak kettős kötést kialakítani (a kettős kötésű szén a karbonilcsoport része, a szénalapú bioorganikus vegyületek alapvető motívuma).

Előny, amely a szilícium alapú biokémia változatainak létezéséhez vezethet, a zeolitok  , a kémiában használt vegyületek, amelyek a szénalapú enzimekhez hasonló módon képesek szűrni és katabolizálni az anyagokat. Bolygónk életének alapvető mechanizmusai az enzimeknek - a megfelelő hordozókkal (fehérjékkel) rendelkező katalizátoroknak köszönhetően lehetségesek. [9] A bioszféra evolúciója során egy egész gyűjtemény alakult ki belőlük, amelyek mindegyike egy-egy funkcióra specializálódott, mint például a hemoglobin , amely az oxigéncseréért felelős, vagy a ferredoxin , amelynek feladata az elektronok szállítása. Az eredeti ötlet az volt, hogy ezeket az enzimeket szilícium alapú molekulákkal helyettesítsék. Ezek az anyagok olyan agyagfajták, amelyek molekulaszerkezete háromdimenziós hálózat, amelyet tetraéderek alkotnak és összekapcsolnak egymással. Ennek a rácsnak molekulaméretű pórusai és üregei vannak, így csak azok a molekulák tudnak átjutni rajtuk, amelyek elég kicsik. Emiatt molekulaszitának is nevezik őket . A zeolitok nagyszámú szerkezeti hasonlóságot mutatnak a természetes fehérjékkel. Ezeket a hasonlóságokat kihasználva különböző katalizátorok állíthatók elő , amelyek egyesítik a zeolitok stabilitását és kémiai stabilitási jellemzőit az enzimek nagy szelektivitásával és molekuláris aktivitásával. A hemoglobin, a citokróm P450 és a vas-kén fehérje viselkedésének szimulálására képes zeolitokat a DuPont Központi Kutatási és Fejlesztési Osztályán szerezték be .

A szénhez hasonlóan a szilícium négy stabil kötést tud kialakítani önmagával és más elemekkel, valamint hosszú kémiai láncokat, úgynevezett szilán polimereket, amelyek nagyon hasonlítanak a földi élethez szükséges szénhidrogénekhez. A szilícium reakcióképesebb, mint a szén, így rendkívül hideg körülmények között is optimális. [10] [11] A szilíciumvegyületek biológiailag hasznosak lehetnek a Föld felszínétől eltérő hőmérsékleten vagy nyomáson, olyan szerepben (vagy kombinációban), amely kevésbé analóg a szénnel. A poliszilanolok a cukrokhoz hasonlóan folyékony nitrogénben oldódnak , ami arra utal, hogy nagyon alacsony hőmérsékleten is szerepet játszhatnak a biokémiában. A szilánok  - a szilícium és a hidrogén vegyületei , hasonlóan az alkánokhoz , kevésbé stabilak, mint a szénhidrogének. A szilánok spontán égnek oxigéntartalmú atmoszférában viszonylag alacsony hőmérsékleten, így az oxigénatmoszféra halálos lehet a szilícium alapú élet számára. Másrészt érdemes figyelembe venni, hogy az alkánok általában elég gyúlékonyak, de a földi szénalapú élet nem közvetlenül alkánok formájában tárolja az energiát, hanem cukrok, lipidek, alkoholok és egyéb szénhidrogén vegyületek formájában. teljesen más tulajdonságokkal. A víz, mint oldószer, szintén reagál a szilánokkal. De ez ismét csak akkor számít, ha bármilyen okból szilánokat használnak vagy tömegesen állítanak elő ilyen szervezetekben.

Ugyanakkor a szilikon  - polimerek , beleértve a váltakozó szilícium- és oxigénatomok láncait, hőállóbbak. Ennek alapján feltételezik, hogy szilíciumélet létezhet a földinél lényegesen magasabb átlaghőmérsékletű bolygókon . Ebben az esetben az univerzális oldószer szerepét nem a víznek , hanem sokkal magasabb forráspontú vegyületeknek kell betöltenie.

Így például feltételezzük, hogy a szilíciumvegyületek stabilabbak lesznek, mint a szénmolekulák kénsav környezetben , vagyis olyan körülmények között, amelyek más bolygókon is létezhetnek [12] . Általában a szilícium-oxigén láncot tartalmazó komplex molekulák kevésbé stabilak, mint szén-oxigén megfelelőik. Szénhidrogének és szerves vegyületek bőségesen fordulnak elő meteoritokban, üstökösökben és csillagközi felhőkben, míg szilícium megfelelőiket soha nem találták meg a természetben. A szilícium azonban összetett egy-, két- és háromdimenziós polimereket képez, amelyekben az oxigénatomok hidakat képeznek a szilícium atomok között. Ezeket szilikátoknak nevezik. Kitartóak és gyakoriak a Földön, és a Földön a szén-dioxid előtti evolúció alapjául szolgálnak.

A szilícium-dioxid (a homok fő összetevője), amely a szén-dioxid analógja, szilárd, gyengén oldódó anyag. Ez megnehezíti a szilícium bejutását a vizes oldatokon alapuló biológiai rendszerekbe, még akkor is, ha az ezen alapuló biológiai molekulák létezése lehetségesnek bizonyul. Hasonló a helyzet a meglévő szárazföldi üzemekkel is. Például a rizs akár 10% szilíciumot is képes tárolni a hajtások száraz tömegére vonatkoztatva, ami a kulcsfontosságú makrotápanyagok, például a nitrogén, a foszfát és a kálium szintjén belül van, vagy még magasabb is, mint amennyi. A közelmúltban két transzportert (Lsi1 és Lsi2) azonosítottak, amelyek felelősek a rizs magas szilíciumfelvételi kapacitásáért [13] . Az Lsi1 a nodulin-26 (NIP III) belső fehérje akvaporin alcsoportjába tartozik, és egy kovasav transzporter [14] . A többi makrotápanyaghoz hasonlóan a szilícium nem elérhető a növények számára, mivel vízben nem oldódik. A növények azonban, akárcsak a nitrogén esetében, természetes biotrágyákat használnak  – például. nitrogénmegkötő baktériumok, amelyek a légköri nitrogént kötött állapotba alakítják, így a növények számára elérhetővé teszik azt, és amelyekkel a növények gyakran szimbiózisban vannak. A szilícium alapú szervezetek, ha oxigént lélegeznek be, valószínűleg szilícium-dioxidot ( ) bocsátanak ki melléktermékként, hasonlóan ahhoz, ahogy a szénalapú szervezetek szén-dioxidot bocsátanak ki - . A szén-dioxiddal ellentétben azonban a szilícium-dioxid szilárd halmazállapotú lenne és ezért homokkal eltömítheti a légutakat. Elképzelhetők azonban a vesékhez hasonló kiválasztó szervek , amelyek e feltételezett biokémia esetében egyfajta szilikagélt távolítanak el a szervezetből . Valójában az állatok nitrogénvegyületei salakanyagként, főként karbamid formájában távoznak el. Vagy a szilikátvegyületek szilárd formában ürülhetnek ki, mivel egyes sivatagi gyíkok húgysavat ürítenek ki az orrlyukon keresztül [comm. 1] . A szilícium-dioxid (figyelembe véve azokat a szennyeződéseket, amelyek mindig jelen vannak az élő szövetekben, és valószínűleg megakadályozzák a kristályosodást) aggregált állapotban folyékonyból az úgynevezett üvegessé válik, ezért minél vékonyabb, minél magasabb a hőmérséklet. Ekkor a szilícium élettartama "szilícium-biológiai molekulák" szilícium-dioxidban való olvadásából állhat széles hőmérsékleti tartományban.

A csillagközi közegben talált sokféle molekula mellett 84 szénalapú, és csak 8 szilícium [15] . Sőt, ebből a 8 vegyületből 4 tartalmaz szenet. (Ez közvetve a biokémia köztes - szilícium-szén - variánsának egy kis lehetőségét jelzi.) A kozmikus szén és a kozmikus szilícium hozzávetőleges aránya 10:1. Ez arra utal, hogy az összetett szénvegyületek gyakrabban fordulnak elő az Univerzumban , ami csökkenti az esélyét. szilícium alapú életformálás, legalábbis olyan körülmények között, amelyek a Földhöz hasonló körülmények között várhatók a bolygók felszínén.

A Föld más földi bolygókhoz hasonlóan sok szilíciumot és nagyon kevés szenet tartalmaz. A földi élet azonban a szén bázisán fejlődött ki. Ez arra utal, hogy a szén alkalmasabb a biokémiai folyamatok kialakítására a miénkhez hasonló bolygókon. Továbbra is fennáll annak lehetősége, hogy a hőmérséklet és a nyomás egyéb kombinációi mellett a szilícium részt vehet a biológiai molekulák képződésében a szén helyettesítőjeként.

A kémikusok fáradhatatlanul dolgoznak új szilíciumvegyületek létrehozásán, mióta Frederic Stanley Kipping ( 1863-1949 ) kimutatta, hogy számos érdekes vegyület előállítható . A szilíciumkémia területén a legmagasabb nemzetközi díj a Kipping-díj . De a sok éves munka ellenére – és a modern tudósok rendelkezésére álló összes reagens ellenére – a szénvegyületek sok szilíciumanalógját egyszerűen nem lehet előállítani. A termodinamikai adatok megerősítik, hogy ezek az analógok gyakran túl instabilok vagy túl reaktívak.

Szilícium-dioxid tengerben és édesvízben

A szilícium-dioxid a vízben kovasav formájában van jelen:

, vagy .

Az oldat koncentrációjának 9-nél kisebb pH-értéken történő növekedésével vagy a telített oldat pH-értékének csökkenésével a kovasav amorf szilícium-dioxid formájában kicsapódik. Bár a szilícium az egyik legelterjedtebb elem a földkéregben, a kovamoszat számára hozzáférhetőségét az oldhatósága korlátozza. A tengervíz átlagos szilíciumtartalma körülbelül 6 ppm . A tengeri kovaföldek gyorsan kimerítik a felszíni vízben lévő oldott szilícium-dioxid készleteket, és ez korlátozza további szaporodásukat.

Meg kell jegyezni, hogy a szilíciumvegyületeket (különösen a szilícium-dioxidot) egyes élőlények használják a Földön. Ezek közül kovaalgák alkotják héjukat , és szilíciumot nyernek a vízből. A radioláriumokat , egyes szivacsokat és növényeket szilíciumvegyületek szerkezeti anyagaként is használják . A szilícium az emberi kötőszövet része is .

2016. november 25-én a Science folyóiratban a kutatók arról számoltak be [16] , hogy olyan fehérjéket fedeztek fel, amelyek gyakran megtalálhatók az izlandi meleg forrásbaktériumokban, amelyek szén-szilícium kötésű molekulákat képezhetnek élő sejtekben. „A természetben létező már készen áll ennek a teljesen új kémiának a létrehozására, és viszonylag jól csinálja” – mondja Francis Arnold társszerző , a pasadenai California Institute of Technology vegyészmérnöke. „Ez megnyitja az utat olyan vegyületek előállításához, amelyeket a természet még soha nem készített. Hamarosan megtudhatjuk, milyen költségekkel és hasznokkal járnak az élő bioszisztémák számára.” „Ez semmiképpen sem azonos csere” – mondja Arnold. „Az élet normál körülmények között ezen a bolygón valószínűleg nem működne szilíciummal. Feltehetően létrehozhatnánk az élet olyan összetevőit, amelyek szilíciumot tartalmaznak - esetleg szilíciumzsírt vagy szilíciumtartalmú fehérjéket -, és megkérdezhetnénk, hogyan kapcsolódik ehhez az élet?... Olyan új funkciókat biztosít, amelyekkel korábban nem volt az élet?

Szintén 2016 novemberében jelentették be, hogy ugyanaz a tudóscsoport „tenyésztett” egy bakteriális fehérjét, amely mesterséges szilícium-szén kötéseket képes létrehozni. „Úgy döntöttünk, hogy a természetet arra késztetjük, amire csak a vegyészek képesek, csak még jobban” – mondja Francis Arnold. Ez a tanulmány egyben az első, amely bemutatja, hogy a természet képes alkalmazkodni ahhoz, hogy a szilíciumot szénalapú molekulákba, az élet építőköveibe építse be. "Egyetlen élő szervezet sem képes összetartani a szilícium-szén kötéseket, pedig annyi szilícium van körülöttünk" - mondja Jennifer Kahn, Arnold laboratóriumának kutatója. A kutatók az irányított evolúciónak nevezett módszert alkalmazták, amelyet Arnold vezetett be az 1990-es évek elején, és amelynek során mesterséges szelekcióval új és jobb enzimeket hoznak létre laboratóriumokban, hasonlóan ahhoz, ahogyan a nemesítők módosítják a kukoricát. Az enzimek a fehérjék egy osztálya, amelyek katalizálják vagy elősegítik a kémiai reakciókat. Az evolúció irányított folyamata egy enzimmel kezdődik, amelyet a tudósok javítani szeretnének. Az enzimet kódoló DNS többé-kevésbé véletlenszerűen mutálódik, és a kapott enzimeket teszteljük a kívánt tulajdonságra. A leghatékonyabb enzimet ezután ismét mutálják, és a folyamatot addig ismétlik, amíg létre nem jön egy enzim, amely sokkal jobban teljesít, mint az eredeti.

Az ideális jelöltnek egy olyan baktériumból származó fehérje bizonyult, amely Izland meleg forrásaiban tenyészik. Ez a citokróm c-nek nevezett fehérje általában elektronokat ad más fehérjéknek, de a kutatók azt találták, hogy enzimként is működik, alacsony szinten hozva létre szilícium-szén kötéseket. A tudósok ezután mutálták a DNS-t, amely ezt a fehérjét kódolja egy olyan régióban, amely meghatározza a fehérje vastartalmú részét, amelyről úgy gondolják, hogy felelős a szilícium-szén kötőaktivitásért. Ezután tesztelték ezeket a mutáns enzimeket, hogy képesek-e az eredetinél jobb szerves szilíciumvegyületeket létrehozni.

Mindössze három tesztsorozat során olyan enzimet hoztak létre , amely szelektíven 15-ször hatékonyabban képes szilícium-szén kötéseket létrehozni, mint a vegyészek által feltalált legjobb katalizátor. Ami azt a kérdést illeti, hogy az élet képes-e önmagában szilícium felhasználására fejlődni, Arnold szerint ez a természettől függ. „Ez a tanulmány megmutatja, hogy a természet milyen gyorsan tud alkalmazkodni az új kihívásokhoz” – mondja. „A sejt DNS-kódolt katalitikus mechanizmusa gyorsan megtanulhat új kémiai reakciókat stimulálni, ha új reagenseket és megfelelő ingert biztosítunk mesterséges szelekció formájában. A természet maga is megtehetné, ha úgy tetszik." [17]

Nitrogén és foszfor

A nitrogén és a foszfor a biológiai molekulák alapjául szolgáló további esélyesek. A szénhez hasonlóan a foszfor is atomláncokat alkothat, amelyek elvileg összetett makromolekulákat alkothatnának, ha nem lennének ilyen aktívak . A nitrogénnel alkotott komplexben azonban összetettebb kovalens kötések is létrejöhetnek, ami sokféle molekula, köztük gyűrűs szerkezet kialakítását teszi lehetővé.

A Föld légkörében a nitrogén körülbelül 78%-a, azonban a kétatomos nitrogén tehetetlensége miatt túl magas a háromértékű kötés kialakulásának energia "ára". Ugyanakkor egyes növények a gyökérrendszerükben élő anaerob baktériumokkal szimbiózisban képesek megkötni a nitrogént a talajból. Ha jelentős mennyiségű nitrogén-dioxid vagy ammónia van jelen a légkörben, a nitrogén elérhetősége magasabb lesz. Más bolygók légkörében ezenkívül más nitrogén- oxidok is előfordulhatnak .

A Földön élő növényekhez (például hüvelyesekhez ) hasonlóan az idegen életformák is képesek elnyelni a nitrogént a légkörből. Ebben az esetben a fotoszintézishez hasonló folyamat alakulhat ki , amikor a legközelebbi csillag energiáját a glükóz analógok képződésére fordítják oxigén légkörbe kerülésével. A táplálkozási láncban a növények feletti állati élet viszont felszívná belőlük a tápanyagokat, nitrogén-dioxidot juttatva a légkörbe és foszforvegyületeket a talajba.

Ammónia atmoszférában a foszfor- és nitrogénalapú molekulákkal rendelkező növények a körülöttük lévő légkörből nitrogénvegyületeket, a talajból pedig foszfort nyernének. Sejtjeikben az ammónia oxidálódik monoszacharid analógokká , melléktermékként hidrogén szabadulna fel. Ebben az esetben az állatok hidrogént lélegeznek be, ami a poliszacharidok analógjait ammóniára és foszforra hasítja, vagyis a bolygónkon létezőkkel ellentétes irányú energialáncok képződnének ( ebben az esetben ammónia helyett metánunk lenne ) .

A témával kapcsolatos vita még korántsem ért véget, mivel a foszforon és nitrogénen alapuló ciklus egyes szakaszai energiahiányosak. Az is vitathatónak tűnik, hogy az Univerzumban ezen elemek aránya az élet kialakulásához szükséges arányban fordul elő.

Nitrogén és bór

A "kötésben" lévő nitrogén- és bóratomok bizonyos mértékig a "szén-szén" kötést utánozzák. Tehát ismert a borazol , amelyet néha "szervetlen benzolnak " neveznek (helyesebb lenne "nem szén-benzolnak" nevezni). Ennek ellenére a bór és a nitrogén kombinációja alapján lehetetlen létrehozni a szénkémiában ismert kémiai reakciók és vegyületek összes változatát. Mindazonáltal nem zárható ki teljesen annak az alapvető lehetősége, hogy a mesterséges (vagy idegen) biomolekulák néhány különálló fragmentuma formájában létrejöjjön egy ilyen helyettesítés.

Nitrogén és hidrogén

Nagyon nagy nyomáson (~460  GPa ) a nitrogén- és hidrogénvegyületek kémiailag még a szénhidrogéneknél is változatosabbak, ami az összes létező szerves vegyületnél változatosabb és számosabb származékaik létezésére, sőt esetleg az alternatívákra épülő életre is lehetőséget ad. nitrogén-hidrogén kémia. A nitrogén-hidrogén biokémia létezéséhez megfelelő feltételeket találhatunk az óriásbolygók belsejében , amelyek ilyen nyomás alatt hatalmas mennyiségű nitrogént és hidrogént tartalmaznak [18] [19] .

A foszfor pótlása

2010 decemberében Felisa Wolfe-Simon , a NASA Astrobiology Research kutatója a Halomonadaceae nemzetségbe tartozó GFAJ -1 baktérium felfedezéséről számolt be , amely bizonyos körülmények között képes a foszfort arzénnal helyettesíteni [20] [21] [22] .  

Az arzén, amely kémiailag hasonló a foszforhoz, bár mérgező a legtöbb földi életforma számára, bizonyos élőlények biokémiájába tartozik. Egyes hínárok az arzént komplex szerves molekulákba, például arzenoscukrokba és arzenobetainokba építik be. A gombák és baktériumok metilezett arzén illékony vegyületeit képesek előállítani. Arzenát redukciót és arzenit oxidációt figyeltek meg a mikrobákban ( Chrysiogenes arsenatis ). Ezenkívül egyes prokarióták az arzenátot terminális elektronakceptorként használhatják az anaerob növekedés során, mások pedig az arzenitet használhatják elektrondonorként az energiatermeléshez.

Feltételezik, hogy a Föld legkorábbi életformái DNS-szerkezetükben foszfor helyett arzénbiokémiát alkalmazhattak. Ezzel a forgatókönyvvel kapcsolatos általános kifogás az, hogy az arzenát-észterek annyira kevésbé ellenállóak a hidrolízissel szemben, mint a megfelelő foszfát-észterek, hogy az arzén egyszerűen nem alkalmas a funkcióra.

Egy 2010-es, részben a NASA által támogatott geomikrobiológiai tanulmány szerzői azt javasolták, hogy a kelet-kaliforniai Mono Lake üledékéből gyűjtött GFAJ-1 nevű baktérium képes ilyen "arzén DNS-t" használni, ha foszfor nélkül tenyésztik. Feltételezték, hogy a baktérium nagy mennyiségű poli-β-hidroxi-butirátot vagy más eszközöket használhat a hatékony vízkoncentráció csökkentésére és az arzenát-észterek stabilizálására. Ezt a hipotézist szinte azonnal megjelenése után hevesen kritizálták a megfelelő kísérleti kontrollok állítólagos hiánya miatt. Carl Zimmer tudományos író több tudóst is megkeresett értékelés céljából: "Tucatnyi szakértőhöz fordultam... Szinte egybehangzóan úgy gondolják, hogy a NASA tudósai nem tudták alátámasztani véleményüket." Más szerzők nem tudták reprodukálni eredményeiket, és kimutatták, hogy a tanulmányban problémák merültek fel a foszfátszennyezéssel kapcsolatban, ami arra utal, hogy a jelenlévő alacsony mennyiségek támogathatják az extremofil életformákat. Alternatív megoldásként azt javasolták, hogy a GFAJ-1 sejtek a lebomlott riboszómákból származó foszfát újrahasznosításával növekedjenek, nem pedig arzenáttal helyettesítve. A későbbi kísérletezők eredményei megcáfolták az arzén DNS-be foglalásának elméletét [23] [24] .

Az Alkalmazott Molekuláris Evolúcióért Alapítvány (USA) tiszteletbeli tagja, Steven Benner a NASA központjában tartott sajtótájékoztatón elmondott beszédében megjegyezte, hogy bár az arzén kémiájában hasonlít a foszforra, mégis beépül a DNS szerkezetébe, az RNS pedig a " gyenge láncszem", mert az általa kialakított kémiai kötések könnyen felszakadnak az arzénatom nagy reaktivitása miatt.

Ugyanakkor az arzén megnövekedett reakcióképessége, amely negatívan befolyásolja a biológiai molekulák stabilitását szobahőmérsékleten, hasznos lehet, ha a biológiai molekulának alacsony hőmérsékleten kell ellátnia funkcióit, mint például a Szaturnusz Titán holdján.

A Titánon való élet lehetőségével kapcsolatos elméleteket 2005-ben terjesztették elő a legújabb megfigyelések alapján, azonban a Titán sokkal hidegebb, mint a Föld , így nincs folyékony víz a felszínén . Másrészt azonban a Titánon folyékony metánból és etánból álló tavak , valamint azokból folyók és egész tengerek találhatók, ráadásul csapadékként hullhatnak, mint az eső a vízből a Földön . Egyes tudományos modellek azt mutatják, hogy a Titán képes támogatni a nem vízalapú életet ( lásd ), bár nem minden tudós ért egyet ezekkel az elméletekkel, mivel még mindig sok vita és vita tárgyát képezik a tudományos közösségben, beleértve a NASA -t is [25] [26 ] ] [27] .

World of PNK

Az élet eredetére vonatkozó egyik hipotézis azt sugallja, hogy az eredeti földi élet PNA -kon (peptid nukleinsavak) alapulhatott, és hogy a „PNA-világ” később „ RNS-világgá ” alakult. A fő érvek a PNA nagyobb kémiai stabilitása és egyszerűsége az RNS-hez képest, ami lehetővé tenné a PNA fejlődését és túlélését primitív prebiotikus körülmények között. Ugyanakkor a PNA nukleotidok formájában hordozza a szükséges információkat. Ebben az elméletben azonban egy nagy hiányosság a PNA-replikációt lehetővé tevő katalitikus aktivitású PNA-molekulák hiánya.

Vízcsere

A szénvegyületeken kívül minden jelenleg ismert földi élethez víz is szükséges oldószerként. A víz életfolyamatai szempontjából fontos különféle tulajdonságai közé tartozik a széles hőmérsékleti tartomány, amelyben folyékony, a nagy hőkapacitás, amely segíti a hőmérséklet szabályozását, a magas párolgási hő és a vegyület széles körének feloldhatósága. A víz amfoter is , ami azt jelenti, hogy képes protont adni vagy befogadni, lehetővé téve, hogy savként vagy bázisként működjön. Ez a tulajdonság kritikus fontosságú számos szerves és biokémiai reakcióban, ahol a víz oldószerként, reagensként vagy termékként szolgál. Vannak más, hasonló tulajdonságokkal rendelkező vegyszerek, amelyeket néha a víz alternatívájaként javasoltak. A víz 1 atm nyomáson folyékony. 0 °C és 100 °C közötti tartományban, de vannak más oldószerek is, mint például a kénsav , amelyek 200 °C vagy annál magasabb hőmérsékletig folyékony állapotban maradnak [28] .

Ammónia

Az ammóniát gyakran tekintik a legvalószínűbb (a víz után) oldószernek az élet keletkezésére bármely bolygón. 100 kPa (1 atm.) nyomáson -78 és -33 ° C közötti hőmérsékleten folyékony állapotban van. Az ammónia molekula ( ) a vízmolekulához hasonlóan széles körben elterjedt a világegyetemben, mivel a hidrogén (a legegyszerűbb és leggyakoribb elem) és egy másik nagyon gyakori elem, a nitrogén kombinációja. A folyékony ammónia lehetséges szerepe az élet alternatív oldószereként legalább 1954-ig nyúlik vissza, amikor J. B. S. Haldane felvetette a témát az élet eredetével foglalkozó szimpóziumon.

Az ammóniaoldatban számos kémiai reakció lehetséges, és a folyékony ammónia kémiailag hasonló a vízhez. Az ammónia legalább olyan jól képes oldani a legtöbb szerves molekulát, mint a vizet, és sok elemi fémet is. Haldane megjegyezte, hogy a vízzel kapcsolatos különféle szerves vegyületeknek az ammóniához kapcsolódó analógjai vannak; például az ammóniához kapcsolódó aminocsoport ( ) analóg a vízhez kapcsolódó hidroxilcsoporttal ( ).

Az ammónia, akárcsak a víz, képes elfogadni vagy adományozni egy iont . Amikor az ammónia felszívódik , ammónium- kationt ( ) képez , a hidrogéniummal ( ) analóg módon . Amikor iont ad át, amid - aniont ( ) képez , amely hasonló a hidroxid anionhoz ( ). A vízhez képest azonban az ammónia nagyobb valószínűséggel fogad el egy iont , és kevésbé valószínű, hogy adományoz egyet; ez egy erősebb nukleofil . A vízhez adott ammónia Arrhenius-bázisként működik : növeli a hidroxid-anion koncentrációját. Ezzel szemben egy oldószerrendszerben a savasságot és a bázikusságot meghatározó rendszert használva a folyékony ammóniához adott víz savként működik , mivel növeli az ammóniumkation koncentrációját. A földi biokémiában széles körben használt karbonilcsoport ( ) nem lesz stabil ammóniaoldatban, helyette az analóg imincsoport ( ) használható.

Az ammóniának azonban van néhány problémája az élet alapjaként. Az ammónia molekulák közötti hidrogénkötések gyengébbek, mint a vízben, ami ahhoz vezet, hogy az ammónia párolgáshője fele akkora, mint a vízé, a felületi feszültség  pedig akár egyharmada, és a nem poláris molekulák koncentrálási képessége a a hidrofób hatás is csökken. Gerald Feinberg és Robert Shapiro megkérdőjelezte, hogy az ammónia képes-e elég jól megtartani a prebiotikus molekulákat ahhoz, hogy lehetővé tegye egy önreplikáló rendszer kialakulását. Az ammónia oxigénben is meggyullad, és nem tud fenntarthatóan létezni aerob anyagcserére alkalmas környezetben. A folyékony ammónia számos tulajdonságában hasonlít a vízre, de meg kell jegyezni, hogy fagyáskor a szilárd ammónia nem úszik fel, hanem lesüllyed (ellentétben a vízjéggel ).

Ezért a folyadékból álló óceán könnyen lefagy a fenékig. Ezenkívül az ammónia oldószerként való megválasztása kiküszöböli az oxigén biológiai szerként való felhasználásának előnyeit. Ez azonban nem zárja ki annak lehetőségét, hogy alternatív élet keletkezzen azokon a bolygókon, ahol az ammónia vízzel keveredik [29] . Az ammónia alapú bioszféra valószínűleg olyan hőmérsékleten vagy légnyomáson létezik, amely rendkívül szokatlan a földi élet számára. Az élet a Földön jellemzően a víz olvadás- és forráspontján belül, normál nyomáson, 0 °C (273 K) és 100 °C (373 K) között van; normál nyomáson az ammónia olvadáspontja és forráspontja -78 °C (195 K) és -33 °C (240 K) között van. A kémiai reakciók általában lassabban mennek végbe alacsonyabb hőmérsékleten. Ezért az ammónia alapú élet, ha létezik, lassabban metabolizálódik és lassabban fejlődik, mint a földi élet. [30] Másrészt a hidegebb hőmérséklet azt is lehetővé teheti az élő rendszerek számára, hogy olyan vegyi anyagokat használjanak, amelyek a Föld hőmérsékletén túl instabilok ahhoz, hogy hasznosak lennének. [31]

Az ammónia a Földéhez hasonló hőmérsékleten, de sokkal magasabb nyomáson lehet folyadék; például 60 atm nyomáson az ammónia –77°C-on (196 K) olvad, és 98°C-on (371 K) forr. [32]

Az ammónia és víz keverékei jóval a tiszta víz fagypontja alatti hőmérsékleten folyékonyak maradnak, így az ilyen biokémia jól alkalmazható a vízbázisú lakható zónán kívül keringő bolygókra és holdakra. Ilyen körülmények létezhetnek például a Szaturnusz legnagyobb holdjának , a Titánnak a felszíne alatt . [33]

Hidrogén-fluorid

A hidrogén-fluorid számos tulajdonságában hasonlít a vízre . Így képes intermolekuláris hidrogénkötések kialakítására is. Mindazonáltal szem előtt kell tartani, hogy a megfigyelhető univerzumban 1 fluoratomonként 10 000 oxigénatom található , így nehéz elképzelni olyan körülményeket bármely bolygón, amely kedvezne egy óceán kialakulásának, amely -ből és nem -ből áll .

Egy másik erős érv ezzel a lehetőséggel szemben, hogy a legtöbb bolygó szilárd felülete (amelynek van ilyen), néhány egzotikus hipotetikus bolygó (vasbolygó, szénbolygó) kivételével szilícium - dioxidból és alumínium- szilikátokból áll , amelyekkel a hidrogén-fluorid reakcióba lép. reakció:

.

Hidrogén-cianid

A hidrogén -cianid hidrogénkötések kialakítására is képes, de vele ellentétben az Univerzumban széles körben elterjedt elemekből áll. Sőt, úgy vélik, hogy ez a vegyület jelentős szerepet játszott a Föld prebiológiai kémiájában  – például az aminosavak , nukleotidok és az „ ősleves ” egyéb összetevőinek képződésében .

A hidrogén-cianid azonban nem megfelelő oldószer az alternatív élethez, már csak azért is, mert a vegyület termodinamikailag instabil. Így a folyékony hidrogén-cianid gyorsan gyantásodik, különösen katalizátorok jelenlétében (amelyek lehetnek savak , bázisok , agyag és sok kőzet ), és néha a bomlás robbanással megy végbe . Ezen okok miatt egyetlen bolygón sem képes óceánt alkotni.

Metán és etán

Élet létezhet a Titán felszínén lévő folyékony metánban és etánban , amelyek folyók és tavak alakúak, hasonlóan a Földön élő szervezetekhez a vízben. Az ilyen lények glükóz helyett acetilént használnának, és azzal reagálnának , és szén-dioxid helyett metánt termelnének . Vita folyik a metán, mint életoldószer hatékonyságáról a vízhez képest: a víz erősebb oldószer, mint a metán, így könnyebben szállítja az anyagot a sejtbe, de a metán alacsonyabb kémiai reakcióképessége miatt könnyebben képződik. nagy struktúrák, például fehérjék és hasonlók.

Egy másik javaslat szerint a folyékony metánban vagy etánban élő szervezetek különféle vegyületeket használhatnak oldószerként. Például a foszfin ( ) és a foszfor és a hidrogén egyszerű vegyületei . A vízhez és az ammóniához hasonlóan a foszfinnak is van polaritása, de alacsonyabb hőmérsékleten folyadékként létezik, mint az ammónia vagy a víz. A folyékony etánban a foszfin egyedi cseppek formájában van jelen, ami azt jelenti, hogy sejtszerű struktúrák létezhetnek sejtmembránok nélkül.

Azotoszóma

Egy 2015 februárjában megjelent tanulmányban (számítógépen) szimuláltak egy hipotetikus sejtmembránt, az azotoszómának nevezett, amely folyékony metánban képes működni a Titán körülményei között. Úgy gondolják, hogy akrilnitrilből áll , amely egy kis molekula, amely szenet, hidrogént és nitrogént tartalmaz, és stabil és ellenálló. A folyékony metán rugalmassága összemérhető a folyékony vízben lévő foszfolipid kettősréteg rugalmasságával (az a sejtmembrán típusa, amellyel a Földön minden élet rendelkezik). Az Atacama Large Millimeter Array segítségével nyert adatok 2017-ben elkészült elemzése megerősítette, hogy jelentős mennyiségű akrilnitril van a Titán légkörében.

Titán-tetraklorid

Egy lehetséges oldószer vízmentes közegben a titán-tetraklorid lehet. Fontos előnye a polaritás. Ugyanakkor az aggregált folyékony halmazállapotú hőmérséklet-tartománya csaknem kétszer olyan széles, mint a vízé.

Oxigénpótlás

A kénsav érdekessége, hogy csak víz jelenlétében válik savvá. De a cukor- és aminosavmolekulák polimerizációs folyamatában a víz nem szabadul fel, ha a szerves molekulákban kénatomok vannak az oxigénatomok helyett. Az ilyen "kéntartalmú" szervezeteknek észrevehetően magasabb hőmérsékleten és az óleumból (vízmentes kénsavból) származó óceánban kell létezniük. Ilyen körülmények vannak a Vénuszon . Mivel az ultraibolya sugárzástól védő ózonréteget képező molekuláris oxigén nem képződik, ez megnehezíti az életnek a szárazföldre jutását. Ez magyarázhatja azt a tényt, hogy a Vénuszon még nem találtak életet, bár vannak közvetett bizonyítékok - az azonos régiókban való jelenlét és a , amelyek nem létezhetnek együtt, ha valaki vagy valami nem folyamatosan hozza létre őket [34] . A legfrissebb adatok egy vékony ózonréteget is feltártak a Vénuszon, amely a tudósok szerint a napfény hatására a felső légkörben lévő szén-dioxidból képződik [35] .

Elméletileg lehetséges az oxigén helyettesítése más kalkogénekkel , de a rajtuk alapuló élet létezéséhez ezek az elemek rendkívül ritkák. Azt is érdemes megjegyezni, hogy az anaerob szervezetekről ismert , hogy más elemeket használnak elektronakceptorként.

Alternatív vérfehérjék

A legkevésbé látható, de leginkább tanulmányozott változások közül az alternatív metalloproteinek alkalmazása a vér oxigénszállítására. Még a Föld bioszférája is képes nemcsak hemoglobint használni , hanem hemocianint (réz alapú ), hemeritrint ( egy nagyon eltérő szerkezetű szerves vasfehérjét), koboglobint (kobalt alapú, laboratóriumban nyert), pinnaglobint (mangán alapú) és másokat.

Azok a szervezetek, amelyek nem használnak oxigént a légzéshez, kétségtelenül más transzportvegyületeket is használnának.

"Tükörvilág"

A Föld élő természetében minden aminosav L-konfigurációjú , a szénhidrátok pedig  D-konfigurációjúak, kivéve rendkívül ritka eseteket, például a lépfene -kórokozó héjának elemeit . Elvileg elképzelhető egy „tükörvilág”, amelyben az élő szervezeteknek ugyanaz a biokémiai alapja, mint a Földön, kivéve a teljes tükörszimmetriát : egy ilyen világban az élet D-aminosavakon és L-szénhidrátokon alapulhat. Egy ilyen lehetőség nem mond ellent a jelenleg ismert természeti törvények egyikének sem.

Egy ilyen hipotetikus világ egyik paradoxona az a tény, hogy egy ilyen világba (ami a Föld tükörmásolata) bekerülve az ember éhen halhat, annak ellenére, hogy a környéken rengeteg élelem van [36] :13 . Ezenkívül a "tükör" molekulák elfogyasztása mérgezést okozhat [36] :12-13 .

Nem vegyszeres életmód

Az Evolving the Alien című könyvében Jack Cohen biológus és Ian Stewart matematikus azzal érvel , hogy az egyedülálló Föld-hipotézisen alapuló asztrobiológia "korlátozott és unalmas". Felvetették, hogy a Földhöz hasonló bolygók ritkák, de összetett életformák más környezetben is megjelenhetnek.

Még spekulatívabb elképzelések vonatkoznak az élet lehetőségére egészen más testeken, mint a Földhöz hasonló bolygókon. Frank Drake csillagász , a földönkívüli élet kutatásának jól ismert támogatója, életet javasolt a neutroncsillagokon : olyan lényeken, amelyek életciklusa milliószor gyorsabb, mint a földi organizmusoké, és ultra-kis "nukleáris molekulákból" állnak [37]. . Ezt a "fantasztikusnak és ravasznak" nevezett gondolatot széles körben elterjedt a sci-fi [38] . Carl Sagan 1976-ban fontolóra vette a Jupiter felső légkörében repülő organizmusok létezésének lehetőségét [39] [40] . Cohen és Stewart a gázóriások légkörében, sőt a Napon is fontolóra vette az élet lehetőségét.

Egyes filozófusok , például Ciolkovszkij , úgy vélték, hogy az élet plazmoidok formájában is kialakulhat, amelyek bizonyos körülmények között képesek alakot tartani és önreprodukálni , amelyek prototípusa a gömbvillám . A közelmúltban a számítógépes modellezésnek köszönhetően elméleti igazolást kapott a plazmaéletformák létezésének lehetősége [41] .

Alternatív biokémia a szépirodalomban

  • Ivan Efremov szovjet tudós és tudományos-fantasztikus író " Kígyó szíve " című tudományos-fantasztikus történetében ( 1958 ) a földlakók érintkezését írják le egy idegen humanoid civilizációval, amelynek szülőbolygójának biokémiájában a fluor az oxigén szerepét tölti be. . Ez a civilizáció a gondos keresés ellenére egyetlen bolygót sem talált hozzájuk hasonló biokémiával – az összes többi űrcivilizációnak, amellyel találkozott, oxigén alapja volt.
  • Fred Hoyle angol csillagász "The Black Cloud " ( 1957 ) klasszikus tudományos-fantasztikus regényében a földlakók érintkezését a csillagok között mozgó, hatalmas fekete felhővel, amely csillagközi gázból áll, leírja .
  • Arthur Conan Doyle angol író " When the Earth Cried " című tudományos-fantasztikus novellája ( 1928 ) egy élő Földet ír le, amelynek élete a földkéreg ásványaira és folyadékaira (különösen az olajra) épül .
  • Michael Crichton The Andromeda Strain című tudományos-fantasztikus regénye egy földönkívüli vírust tartalmaz, amelynek alternatív biokémiája hatszögletű kristályokon alapul.
  • A. Dneprov "Az agyagisten " című tudományos-fantasztikus története a szilícium alapú életet tárgyalja .
  • A. Konstantinov " Kapcsolatfelvétel Lenzevennel " című sci-fi története is a szilícium alapú élettel foglalkozik. A kutatók egy távoli bolygón találják magukat, és egy elhagyatott városban találják magukat, ahol mindenhol szobrokat helyeztek el. A végén kiderül, hogy a szobrok ennek a bolygónak a szilíciumlakói, akiknek életfolyamatai százszor lassabbak, mint a földi életformáké.
  • Stanisław Lem lengyel író Pravda című sci-fijében a "csillagok" élete a magas hőmérsékletű plazmán alapul , véletlenszerűen létrehozott "amőba" formájában, amely az elektromágneses tér esése következtében összeomlott. Ezen a történeten kívül a plazmán alapuló élet is jelen van: Olaf Stapledonnak a " The Starmaker "-ben élő csillagok vannak; Edmond Hamilton "Csillagok gyermekei" és Arthur C. Clarke "Out of the Sun's Womb" című művében - élőlények a csillagok mélyén; Szergej Lukjanenko a " Csillagok - hideg játékok " című dilógiában - óriási intelligens plazmoidok, Torpp.
  • Francis Karsak Aliens from Nowhere című sci-fi regénye az alacsony hőmérsékletű szupravezetésen alapuló élettel foglalkozik . Azoknak a lényeknek, akiknek anyagcseréje a szupravezetésen (Mysliki) alapul, alacsony hőmérsékletre volt szükség. Kevés alkalmas bolygó volt, ezért a Mislikék elkezdték a meglévő bolygókat az élethez igazítani – eloltani azokat a csillagokat, amelyek körül ezek a bolygók keringenek.
  • Paul W. Anderson sok írása víz helyett ammóniát használó életet ír le. Különösen: " Hívj Joe -nak " (1957), " Hódíts három világot " (1964) és mások.
  • Frederick Brown The Wavers (1954) című novellája egy elektromágneses hullámokon alapuló életformát ír le.
  • A Firewalker (2x09) sorozat X-akták sorozatában egy szilícium életformát fedeztek fel egy vulkán kráterében - parazita gombákat. Ennek a gombának a spórái a " termőtest " megjelenése után néhány másodpercen belül elpusztultak , ha nem volt idejük megtalálni a gazdát .
  • Az Evolution című vígjáték egy nitrogén alapú idegen életformát mutat be, amelynek 10 bázispárja van. A film folytatásaként készült Evolution animációs sorozatban ezek a lények egy szuperorganizmus .
  • A Star Trek: The Original Series " The Devil in the Dark " (1x25) című epizódjában Hort lény szilícium alapú biokémiával jelenik meg.
  • A Star Trek: The Animated Series "Planet Vanishing" (1x03) epizódjában egy óriási antianyag lény jelenik meg, aki normál anyagú bolygókon táplálkozik.
  • Az azonos nevű univerzumból származó idegenek kitalált faja egy szilícium életforma.
  • A Star Trek: Voyager sorozatban a "The Good Shepherd" (6x20) epizódban egy sötét anyagból álló élőlénnyel találkoznak .
  • A Mass Effect kitalált univerzumában vannak turiánok és kvariánok , amelyek más érző fajok képviselőitől eltérően D-aminosavakat tartalmaznak. Létezik a volus  - alulméretezett humanoidok fajtája is, amelyek biokémiája nagy nyomású ammóniához kötődik.
  • A Csillagkapu: SG-1 sorozatban a "Scorched Earth" (4x09) sorozatban a Gadmirok magasan fejlett faja található, amelynek biokémiai alapja (valamint más organizmusok, amelyekkel létrehozták a bioszférát) szén helyett kén.
  • Kira Bulychev "The Snow Maiden" című novellája egy humanoid civilizációt ír le, amely víz helyett ammóniára épül.
  • A Krona, a Green Lantern: Emerald Knights fő antagonistája antianyagból áll.
  • Sok kitalált univerzumban vannak tiszta energiájú lények.
  • A 2000-ben készült "Titán a Föld pusztulása után" című animációs film tiszta energiájú lényeket mutat be, amelyek civilizációkat pusztítanak el.
  • A Frank Herbert Dune Univerzumban a Shai-Hulud homokféreg egy szerves szilícium életforma.
  • Az Anathem , Neil Stevenson tudományos-fantasztikus regénye olyan embereket ír le, akik kapcsolatba kerülnek olyan alternatív univerzumokból származó emberekkel, amelyek biokémiája az aminosavak eltérő konfigurációján alapul.
  • James White sci-fi regényeinek és novelláinak Space Hospital sorozatában a főszereplők a galaxis különböző intelligens fajaihoz tartozó orvosok, köztük nem humanoidok is.
  • 1894-ben a híres író, HG Wells ezt írta: „A következő feltevés fantasztikus fantáziákhoz vezet: szilícium-alumínium organizmusok víziói – miért nem azonnal szilícium-alumínium emberek? - a gáznemű kén légkörében bolyongva, mondjuk így. a folyékony vas tengerpartján, több ezer fokkal a nagyolvasztó hőmérséklete fölött." [42]

Tudósok és alternatív biokémia

Azon tudósok listája, akik a szén-víz biokémia lehetséges alternatíváit fontolgatták, a következőket tartalmazza:

Lásd még

Jegyzetek

Hozzászólások
  1. ↑ A madarakban, számos hüllőben és a legtöbb szárazföldi rovarban a húgysav nemcsak a purin-, hanem a fehérje-anyagcsere végterméke is. A húgysav bioszintézis rendszere (és nem a karbamid, mint a legtöbb gerincesnél), mint a nitrogén anyagcsere mérgezőbb termékének - ammóniának - a szervezetben való megkötődésének mechanizmusa alakult ki ezekben az állatokban jellemző korlátozott vízháztartásuk miatt (a húgysav minimális mennyiségű vízzel vagy akár szilárd formában is kiválasztódik a szervezetből)
Források
  1. ↑ Alfonso F. Davila, Christopher P. McKay. Esély és szükségszerűség a biokémiában: A földönkívüli biomarkerek keresésének következményei Föld-szerű környezetben   // Astrobiology . — 2014-06. — Vol. 14 , iss. 6 . - P. 534-540 . - ISSN 1557-8070 1531-1074, 1557-8070 . doi : 10.1089 / ast.2014.1150 . Az eredetiből archiválva : 2020. július 16.
  2. ↑ A bolygórendszerek szerves életének határaival foglalkozó bizottság, az élet eredetével és evolúciójával foglalkozó bizottság, Nemzeti Kutatási Tanács; The Limits of Organic Life in Planetary Systems Archiválva : 2011. június 7. a Wayback Machine -nél ; The National Academies Press, 2007.
  3. ↑ Az egyetemi biológiatanítás az SP Cohn betűszót is használta e hat elem ábrázolására. Oktatás CHNOPS: Az élet hat legbőségesebb eleme . Pearson oktatás . Pearson BioCoach (2010). – „A legtöbb biológiai molekula hat fontos elem kovalens kombinációjából áll, amelyek kémiai szimbólumai a CHNOPS. ... Bár a biomolekulákban több mint 25 féle elem található, hat elem a leggyakoribb. Ezeket CHNOPS elemeknek nevezzük; a betűk a szén, hidrogén, nitrogén, oxigén, foszfor és kén kémiai rövidítéseit jelentik. Hozzáférés időpontja: 2010. december 10. Az eredetiből archiválva : 2017. július 27.
  4. ↑ Brosnan JT, Brosnan ME A kéntartalmú aminosavak: áttekintés  // The  Journal of Nutrition : folyóirat. - 2006. - június ( 136. kötet , 6. sz. melléklet ). - P. 1636S-1640S . — PMID 16702333 .
  5. ↑ Campbell, Neil A.; Brad Williamson; Robin J. Heyden. Biológia: Az élet felfedezése . - Boston, Massachusetts: Pearson Prentice Hall , 2006. - ISBN 0-13-250882-6 .  (előfizetés szükséges)
  6. ↑ Alternatív biokémia | Speculative Evolution Wiki | rajongás . Letöltve: 2021. november 15. Az eredetiből archiválva : 2021. november 13.
  7. ↑ Hilary L. Doyle, Tom Jentz. Jagdpanzer 38 'Hetzer' 1944-45 (nem elérhető link) . Hozzáférés időpontja: 2017. szeptember 30. Az eredetiből archiválva : 2014. december 1. 
  8. ↑ 1 2 Pace, N. R. (2001). "A biokémia egyetemes jellege". Proceedings of the National Academy of Sciences of Amerikai Egyesült Államok. 98(3): 805-808. Iránykód: 2001PNAS…98..805P. doi:10.1073/pnas.98.3.805. PMC 33372. PMID 11158550 .
  9. ↑ Biokémiai evolúció. I. Polimerizálás alumíniummentesített zeolitok és földpátok belső, organofil szilícium-dioxid felületén | PNAS . Letöltve: 2019. március 20. Az eredetiből archiválva : 2018. november 17.
  10. ↑ William Baines. "Asztrobiológia - az élet természete". WilliamBains.co.uk. Letöltve: 2015. március 20.
  11. ↑ William Baines (2004. június). "Sok kémia felhasználható élő rendszerek létrehozására." Asztrobiológia. 4(2): 137-167. Bibcode: 2004AsBio...4..137B. DOI: 10.1089 / 153110704323175124. PMID 15253836 . S2CID 27477952 .
  12. ↑ Gillette, Stephen. világépítés. — Writer's Digest Books.
  13. ↑ (Ma et al., 2006, 2007a)
  14. ↑ Yamaji N., Mitatni N., Ma JF A transzporter, amely szabályozza a szilícium eloszlását rizshajtásokban  // Plant Cell  : Journal  . - 2008. - Vol. 20 , sz. 5 . - P. 1381-1389 . - doi : 10.1105/tpc.108.059311 . — PMID 18515498 .
  15. ↑ Lazio, Joseph F.10 Miért feltételezzük, hogy más lényeknek szénen kell alapulniuk? Miért ne épülhetnének az organizmusok más anyagokra? . [sci.astro] ET Life (Astronomy Frequently Asked Questions) . Letöltve: 2006. július 21. Az eredetiből archiválva : 2020. június 8.
  16. ↑ Szilícium alapú idegen életet keresel? Ne tartsa vissza a lélegzetét. | Népszerű Tudomány . Letöltve: 2019. március 8. Az eredetiből archiválva : 2019. október 15.
  17. ↑ A szilícium életre keltése | www.caltech.edu . Letöltve: 2021. november 27. Az eredetiből archiválva : 2021. november 27.
  18. ↑ A tudósok egy lehetséges alternatívát találtak a szén életformáival szemben - Nauka - TASS . Letöltve: 2021. augusztus 10. Az eredetiből archiválva : 2021. augusztus 10.
  19. ↑ A stabil hidrogénnitrogén anyagok változatos kémiája, valamint a bolygó- és anyagtudományokra gyakorolt ​​​​hatások | tudományos jelentések . Letöltve: 2021. augusztus 10. Az eredetiből archiválva : 2021. augusztus 10.
  20. ↑ Wolfe-Simon F., Blum JS, Kulp TR et al. Egy baktérium, amely foszfor helyett arzén használatával nőhet  //  Science : Journal. - 2010. - december. - doi : 10.1126/tudomány.1197258 . — PMID 21127214 .
  21. ↑ Az arzénevő mikroba újradefiniálhatja az  élet kémiáját . természethírek. Hozzáférés dátuma: 2011. január 26. Az eredetiből archiválva : 2012. február 24.
  22. ↑ Az asztrobiológiai felfedezés méreggel teli életet él (a link elérhetetlen) . membrán. Hozzáférés dátuma: 2011. január 26. Az eredetiből archiválva : 2012. január 28. 
  23. ↑ Elena Kleschenko. Két hölgy, DNS és arzén . Elements.ru. Hozzáférés dátuma: 2013. január 18. Az eredetiből archiválva : 2013. január 20.
  24. ↑ A biológusok megpróbálták végre megcáfolni az "arzénélet" elméletét . Lenta.ru (2012. október 4.). Letöltve: 2013. január 18. Az eredetiből archiválva : 2020. szeptember 23.
  25. ↑ http://www.nasa.gov/topics/solarsystem/features/titan20100603.html Archiválva : 2011. augusztus 22. Mi fogyaszt hidrogént és acetilént a Titánon? (magyar)
  26. ↑ http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=liquid-lake-on-titan Archiválva : 2012. október 10. A tudósok megerősítik a folyékony tavak és "strandok" létezését a Szaturnusz Titán holdján
  27. ↑ http://www.space.com/8547-strange-discovery-titan-leads-speculation-alien-life.html Archiválva : 2019. április 4. a Wayback Machine -nél. A Strange Discovery on Titan idegen élet spekulációhoz vezet
  28. ↑ Egzotikus élet a Földön túl?  Keressük az életet úgy, ahogy nem ismerjük . europlanet. Hozzáférés dátuma: 2011. január 26. Az eredetiből archiválva : 2012. február 24.
  29. ↑ Krion – Fantasy Creatures Wiki
  30. ↑ Schulze-Makuch, Dirk; Irvine, Louis Neal (2008). Life in the Universe: Expectations and Limitations (2. kiadás). Springer. 119. ISBN 9783540768166 .
  31. ↑ Isaac Asimov (1981. tél). „Nem az, amit tudunk – az élet kémiája”. Space Search. Észak-Amerikai Asztrofizikai Obszervatórium (9 (3. kötet, 1. szám)).
  32. ↑ A bolygórendszerek szerves életének határaival foglalkozó bizottság, az élet eredetével és evolúciójával foglalkozó bizottság, Nemzeti Kutatási Tanács; A szerves élet határai a bolygórendszerekben; The National Academies Press, 2007; 72.
  33. ↑ Fortes, AD (1999). "A Titánon belüli lehetséges ammónia-víz óceán exobiológiai következményei" [1] Archiválva : 2011. július 16. a Wayback Machine -nél . Letöltve: 2010. június 7.
  34. ↑ Élet a Föld mellett. Első rész (elérhetetlen link) . membrán. Hozzáférés dátuma: 2011. január 26. Az eredetiből archiválva : 2013. március 5. 
  35. ↑ Ózonréteg található a Vénuszon . Lenta.ru (2011. október 7.). Letöltve: 2014. április 14. Az eredetiből archiválva : 2014. április 21..
  36. ↑ 1 2 Az élők aszimmetriájáról // Biológia / Összeáll. S. T. Ispailov kötetei. - 3. kiadás - M . : Avanta + , 1996. - T. 2. - 704 p. - (Enciklopédia gyerekeknek). — 50.000 példány.  — ISBN 5-86529-012-6 .
  37. ↑ Drake, Frank. Life on a Neutron Star  (angol)  // Astrobiology : Journal. - 1973. - 1. évf. 1 , sz. 5 . — 5. o .
  38. ↑ Drágám, David Neutron csillag, az élet  tovább . Az asztrobiológia, csillagászat és űrrepülés enciklopédiája. Letöltve: 2009. szeptember 5. Az eredetiből archiválva : 2012. március 11..
  39. ↑ Sagan, C.; Salpeter, EE Részecskék, környezetek és lehetséges ökológiák a jovi légkörben  //  The Astrophysical Journal  : Journal. - IOP Publishing , 1976. - Vol. 32 . - P. 633-637 . - doi : 10.1086/190414 . - .
  40. ↑ Drágám, David Jupiter, az élet tovább . Az asztrobiológia, csillagászat és űrrepülés enciklopédiája. Letöltve: 2007. augusztus 6. Az eredetiből archiválva : 2012. március 11.
  41. ↑ A poros plazma az élet molekulájára utal (hozzáférhetetlen link) . membrán. Letöltve: 2011. január 26. Az eredetiből archiválva : 2012. május 20.. 
  42. ↑ Taníts csillagászatot – Szilícium versus szén . Letöltve: 2021. november 27. Az eredetiből archiválva : 2021. november 27.

Irodalom

  • Topunov A. F., Shumaev K. B. Alternatív biokémia és az élet prevalenciája. Az ÁSZ Értesítője. 2006. T. 60-61.
  • Horowitz N. Élet keresése a Naprendszerben. Per. angolról. folypát. biol. Tudományok V. A. Otroshchenko, szerk. Dr. Biol. Tudományok M. S. Kritsky. M. , Mir, 1988, p. 77-79.
  • Paul Davis. Idegenek a sajátjaik között.  „A bizonyítékokat keresve arra vonatkozóan, hogy élet a Földön nem egyszer keletkezett, a tudósok gondosan megvizsgálják azokat az ökológiai réseket, ahol olyan mikroorganizmusok élhetnek, amelyek gyökeresen különböznek az általunk oly jól ismert mikroorganizmusoktól. "A TUDOMÁNY VILÁGÁBAN", 2008. március 3. sz
  • membrana: A vegyészek utat mutattak a szervetlen élethez Archiválva : 2013. március 23., a Wayback Machine -ben