Γιατί το Life βασίζεται στον άνθρακα (και όχι, ας πούμε, με βάση το πυρίτιο);

Ο άνθρακας κυριαρχεί στη ζωή στη Γη και είναι το θεμέλιο σχεδόν των πάντων, συμπεριλαμβανομένων των φυτών, των ζώων, των ανθρώπων και των βιομορίων που υποστηρίζουν τη ζωή, όπως οι υδατάνθρακες, τα αμινοξέα και πολλά άλλα.

Επιλεγμένη εικόνα:https://www.shutterstock.com/image-illustration/carbon-form-periodic-table-elements-17086795

Τα πάντα στη Γη βασίζονται στον άνθρακα και θα συνεχίσουν να είναι για το άμεσο μέλλον, αλλά θα μπορούσε η ζωή αλλού στο σύμπαν να βασίζεται σε μια διαφορετική ουσία;

Είναι συναρπαστικό να βλέπεις μορφές ζωής που απεικονίζονται από ταινίες και σειρές αιχμής όπως το Stranger Things , Αφανισμός , Άφιξη , και Έρωτας, Θάνατος και Ρομπότ. Αυτοί οι δημιουργικοί νέοι κόσμοι προκαλούν την περιέργειά μας και την επιθυμία μας να μάθουμε αν τέτοια πράγματα έχουν πραγματικά καμία πιθανότητα να υπάρχουν.

(Λεζάντα:Η παρουσία άνθρακα είναι παντού στη Γη)

Τι κάνει τον άνθρακα τόσο ξεχωριστό;

Ο Carbon είναι εκείνο το κοντό παιδί στην τάξη που είναι πολύ κοινωνικό και δένεται με όλους εξαιρετικά εύκολα.

(Λεζάντα:Ο άνθρακας είναι τόσο ενεργός που δένει με οποιοδήποτε στοιχείο, δίνεται η ευκαιρία)

Τα 4 ηλεκτρόνια στο εξωτερικό του περίβλημα είναι ανοιχτά για κοινή χρήση με οποιονδήποτε. Ο άνθρακας δημιουργεί εύκολα ομοιοπολικούς δεσμούς με άλλα στοιχεία λόγω του μικρού του μεγέθους και τα μόρια και οι ενώσεις που σχηματίζει είναι εξαιρετικά σταθερά. Το τετρασθενές και το μικρό του μέγεθος του άνθρακα το καθιστούν πολύ ξεχωριστό, επομένως χρησιμοποιεί κάθε ευκαιρία για να ολοκληρώσει την οκτάδα του και να γίνει σταθερό.

Ομοιοπολικοί δεσμοί που σχηματίζουν άνθρακα με οξυγόνο (Φωτογραφία :iQoncept/Shutterstock)

Η κατενοποίηση (ο σχηματισμός δεσμών μεταξύ των ατόμων άνθρακα) προκαλεί τον άνθρακα να σχηματίσει εξαιρετικά σταθερές αλυσίδες, κλάδους και δομές που μοιάζουν με δακτύλιο. Όχι μόνο συνδέεται με άλλους άνθρακα, αλλά σχηματίζει επίσης σταθερούς δεσμούς με το υδρογόνο, το οξυγόνο, το άζωτο και πολλά άλλα στοιχεία, τα οποία είναι απαραίτητοι συνδυασμοί ως βάση για τη ζωή. Η αντοχή του δεσμού του άνθρακα ποικίλλει ανάλογα με τον προσανατολισμό του δεσμού του και το στοιχείο με το οποίο σχηματίζει δεσμό. Η ηλεκτροθετικότητα, η χειραλικότητα, τα σημεία τήξης και βρασμού, η πυρηνική απόσταση, οι δυνάμεις έλξης και μια ποικιλία άλλων χημικών και φυσικών ιδιοτήτων παίζουν ρόλο στη σταθερότητα και την αντιδραστικότητα.

Διαγραμματική αναπαράσταση του άνθρακα που εμφανίζει δέσμευση (Photo Credit :Vink Fan/Shutterstock)

Γιατί όχι πυρίτιο ή οποιοδήποτε άλλο στοιχείο;

Άνθρακα και πυρίτιο στην ομάδα 14 (Φωτογραφία :Humdan/Shutterstock)

Το πιο κοντινό στοιχείο στις «κοινωνικές» ικανότητες του άνθρακα είναι το πυρίτιο, αλλά το πυρίτιο είναι μεγάλο και κάπως εσωστρεφές. Παρόλο που το πυρίτιο ανήκει στην ίδια ομάδα με τον άνθρακα, αποτυγχάνει να σχηματίσει ισχυρούς και σταθερούς δεσμούς με τον εαυτό του ή με άλλα στοιχεία, ιδιαίτερα με το υδρογόνο. Όταν σχηματίζει σταθερούς δεσμούς, δεν είναι τόσο ποικίλοι, ευέλικτοι ή πολύπλοκοι όσο οι δεσμοί άνθρακα.

Οι αντιδράσεις του πυριτίου σε σύγκριση με αυτές του άνθρακα είναι επίσης πιο αργές.

Πυρίτιο και άνθρακας σε στοιχειακές μορφές (Φωτογραφία:magnetix &Miriam Doerr Martin Frommherz/Shutterstock)

Η βιοχημεία αλλάζει επίσης το παιχνίδι σε αυτή τη συζήτηση. Το CO2 διαλύεται στο αίμα μας και βοηθά στη διατήρηση του pH του αίματος, ενώ τα φυτά το χρησιμοποιούν για φωτοσύνθεση για να παράγουν οξυγόνο που υποστηρίζει άλλες ζωές. Τώρα, φανταστείτε να αναπνέετε SiO2, που είναι ένας κρύσταλλος… δεν ακούγεται πολύ εύκολο.

Ωστόσο, ορισμένα διάτομα που κατοικούν στον ωκεανό έχουν πυρίτιο στο σύστημά τους, αλλά η περίπτωση δεν είναι ίδια με το DNA και το RNA με βάση τον άνθρακα που αυτοαναπαράγεται, ορισμένα από τα βιομόρια της ραχοκοκαλιάς των ζωντανών πλασμάτων.

Πιθανότητα ζωής να βασίζεται σε οποιοδήποτε άλλο στοιχείο;

Τουλάχιστον στη Γη, η ζωή θα παραμείνει βασισμένη στον άνθρακα.

Η ευελιξία, η σταθερότητα και η ικανότητα του άνθρακα να δημιουργεί πολυμερή τον καθιστά σχεδόν ιδανικό ως δομικό στοιχείο της ζωής σε αυτόν τον πλανήτη. Από χημική άποψη, φαίνεται σχεδόν αδύνατο για το πυρίτιο να αντικαταστήσει τον άνθρακα, ειδικά αν σκεφτεί κανείς ότι το πυρίτιο είναι τοξικό για ορισμένους ζωντανούς οργανισμούς.

Συμπέρασμα

Η ουσία της ζωής βρίσκεται στα δομικά στοιχεία πρωτεϊνών ή παρόμοιων ενώσεων, καθώς και στον μεταβολισμό και στο γενετικό υλικό. Το γνωρίζουμε αυτό λόγω των όσων έχουμε δει στη Γη και στις μορφές ζωής της.

Για να υπάρχει ζωή αλλού, χρειάζονται ορισμένες ενώσεις, αλλά όχι απαραίτητα με τον ίδιο τρόπο. Μια μορφή ζωής είναι απλώς ένα σύμπλεγμα χημείας. Ο άνθρακας επικρατεί στη Γη, αλλά το θείο, το άζωτο, ο φώσφορος ή το πυρίτιο θα μπορούσαν επίσης να είναι πιθανά στοιχεία στο σχηματισμό της ζωής.

Το θείο σχηματίζει μακριές αλυσίδες όπως ο άνθρακας και ορισμένα βακτήρια, όπως ο θειοβάκιλλος, αναφέρεται ότι επιβιώνουν με θείο. Το άζωτο, όταν συνδυάζεται με τον φώσφορο, μπορεί επίσης να σχηματίσει διάφορα μόρια και πολύπλοκα μακρομόρια. Σχηματίζουν επίσης στοιχεία του DNA, το οποίο είναι θεμελιώδες για τη ζωή στη Γη.

Η αμμωνία, το μεθάνιο και το αιθάνιο είναι πιθανοί διαλύτες που θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν το νερό, καθώς δεν καταστρέφουν (σε αντίθεση με το νερό) υδρολυτικά ασταθή οργανικά είδη, ελέγχοντας την πολύπλοκη οργανική χημική αντιδραστικότητα και πιθανότατα φιλοξενούν μια μορφή ζωής διαφορετική από αυτή που συλλαμβάνουμε. Πιθανές ενδείξεις υγρής αμμωνίας στον ωκεανό του Τιτάνα και του Εγκέλαδου παρέχουν δυνατότητες ανακάλυψης νέων μορφών ζωής. Εξάλλου, η ζωή στη Γη ξεκίνησε επίσης σε έναν ωκεανό πλούσιο σε πολύπλοκα μόρια.

Οι επιστήμονες έψαχναν επίσης για τεχνολογίες, οι οποίες δεν είναι παρά σήματα ή δείκτες που παρέχουν ενδείξεις μιας τεχνολογικής ζωής εκτός από τη Γη, όπως η παρουσία ραδιοφωνικών σημάτων. Η ανακάλυψη μιας τεχνολογικής υπογραφής θα μπορούσε να προσφέρει ένα καλό προβάδισμα προς οποιονδήποτε άλλο καθιερωμένο πολιτισμό.

Στον δικό μας πλανήτη Γη, οι ακραίοι, οι θερμόφιλοι, ακόμη και αυτά τα χαριτωμένα μικρά αργόσχολα έχουν εξελιχθεί σε τέτοιο βαθμό που είναι ικανά να επιβιώσουν από οτιδήποτε, σε σημείο να είναι σχεδόν άφθαρτα. Δεν θα ήταν μεγάλη έκπληξη εάν αποκλίνονταν για να εξελιχθούν σε ένα ξεχωριστό είδος με βάση το θείο και όχι τον άνθρακα και να γίνουν η πηγή διαφορετικών μορφών ζωής.

Πολλά πηγαίνουν στη δημιουργία ζωής και αυτό το άρθρο μόλις άγγιξε την κορυφή του παγόβουνου. Είναι απογοητευτικό να γνωρίζουμε ότι θα πρέπει να αρκεστούμε σε ταινίες επιστημονικής φαντασίας για τις μορφές ζωής μας που δεν βασίζονται σε άνθρακα, αλλά δεν πρέπει να εγκαταλείψουμε τους επιστήμονες και τους ερευνητές μας που προσπαθούν συνεχώς να προχωρήσουν πέρα ​​από την ύπαρξή μας που βασίζεται στον άνθρακα !