Zakaj bi vesoljci, ki temeljijo na siliciju, raje jedli naša mesta kot nas: misli o astrobiologiji brez ogljika
Opomba urednika: Bruce Dorminey, znanstveni novinar in avtor 'Distant Wanderers: Iskanje planetov onkraj sončnega sistema,' intervjuva NASA-in astrokemik Max Bernstein za Universe Today o možnosti življenja, ki temelji na siliciju.
Običajna modrost že dolgo pravi, da mora življenje na osnovi ogljika, ki je tako pogosto tukaj na zemlji, zagotovo v izobilju drugod; tako v naši galaksiji kot vesolju kot celoti.
Ta način razmišljanja temelji na dveh glavnih predpostavkah; prva je ta, da so bile v medzvezdnem mediju odkrite kompleksne molekule ogljikove verige, gradniki življenja, kot ga poznamo. Zdi se, da se številčnost ogljika razteza skozi večji del kozmičnega časa, saj naj bi njegova proizvodnja dosegla vrhunec pred približno 7 milijardami let, ko je bilo vesolje približno polovico svojega trenutnega starega.
Druga pomembna predpostavka je, da življenje potrebuje eliksir, topilo, na katerem lahko razvije svojo edinstveno kompleksno kemijo. Voda in ogljik gresta z roko v roki, da se to zgodi.
Medtem ko svet, kot ga poznamo, temelji na ogljiku, je dolgoletno spogledovanje znanstvene fantastike z življenjem, ki temelji na siliciju – »To je življenje, vendar ne takšno, kot ga poznamo« – postalo znana fraza. Toda kakršno koli življenje bi se moralo razvijati, jesti, izločati, razmnoževati in se odzivati na dražljaje.
In čeprav je življenje brez ogljika zelo dolga priložnost, smo mislili, da bomo to vprašanje obravnavali z enim izmed najboljših astrokemikov v državi - Maxom Bernsteinom, vodjo raziskave Direktorata za znanstveno misijo na sedežu NASA v Washingtonu, D.C.
Bruce Dorminey-ALI JE NAPAČNO PREDPOSTAVLJATI, DA BI ŽIVLJENJE LAHKO TEMELJEVO NA ČEMU DRUGEGA KOT OGLJIK?
Max Bernstein. Zasluge: NASA
Max Bernstein— Za nas je pomembno, da smo odprti do nezemeljskega življenja, da ne bi naleteli nanj in ga zamudili. Po drugi strani pa je ogljik veliko boljši od katerega koli drugega elementa pri oblikovanju glavnih struktur živih bitij. Ogljik lahko tvori številne stabilne kompleksne strukture velike raznolikosti. Ko ogljik tvori molekule, ki vsebujejo kisik in dušik, so vezi ogljika z dušikom in kisikom stabilne. Ampak ne toliko, da jih ne bi bilo mogoče enostavno razveljaviti, na primer za razliko od vezi silicij-kisik.
polh-ALI NEDAVNE NASA FINANCIRANE RAZISKAVE NA MONO JEZERU V Kaliforniji, KI JE OZNAČALA ODKRITJE BAKTERIJ Z DNK, KI UPORABLJA ARZEN NAMESTO FOSFORA, RAZGLEDA SEDANO PARADIGMO?
Bernstein— To je bil res kul rezultat, vendar je bila osnovna struktura še vedno ogljik. Arzen naj bi nadomestil fosfor in ne ogljika. Odkritje tega domnevnega organizma arzena se lahko izkaže za napačno, vendar gre za hipotezo, za katero stoji znanost, in ne samo, da nekdo zavrže idejo in jo pusti na ravni, kaj če bi ogljik zamenjali s silicijem?
Struktura silana, analoga metana na osnovi silicija.
polh-ZDITI SE, DA JE SILICIJ NAJBOLJ POPULARNI KANDIDAT, KI NI BAZI OGLJIKA, ALI JE TUDI DRUGI, KI BI MOGODO IZVEDLJIV?
Bernstein— Težko si je predstavljati kaj, kar bi bilo bolj verjetno kot silicij, ker ni nič bližje ogljiku kot silicij v smislu njegove kemije. Je na pravem mestu v periodični tabeli, tik pod ogljikom. Na prvi pogled se [življenje, ki temelji na siliciju], ne zdi preveč absurdno, saj silicij, tako kot ogljik, tvori štiri vezi. CH4 je metan in SiH4 je silan. So analogne molekule, zato je osnovna ideja, da bi silicij morda lahko tvoril celotno vzporedno kemijo in celo življenje. Toda s to idejo je veliko težav. Ne vidimo kompleksne stabilne kemije [samo] silicija in vodika, kot vidimo pri ogljiku in vodiku. V svojih lipidih (molekulah, ki sestavljajo membrane) uporabljamo ogljikovodične verige, vendar podobne silanske verige ne bi bile stabilne. Medtem ko se vezi ogljik-kisik lahko tvorijo in razgrajujejo – to se v naših telesih ves čas dogaja – to ne velja za silicij. To bi močno omejilo silicijevo življenjsko kemijo. Mogoče bi lahko imeli nekaj na osnovi silicija, kar je nekako živo, vendar le v smislu, da posreduje informacije.
polh-ČE JE ŽIVLJENJE NA SILICIJU TAM ZUNAJ, KAKO GA LAHKO KAKO ODZITI NA DALJINU?
Bernstein— Resno se prepiramo o tem, kako bi na daljavo zaznali življenje tako kot mi, zato res ne bi mogel reči. Verjetno bodo organizmi, ki uporabljajo tehnologijo, ne glede na njihovo biokemijo, proizvedli tehnologijo, zato je iskanje zunajzemeljske inteligence (SETI) morda naša najboljša možnost.
polh-KAKO BI ISKAL ŽIVLJENJE NA SILICIJU TUKAJ NA ZEMLJI?
Bernstein— Pri iskanju tujega organizma je res težko, ker preprosto ne veš, katere molekule iskati. Človek bi se moral zadovoljiti z nečim nekoliko bolj dvoumnim, na primer z nizi molekul, ki jih ne bi smelo biti. Na primer, če bi bili tujec silicijev organizem, morda ne bi iskali naše biokemije, toda dejstvo, da ste vedno znova videli popolnoma enake dolžine verig, bi vas lahko nagnilo k dejstvu, da bi te preklete ogljikove verige dejansko lahko biti osnova membrane organizma.
Horta, izmišljena življenjska oblika na osnovi silicija v vesolju Star Trek. Slika iz Star Trek: The Original Series © 1967 Paramount Pictures
polh-KJE SO TUKAJ NAJVEČJE KONCENTRACIJE SILICIJA?
V PESKU?
Bernstein— V pesku ali kamnini. Na Zemlji je dobesedno megatonov silikatnih mineralov.
polh-ALI JE KDAJ KDO TRDIL, DA JE TUKAJ NA ZEMLJI ODKRIVANJE SAMOPONOVLJIVIH PRIMEROV SILICIJA?
Bernstein— Pojavile so se ideje o mineralih, ki imajo informacije, tako kot DNK hrani informacije. DNK vsebuje informacije v verigi, ki se bere od enega konca do drugega. Nasprotno pa bi lahko mineral hranil informacije v dveh dimenzijah [na svoji površini]. Kristal raste, ko novi atomi prispejo na površino in gradijo plast za plastjo. Torej, če bi se kristalna plošča odcepila in nato začela rasti, bi bilo to kot rojstvo novega organizma in bi prenašalo informacije iz generacije v generacijo. Toda ali je replicirani kristal živ? Do danes menim, da dejansko ni nobenega dokaza, da minerali prenašajo takšne informacije.
polh-ALI JE BISTVO PROBLEMA, DA BI SE ŽIVLJENJE NA SILICIJU TAKO POČASI REPLIKACIRALO, DA GA NIKOLI NE BI MOGLO NASTANITI V DINAMIČNEM VESOLJU?
Bernstein— Mislim, da nobena silikonska življenjska oblika ne bi bila biološka grožnja za nas. Če bi bili visokotehnološki, bi lahko jedli naše zgradbe ali streljali na nas, vendar ne vem, kako bi nas lahko okužili. Tečemo vroče in se hitro premikamo. Če tega ne storimo, nas bodo stvari ujeli in pojedle.
Če so tudi oni močnejši od nas in je karkoli se hrani z njimi, je tudi počasno in na osnovi silicija, je morda počasen vseeno.
polh-KAKŠNI BI BILI PODPISI ŽIVLJENJA NA SILICIJU?
Bernstein— Če niso tehnološke, bi jih bilo zelo težko odkriti. Lahko bi iskali nestabilne, nepričakovane molekule silicija; neka visokoenergetska molekula, ki je ne bi smela biti, ali molekularne verige enake dolžine.
polh-ALI MISLITE, DA ŽIVLJENJE NA SILICIJU MOGLO OBSTAJA NEKJE ZUNAJ?
Bernstein— Morda bi globoko pod površjem planeta v nekem zelo vročem okolju, bogatem z vodikom in revnim kisikom, imeli to zapleteno kemijo silana. Tam bi morda silani tvorili reverzibilne silicijeve vezi s selenom ali telurom.
polh-ČE BI SE BILO TAKO ŽIVLJENJE NA SILICIJU, KAKŠEN BI BILO NJEGOVA EVOLUCIJSKA KONČNICA?
Bernstein— Če bi se lahko razvil mimo stopnje protističnega [mikroorganizma], potem mislim, da bi lahko razvil inteligenco. Pojma nimam, kako verjetno je, da se bo inteligenca razvila, vendar lahko verjamem v silicijeve kristale, ki prenašajo informacije od plasti do sloja, ali v silikonsko umetno inteligenco, vendar ne pričakujem, da bom videl silicijeve opice, ki igrajo svoj ekvivalent 'Angry Birds' na svojih silikonskih telefonih.
polh-ČE BI SE SILICIJSKO ŽIVLJENJE RAZVILO, BI BI BILA NJEGOVA ŽIVLJENJSKA DOBA VEČ DALJŠA KOT NJEGOVI ANALOGI NA OGLJIKU?
Bernstein— Mineral za razmnoževanje, ki sem ga opisal prej, bi živel zelo, zelo počasi na površini Zemlje. Morda pa bi bila nekje bolj vroča njegova življenjska doba krajša. To je zato, ker je verjetno življenjska doba povezana s tempom vaše kemije, ki je odvisna od temperature.
polh-KONČNO, KAJ BI OGROŽIL ŽIVLJENJE, KI NI BAZI OGLJIKA?
Bernstein— Fizične poškodbe zagotovo. Verjetno bi lahko vzeli z odbojnim kladivom?
Toda naša biokemija ne bi bila patogena za to; nismo jih mogli 'okužiti', kot je bilo v 'Vojni svetov'.