En İyi Sorular
Zaman Çizelgesi
Sohbet
Bakış Açıları

Varsayımsal biyokimya türleri

Vikipedi'den, özgür ansiklopediden

Varsayımsal biyokimya türleri
Remove ads

Varsayımsal biyokimya türleri, bilimsel olarak geçerli olduğu kabul edilen ancak şu anda varlığı kanıtlanmayan biyokimya biçimleridir.[2] Şu anda Dünya'da bilinen canlı organizma türlerinin tümü, temel yapısal ve metabolik işlevler için karbon bileşiklerini, çözücü olarak suyu ve formlarını tanımlamak ve kontrol etmek için DNA veya RNA'yı kullanır. Eğer diğer gezegenlerde veya uydularda yaşam varsa, kimyasal olarak benzer olabilir, ancak oldukça farklı kimyalara sahip organizmaların da olması mümkündür [3] – örneğin, diğer karbon bileşikleri sınıflarını, başka bir elementin bileşiklerini veya su yerine başka bir çözücü.

Thumb
Titan'ın kuzey kutup bölgesinin yanlış renkli Cassini radar mozaiği; mavi alanlar sıvı hidrokarbon gölleridir. "Titan'da sıvı hidrokarbon göllerinin varlığı, biyosferimizdekilere alternatif olan ve Dünya'dakilerden tamamen farklı yeni yaşam formlarını destekleyebilecek çözücüler ve enerji kaynakları olasılığını ortaya çıkarıyor."—NASA Astrobiyoloji Yol Haritası 2008 [1]

Yaşam formlarının "alternatif" biyokimyalara dayanma olasılığı, dünya dışı ortamlar ve çeşitli element ve bileşiklerin kimyasal davranışları hakkında bilinenlerden yola çıkılarak devam eden bir bilimsel tartışmanın konusudur. Sentetik biyolojinin ilgisini çekmektedir ve aynı zamanda bilimkurguda da yaygın bir konudur.

Silisyum elementi, karbona varsayımsal bir alternatif olarak çokça tartışıldı. Silikon periyodik tablodaki karbonla aynı gruptadır ve karbon gibi dört değerliklidir. Suyun varsayımsal alternatifleri arasında, su gibi kutupsal bir molekül olan ve kozmik açıdan bol miktarda bulunan amonyak vardır ve Titan'ın yüzeyinde sıvı halde bulunduğu bilinen metan ve etan gibi polar olmayan hidrokarbon çözücüler de mevcuttur.

Remove ads

Varsayımsal biyokimya türlerine genel bakış

Daha fazla bilgi Tür, Temel ...
Remove ads

Gölge biyosferi

Ana madde: Shadow biosphere
Thumb
Arecibo mesajı (1974), Dünya yaşamının temel kimyası hakkında uzaya bilgi göndermiştir.

Gölge biyosferi, şu anda bilinen yaşamdan tamamen farklı biyokimyasal ve moleküler süreçleri kullanan, Dünya'nın varsayımsal bir mikrobiyal biyosferidir.[11][12] Her ne kadar Dünya üzerindeki yaşam nispeten iyi çalışılmış olsa da, mikrobiyal dünyanın keşfi öncelikle makro organizmaların biyokimyasını hedef aldığından, gölge biyosfer hala fark edilmeden kalabilir.

Remove ads

Alternatif kiralite biyomolekülleri

Belki de en az sıra dışı alternatif biyokimya, biyomoleküllerinin farklı kiralitesine sahip olanıdır. Bilinen Dünya temelli yaşamda, amino asitler evrensel olarak neredeyse L formundadır ve şekerler D formundadır. D amino asitleri veya L şekerlerini kullanan moleküller mümkün olabilir; Ancak böyle bir kiraliteye sahip moleküller, karşıt kiralite moleküllerini kullanan organizmalarla uyumsuz olacaktır. Dünya'da kiralitesi normun tersi olan amino asitler bulunur ve bu maddelerin genellikle normal kiraliteye sahip organizmaların çürümesinden kaynaklandığı düşünülür. Ancak fizikçi Paul Davies, bunların bazılarının "anti-kiral" yaşamın ürünleri olabileceğini öne sürüyor.[13]

Ancak böyle bir biyokimyanın gerçekten yabancı olup olmadığı şüphelidir. Bu kesinlikle alternatif bir stereokimya olsa da, organizmaların büyük çoğunluğunda ezici bir çoğunlukla bir enantiyomerde bulunan moleküller, Archaea ve diğer alanların üyeleri arasındaki karşılaştırmalarda olduğu gibi farklı (genellikle bazal) organizmalarda başka bir enantiyomerde bulunabilir, bu da alternatif bir stereokimyanın gerçekten yeni olup olmadığını açık bir konu haline getirir.

Karbon temelli olmayan biyokimyalar

Özetle
Bakış açısı

Dünya üzerinde bilinen tüm canlılar karbon temelli bir yapıya ve sisteme sahiptir. Bilim insanları, yaşam için gerekli moleküler yapıları oluşturmak için karbon dışındaki atomları kullanmanın artıları ve eksileri hakkında spekülasyonlar yaptılar, ancak hiç kimse gerekli tüm yapıları oluşturmak için bu tür atomları kullanan bir teori önermedi. Ancak Carl Sagan'ın iddia ettiği gibi, Dünya üzerindeki tüm yaşam için geçerli olan bir ifadenin evrendeki tüm yaşam için geçerli olup olmayacağından emin olmak çok zordur.[14] Sagan böyle bir varsayım için "karbon şovenizmi" terimini kullanmıştı.[15] Silikon ve germanyumun karbona akla uygun alternatifler olduğunu düşünüyordu [15] (diğer makul elementler arasında paladyum ve titanyum yer alır ancak bunlarla sınırlı değildir); ancak öte yandan karbonun kimyasal açıdan daha çok yönlü göründüğünü ve evrende daha bol bulunduğunu belirtti.[16] Norman Horowitz, Mars'ta yaşamın var olup olmadığını belirlemek için 1976'da Viking Lander tarafından yürütülen deneyleri tasarladı; bu, Mars yüzeyine başarıyla bir sonda indiren ilk ABD göreviydi. Horowitz, karbon atomunun çok yönlülüğünün, onu diğer gezegenlerde hayatta kalma sorunlarına çözümler, hatta egzotik çözümler sağlama olasılığı en yüksek olan element haline getirdiğini savundu.[17] Kendi kendini kopyalayabilen, evrimleşip uyum sağlayabilen genetik bilgi sistemleriyle karbon olmayan yaşam formlarının var olabilmesinin çok uzak bir ihtimal olduğunu düşünüyordu.

Silikon biyokimyası

Thumb
Metanın analoğu olan silanın yapısı
Thumb
Silikon polidimetilsiloksanın (PDMS) yapısı
Thumb
Deniz diatomları – Silisyumun deniz suyundan oksit (silika) formunda çıkarılmasını ve hücre duvarlarına dahil edilmesini sağlayan karbon bazlı organizmalar

Silikon atomu, alternatif bir biyokimyasal sistemin temeli olarak çokça tartışıldı çünkü silikon, karbonla birçok kimyasal benzerliğe sahiptir ve periyodik tablonun aynı grubunda yer alır. Karbon gibi silikon da biyolojik bilgiyi taşıyacak kadar büyük moleküller oluşturabilir.[18]

Ancak silikonun karbon alternatifi olarak bazı dezavantajları vardır. Karbon kozmik olarak silikondan on kat daha fazla miktarda bulunur ve kimyası doğal olarak daha karmaşık görünür.[19] 1998 yılına gelindiğinde gök bilimciler yıldızlararası ortamda 84 karbon içeren molekül tespit etmişti; ancak yalnızca 8'i silikon içeriyordu ve bunların yarısı da karbon içeriyordu.[20] Dünya ve diğer karasal gezegenler olağanüstü derecede silikon açısından zengin ve karbon açısından fakir olsa da (silikon, Dünya'nın kabuğunda karbondan kabaca 925 kat daha fazla bulunur), karasal yaşam kendisini karbona dayandırır. Silikon bileşikleri daha az değişken olduğundan, su varlığında kararsız olduğundan veya ısı akışını engellediğinden silikondan kaçınabilir.[19]

Karbona göre silikon çok daha büyük bir atom yarıçapına sahiptir ve — çok güçlü bağlar oluşturduğu oksijen ve flor hariç olup- atomlarla çok daha zayıf kovalent bağlar oluşturur.[18] Silisyum çeşitli koordinasyon sayıları sergilemesine rağmen, silisyuma yapılan çoklu bağların neredeyse hiçbiri stabil değildir. [21] Alkanların silikon analogları olan silanlar suyla hızla reaksiyona girer ve uzun zincirli silanlar kendiliğinden ayrışır.[22] Sonuç olarak, karasal silikonun çoğu, çok çeşitli biyojenik öncüler değil, silika içinde "kilitlenmiştir". [21]

Silikon ve oksijen atomları arasında geçiş yapan silikonlar, silanlardan çok daha kararlıdır ve hatta sülfürik asit açısından zengin dünya dışı ortamlardaki eşdeğer hidrokarbonlardan bile daha kararlı olabilir.[22] Alternatif olarak, silikon bileşiklerindeki zayıf bağlar, kriyojenik sıcaklıklarda hızlı bir yaşam temposunun korunmasına yardımcı olabilir. Şekerlerin silikon homologları olan polisilanoller, sıvı nitrojende çözünebilen birkaç bileşik arasındadır.[23][ güvenilmez kaynak? ] [21]

Bilinen tüm silikon makromolekülleri yapay polimerlerdir ve bu nedenle "organik makromoleküllerin kombinatoryal evreniyle karşılaştırıldığında monotondurlar".[18] [21] Öyle bile olsa, Dünya'daki bazı yaşamlar biyojen silikayı, yani diatomların silikat iskeletlerini kullanıyor. AG Cairns-Smith, sudaki silikat minerallerinin abiyogenezde çok önemli bir rol oynadığını, biyojen karbon bileşiklerinin kristal yapıları etrafında oluştuğunu varsaydı.[24][25] Doğada gözlenmemesine rağmen, yönlendirilmiş evrim (yapay seçilim) altında biyokimyaya karbon-silisyum bağları eklenmiştir: Rhodothermus marinus'tan bir sitokrom <i id="mwAXM">c</i> proteini, hidrosilanlar ve diazo bileşikleri arasındaki yeni karbon-silikon bağlarını katalize edecek şekilde tasarlanmıştır.[26]

Diğer egzotik element temelli biyokimyalar

  • Boranlar Dünya atmosferinde tehlikeli derecede patlayıcıdır ancak indirgeyici bir atmosferde daha kararlı olacaktır. Bununla birlikte borun kozmik bolluğunun düşük olması, onun yaşam için bir temel olma olasılığını karbona göre daha az kılıyor.
  • Çeşitli metaller, oksijenle birlikte, organik bileşiklere rakip olabilecek çok karmaşık ve termal açıdan kararlı yapılar oluşturabilir; heteropoli asitler böyle bir ailedir. Bazı metal oksitler, hem nanotüp yapıları hem de elmas benzeri kristaller (kübik zirkon gibi) oluşturma yetenekleri açısından karbona benzer. Titanyum, alüminyum, magnezyum ve demir, yer kabuğunda karbondan daha fazla miktarda bulunur. Bu nedenle, metal oksit bazlı yaşam, karbon temelli yaşamın olası olmadığı koşullar (yüksek sıcaklıklar gibi) dahil olmak üzere belirli koşullar altında bir olasılık olabilir. Glasgow Üniversitesi'ndeki Cronin grubu, tungsten polioksometalatların hücre benzeri küreler halinde kendiliğinden birleştiğini bildirdi.[27] Küreler, metal oksit içeriğini değiştirerek, gözenekli bir zar görevi gören ve boyutlarına göre kimyasalların kürenin içine ve dışına seçici olarak girmesine izin veren delikler kazanabilir.[27]
  • Kükürt (Sülfür) de uzun zincirli moleküller oluşturabilir ancak fosfor ve silanlarla aynı yüksek reaktivite problemlerine sahiptir. Sülfürün karbona alternatif olarak biyolojik kullanımı tamamen varsayımsaldır, özellikle de kükürt genellikle dallı zincirlerden ziyade yalnızca doğrusal zincirler oluşturduğundan. (Kükürtün elektron alıcısı olarak biyolojik kullanımı yaygındır ve Dünya'da 3,5 milyar yıl öncesine kadar izlenebilir, dolayısıyla moleküler oksijen kullanımından önce.[28] Kükürt indirgeyen bakteriler, oksijen yerine elementel kükürt kullanarak kükürdü hidrojen sülfüre indirgeyebilir.)
Remove ads

Fosfora alternatif olarak arsenik

Özetle
Bakış açısı

Kimyasal olarak fosfora benzeyen arsenik, Dünya'daki çoğu yaşam formu için zehirli olmasına rağmen, bazı organizmaların biyokimyasına dahil edilmiştir.[29] Bazı deniz yosunları, arseniği arsen şekerler ve arsenobetainler gibi karmaşık organik moleküllere dahil eder. Mantarlar ve bakteriler uçucu metillenmiş arsenik bileşikleri üretebilir. Mikroplarda (Chrysiogenes arsenatis) arsenat azalması ve arsenit oksidasyonu gözlemlenmiştir.[30] Ek olarak, bazı prokaryotlar anaerobik büyüme sırasında arsenatı terminal elektron alıcısı olarak kullanabilir ve bazıları enerji üretmek için arseniti elektron donörü olarak kullanabilir.

Dünyadaki en eski yaşam formlarının, DNA'larının yapısında fosfor yerine arsenik biyokimyasını kullanmış olabileceği öne sürülüyor.[31] Bu senaryoya yönelik yaygın bir itiraz, arsenat esterlerinin hidrolize karşı ilgili fosfat esterlerine göre çok daha az stabil olması ve arseniğin bu işlev için pek uygun olmamasıdır.[32]

Kısmen NASA tarafından desteklenen 2010 tarihli bir jeomikrobiyoloji çalışmasının yazarları, doğu Kaliforniya'daki Mono Gölü çökeltilerinde toplanan GFAJ-1 adlı bir bakterinin, fosfor olmadan kültürlendiğinde bu tür 'arsenik DNA'sını kullanabileceğini öne sürdüler.[33][34] Bakterinin, etkili su konsantrasyonunu azaltmak ve arsenat esterlerini stabilize etmek için yüksek seviyelerde poli-β-hidroksibutirat veya başka yöntemler kullanabileceğini öne sürdüler.[34] Bu iddia, uygun kontrollerin eksikliği algısı nedeniyle yayınlandıktan hemen sonra ağır bir şekilde eleştirildi.[35] Bilim yazarı Carl Zimmer, bir değerlendirme için birkaç bilim insanı ile temasa geçti: "Bir düzine uzmana ulaştım... Neredeyse oybirliğiyle, NASA bilim adamlarının iddialarını ortaya koymakta başarısız olduklarını düşünüyorlar".[36] Diğer yazarlar sonuçlarını yeniden üretemediler ve çalışmanın fosfat kontaminasyonu ile ilgili sorunları olduğunu gösterdiler; bu da mevcut düşük miktarların ekstremofil yaşam formlarını sürdürebileceğini öne sürdü.[37] Alternatif olarak, GFAJ-1 hücrelerinin, fosfatı arsenatla değiştirmek yerine, bozulmuş ribozomlardan geri dönüştürerek büyüdüğü öne sürüldü.[38]

Remove ads

Su dışı çözücüler

Özetle
Bakış açısı

Karbon bileşiklerine ek olarak, şu anda bilinen tüm karasal yaşam aynı zamanda çözücü (solvent) olarak suya ihtiyaç duymaktadır. Bu durum, suyun bu rolü üstlenebilecek tek sıvı olup olmadığı konusunda tartışmalara yol açtı. Dünya dışı bir yaşam formunun sudan başka bir çözücü dayalı olabileceği fikri, son bilimsel literatürde biyokimyacı Steven Benner ve John A. Baross'un başkanlığını yaptığı astrobiyoloji komitesi tarafından ciddiye alınmıştır.[39] Baross komitesi tarafından tartışılan çözücüler arasında amonyak,[40] sülfürik asit,[41] formamid,[42] hidrokarbonlar,[42] ve (Dünya'nınkinden çok daha düşük sıcaklıklarda) sıvı nitrojen veya süperkritik bir sıvı formundaki hidrojen yer alır.[43]

Bir çözücü olarak su, biyokimyanın alabileceği biçimleri sınırlar. Örneğin Steven Benner, DNA gibi genetik bir biyopolimerin suda çalışabilmesi için tekrarlanan iyonik yüklere ihtiyaç duyduğunu iddia eden genin polielektrolit teorisini öne sürüyor.[44] Yaşam için suya ihtiyaç duyulmuyorsa genetik biyopolimerlerdeki bu sınırlamalar ortadan kalkar.

Carl Sagan bir zamanlar kendisini hem karbon şoveni hem de su şoveni olarak tanımlamıştı;[45] ancak başka bir olayda kendisinin bir karbon şoveni olduğunu ancak "o kadar da su şoveni olmadığını" söyledi.[46] Hidrokarbonlar üzerine spekülasyon yaptı,[46] :11hidroflorik asit,[47] ve amonyak [46][47] suya olası alternatiflerdir.

Suyun yaşam süreçleri için önemli olan özelliklerinden bazıları şunlardır:

  • Asit-baz kimyası, H + katyonları, OH - anyonlar, hidrojen bağı, van der Waals bağı, dipol-dipol ve diğer polar etkileşimler, sulu solvent kafesleri ve hidroliz dahil olmak üzere olası reaksiyon yollarının çok sayıda permütasyonuna yol açan karmaşıklık. Bu karmaşıklık, evrime yaşamın ve diğer birçok çözücünün üretilmesi için çok sayıda yol sunar.[hangileri?] önemli ölçüde daha az olası reaksiyona sahiptir, bu da evrimi ciddi şekilde sınırlandırır.
  • Termodinamik kararlılık: Sıvı suyun oluşumunun serbest enerjisi, suyun çok az reaksiyona girmesine neden olacak kadar düşüktür (−237,24 kJ/mol). Diğer solventler özellikle oksijenle oldukça reaktiftir.
  • Su zaten hidrojenin oksijenle yanma ürünü olduğundan oksijen içinde yanmaz. Çoğu alternatif çözücü, oksijen açısından zengin bir atmosferde stabil değildir, dolayısıyla bu sıvıların aerobik yaşamı desteklemesi pek olası değildir.
  • Sıvı olduğu geniş bir sıcaklık aralığı.
  • Oksijen ve karbondioksitin oda sıcaklığında yüksek çözünürlüğü, aerobik su bitkilerinin ve hayvan yaşamının evrimini destekler.
  • Yüksek ısı kapasitesi (daha yüksek çevre sıcaklığı stabilitesine yol açar).
  • Su, oda sıcaklığında bir sıvıdır ve reaksiyon engellerinin üstesinden gelmek için gerekli olan büyük miktarda kuantum geçiş durumu popülasyonuna yol açar. Kriyojenik sıvılar (sıvı metan gibi), kimyasal reaksiyonlara dayalı olarak yaşam için gerekli olan geçiş durumu popülasyonlarının katlanarak daha düşük olmasına sahiptir. Bu, kimyasal reaksiyonlara dayalı herhangi bir yaşamın gelişmesini engelleyecek kadar yavaş olabilen kimyasal reaksiyon hızlarına yol açar.[kaynak belirtilmeli][ <span title="This claim needs references to reliable sources. (November 2018)">kaynak belirtilmeli</span> ]
  • Spektroskopik şeffaflık, güneş ışınımının sıvının (veya katının) içine birkaç metre kadar nüfuz etmesini sağlayarak sudaki yaşamın evrimine büyük ölçüde yardımcı olur.
  • Sabit göllere ve okyanuslara yol açan büyük bir buharlaşma ısısı .
  • Çok çeşitli bileşikleri çözme yeteneği.
  • Katının (buzun) yoğunluğu sıvınınkinden daha düşüktür, dolayısıyla buz sıvının üzerinde yüzer. Bu nedenle su kütleleri donar ancak katı halde donmaz (aşağıdan yukarıya doğru). Eğer buz, sıvı sudan daha yoğun olsaydı (neredeyse tüm diğer bileşikler için geçerli olduğu gibi), o zaman büyük sıvı kütleleri katıyı yavaş yavaş dondururdu ve bu da yaşamın oluşumuna elverişli olmazdı.

Bileşik olarak su, çoğu buhar veya buz formunda olmasına rağmen kozmik olarak bol miktarda bulunur. Yeraltı sıvı suyunun birkaç dış uyduda muhtemel veya mümkün olduğu düşünülmektedir: Enceladus (gayzerlerin gözlemlendiği yer), Europa, Titan ve Ganymede. Dünya ve Titan, şu anda yüzeylerinde sabit sıvı kütlelerinin bulunduğu bilinen tek dünyalardır.

Ancak suyun tüm özelliklerinin yaşam için mutlaka avantajlı olduğu söylenemez.[48] Örneğin su buzunun albedo değeri yüksektir,[48] bu da Güneş'ten gelen önemli miktarda ışık ve ısıyı yansıttığı anlamına gelir. Buzul çağları sırasında suyun yüzeyinde yansıtıcı buz biriktikçe küresel soğumanın etkileri artar.[48]

Başarılı bir biyosferde bazı bileşikleri ve elementleri çözücü olarak diğerlerinden çok daha uygun kılan bazı özellikler vardır. Çözücünün, gezegensel nesnenin normalde karşılaşacağı bir sıcaklık aralığı boyunca sıvı dengesinde bulunabilmesi gerekir. Kaynama noktaları basınca göre değiştiğinden, soru olası çözücünün sıvı kalıp kalmayacağı değil, hangi basınçta kalacağıdır. Örneğin, hidrojen siyanür 1 atmosferde dar bir sıvı faz sıcaklık aralığına sahiptir, ancak 92 bar (91 atm) basınçla Venüs'ün basıncına sahip bir atmosferde, gerçekten de geniş bir sıcaklık aralığında sıvı halde bulunabilir.

Amonyak

Amonyak molekülü (NH3), su molekülü gibi evrende bol miktarda bulunur ve hidrojenin (en basit ve en yaygın element) başka birçok yaygın element olan nitrojenle birleşimidir.[49] Sıvı amonyağın yaşam için alternatif bir çözücü olarak olası rolü, en azından J. B. S. Haldane'nin yaşamın kökeniyle ilgili bir sempozyumda konuyu gündeme getirdiği 1954 yılına kadar uzanan bir fikirdir.[50]

Amonyak çözeltisinde çok sayıda kimyasal reaksiyon mümkündür ve sıvı amonyağın suyla kimyasal benzerlikleri vardır.[49][51] Amonyak çoğu organik molekülü en az su kadar çözebilir ve ayrıca birçok elementel metali de çözebilir. Haldane, suyla ilgili çeşitli yaygın organik bileşiklerin amonyakla ilgili analoglara sahip olduğuna dikkat çekti; örneğin amonyakla ilişkili amin grubu (−NH2 ), suyla ilişkili hidroksil grubuna (−OH) benzerdir.[51]

Amonyak da su gibi H + iyonunu kabul edebilir veya verebilir. Amonyak bir H + kabul ettiğinde, hidroniyuma (H3O + ) benzer şekilde amonyum katyonunu (NH4 + ) oluşturur. Bir H + iyonu verdiğinde, hidroksit anyonuna (OH - ) benzer şekilde amid anyonunu (NH 2 - ) oluşturur.[40] Ancak suyla karşılaştırıldığında amonyak, H + iyonunu kabul etmeye daha yatkın, bağışlamaya ise daha az eğilimlidir; daha güçlü bir nükleofildir.[40] Suya eklenen amonyak Arrhenius bazı olarak işlev görür: anyon hidroksitin konsantrasyonunu arttırır. Tersine, asitlik ve bazlığın bir solvent sistemi tanımı kullanıldığında, sıvı amonyağa eklenen su, katyon amonyum konsantrasyonunu arttırdığı için asit işlevi görür.[51] Karasal biyokimyada çok kullanılan karbonil grubu (C=O), amonyak çözeltisinde stabil olmayacaktır ancak bunun yerine benzer imin grubu (C=NH) kullanılabilir.[40]

Ancak amonyağın yaşamın temeli olarak bazı sorunları vardır. Amonyak molekülleri arasındaki hidrojen bağları sudakilerden daha zayıftır, bu da amonyağın buharlaşma ısısının suyun yarısı kadar olmasına, yüzey geriliminin üçte bir olmasına neden olur ve hidrofobik etki yoluyla polar olmayan molekülleri konsantre etme yeteneğini azaltır. Gerald Feinberg ve Robert Shapiro, amonyağın prebiyotik molekülleri kendi kendini yeniden üreten bir sistemin ortaya çıkmasına izin verecek kadar iyi bir arada tutup tutamayacağını sorguladılar.[52] Amonyak da oksijende yanıcıdır ve aerobik metabolizmaya uygun bir ortamda sürdürülebilir şekilde var olamaz.[53]

Thumb
Titan'ın teorik iç yapısı, mavi renkle gösterilen yeraltı okyanusu

Amonyak bazlı bir biyosfer, muhtemelen Dünya'daki yaşamla karşılaştırıldığında son derece alışılmadık sıcaklık veya hava basınçlarında mevcut olacaktır. Dünya üzerindeki yaşam genellikle suyun erime ve kaynama noktaları arasında, normal basınç olarak belirlenen basınçta ve 0 ve 100 °C (273 ve 373 K) arasında var olur. Normal basınçta tutulduğunda amonyağın erime ve kaynama noktaları -78 °C (195 K) ve -33 °C (240 K) sırasıyla. Kimyasal reaksiyonlar genellikle düşük sıcaklıklarda daha yavaş ilerlediğinden, bu koşullar altında var olan amonyak bazlı yaşam, Dünya'daki yaşamdan daha yavaş metabolize olabilir ve daha yavaş gelişebilir.[53] Öte yandan, daha düşük sıcaklıklar, canlı sistemlerin, Dünya sıcaklıklarında yararlı olamayacak kadar kararsız olan kimyasal türleri kullanmasına da olanak tanıyabilir.[49]

Amonyağın Dünya benzeri sıcaklıklarda sıvı olduğu başka bir koşullar dizisi, onun çok daha yüksek bir basınçta olmasını gerektirir. Örneğin, 60 atm'de amonyak -77 °C'de (196 K) erir ve 98 °C'de (371 K) kaynar.[40]

Amonyak ve amonyak-su karışımları, saf suyun donma noktasının çok altındaki sıcaklıklarda sıvı kalır; dolayısıyla bu tür biyokimyalar, su bazlı yaşanabilirlik bölgesinin dışında yörüngede dönen gezegenler ve uydular için çok uygun olabilir. Bu tür koşullar, örneğin Satürn'ün en büyük uydusu Titan'ın yüzeyinin altında mevcut olabilir.[54]

Metan ve diğer hidrokarbonlar

Metan (CH4) basit bir hidrokarbondur: yani evrendeki en yaygın iki elementten oluşan bir bileşik: hidrojen ve karbon. Amonyakla karşılaştırılabilecek kozmik bir bolluğa sahiptir.[49] Hidrokarbonlar geniş bir sıcaklık aralığında çözücü görevi görebilir ancak polariteleri yoktur. Biyokimyacı ve bilimkurgu yazarı Isaac Asimov, 1981'de polilipitlerin metan gibi polar olmayan bir çözücüdeki proteinlerin yerini alabileceğini öne sürdü.[49] Cassini uzay aracı tarafından Titan'ın yüzeyinde metan ve etan dahil olmak üzere hidrokarbon karışımından oluşan göller tespit edildi.

Su veya amonyağa kıyasla metan ve diğer hidrokarbonların yaşam için bir çözücü olarak etkinliği konusunda tartışmalar var.[55][56][57] Su, hidrokarbonlardan daha güçlü bir çözücüdür ve maddelerin hücre içinde daha kolay taşınmasını sağlar.[58] Bununla birlikte su kimyasal olarak daha reaktiftir ve büyük organik molekülleri hidroliz yoluyla parçalayabilir.[55] Çözücüsü hidrokarbon olan bir yaşam formu, biyomoleküllerinin bu şekilde yok edilmesi tehlikesiyle karşı karşıya kalmayacaktır.[55] Ayrıca su molekülünün güçlü hidrojen bağları oluşturma eğilimi, karmaşık organik moleküllerdeki iç hidrojen bağlarına müdahale edebilir.[48] Hidrokarbon çözücü içeren yaşam, biyomoleküllerindeki hidrojen bağlarından daha fazla faydalanabilir.[55] Ayrıca biyomoleküllerdeki hidrojen bağlarının gücü, düşük sıcaklıktaki biyokimyaya uygun olacaktır.[55]

Astrobiyolog Chris McKay, termodinamik gerekçelerle, eğer Titan'ın yüzeyinde çözücü olarak hidrokarbonlar kullanılarak yaşam mevcutsa, muhtemelen daha karmaşık hidrokarbonları da hidrojenle reaksiyona sokarak, etan ve asetileni azaltarak enerji kaynağı olarak kullanacağını savundu. metan.[59] Titan'da bu tür yaşam olduğuna dair olası kanıtlar 2010 yılında Johns Hopkins Üniversitesi'nden Darrell Strobel tarafından belirlendi; Titan'ın üst atmosferik katmanlarında, alt katmanlara kıyasla daha fazla moleküler hidrojen bolluğu var; bu da, saniyede yaklaşık 1025 molekül oranında aşağı doğru bir difüzyonun olduğunu ve hidrojenin Titan'ın yüzeyine yakın bir yerde kaybolduğunu savunuyor. Strobel'in belirttiği gibi bulguları, Chris McKay'in metanojenik yaşam formlarının mevcut olup olmadığını öngördüğü etkilerle uyumluydu.[58][59][60] Aynı yıl, başka bir çalışma Titan'ın yüzeyinde düşük seviyelerde asetilen gösterdi; bu, Chris McKay tarafından asetileni metana indirgeyen organizmaların hipoteziyle tutarlı olarak yorumlandı.[58] Biyolojik hipotezi yeniden ifade ederken McKay, hidrojen ve asetilen bulgularına ilişkin diğer açıklamaların daha muhtemel olarak değerlendirilmesi gerektiği konusunda uyardı: Henüz tanımlanamayan fiziksel veya kimyasal süreçlerin olasılıkları (örneğin, asetilenin hidrojenle reaksiyona girmesini sağlayan canlı olmayan bir yüzey katalizörü) veya Mevcut malzeme akışı modellerindeki kusurlar.[61] Biyolojik olmayan bir katalizörün 95 K'de etkili olmasının bile başlı başına şaşırtıcı bir keşif olacağını belirtti.[61]

Azotozom

Titan koşullarında sıvı metanda çalışabilen, azotozom adı verilen varsayımsal bir hücre zarı, Şubat 2015'te yayınlanan bir makalede bilgisayarla modellenmiştir. Karbon, hidrojen ve nitrojen içeren küçük bir molekül olan akrilonitrilden oluşan bu maddenin sıvı metanda, sıvı sudaki fosfolipid çift katmanıyla (Dünya üzerindeki tüm yaşamın sahip olduğu hücre zarı tipi) karşılaştırılabilir stabilite ve esnekliğe sahip olduğu tahmin ediliyor.[62][63] 2017 yılında tamamlanan Atacama Büyük Milimetre / milimetre-altı Dizisi (ALMA) kullanılarak elde edilen verilerin analizi, Titan'ın atmosferinde önemli miktarda akrilonitril bulunduğunu doğruladı.[64][65] Daha sonraki çalışmalar akrilonitrilin azotozomlara kendi kendine birleşip birleşemeyeceğini sorguladı.[66]

Hidrojen florid

Hidrojen florür (HF) su gibi polar bir moleküldür ve polaritesi nedeniyle birçok iyonik bileşiği çözebilir. Atmosferik basınçta erime noktası 189,15 K (-84,00 °C) ve kaynama noktası 292,69 K (19,54 °C)'dir; ikisi arasındaki fark 100 K'den biraz fazladır. HF, su ve amonyak gibi komşu molekülleriyle de hidrojen bağları kurar. Peter Sneath [67] ve Carl Sagan gibi bilim adamları tarafından yaşam için olası bir çözücü olarak değerlendirilmiştir.[47]

HF, Dünya yaşamını oluşturan molekül sistemleri için tehlikelidir, ancak parafin mumları gibi diğer bazı organik bileşikler onunla stabildir.[47] Su ve amonyak gibi sıvı hidrojen florür de asit-baz kimyasını destekler. Asitlik ve bazlığın bir solvent sistemi tanımını kullanarak nitrik asit, sıvı HF'ye eklendiğinde baz görevi görür.[68]

Bununla birlikte hidrojen florür, su, amonyak ve metanın aksine kozmik açıdan nadirdir.[69]

Hidrojen sülfit

Hidrojen sülfür suya en yakın kimyasal analogdur [70] ancak daha az polardır ve daha zayıf bir inorganik çözücüdür.[71] Hidrojen sülfit, Jüpiter'in uydusu Io'da oldukça bol miktarda bulunur ve yüzeyin kısa bir mesafe altında sıvı halde olabilir; Astrobiyolog Dirk Schulze-Makuch, bunun buradaki yaşam için olası bir çözücü olduğunu öne sürdü.[72] Hidrojen sülfit okyanuslarına sahip bir gezegende, hidrojen sülfürün kaynağı volkanlardan gelebilir, bu durumda minerallerin çözünmesine yardımcı olabilecek bir miktar hidrojen florür ile karıştırılabilir. Hidrojen sülfür yaşamı, karbon kaynağı olarak karbon monoksit ve karbon dioksit karışımını kullanabilir. Oksijene (O2) benzeyen kükürt monoksit üretebilir ve onunla yaşayabilirler. Hidrojen siyanür ve amonyak gibi hidrojen sülfür de sıvı haldeyken küçük sıcaklık aralığına sahiptir, ancak hidrojen siyanür ve amonyak gibi basınç arttıkça artar.

Silikon dioksit ve silikatlar

Silika ve kuvars olarak da bilinen silikon dioksit evrende oldukça bol miktarda bulunur ve sıvı haldeyken geniş bir sıcaklık aralığına sahiptir. Ancak erime noktası 1,600 ila 1,725 °C (34,880 ila 35,105 °F), dolayısıyla bu sıcaklıkta organik bileşikler yapmak imkansız olacaktır çünkü hepsi ayrışacaktır. Silikatlar silikon dioksite benzer ve bazılarının erime noktaları silikadan daha düşüktür. Feinberg ve Shapiro, erimiş silikat kayasının kimyası silikon, oksijen ve alüminyum gibi diğer elementlere dayanan organizmalar için sıvı bir ortam görevi görebileceğini öne sürdüler.[73]

Diğer solventler veya yardımcı solventler

Thumb
Sülfürik asit ( H2S04 )

Bazen önerilen diğer çözücüler:

Sıvı haldeki sülfürik asit güçlü bir şekilde polardır. Sudan daha yüksek sıcaklıklarda sıvı halde kalır, sıvı aralığı 1 atm basınçta 10 °C ila 337 °C'dir, ancak 300 °C'nin üzerinde yavaşça ayrışır. Sülfürik asidin Venüs'ün bulutlarında aerosol damlacıkları halinde bol miktarda bulunduğu bilinmektedir. Çözücü olarak sülfürik asidin kullanıldığı bir biyokimyada, iki karbon atomunun çift bağla birleştiği alken grubu (C=C), su bazlı biyokimyadaki karbonil grubuna (C=O) benzer şekilde işlev görebilir.[41]

Mars'ta yaşamın var olabileceği ve çözücü olarak su ve hidrojen peroksit karışımını kullanabileceği yönünde bir öneride bulunuldu.[77] %61,2 (kütlece) su ve hidrojen peroksit karışımının donma noktasında -56,5 °C'ye ulaşır ve kristalleşmek yerine aşırı soğuma eğilimindedir. Aynı zamanda higroskopiktir, bu da suyun kıt olduğu ortamlarda bir avantajdır.[78][79]

Süperkritik karbondioksit, organik bileşikleri seçici olarak çözme ve enzimlerin işleyişine yardımcı olma kabiliyeti nedeniyle ve yoğun yüksek basınçlı atmosfere sahip “süper-Dünya” veya “süper-Venüs” tipi gezegenlerin yaygın olabileceği için alternatif biyokimya için bir aday olarak önerilmiştir.[74]

Remove ads

Diğer spekülasyonlar

Özetle
Bakış açısı

Yeşil olmayan fotosentezleyiciler

Fizikçiler, Dünya'daki fotosentezin genellikle yeşil bitkileri içermesine rağmen, Dünya'daki yaşamın çoğu için gerekli olan fotosentezi diğer renkli bitkilerin de destekleyebileceğini ve Dünya'dan farklı bir yıldız radyasyonu karışımı alan yerlerde diğer renklerin tercih edilebileceğini belirtmişlerdir.[80][81] Bu çalışmalar mavi bitki olasılığının düşük olduğunu gösteriyor; ancak sarı veya kırmızı bitkiler nispeten yaygın olabilir.[81]

Değişken ortamlar

Pek çok Dünya bitkisi ve hayvanı, yaşam döngüleri boyunca değişen çevre koşullarına tepki olarak büyük biyokimyasal değişikliklere uğrar; örneğin, daha aktif yaşam evreleri arasında yıllarca, hatta binlerce yıl sürdürülebilen bir spor veya kış uykusu durumuna sahip olmak gibi.[82] Böylece, bildiğimiz yaşamla yalnızca periyodik olarak tutarlı olan ortamlarda yaşamı sürdürmek biyokimyasal olarak mümkün olacaktır.

Örneğin, soğuk iklimlerdeki kurbağalar vücut suyunun çoğu donmuş haldeyken uzun süre hayatta kalabilirken [82] Avustralya'daki çöl kurbağaları kuru dönemlerde hareketsiz hale gelebilir ve sıvılarını kaybederek sıvılarının %75'ini kaybedebilir., ancak yağışlı dönemlerde hızla rehidrasyon yaparak hayata geri döner.[83] Her iki kurbağa türü de, düşük metabolizma seviyelerini tespit edecek hassas bir araca sahip olmayan kişilere, hareketsiz oldukları dönemlerde biyokimyasal olarak aktif değil (yani yaşamıyor) görünecektir.

Alanin dünyası ve varsayımsal alternatifler

Thumb
"Alanin dünyası" ve olası alternatifleri ile genetik kodun erken aşaması (GC Kodu).

Genetik kod, RNA dünyasından protein dünyasına geçiş sırasında evrimleşmiş olabilir.[84] Alanin Dünyası Hipotezi, genetik kodun evriminin (GC aşaması olarak adlandırılan [85] ) yalnızca dört temel amino asitle başladığını öne sürmektedir: alanin, glisin, prolin ve ornitin (şimdi arginin).[86] Genetik kodun evrimi 20 proteinojenik amino asit ile son bulmuştur. Kimyasal açıdan bakıldığında, bunların çoğu modern proteinlerin temel ikincil yapısal unsurları olan α-heliks ve β-levhaların inşası için özellikle uygun olan Alanin türevleridir. Bunun doğrudan kanıtı, moleküler biyolojide alanin taraması olarak bilinen deneysel bir prosedürdür.

Varsayımsal bir "Prolin Dünyası", protein omurgası olarak prolin kimyasal iskelesine dayanan genetik kodla olası bir alternatif yaşam yaratacaktır. Aynı şekilde "Glisin Dünyası" ve "Ornitin Dünyası" da düşünülebilir ancak doğa bunların hiçbirini seçmemiştir.[87] Protein benzeri polimerlerin (katlamamerler) temel yapısı olan Prolin, Glisin veya Ornitin ile yaşamın evrimi, paralel biyolojik dünyalara yol açacaktır. Bilinen biyosferdeki canlı organizmalardan morfolojik olarak kökten farklı vücut planlarına ve genetiğe sahip olacaklardı.[88]

Remove ads

Gezegensel olmayan yaşam

Özetle
Bakış açısı

Tozlu plazma temelli

2007 yılında Vadim N. Tsytovich ve meslektaşları, uzayda var olabilecek koşullar altında, plazmada asılı duran toz parçacıklarının gerçeğe yakın davranışlar sergileyebileceğini öne sürdüler.[89][90] Bilgisayar modelleri, toz yüklendiğinde parçacıkların mikroskobik sarmal yapılar halinde kendi kendine organize olabildiğini gösterdi ve yazarlar "sarmal tane yapısı yeniden üretiminin olası bir modelinin kaba bir taslağını" sunuyor.

Kozmik kolye temelli

2020 yılında, New York Şehir Üniversitesi'nden Luis A. Anchordoqu ve Eugene M. Chudnovsky, kozmik sicimlerle birbirine bağlanan manyetik tek kutuplardan oluşan kozmik kolyeye dayalı yaşamın yıldızların içinde gelişebileceğini öne sürdüler.[5] Bu, yıldızın yoğun yerçekimi nedeniyle kozmik sicimlerin gerilmesiyle başarılacak, böylece onun daha karmaşık formlar almasına ve potansiyel olarak karbon bazlı yaşamda bulunan RNA ve DNA yapılarına benzer yapılar oluşturmasına olanak tanınacak. Bu nedenle, bu tür varlıkların sonunda akıllı hale gelmeleri ve yıldızın nükleer füzyonunun ürettiği gücü kullanarak bir medeniyet inşa etmeleri teorik olarak mümkündür. Bu tür bir kullanım yıldızın enerji çıkışının bir kısmını tüketeceğinden parlaklık da düşecektir. Bu nedenle, mevcut kozmolojik modellerin öngördüğünden daha hızlı soğuduğu veya daha sönük olduğu gözlemlenen yıldızların içinde böyle bir yaşamın var olabileceği düşünülüyor.

Nötron yıldızında yaşam

Frank Drake, 1973'te nötron yıldızlarında akıllı yaşamın olabileceğini öne sürdü.[91] 1973'teki fiziksel modeller, Drake'in yaratıklarının mikroskobik olacağını ima ediyordu.[kaynak belirtilmeli][ <span title="This claim needs references to reliable sources. (April 2024)">kaynak belirtilmeli</span> ]

Remove ads

Bu konu hakkında yayın yapan bilim insanları

Özetle
Bakış açısı

Karbon-su biyokimyasına olası alternatifleri değerlendiren bilim insanları şunlardır:

  • JBS Haldane (1892–1964), abiyogenez üzerine yaptığı çalışmalarla dikkat çeken bir genetikçidir.[50]
  • V. Axel Firsoff (1910–1981), İngiliz gök bilimci.[92]
  • Isaac Asimov (1920–1992), biyokimyacı ve bilimkurgu yazarı.[49]
  • Fred Hoyle (1915–2001), astronom ve bilimkurgu yazarı.
  • Norman Horowitz (1915–2005) Mars'ta yaşamı tespit etmek için gerçekleştirilen ilk deneyleri tasarlayan Caltech genetikçisi.[17]
  • George C. Pimentel (1922–1989), Amerikalı kimyager, California Üniversitesi, Berkeley .[93]
  • Peter Sneath (1923–2011), mikrobiyolog, Planets and Life kitabının yazarı.[67]
  • Gerald Feinberg (1933–1992), fizikçi ve Robert Shapiro (1935–2011), kimyager, Life Beyond Earth kitabının ortak yazarları.[94][95]
  • Carl Sagan (1934–1996), gök bilimci,[93] bilimi popülerleştirdi ve SETI savunucusu.
  • Jonathan Lunine (1959 doğumlu), Amerikalı gezegen bilimci ve fizikçi.
  • Robert Freitas (1952 doğumlu), nano teknoloji ve nano tıp uzmanı.[96][97]
  • John Baross (1940 doğumlu), oşinograf ve astrobiyolog, Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Araştırma Konseyi'ne bağlı bilim insanlarından oluşan bir komiteye başkanlık edip [98] 2007'de yaşamın sınırlayıcı koşulları hakkında bir rapor yayınladı.[99]

Ayrıca bakınız

Kaynakça

Dış bağlantılar

Loading related searches...

Wikiwand - on

Seamless Wikipedia browsing. On steroids.

Remove ads
Remove ads