Proč by mimozemšťané na bázi křemíku raději jedli naše města než my: Úvahy o neuhlíkové astrobiologii
Poznámka redakce: Bruce Dorminey, vědecký novinář a autor knihy 'Vzdálení tuláci: Hledání planet mimo sluneční soustavu,' vede rozhovor s astrochemikem NASA Maxem Bernsteinem pro Universe Today o možnosti života na bázi křemíku.
Konvenční moudrost již dlouho říká, že život založený na uhlíku, tak běžný zde na Zemi, musí být jistě hojný i jinde; jak v naší galaxii, tak ve vesmíru jako celku.
Tato linie uvažování je založena na dvou hlavních předpokladech; první je, že komplexní molekuly uhlíkového řetězce, stavební kameny života, jak jej známe, byly detekovány v mezihvězdném prostředí. Zdá se, že hojnost uhlíku se táhne po většinu kosmického času, protože se předpokládá, že jeho produkce vyvrcholila asi před 7 miliardami let, kdy byl vesmír zhruba v polovině jeho současného stáří.
Dalším hlavním předpokladem je, že život potřebuje elixír, rozpouštědlo, na kterém může rozvíjet svou jedinečnou komplexní chemii. Voda a uhlík jdou ruku v ruce, aby se to stalo.
Zatímco svět, jak ho známe, běží na uhlíku, dlouhé flirtování sci-fi s životem na bázi křemíku – „Je to život, ale ne tak, jak ho známe“ – se stalo známou frází. Ale život jakéhokoli druhu by se měl vyvíjet, jíst, vylučovat, reprodukovat a reagovat na podněty.
A ačkoli život bez uhlíku je velmi dlouhá cesta, řekli jsme si, že se o tomto problému budeme bavit s jedním z nejlepších astrochemiků v zemi – Maxem Bernsteinem, vedoucím výzkumu Ředitelství vědeckých misí v sídle NASA ve Washingtonu, D.C.
Bruce Dorminey-JE CHYBNÉ SE PŘEDPOKLADÁT, ŽE ŽIVOT MŮŽE BÝT ZALOŽEN NA NĚCO JINÉM NEŽ UHLÍKU?
Max Bernstein. Kredit: NASA
Max Bernstein— Je pro nás důležité mít otevřenou mysl ohledně mimozemského života, abychom na něj nenarazili a nepropásli ho. Na druhou stranu je uhlík mnohem lepší než jakýkoli jiný prvek při vytváření hlavních struktur živých věcí. Uhlík může tvořit mnoho stabilních komplexních struktur velké rozmanitosti. Když uhlík tvoří molekuly obsahující cxygen a dusík, uhlíkové vazby na dusík a kyslík jsou stabilní. Ale ne tolik, aby se nedaly docela snadno zrušit, například na rozdíl od křemíkových-kyslíkových vazeb.
ložnice-OCHRANÍ SOUČASNÝM PARADIGMEM POSLEDNÍ VÝZKUM FINANCOVANÝ NASA V MONO LAKE V KALIFORNII, KTERÝ VYCHVALUJE OBJEV BAKTERIÍ S DNA, KTERÉ MÍSTO FOSFORU VYUŽÍVÁ ARSENIK?
Bernstein— To byl opravdu skvělý výsledek, ale základní struktura byla stále uhlíková. Arsen prý nahradil fosfor, nikoli uhlík. Objev tohoto domnělého organismu arsenu se může ukázat jako nesprávný, ale je to hypotéza, za kterou stojí věda, a nejen někdo, kdo zahodí myšlenku a nechá ji na úrovni, co kdybyste nahradili uhlík křemíkem?
Struktura silanu, analogu metanu na bázi křemíku.
ložnice-ZDÁ SE, že KŘEMÍK JE NEJOBLÍBENĚJŠÍM NEUHLÍKOVÝM KANDIDÁTEM, JSOU JINÉ, KTERÉ BY TAKÉ MOHLY BÝT PROveditelné?
Bernstein— Je těžké si představit něco, co by bylo pravděpodobnější než křemík, protože z hlediska jeho chemie není nic bližšího uhlíku než křemík. Je na správném místě v periodické tabulce, těsně pod uhlíkem. Na první pohled se [život na bázi křemíku] nezdá příliš absurdní, protože křemík, stejně jako uhlík, tvoří čtyři vazby. CH4 je methan a SiH4 je silan. Jsou to analogické molekuly, takže základní myšlenkou je, že křemík by možná mohl tvořit celou paralelní chemii a dokonce i život. Ale s touto myšlenkou jsou tuny problémů. Nevidíme složitou stabilní chemii [pouze] křemíku a vodíku, jako to vidíme u uhlíku a vodíku. V našich lipidech používáme uhlovodíkové řetězce (molekuly, které tvoří membrány), ale analogické silanové řetězce by nebyly stabilní. Zatímco vazby uhlík-kyslík mohou být vytvořeny a zrušeny – to se v našich tělech děje neustále – pro křemík to neplatí. To by vážně omezilo křemíkovou chemii podobnou životu. Možná byste mohli mít něco na bázi křemíku, které je svým způsobem živé, ale pouze v tom smyslu, že předává informace.
ložnice-POKUD JE TAM VENKU ŽIVOT NA BÁZI KŘEMÍKU, JAK HO KDYŽ HO KDY ZJISTÍME NA DÁLKU?
Bernstein— Vážně se hádáme o tom, jak bychom mohli na dálku detekovat život stejně jako my, takže to opravdu nemůžu říct. Organismy využívající technologie, bez ohledu na jejich biochemii, budou pravděpodobně vyrábět technologii, takže hledání mimozemské inteligence (SETI) může být naším nejlepším zásahem.
ložnice-JAK BYSTE HLEDALI ŽIVOT NA KŘEMÍKOVÉ BÁZI ZDE NA ZEMI?
Bernstein— Při hledání mimozemského organismu je to opravdu těžké, protože prostě nevíte, jaké molekuly hledat. Člověk by se musel spokojit s něčím trochu nejednoznačnějším, jako jsou sady molekul, které by tam neměly být. Pokud byste byli například mimozemský křemíkový organismus, možná byste nehledali naši biochemii, ale skutečnost, že jste stále znovu a znovu viděli přesně stejné délky řetězců, vás může upozornit na skutečnost, že ty zatracené uhlíkové řetězce by ve skutečnosti mohly být základem membrán organismu.
Horta, fiktivní forma života založená na křemíku ve vesmíru Star Trek. Obrázek ze Star Trek: Původní série © 1967 Paramount Pictures
ložnice-KDE JSOU ZDE NEJVĚTŠÍ KONCENTRACE KŘEMÍKU?
V PÍSKU?
Bernstein— V písku nebo skále. Na Zemi jsou doslova megatuny silikátových minerálů.
ložnice-NÁROKAL NĚKDO NĚKDY ZDE NA ZEMI ZDE NA ZEMI NÁROK NA DETEKCI SAMOREPLIKOVANÝCH PŘÍKLADŮ KŘEMÍKU?
Bernstein— Existují představy o minerálech uchovávajících informace stejně jako DNA uchovává informace. DNA uchovává informace v řetězci, který se čte z jednoho konce na druhý. Naproti tomu minerál může uchovávat informace ve dvou rozměrech [na svém povrchu]. Krystal roste, když se na povrch dostávají nové atomy a tvoří vrstvu po vrstvě. Pokud by se tedy krystalový plát odlomil a poté začal růst, bylo by to jako zrození nového organismu a přenášelo by informace z generace na generaci. Ale je replikující se krystal živý? K dnešnímu dni si nemyslím, že ve skutečnosti existuje nějaký důkaz, že minerály předávají informace jako je tato.
ložnice-JE TÉMA PROBLÉMU, ŽE ŽIVOT NA KŘEMÍKOVÉ BÁZI BY SE TAK POMALU REplikoval, ŽE BY TO V DYNAMICKÉM VESMÍRU NIKDY NEDOKÁŽELO?
Bernstein– Nemyslím si, že by pro nás nějaká křemíková forma života mohla představovat biologickou hrozbu. Kdyby to byli špičkoví technologie, mohli by sežrat naše budovy nebo na nás střílet ze zbraní, ale nechápu, jak by nás mohli nakazit. Běžíme horko a rychle se pohybujeme. Pokud to neuděláme, věci nás chytí a sežerou.
Pokud jsou také tvrdší než my a cokoli se na nich živí, je také pomalé a na křemíkové bázi možná nezáleží na tom, že jsou pomalé.
ložnice-JAKÉ BY BYLY PODPISY ŽIVOTA NA KŘEMÍKU?
Bernstein— Pokud nejsou technologické, bylo by velmi obtížné je odhalit. Mohli bychom hledat nestabilní, neočekávané molekuly křemíku; nějaká vysokoenergetická molekula, která by tam neměla být, nebo molekulární řetězce o stejné délce.
ložnice-MYSLÍTE SI, ŽE NĚKDE VENKU MŮŽE EXISTOVAT ŽIVOT NA BÁZI KŘEMÍKU?
Bernstein— Možná hluboko pod povrchem planety v nějakém velmi horkém prostředí bohatém na vodík a chudém na kyslík byste měli tuto složitou chemii silanu. Tam by možná silany vytvořily reverzibilní křemíkové vazby se selenem nebo tellurem.
ložnice-KDYBY SE TAKOVÝ ŽIVOT NA KŘEMÍKU VZNIKL, JAKÝ BY BYL JEHO EVOLUČNÍ KONEC?
Bernstein— Pokud by se to mohlo vyvinout přes protist [mikroorganismus] stádium, pak si myslím, že by to mohlo vyvinout inteligenci. Nemám ponětí, jak je pravděpodobné, že se inteligence vyvine, ale mohu věřit v křemíkové krystaly přenášející informace z vrstvy do vrstvy nebo v křemíkovou umělou inteligenci, ale neočekávám, že uvidím křemíkové opice hrát jejich ekvivalent „Angry Birds“ na jejich silikonových telefonech.
ložnice-KDYBY SE ŽIVOTA KŘEMÍKU VYVINULA, BYLA JEHO ŽIVOTNOST MNOHEM DELŠÍ NEŽ ANALOGY NA BÁZI UHLÍKU?
Bernstein— Replikující se minerál, který jsem popsal dříve, by žil na zemském povrchu velmi, velmi pomalu. Ale možná někde mnohem tepleji by jeho životnost byla kratší. Je to proto, že životnost je pravděpodobně spojena s tempem vaší chemie, která závisí na teplotě.
ložnice-KONEČNĚ, CO OHROŽÍ ŽIVOT BEZ UHLÍKU?
Bernstein— Fyzická újma určitě. Pravděpodobně byste na to mohli vzít sbíječku?
Ale naše biochemie by pro ni nebyla patogeny; nemohli jsme je „nakazit“, jak tomu bylo ve „Válce světů“.