Jak wyglądają Obcy?
Matthew Wills, paleobiolog z brytyjskiego Uniwersytetu Bath, pokusił się niedawno o rozważania na temat możliwej budowy ciał ewentualnych mieszkańców pozasłonecznych planet. W sierpniu tego roku na łamach magazynu phys.org przypomniał, że podczas tzw. eksplozji kambryjskiej (nagłego rozkwitu wodnego życia ok. 542 mln lat temu) budowa fizyczna organizmów była niezwykle zróżnicowana. Żyła wówczas np. Opabinia – zwierzę o pięciu oczach. Teoretycznie możliwe jest więc wyewoluowanie gatunku inteligentnego o takiej właśnie liczbie organów wzroku. Istniał również w owych dniach podobny do kwiatu Dinomischus. Co by się stało, gdyby sukces reprodukcyjny i ewolucyjny odniosły Opabinia lub Dinomischus? Są więc powody, by przypuszczać, że kosmici mogą się od nas różnić diametralnie, a jednocześnie być w jakiś sposób bliscy.
Na temat możliwości występowania życia na egzoplanetach ścierają się skrajnie odmienne poglądy. Jedni chcieliby widzieć życie w kosmosie jako zjawisko powszechne, a przy tym różnorodne. Inni ostrzegają przed nadmiarem optymizmu. Paul Davies, fizyk i kosmolog z Uniwersytetu Stanowego w Arizonie, autor książki „The Eerie Silence”, uważa, że mnogość egzoplanet może zwieść nas na manowce, gdyż statystyczne prawdopodobieństwo przypadkowego uformowania molekuł składających się na życie pozostaje znikome nawet przy dużej liczbie światów. Tymczasem wielu egzobiologów, także z NASA, uważa, że do powstania życia nie potrzeba aż tak wiele – wystarczy woda w stanie ciekłym, źródło energii, nieco węglowodorów i trochę czasu.
Nawet jednak sceptyk Davies przyznaje w końcu, że rozważania o niskim prawdopodobieństwie nie dotyczą ewentualności istnienia form życia, które on nazywa shadow life, czyli opartego nie na węglu i białku, tylko na zupełnie innej chemii i procesach fizycznych.
Żywy krzem?
W 1891 r. niemiecki astrofizyk Julius Schneider napisał, że życie wcale nie musi opierać się na węglu i jego związkach. Mogłoby także być oparte na krzemie – pierwiastku z tej samej grupy w układzie okresowym co węgiel, który ma, tak jak węgiel, cztery elektrony walencyjne, a jest dużo bardziej od niego odporny na wysokie temperatury spotykane w kosmosie.
Chemia węgla to głównie chemia organiczna, ponieważ wchodzi on w skład wszystkich podstawowych związków „życia”: białek, kwasów nukleinowych, tłuszczów, cukrów, hormonów i witamin. Może w nich występować w formie łańcuchów prostych i rozgałęzionych, w postaci cyklicznej oraz gazowej (metan, dwutlenek węgla). To przecież dwutlenek węgla, dzięki roślinom, reguluje obrót węgla w przyrodzie (nie wspominając o jego roli klimatycznej). Organiczne cząsteczki węgla występują w naturze w jednej formie skrętności (chiralność): w kwasach nukleinowych cukry są tylko prawoskrętne, w białkach aminokwasy – lewoskrętne. Ta cecha, dotychczas niewytłumaczona przez badaczy prebiotycznego świata, sprawia, że związki węgla są niesłychanie specyficznie rozpoznawane przez inne związki (np. kwasy nukleinowe przez enzymy nukleolityczne). Wiązania chemiczne w związkach węgla są wystarczająco stabilne, żeby zapewnić ich trwałość, ale też wielkość energii ich rozerwania i powstawania umożliwia przemiany metaboliczne, rozpad i syntezę w żywym organizmie. W dodatku atomy węgla w cząsteczkach organicznych często połączone są wiązaniami podwójnymi lub nawet potrójnymi, co stanowi o ich reaktywności i specyficzności reakcji metabolicznych. Krzem natomiast nie tworzy wieloatomowych polimerów, jest mało reaktywny. Produkt utlenienia krzemu stanowi krzemionka, przybierająca formę krystaliczną.
Krzem tworzy (jako krzemionka) trwałe pancerzyki lub wewnętrzne „szkielety” niektórych bakterii i jednokomórkowców. Nie wykazuje tendencji ani do chiralności, ani do kreowania nienasyconych wiązań. Jest po prostu zbyt stabilny chemicznie, aby stać się specyficznym budulcem żywych organizmów. Okazał się za to bardzo interesujący w zastosowaniach przemysłowych: w elektronice jako półprzewodnik, a także jako pierwiastek tworzący związki wielkocząsteczkowe zwane silikonami, używane od kosmetyków przez parafarmaceutyki do procedur medycznych (implanty) oraz w budownictwie i przemyśle (farby, kauczuki, elastomery).
Jak widać, nie jest przypadkiem i zachcianką ewolucji, że życie ziemskie opiera się na związkach węgla. Żeby jednak dać nieco szansy krzemowi, stworzono hipotezę, iż w okresie prebiotycznym to właśnie na powierzchni krystalicznej krzemionki doszło do separacji cząsteczek o przeciwstawnej chiralności, co pomogło w decyzji wyboru tylko jednej formy w cząsteczkach organicznych.
Zwolennicy „krzemowego życia” przekonują, że ich idea wcale nie jest absurdalna, gdyż pierwiastek ten, podobnie jak węgiel, tworzy cztery wiązania. Jedna z koncepcji mówi, że krzem budować może równoległą chemię, a nawet podobne formy życia. Znany astrochemik, Max Bernstein z Kierownictwa Misji Naukowych w kwaterze głównej NASA w Waszyngtonie, wskazuje, że być może sposobem na odnalezienie krzemowego życia pozaziemskiego jest poszukiwanie niestabilnych wysokoenergetycznych molekuł lub łańcuchów krzemowych. Nie spotykamy jednakże skomplikowanych i stałych związków chemicznych opartych o wodór i krzem, jak ma to miejsce w przypadku węgla. Łańcuchy węglowe występują w lipidach, ale analogiczne związki z udziałem krzemu nie byłyby stałe. Podczas gdy związki węgla i tlenu mogą być tworzone i ulegać rozpadowi (jak ma to miejsce cały czas w naszych ciałach), z krzemem jest inaczej.
Na planetach we Wszechświecie panują tak zróżnicowane warunki i środowiska, że wiele innych związków chemicznych byłoby lepszym rozpuszczalnikiem dla pierwiastka budulcowego w odmiennych warunkach niż te, które znamy z Ziemi. Prawdopodobnie organizmy, których budulcem byłby krzem, wykazywałyby się o wiele większą żywotnością i odpornością na wysoką temperaturę. Nie wiadomo jednak, czy dałyby radę przejść przez etap mikroorganizmów do organizmów wyższych rzędów, zdolnych np. wykształcić inteligencję, a co za tym idzie cywilizację.
Pojawiły się też koncepcje, głoszące jakoby niektóre minerały (nie tylko te oparte na krzemie) przechowywały informacje – jak DNA, gdzie zgromadzone są w łańcuchu, który odczytuje się z jednego końca do drugiego. Minerał mógłby jednak przechowywać je w dwóch wymiarach (na jego powierzchni). Kryształy „rosną”, kiedy pojawiają się nowe atomy budujące powłokę. Zatem jeśli zeszlifujemy kryształ i zacznie on rosnąć na nowo, będzie to jak narodziny nowego organizmu, a informacja przekazywana może być z pokolenia na pokolenie. Czy jednak replikujący się kryształ żyje? Do tej pory nie znaleziono żadnych dowodów na to, że minerały mogą przekazywać w ten sposób „dane”.
Szczypta arsenu
Nie tylko krzem chodzi po głowie entuzjastów życia innego niż węglowe. Kilka lat temu sensację wzbudziły doniesienia z finansowanych przez NASA badań nad Jeziorem Mono (w Kalifornii), które mówiły o odkryciu szczepu bakterii GFAJ -1A, wykorzystujących w swoim DNA arsen. Fosfor w postaci związków zwanych fosforanami buduje m.in. szkielet kwasów DNA i RNA, a także inne cząsteczki ważne dla życia, jak ATP i NAD – obie mające kluczowe znaczenie dla przekazywania energii w komórkach. Fosfor wydaje się nie do zastąpienia, jednak arsen, który znajduje się tuż obok niego w tablicy Mendelejewa, ma bardzo do niego podobne właściwości.
Na ten temat wypowiadał się wspomniany Max Bernstein, studząc entuzjazm. „Wynik kalifornijskich badań był bardzo ciekawy, ale struktura tych organizmów nadal pozostawała węglowa. W przypadku tych mikrobów arsen zastąpił w budowie fosfor, ale nie węgiel”, wyjaśniał w jednej z wypowiedzi dla mediów. W zróżnicowanych warunkach, jakie panują we Wszechświecie, nie można wykluczyć, że życie, tak silnie potrafiące dostosować się do otaczającego środowiska, mogło wykształcić się w oparciu o jeszcze inne pierwiastki niż krzem i węgiel. Chlor i siarka również mogą tworzyć długie molekuły i wiązania. Istnieją bakterie, które używają do metabolizmu siarki zamiast tlenu. Znamy wiele pierwiastków, które w określonych warunkach mogłyby lepiej niż węgiel spełniać funkcję budulca dla organizmów żywych. Podobnie jak istnieje też wiele związków chemicznych, które gdzieś we Wszechświecie mogą pełnić funkcję wody. Pamiętajmy też, że najprawdopodobniej w kosmosie istnieją również nieodkryte jeszcze przez ludzi pierwiastki chemiczne. Być może w pewnych warunkach występowanie określonych pierwiastków może doprowadzić do wykształcenia się równie zaawansowanych form życia, co na Ziemi.
Niektórzy uważają zresztą, że Obcy, na których moglibyśmy natknąć się we Wszechświecie, w ogóle nie będą organicznymi istotami, nawet jeśli organiczność rozumieć elastycznie (czyli brać pod uwagę inną niż węglowa chemię). Może to być… sztuczna inteligencja. Do zwolenników takiej hipotezy należy autor książki „Search for Earth’s Twin”, Stuart Clark. Podkreśla on, że wzięcie pod uwagę tego rodzaju ewentualności rozwiązywałoby wiele problemów – np. przystosowania się do podróży kosmicznych czy konieczności zaistnienia warunków „w sam raz” dla życia.
Jakkolwiek dziwaczne, pełne złowrogich potworów, okrutnych predatorów i zaawansowanych technologicznie wielkookich kosmitów były dotąd nasze wyobrażenia o potencjalnych mieszkańcach innych światów, zawsze jakoś kojarzyły się z kształtami ludzi lub zwierząt znanymi nam z Ziemi. Wygląda na to, że jesteśmy w stanie wyobrazić sobie tylko to, co kojarzy się nam z tym, co znamy. Pytanie więc, czy tylko takich Obcych, jakoś powiązanych z naszą wyobraźnią, jesteśmy również w stanie zauważyć? Może być to istotna kwestia, gdy natkniemy się na coś lub kogoś „zupełnie innego”.
Zapraszamy do lektury Tematu numeru w najnowszym wydaniu miesięcznika "Młody Technik".
