Vodič kroz svetove vanzemaljaca

Čovečanstvo je u poslednjih 30 godina uspelo da se otrgne od tzv. ugljeničnog šovinizma i da razmotri pun spektar mogućnosti koje Univerzum pruža.

Procenjuje se da u kosmosu postoji 10^21 zvezda. Uz bilo kakvu smislenu procenu parametara verovatnoće moguće je izračunati da u svemiru najverovatnije postoji veliki broj svetova na kojim postoji život (Ovaj tekst, naravno, ne bi imao smisla ako bi pretpostavili da nema života van Zemlje, te ta mogućnost nije razmatrana. Više o ovoj mogućnosti na linku).

U vezi sa tim, u egzobiologiji se često pominje tzv. Drejkova jednačina (link), čija funkcija je (izrazito gruba) procena broja civilizacija u našoj galaksiji koje su u datom vremenskom momentu u mogućnosti da komuniciraju sa nama.

Shodno ovim procenama, broj svetova na kojim postoji život je od 1-10^12, dok se procenjuje da je moguće da postoji čak 10.000 civilizacija u ovom trenutku u našoj galaksiji. Prirodno je zapitati se da li će ova bića čak i na najosnovnijem nivou gradje biti imalo slična nama (Pri čemu, u ovom kontekstu, ljudi su vrlo slični bakterijama i jazavcima).

No, da bi krenuli u diskusiju o razlilčitim mogućnostima, ne bi bilo loše upoznati se sa onim od čega smo svi mi gradjeni.

Ugljenik

Osnovna postavka života na zemlji podrazumeva da ga izgradjuju jedinjenja bazirana na ugljeniku, da je osnovni fluid voda, dok su glavne klase jedinjenja koja ostvaruju funkcije i čuvaju informaciju proteini i nukleinske kiseline - DNK i RNK.

Ugljenik (hemijski simbol C) je 6. element periodnog sistema elemenata i 4. po rasprostranjenosti u univerzumu. Na Zemlji je situacija prilično drugačija - ugljenik se nalazi u kori u obliku karbonata u količinama koje su stotinama puta manje od količine silikata.

Alotropi ugljenika

Život na Zemlji baziran je na ugljeniku. Ugljenik predstavlja osnovni element koji izgradjuje aminokiseline, šećere, lipide itd. Evidentno je hemijska evolucija na primordijalnoj Zemlji iz nekog razloga favorizovala razvoj hemijskih (a nakon toga i bioloških) vrsta zasnovanih na ugljeniku.

Uz osnovno poznavanje hemijskih osobina ugljenikovog atoma nije teško zaključiti i zašto. Ugljenik je jedan od retkih elemenata koji može da gradi proste, dvostruke i trostruke hemijske veze sa različitim elementima (kao što su azot, kiseonik, vodonik) Sem toga, moguće je formiranje dugačkih polimera, jer je veza C-C jako stabilna. Ove osobine omogućavaju nastanak astronomski velikog broja jedinjenja na bazi ugljenika, što je svakako doprinelo i stvaranju prvog samoodrživog hemijskog sistema koji je imao mogućnost da se razmnožava i mutira - prve ćelije.

Voda

O značaju vode za život na Zemlji nije potrebno previše pričati. Sve hemijske reakcije koje čine život se odigavaju u vodi, voda čini oko 70% naših tela, bez vode umiremo za 3 dana.

Ono što vodu čini toliko posebnom su njene fizičko-hemijske osobine. Voda ima širok temperaturni opseg u kom se nalazi u tečnom stanju, visok toplotni kapacitet koji je od značaja za termoregulaciju, visoku toplotu isparavanja. Molekul vode je jako polaran i ima mogućnost rastvaranja velikog broja supstanci, zbog čega je nazivamo i "univerzalnim rastvaračem" (što nije u potpunosti tačno, jer voda ne moži da rastvori veliki broj supstanci).

Centralna dogma

Vodoniène veze

Kod čoveka i svih ostalih živih bića (u koja autor ne svrstava viruse) molekul koji služi za čuvanje i prenos informacija u organizmu je molekul DNK. Proteini su "radnici", ogromna grupa najrazličitijih molekula čija funkcija je praktično sve ono što povezujemo sa životom - metabolizam, rast, homeostaza i ultimatno, prenos genetske informacije sadržane u DNK u sledeću generaciju.

Tzv. centralnu dogmu molekularne biologije je postavio Frensis Krik 1958. godine. Najkraće rečeno, dogma kaže da se informacija sadržana u DNK prepisuje na RNK, odakle se translatira do proteina. Na taj način zapis sa DNK ostvaruje funkciju. Iako postoje izuzeci(link), protok informacija je jednosmeran. na ovoj postavci se zasnivaju svi organizmi na Zemlji.

Centralna dogma molekularne biologije

Bitno je naglasiti da su gradivne jedinice biomakromolekula (sem nukleotida) hiralni molekuli - što znači da u prirodi postoje u 2 oblika koji se razlikuju jedino u rasporedu hemijskih grupa u prostoru. Tako u prirodi postoje D i L aminokiseline i šećeri. Za sada još neobjašnjena specifičnost života na Zemlji je osobina makromolekula da su gradjeni od samo jednog hiralnog oblika. Tako se u proteinima mogu naći samo L aminokiseline, a u polisaharidima samo D šećeri. Koliko je ova osobina neobična može sa zaključiti iz proste statistike - verovatnoća da jedan molekul od npr. 300 gradivnih jedinica bude izgradjen od samo L oblika iznosi 1/2^300.

Alternativne biohemije

Prva razlika u biohemiji na koju bi mogli naići diljem svemira bi bilo postojanje života drugačije hiralnosti - organizmi čiji bi sistem funkcionisao na sličan način, s tim što bi trodimenzionalna struktura molekula bila "slika u ogledalu " zemaljske strukture. Zanimljivo je što bi ovakva životna forma bila potpuno nekompatibilna sa zemaljskom - svi nutrijenti bi, iako hemijski jako slični, bili neupotrebljivi.

Varijante živih organizama gde bi RNK bila nosilac informacije ili čak imala enzimsku ulogu je takodje bliska logici.

"Sitnice" kao što je energetski mehanizam zasnivan na nekom lokalnom supstratu ili npr. fotosinteza koja kao izvor energije koristi mikrotalasno zračenje su i dalje, uslovno, bliski onome što nam je poznato na ovoj planeti.

Prava spekulacija počinje sa pretpostavkom drugog atoma ili rastvarača kao molekulskog osnova nekog oblika života.

Silicijum

Hipotetièna životna forma bazirana na silikonu

Silicijum je jedan od najrasprostranjenijih elemenata na Zemlji i, iako ga nema mnogo u medjuzvezdanom prostoru, pretpostavlja se da ga cela klasa planeta sličnih Zemlji sadrži u značajnim količinama. Samim tim, nameće se kao moguć osnov jedne drugačije potke života. Silicijum je po mnogim hemijskim osobinama sličan ugljeniku - ima sličan elektronski raspored, gradi relativno jake Si-Si veze. Neki organizmi na zemlji koriste silicijum u izgradnji svojih egzoskeleta i strukturnih elemenata. Osim ovih osobina, da bi izgradili sliku eventualnog života baziranog na silicijumu, neophodno je reći da postoje i osobine ovog atoma koje značajno ograničavaju njegovu "bioprimenljivost". Silicijum zbog voluminoznog atoma ne može da gradi dvostruke i trostruke veze, a silicijumska varijanta prostog ugljenovodoničnog niza (a koji možemo naći u masti, nafti, ćelijskim membranama i sl.) je izrazito reaktivna sa vodom. Značajno stabilniji su silikoni - polimeri sastavljeni od nizova naizmeničnih atoma silicijuma i kiseonika.

Još jedna prepreka je činjenica da, dok je ugljen dioksid gas, silicijum dioksid je čvrsta supstanca, koja je osnovni sastojak peska i stakla. Ovo postavlja niz problema vezanih za eliminaciju otpadnih produkata iz organizma, kao i za kruženje raspoložive materije. Ipak, moguće je pretpostaviti da silikonska jedinjenja mogu biti biološki korisna u uslovima temperature i pritiska koji se vrlo razlikuju od one na površini terestrične planete, bilo u kombinaciji sa ugljenikom ili samostalno, kao osnovni gradivni element života.

Sem silicijuma, u vezi sa ovom tematikom obradjivani su i fosfor, azot, arsen, itd, ali usled nedostatka prostora i manje-više nepotkrepljenih razmatranja ovi elementi ovde neće biti obradjivani

Alternativni rastvarači

Za bilo koji živi sistem neohodna je fluidna faza, koje će da prenosi sastojke od jednog do drugog dela ćelije/organizma, učestvuje u razmeni materije i energije i povezuje organizam u celovitu strukturu.

Postavlja se pitanje da li fluidna faza mora biti voda. Već u komšiluku (sateliti gasovitih planeta Sunčevog sistema) su otkrivena jezera ugljovodonika, erupcije amonijaka, metanol.

Najčešće predlagana alternativa je svakako amonijak. Ova supstanca je gradjena od elemenata kojih ima u izobilju širom svemira(azot i vodonik), polarna je, može da rastvara organske molekule itd.

Ipak, postoje ozbiljni problemi u razmatranju amonijaka kao osnove za život. Amonijak gradi značajno slabije vodonične veze od vode, površinski napon mu je mnogo manji, dok je hidrofobni efekat, koji je neophodan za pravilno funkcionisanje svih biomolekula značajno manje izražen.

Zona nastanjivosti

Biosfera bazirana na amonijaku bi verovatno postojala u uslovima temperature i pritiska koji su izrazito neuobičajeni na Zemlji. Dok zemaljski život (uglavnom) opstaje na temperaturama izmedju 0 i 100 °C, opseg temperatura na kojim je amonijak tečan pri normalnom pritisku je od -80 - 30 °C. Tek se pri visokim pritiscima ovaj temperaturni opseg se približava opsegu u kom je voda u tečnom stanju.

Niske temperature predstavljaju problem za normalnu termodinamiku biohemijskih reakcija, ali smeše amonjaka i vode ostaju tečne na temperaturama koje su značajno niže ot tačke mržnjenja vode, te bi takve biohemije bile dobro prilagodjene uslovima izvan zone nastanjivosti.

Iako su mnogi drugi rastvarači razmatrani, većina se u svemiru nalazu u previše malim količinama da bi pružili osnov za ozbiljnu diskusiju. Jedini koji su dokazani u većim količinama su etan i metan, ali su ovi molekuli u potpunosti nepolarni, i stoga verovatno nema načina na koji mogu da formiraju fluidnu osnovu živog sistema.

SF

Osim opisanih varijanti, u razmatranje su uzimane i razni drugi manje ili više neverovatni slučajevi.

Sve, naravno, počinje od definicije života. Autor je nakon kraće pretrage našao 40 različitih definicija i otprilike isto toliko setova karakteristika koje jedan živi sistem mora da ima da bi se tako mogao nazvati. Evolucija je svakako jedna od tih karakteristika.

Darvin

NASA-ina radna definicija "život je samoodrživ hemijski sistem koji podleže Darvinovskoj evoluciji" je verovatno prigodna za život na Zemlji, ali ne uzima u obzir spektar mogućnosti drugih svetova(što nije bez ironije, jer je NASA svakako najbliža otkrivanju ekstraterestrijalnog života). Drugačiji tip naslednog materijala bi imao za posledicu različite šeme promena, verovatno potpuno nezamislive iz ove perspektive, koje teško da bi mogli da nazovemo Darvinovskim.

Još jedna zanimljiva zamerka ovoj definiciji je ideja o hemijskom sistemu.

Relativno dugo se u naučno-fantastičnoj literaturi provlači ideja samoorganizovanih oblaka, nebula, i sl. koji su, na neki način živi. Najčešće se pominju magline ili životne forme bazirane na vodoniku u atmosferi gasovitih džinova. Novije računarske simulacije su pokazale da ovakve pojave nisu moguće samo u glavama pisaca, već imaju (iako relativnu tanku) naučnu potporu. Ovakav sistem je čisto fizička pojava, koja usled dovoljne kompleksnosti ispoljava sve potrebne karakteristike živog sistema - promenljivost, mogućnost replikacije, kretanje itd.

Ozbiljan korpus članak i eseja je objavljen i na temu tzv "zveckajućih replikatora"- mehaničkih entiteta koji imaju mogućnost umnožavanja i promene tokom generacija. Iako ovakva ideje zvuči, u najmanju ruku, iščašeno, ne postoji teorijski razlog koji zabranjuje postojanje ovakve forme života.

(Vrlo) hipotetièni clanking replicator

Ova klasa hipotetičkih sistema je pomenuta kao primer nečega što je toliko udaljeno od uobičajenog razmatranja da mi stvarno ne možemo da damo odgovor čak ni na banalno pitanje da li je u pitanju živ ili neživ sistem. Više informacija je moguće naći na linkovima(1, 2).

Sasvim je sigurno da nismo svesni celokupne raznolikosti univerzuma (što se toga tiče, nismo svesni ni raznolikosti naše planete), te da će nova saznanja doprineti uobličavanju ideje o tome šta bi mogli da očekujemo u slučaju kontakta.

Iako smo razmotrili odredjene mogućnosti i varijacije na temu, do eventualnog prvog kontakta sve navedeno ostaje na nivou spekulacija, maštarija i "educated guess"-ova, koji služe da uposle mašte i povedu um u neke nove daljine. Što je verovatno dovoljno.