Jak działają kosmici

Tubeworms hydrotermalnych odpowietrzników. Zobacz więcej Zdjęcia UFO. Zdjęcie dzięki uprzejmości NOAA / U.S. Departament Handlu

Czy we wszechświecie istnieją inne formy życia? Naukowe poszukiwania pozaziemskich form życia zostały wzmocnione przez dwa ostatnie odkrycia. Po pierwsze, odkrycie form życia w egzotycznych środowiskach na Ziemi wskazuje, że życie jest bardzo obfite i może przystosować się do najdziwniejszych i najbardziej wrogich środowisk. Po drugie, astronomowie odkryli planety krążące wokół gwiazd poza naszym Słońcem - w 2001 roku odkryto ponad 50 planet pozasłonecznych. Czy na którejkolwiek z tych planet istnieją obce formy życia??

-

-Jeśli istnieje obce życie, jak by to było? Czy byłyby to proste formy życia, takie jak bakterie, wirusy lub glony, czy bardziej zaawansowane, wielokomórkowe stworzenia, a może nawet inteligentne istoty? Czy kosmici byliby zwierzętami, roślinami, czy też mieliby cechy obu? Czy mieliby ręce i nogi i chodziliby wyprostowani tak jak my? Czy polegaliby na wzroku jako podstawowym zmysle, czy też użyliby innego sposobu gromadzenia informacji o swoim otoczeniu? Czy „wdychaliby” tlen lub inny gaz?

Spekulacje na temat kosmitów zazwyczaj pozostawiano autorom science fiction, czytelnikom science-fiction oraz hollywoodzkim pisarzom i reżyserom. W tym artykule przyjrzymy się astrobiologii, naukowym poszukiwaniom życia pozaziemskiego. Wykorzystamy to, czego dowiedzieliśmy się o życiu na Ziemi, do spekulacji na temat tego, jakie mogą być obce formy życia.

Zawartość

1. Pozdrowienia, Dwunogi oparte na węglu!
2. Czym jest życie?
3. Życie w ekstremum
4. Niektóre podstawowe zasady dotyczące życia obcych
5. Spekulacje: jacy mogą być kosmici?

Większość z nas wyobraża sobie obce życie tak, jak jest to przedstawiane w filmach, gdzie obcy są powszechnie przedstawiani jako ludzkie formy, ponieważ używają aktorów albo do odgrywania ról bezpośrednio w makijażu, albo jako modele do animacji generowanej komputerowo. Ponadto publiczność lepiej odnosi się do ludzkich kosmitów niż do bardziej egzotycznych, przypominających potwory stworzeń. Jednak plan ludzkiego ciała - dwustronna symetria z jedną głową, dwoma nogami i dwoma ramionami - wywodzi się z czasów, gdy wczesne płazy i gady skolonizowały masy lądowe Ziemi i wydaje się mało prawdopodobne, aby taki kształt ewoluował na obcym świecie. A więc zapomnijmy na chwilę o Hollywood i przyjrzyjmy się bliżej prawdziwej nauce astrobiologii.

Astrobiologia to naukowe badanie życia we wszechświecie. Astrobiolodzy starają się zrozumieć (między innymi), w jaki sposób powstało i ewoluowało życie na Ziemi, co rządzi sposobem organizacji życia i co sprawia, że ​​planeta nadaje się do zamieszkania.

Astrobiologia łączy w sobie dyscypliny biologii, chemii, fizyki, geologii i astronomii. Często astrobiolodzy muszą wykorzystywać zdobyte informacje o życiu na Ziemi jako przewodnik do badania życia w innych miejscach. Przeanalizujmy kilka rzeczy, których nauczyliśmy się z życia na Ziemi.

Struktury w kształcie maczugi podwodnych drobnoustrojów zwanych stromatolitami Zdjęcie dzięki uprzejmości NOAA / U.S. Departament Handlu

Chociaż trudno jest sformułować jasną definicję „życia”, większość biologów zgadza się, że istoty żywe mają wiele cech wspólnych. Jeśli obiekt spełnia te cechy, uważa się go za żywy:

• Zorganizowany -Żywe istoty składają się z atomów i cząsteczek, które są zorganizowane w komórki. Komórki w organizmie mogą być jednolite lub wyspecjalizowane do różnych funkcji. Komórki można dalej organizować w tkanki, narządy i układy. Żywe istoty na Ziemi są dość zróżnicowane pod względem organizacji i złożoności.
• Homeostatyczny - Żywe istoty pełnią funkcje, które utrzymują je w stałym, stosunkowo niezmiennym stanie tzw homeostaza. Na przykład twoje ciało ma systemy, które utrzymują stałą temperaturę ciała - drżysz, jeśli jest ci zimno, pocisz się, jeśli jest ci gorąco.
• Reprodukuje - Żywe istoty robią swoje kopie, albo dokładne kopie (klony) przez rozmnażanie bezpłciowe, albo podobne kopie przez rozmnażanie płciowe.
• Rośnie / rozwija się - Żywe istoty rosną i rozwijają się z mniejszych i / lub prostszych form. Na przykład, człowiek zaczyna życie jako zapłodnione jajo, rozwijając się w zarodek, płód, a następnie dziecko. Następnie dziecko wyrasta na niemowlaka, nastolatka i dorosłego.
• Pobiera energię z otoczenia - Przebywanie w stosunkowo stałym, zorganizowanym stanie narusza drugą zasadę termodynamiki, która mówi, że zwiększa się stopień nieuporządkowania (entropii) wszystkich obiektów. Aby żywy organizm mógł utrzymać organizację, musi pobierać, przetwarzać i zużywać energię. Sposób, w jaki robią to ludzie i inne zwierzęta, polega na jedzeniu żywności i wydobywaniu z niej energii.
• Reaguje na bodźce - Żywe istoty reagują na zmiany w swoim środowisku. Na przykład, jeśli plik bodziec sprawia ci ból odpowiadać oddalając się od tego obiektu. Jeśli umieścisz roślinę w pobliżu dobrze oświetlonego okna, gałęzie lub pędy wyrosną w kierunku światła (fototropizm). Dla ochrony niektóre zwierzęta zmieniają kolor, aby wtopić się w otoczenie (kamuflaż).
• Przystosowany do otoczenia - Cechy żywej istoty są zwykle dostosowane do jej środowiska. Na przykład płetwy delfina są płaskie i przystosowane do pływania. Skrzydło nietoperza ma taką samą podstawową strukturę jak kości w płetwie delfina, ale ma cienką membranę, która umożliwia lot.

Teraz, gdy mamy już definicję tego, czym jest życie, musimy przyjrzeć się, jak zmienia się na przestrzeni czasu. Podstawowe zasady regulujące powstanie, życie, niezmienność gatunków lub wymarcie gatunków to te z ewolucja przez dobór naturalny zgodnie z propozycją Charlesa Darwina. Teoria ewolucji Darwina ma następujące punkty:

• Podobne organizmy rozmnażają podobne organizmy - pies rozmnaża psa, mniszek lekarski rozmnaża się mniszka lekarskiego, a ryba rozmnaża rybę.
• Często liczba potomstwa jest nadprodukowana, tak że liczba, które przeżywa, jest mniejsza niż liczba reprodukowana.
• W każdej populacji osobniki różnią się pod względem dowolnej cechy, takiej jak wzrost, kolor skóry, kolor futra lub kształt dziobów, a te różnice mogą być przekazywane następnemu pokoleniu.
• Niektóre odmiany są korzystne, ponieważ sprawiają, że osoby te najlepiej pasują do ich środowiska, a inne nie. Te organizmy z korzystnymi odmianami przeżyją i przekażą te cechy swojemu potomstwu; te osoby z niekorzystnymi zmianami umrą i nie przekażą swoich cech - tak jest naturalna selekcja.
• Przy wystarczającej ilości czasu dobór naturalny zgromadzi te korzystne cechy. Gatunek będzie ewoluował.

Chociaż teoria ewolucji Darwina została zaproponowana w celu wyjaśnienia zmian zachodzących w gatunkach zamieszkujących Ziemię, jej zasady są na tyle ogólne, że można ją zastosować również w innych miejscach we wszechświecie.

Hipoteza ziem rzadkich

Równanie Drake'a, opracowane przez astronoma Franka Drake'a i promowane przez Carla Sagana, służy do szacowania liczby inteligentnych cywilizacji we wszechświecie. Z kolei geolog Peter Ward i astronom Donald Brownlee z University of Washington zaproponowali hipotezę - Hipoteza ziem rzadkich -- że życie na Ziemi jest wyjątkowe. Ich hipoteza głosi, że seria przypadkowych wydarzeń lub sytuacji, takich jak zamieszkanie w nadającej się do zamieszkania strefie Słońca, posiadanie planety typu Jowisza do usuwania szczątków komet i asteroid oraz posiadanie niewielu masowych wyginięć, umożliwiło rozwój życia na Ziemi i byłoby mało prawdopodobne, aby wydarzyło się gdzie indziej. Aby uzyskać szczegółowe informacje, zobacz „Ziemia rzadka: Dlaczego złożone życie jest rzadkością we Wszechświecie”.

Otwór hydrotermalny w dnie oceanu Zdjęcie dzięki uprzejmości NOAA / U.S. Departament Handlu

Jeszcze około 30 lat temu uważano, że całe życie na Ziemi było zależne od energii słonecznej. Ponadto sądzono, że prawdopodobnie nie znajdziesz życia, w którym temperatury byłyby ekstremalnie wysokie, jak w gejzerach lub gorących źródłach, lub ekstremalnie zimne, jak na pustyni Antarktydy..

Pomysły te uległy zmianie, gdy oceanografowie zbadali otwory hydrotermalne, otwory w dnie oceanu, gdzie ze skorupy tryska niezwykle gorąca, bogata w minerały woda. Kominy hydrotermalne znajdują się kilka mil pod powierzchnią, na dnie oceanu, gdzie otaczająca woda jest prawie zamarznięta lub prawie zamarznięta, jest absolutnie ciemno, a ciśnienie jest wysokie. W zorganizowanych społecznościach wokół podstaw tych otworów, zwanych czarnymi palaczami, naukowcy znaleźli małże, kraby i egzotyczne, olbrzymie tubewormy o długości 6 stóp (2 metry). Woda wypływająca z tych otworów ma temperaturę 230 do 662 stopni Fahrenheita (110 do 350 stopni Celsjusza).

Jak te zwierzęta mogą przetrwać tak daleko od światła słonecznego w tak ekstremalnych warunkach? W wodzie naukowcy odkryli gatunki bakterii, które rozszczepiają siarkowodór z wody, aby uzyskać energię do tworzenia związków organicznych (chemosynteza). Tubeworms mają bakterie w swoich tkankach, które pomagają im czerpać energię z wody. Małże żywią się bakteriami, a kraby żywią się tubusami.

Odkrycie zbiorowisk hydrotermalnych wykazało, że możliwe jest ewoluowanie życia w miejscach pozbawionych światła słonecznego oraz w innych światach bez wystarczającej ilości światła od gwiazdy macierzystej. W związku z odkryciem kominów hydrotermalnych możliwe jest, że życie istnieje na Europie, lodowym księżycu Jowisza, który według naukowców ma ocean wodny pod lodową skorupą.

Tubeworms wokół otworu hydrotermalnego Zdjęcie dzięki uprzejmości NOAA / U.S. Departament Handlu

Życie znaleziono także w innych ekstremalnych środowiskach. Naukowcy odkryli mikrokolonie porostów tzw kryptoendolity w próbkach skał pustyni Antarktydy, gdzie temperatury często spadają do 100 stopni poniżej zera, a woda w stanie ciekłym jest niewielka lub nie ma jej wcale. W przeciwieństwie, ciepłolubne (ciepłolubne) bakterie znaleziono w gorących źródłach, w których temperatura przekracza punkt wrzenia wody.

Żywe kryptoendolity (zielone, czarne, zielono-niebieskie linie) w próbce skały z Antarktydy (po lewej) oraz ciepłolubne bakterie w kształcie pręcików (o długości około 1 mikrona) z gorącego źródła w Parku Narodowym Yellowstone (po prawej) Zdjęcia dzięki uprzejmości NASA Żywe kryptoendolity (zielone, czarne, zielono-niebieskie linie) w próbce skały z Antarktydy (po lewej) oraz ciepłolubne bakterie w kształcie pręcików (o długości około 1 mikrona) z gorącego źródła w Parku Narodowym Yellowstone (po prawej) Zdjęcia dzięki uprzejmości NASA

Jeśli życie może ewoluować w ekstremalnych środowiskach na Ziemi, wydaje się możliwe, że życie może istnieć w ekstremalnych środowiskach innych światów, takich jak Mars.

Batfish Zdjęcie dzięki uprzejmości NOAA / U.S. Departament Handlu

Korzystając z tego, czego nauczyliśmy się z życia na Ziemi, co możemy powiedzieć o życiu obcych? Chociaż prawdopodobnie znacznie różni się od życia na Ziemi, życie obce prawdopodobnie podlegałoby pewnym uniwersalnym wytycznym, podobnie jak bardzo zróżnicowane życie na Ziemi. Te wytyczne lub podstawowe zasady obejmują:

Życie obcych podlegałoby prawom fizyki i chemii.

Życie obcych byłoby oparte na pewnym rodzaju chemii (eliminując koncepcję science fiction o istotach czystej energii).

• Rozpuszczalnik - Na Ziemi rozpuszczalnikiem dla wszystkich naszych biochemikaliów jest woda w stanie ciekłym. Rozpuszczalnikami mogą być również inne chemikalia, takie jak amoniak, metan, siarkowodór lub fluorowodór.
• Temperatura - Życie obce może wymagać temperatur, w których rozpuszczalnik może pozostać ciekły.
• Nacisk - Życie obce może wymagać ciśnienia środowiskowego (i temperatury), które pozwalają rozpuszczalnikom istnieć w trzech stanach skupienia (ciało stałe, ciecz, gaz).
• Źródło energii - Żywe istoty potrzebują energii, aby zachować porządek. Energia ta może pochodzić z gwiazdy lub z energii chemicznej lub geotermalnej (jak w kominach hydrotermalnych i gorących źródłach). Na każdym obcym świecie musiało być jakieś źródło energii do podtrzymania życia.
• Złożone cząsteczki - Żywe istoty na Ziemi są zorganizowane i zbudowane ze złożonych, opartych na węglu cząsteczek, które pełnią funkcje biochemiczne. Węgiel jest wszechstronnym atomem, który może tworzyć wiązania z maksymalnie czterema innymi atomami o różnych kształtach, tworząc cząsteczki. Chociaż nie jest tak wszechstronny jak węgiel, krzem może również tworzyć do czterech wiązań z innymi atomami i został zaproponowany jako podstawa dla cząsteczek obcego życia (zaproponowano również hybrydowe cząsteczki krzem-węgiel). Jest prawdopodobne, że obce formy życia miałyby jakiś rodzaj złożonej cząsteczki do pełnienia podobnych funkcji.
• Cząsteczka informacyjna - W organizmach ziemskich, kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA) to złożona cząsteczka, która przenosi informacje genetyczne i kieruje powstawaniem innych cząsteczek, aby życie mogło się rozmnażać i funkcjonować. Ponieważ cechą życia jest to, że rozmnaża się, wydaje się prawdopodobne, że obce formy życia również miałyby pewien rodzaj molekuły informacyjnej.

Istoty obce, które są większe niż mikroby, miałyby jakiś odpowiednik komórki. W miarę jak organizm powiększa się, jego wewnętrzna objętość (funkcja sześcienna) rośnie szybciej niż jego powierzchnia (funkcja kwadratowa). To ogranicza wielkość organizmu, ponieważ substancje z zewnątrz organizmu muszą przedostawać się do organizmu i przez niego poprzez dyfuzję, która zależy od dużych powierzchni, krótkich odległości i różnic w stężeniach. Wraz ze wzrostem organizmu zwiększa się odległość do jego centrum, a dyfuzja zwalnia. Aby zachować funkcjonalne odległości dyfuzyjne, organizm musi mieć wiele małych komórek zamiast jednej dużej komórki. Zatem obcy byłby wielokomórkowy, gdyby był większy niż mikrob. (Nie spodziewalibyśmy się znaleźć szerokiego na lata świetlne jednokomórkowego organizmu, takiego jak przedstawiony w oryginalnym odcinku Star Trek „Syndrom odporności”).

Życie obce ewoluowałoby i dostosowywało się do otoczenia zgodnie z teorią ewolucji, jak wyjaśniono wcześniej.

Fizjologiczna budowa wielokomórkowego kosmity najbardziej odpowiadałaby jego środowisku. Układy narządów byłyby przystosowane do warunków środowiskowych, takich jak temperatura, wilgotność i grawitacja.

• Obcy mógłby w jakiś sposób wprowadzić ciała stałe, płyny i gazy do swojego ciała, rozprowadzając je do każdej komórki i usuwając produkty przemiany materii (na przykład odpowiedniki serca, naczyń krwionośnych i nerek).
• Obcy byłby w stanie pobierać energię z otoczenia, wydobywać ją i eliminować odpady.
• Obcy miałby zmysły (takie jak wzrok, dźwięk, dotyk), aby uzyskać informacje z otoczenia i reagować na bodźce (chociaż używamy wzroku jako naszego podstawowego zmysłu, może to nie dotyczyć kosmitów). Miałyby też jakiś rodzaj mózgu lub układu nerwowego do przetwarzania informacji.
• Obcy miałby jakieś sposoby rozmnażania się, seksualne lub bezpłciowe.

Organizmy obce prawdopodobnie miałyby podobną strukturę ekologiczną do życia na Ziemi.

• Wielkość populacji byłaby ograniczona ze względu na dominację żywności, drapieżników, chorób i innych czynników środowiskowych.
• Obce formy życia istniałyby w łańcuchach pokarmowych i sieciach pokarmowych w ich rodzimym środowisku, podobnie jak życie na Ziemi. Producenci będą wytwarzać żywność, konsumenci będą jeść producentów i / lub innych konsumentów, a osoby rozkładające się zawracają atomy i cząsteczki z martwych organizmów z powrotem do środowiska.
• Obce formy życia zostaną zintegrowane z ich siedliskami i ekosystemami, podobnie jak życie na Ziemi.

Jak widać, wszelkiego rodzaju życie jest ściśle związane ze swoim środowiskiem, więc cechy planety byłyby niezwykle ważne przy określaniu cech formy życia.

Mając na uwadze te podstawowe zasady i ponieważ żadne pozaziemskie formy życia nie zostały ostatecznie odkryte, obca fizjologia leży w sferze naszej wyobraźni. Od lat robią to autorzy science-fiction, zwłaszcza ci „trudni”, którzy próbują ściśle trzymać się prawdziwej nauki. Najpierw projektują lub budują świat, starannie opracowując jego fizyczne, astronomiczne i ekologiczne cechy. Następnie pracują jakie typy kosmitów mogą istnieć w tym świecie. Przykład jednego z takich ćwiczeń budowania świata można znaleźć w projekcie Epona, gdzie kilku pisarzy science-fiction zebrało się, aby stworzyć świat zwany Epona, wraz z planetarnymi, geologicznymi i ekologicznymi dane Jeden artysta, Steven Hanly, stworzył stworzenia Epona.

W swojej powieści „Misja grawitacji” Hal Clement stworzył świat zwany Mesklin, który otacza podwójną gwiazdę. Mesklin obraca się raz na osiemnaście minut i ma spłaszczony kształt spowodowany jego obrotem. Grawitacja Mesklina waha się od trzykrotnej grawitacji Ziemi na równiku do siedmiuset razy na biegunach. Mesklin ma atmosferę wodoru i oceany metanowe. Mesklinity, jedna z form życia planety, to małe, podobne do stonogi stworzenia zbudowane z białka szkieletu owada zwanego chityną. Mają 18 par nóg zakończonych przyssawkami, przednie szczypce do chwytania, silny układ krążenia i pochłaniają wodór przez muszle. Są niezwykle silne - są wynikiem życia na świecie o wysokiej grawitacji, ale boją się, że zostaną podniesione, ponieważ upadek z małej wysokości może być śmiertelny przy tak dużej grawitacji. (Zobacz „Barlowe's Guide to Extraterrestrials” i „The Science of Aliens”, aby zapoznać się z opisami Mesklinitów i innych obcych form życia).

W wyobraziliśmy sobie obcy świat i obce formy życia. W naszym świecie planeta krąży wokół jasnej gwiazdy. Tylko 10 procent świata pokrywa wody powierzchniowe, ale w całej masie lądu istnieją kieszenie wody, które gromadzą się pod piaskami z rzadkich opadów. Środowisko jest gorące i suche, a słońce jest jasne. Planeta jest masywna i ma grawitację sto razy silniejszą niż Ziemia. Atmosfera jest podobną do Ziemi mieszaniną helu, tlenu i dwutlenku węgla.

Dwie obce formy życia, które wyobrażamy sobie na tym świecie, to zwierzęta - mobilne drapieżniki, które żyją wokół kilku małych zbiorników wód powierzchniowych planety. Obaj kosmici są niscy, mają około 30 centymetrów wzrostu i mają grube kończyny, które utrzymują ich ciężar w obliczu ogromnej grawitacji. Obie mają grube powłoki lub skórki, aby zminimalizować parowanie i oszczędzać wodę. Aby zebrać informacje, jeden opiera się głównie na wzroku, podczas gdy drugi wykorzystuje zmysły chemiczne (smak i zapach).

Ta treść nie jest kompatybilna na tym urządzeniu.

Lashlarm, obce zwierzę

Plik Lashlarm jest naszym pierwszym obcym drapieżnikiem. Wygląda jak chodząca muszla klozetowa. Część ustna jest podtrzymywana przez trzy łodygowe nogi połączone z płaską podstawą. Pod cokołem znajduje się wiele łusek, więc cokół ślizga się po powierzchni piasku, podobnie jak wąż porusza się po ziemi. Ma kilka przydatków sensorycznych, które pozwalają mu lokalizować zdobycz za pomocą środków chemicznych. Poluje w pobliżu małych zbiorników wód powierzchniowych, czując wzdłuż brzegu i smakując piasek i wodę dla innych zwierząt. Po zlokalizowaniu ofiary Lashlarm kuca i sunie do niej. Lashlarm następnie otwiera swoje duże usta i spada na ofiarę, połykając ją w całości.

Ta treść nie jest kompatybilna na tym urządzeniu.

Nirba, obcy drapieżnik

Plik Nirba jest nieco większy niż Lashlarm. Żyje w wodzie, blisko brzegu, podobnie jak krokodyl lub aligator, ale nie jest w pełni wodny. Nirba wychodzi polować na inne zwierzęta, które schodzą do wody, szczególnie na Lashlarm. Ma dużą głowę z nozdrzami umieszczonymi na czubku nosa, dzięki czemu może oddychać, gdy jest w większości zanurzony. Nirba ma grubą skórę, która zapobiega odwodnieniu podczas przebywania poza wodą w gorącym słońcu, oraz duże, muskularne przednie nogi z dużymi pazurami do zabijania ofiary. Długi ogon pomaga mu pływać w wodzie, a „grot strzały” pomaga w polowaniu i obronie terytorialnej.

Aby uzyskać więcej informacji na temat życia obcych i powiązanych tematów, zapoznaj się z linkami na następnej stronie.

Odniesienia do spekulacji obcych

• „Nauka o kosmitach”
• „Przewodnik Barlowe'a po istotach pozaziemskich”
• „Obcy i stowarzyszenia obcych”
• „Budowanie świata”
• „Sharing the Universe: Perspektywy życia pozaziemskiego”

Powiązane linki

• Jak działa SETI
• Jak działa polowanie na planetę
• Jak działa Mars
• Jak działają gwiazdy
• Jak działają komórki
• Jak działa Twoje serce
• Jak działa krew
• Jak działają Twoje nerki
• Jak działają mięśnie
• Jak działa Twój system odpornościowy
• Jak działają Twoje płuca

Więcej świetnych linków

• PBS: Life Beyond Earth
• Biologia planetarna
• Astrobiology: The Living Universe
• Strona domowa NASA Astrobiology Institute
• Instytucja oceanograficzna Woods Hole: Nurkowanie i odkrywanie - wyprawy na dno morskie
• Wprowadzenie do Archaea: Life's Extremists…