Cum funcționează străinii

Tuberiorme cu aer-hidrotermic. Vezi mai mult Imagini OZN. Foto cu amabilitate NOAA / U.S. Departamentul de comerț

Există alte forme de viață în univers? Căutarea științifică a formelor de viață extraterestră a fost consolidată de două descoperiri recente. În primul rând, descoperirea formelor de viață în mediile exotice de pe Pământ indică faptul că viața este foarte plină de suflet și se poate adapta la cele mai ciudate și ostile medii. În al doilea rând, astronomii au găsit planete care orbitează stele în afară de soarele nostru - peste 50 de planete extrasolare au fost descoperite începând cu 2001. Există forme de viață extraterestră pe oricare dintre aceste planete?

-

-Dacă există viață extraterestră, cum ar putea fi? Ar fi simple forme de viață, cum ar fi bacteriile, virusurile sau algele, sau creaturi multicelulare mai avansate, poate chiar ființe inteligente? Străinii ar fi animale, plante sau ar avea caracteristici ale ambelor? Ar avea brațele și picioarele și s-ar plimba în poziție verticală ca noi? Ar depinde de viziune ca fiind sensul lor principal sau ar folosi un alt mod de a strânge informații despre împrejurimile lor? Vor „respira” oxigen sau ceva alt gaz?

Speculațiile despre extratereștri au fost de obicei lăsate autorilor de știință-ficțiune, cititorilor de science-fiction și scriitorilor și regizorilor de la Hollywood. În acest articol, vom examina astrobiologia, căutarea științifică a vieții extraterestre. Vom aplica ceea ce am învățat despre viața de pe Pământ pentru a specula despre cum ar putea fi formele de viață extraterestre.

cuprins

1. Salutări, Bipede pe bază de carbon!
2. Ce este viața?
3. Viața în extremă
4. Câteva reguli fundamentale pentru viața extraterestră
5. Speculații: cum ar putea fi străinii?

Cei mai mulți dintre noi ne imaginăm viața extraterestră așa cum este înfățișată în filme, unde extratereștrii sunt în general descriși ca forme umane, deoarece utilizează actori fie pentru a juca rolurile direct în make-up, fie pentru a fi modele pentru animația generată de computer. De asemenea, publicul se referă la extratereștrii asemănăți cu oameni mai bine decât la creaturi mai exotice, asemănătoare monștrilor. Totuși, planul corpului uman - simetrie bilaterală cu un cap, două picioare și două brațe - provine de la amfibieni și reptile timpurii colonizate masele terestre ale Pământului și pare puțin probabil ca o astfel de formă să evolueze pe o lume extraterestră. Așadar, să uităm Hollywood-ul pentru moment și să privim cu atenție știința reală a astrobiologiei.

Astrobiologia este studiul științific al vieții în univers. Astrobiologii încearcă să înțeleagă (printre altele) cum a apărut și a evoluat viața pe Pământ, ce guvernează modul de organizare a vieții și ce face o planetă locuibilă.

Astrobiologia combină disciplinele biologie, chimie, fizică, geologie și astronomie. Adesea, astrobiologii trebuie să utilizeze informațiile învățate despre viața de pe Pământ ca ghid pentru studierea vieții în altă parte. Să examinăm câteva dintre lucrurile pe care le-am învățat de la viața de pe Pământ.

Structuri în formă de club de microbi subacvatici numiți stromatoliți Foto cu amabilitate NOAA / U.S. Departamentul de comerț

Deși este greu să creăm o definiție clară a „vieții”, majoritatea biologilor sunt de acord că există multe caracteristici comune în rândul vieții. Dacă un obiect îndeplinește aceste caracteristici, acesta este considerat viu:

• Organizat -Ființele vii sunt formate din atomi și molecule care sunt organizate în celule. Celulele unui organism pot fi uniforme sau specializate pentru diferite funcții. Celulele pot fi organizate suplimentar în țesuturi, organe și sisteme. Lucrurile vii pe Pământ sunt destul de diverse în ceea ce privește organizarea și complexitatea lor.
• homeostatic - Ființele vii îndeplinesc funcții care le mențin într-o stare constantă, relativ neschimbată, numită homeostazia. De exemplu, corpul tău are sisteme care îți mențin temperatura corpului constantă - îți tremură dacă ești rece, transpiră dacă ești cald.
• reproduce - Ființele vii realizează copii ale lor, fie copii exacte (clone) prin reproducere asexuală, fie copii similare prin reproducere sexuală.
• Creste / dezvoltă - Lucrurile vii cresc și se dezvoltă din forme mai mici și / sau mai simple. De exemplu, un om își începe viața ca un ou fecundat, dezvoltându-se într-un embrion, făt și apoi un copil. Ulterior, copilul crește la un copil, adolescent și adult.
• Preia energie din mediu - A rămâne într-o stare relativ constantă, organizată încalcă a doua lege a termodinamicii, care afirmă că gradul de tulburare (entropie) al tuturor obiectelor crește. Pentru ca un organism viu să mențină organizația, trebuie să preia, să proceseze și să cheltuiască energie. Modul în care oamenii și alte animale fac acest lucru este prin consumul de alimente și prin extragerea de energie din acesta.
• Răspunde la stimuli - Lucrurile vii răspund la schimbările din mediul lor. De exemplu, dacă a stimul îți provoacă durere, tu răspunde prin îndepărtarea de acel obiect. Dacă așezați o plantă lângă o fereastră bine luminată, ramurile sau lăstarii cresc spre lumină (fototropism). Pentru protecție, unele animale își schimbă culoarea pentru a se îmbina cu împrejurimile lor (camuflaj).
• Adaptat la mediul său - Caracteristicile unui lucru viu tind să fie potrivite pentru mediul său. De exemplu, aripioarele unui delfin sunt plate și adaptate pentru înot. Aripa unui liliac are aceeași structură de bază ca oasele din aripioarele unui delfin, dar are o membrană subțire care permite zborul.

Acum că avem o definiție a ceea ce este viața, trebuie să analizăm modul în care se schimbă pe perioade mari de timp. Normele de bază care reglementează dacă speciile apar, trăiesc, rămân neschimbate sau dispar, sunt cele ale evoluția prin selecție naturală după cum a propus Charles Darwin. Teoria evoluției lui Darwin are următoarele puncte:

• Organisme similare reproduc organisme similare - un câine reproduce un câine, un păpădie reproduce păpădie și un pește reproduce un pește.
• Adesea, numărul urmașilor este supraprodus astfel încât numărul care supraviețuiește este mai mic decât numărul reprodus.
• În orice populație, indivizii variază în raport cu orice trăsătură dată, cum ar fi înălțimea, culoarea pielii, culoarea blănii sau forma ciocurilor, iar aceste variații pot fi transmise generației următoare.
• Unele variații sunt favorabile, prin faptul că acei indivizi îi potrivesc cel mai bine mediului, iar alții nu. Acele organisme cu variații favorabile vor supraviețui și vor transmite aceste trăsături descendenților lor; acei indivizi cu variații nefavorabile vor muri și nu vor transmite trăsăturile lor - aceasta este selecție naturală.
• Având în vedere suficient timp, selecția naturală va acumula aceste trăsături favorabile. Specia va evolua.

Deși teoria evoluției lui Darwin a fost propusă pentru a explica schimbările la speciile din Pământ, principiile sale sunt suficient de generale încât să poată fi aplicată și în alte părți ale universului..

Ipoteza Pământului Rare

Ecuația lui Drake, dezvoltată de astronomul Frank Drake și promovată de Carl Sagan, este utilizată pentru a estima numărul de civilizații inteligente din univers. În schimb, geologul Peter Ward și astronomul Donald Brownlee de la Universitatea Washington au propus o ipoteză - Ipoteza Pământului Rare -- că viața pe Pământ este unică. Ipoteza lor afirmă că o serie de evenimente sau situații întâmplătoare, cum ar fi trăirea în zona locuibilă a soarelui, având o planetă de tip Jupiter pentru a elimina resturile de cometă și asteroizi și având câteva extincții în masă, a permis vieții să se dezvolte pe Pământ și ar fi puțin probabil să se întâmple în altă parte. Vedeți „Pământul Rare: De ce Viața Complexă este Neobișnuită în Univers” pentru detalii.

Ventilare hidrotermică în fundul oceanului Foto cu amabilitate NOAA / U.S. Departamentul de comerț

Până acum aproximativ 30 de ani, se credea că toată viața de pe Pământ depindea de energia de la soare. Mai mult, s-a crezut că probabil nu veți găsi viața acolo unde temperaturile erau extrem de calde, cum ar fi gheizerele sau izvoarele calde sau extrem de reci, ca în deșertul Antarctic.

Aceste idei s-au schimbat atunci când oceanografii au explorat aerisiri hidrotermale, deschideri pe fundul oceanului, unde apa crudă, bogată în minerale, izbucnește din scoarță. Aerisirile hidrotermale sunt situate la câțiva kilometri sub suprafață, pe fundul oceanului, unde apa din jur este aproape sau înghețată, este absolut întunecată și presiunea este ridicată. În comunitățile organizate din jurul bazelor acestor orificii de ventilare, numite fumători negri, oamenii de știință au găsit scoici, crabi și tubewormi exotici, gigantici, cu o lungime de 2 metri. Apa care iese din aceste orificii de aerisire este de 230 până la 662 grade Fahrenheit (110 până la 350 de grade Celsius).

Cum pot supraviețui aceste animale atât de departe de lumina soarelui, în aceste condiții extreme? În apă, oamenii de știință au descoperit specii de bacterii care împart hidrogenul sulfurat din apă pentru a obține energie pentru a face compuși organici (chemosynthesis). Tubewormii au bacterii în țesuturile lor care îi ajută să obțină energie din apă. Scoicile se hrănesc cu bacteriile, iar crabii se hrănesc cu tubewormii.

Descoperirea comunităților de evacuare a hidrotermului a arătat că este posibil ca viața să evolueze în locuri fără lumină de la soare și în alte lumi fără lumină suficientă de la steaua mamă. Având în vedere descoperirea aerisirilor hidrotermale, poate fi posibilă existența vieții pe Europa, o lună înghețată de Jupiter, pe care oamenii de știință cred că are un ocean de apă sub crusta glaciară.

Tubeworms în jurul unui orificiu de hidrotermie Foto cu amabilitate NOAA / U.S. Departamentul de comerț

Viața a fost găsită și în alte medii extreme. Oamenii de știință au descoperit microcoloniile de licheni numite cryptoendoliths în probe de rocă din deșertul Antarcticii, unde temperaturile scad adesea la 100 de grade sub zero și nu există apă lichidă sau deloc. În contrast, termofile bacterii (iubitoare de căldură) au fost găsite în izvoarele termale, unde temperaturile depășesc punctul de fierbere al apei.

Criptoendoliti vii (linii verzi, negre, verzi-albastre) într-o probă de rocă din Antarctica (stânga) și o bacterie termofilă, în formă de tijă (lungime de aproximativ 1 micron) dintr-un izvor cald în Parcul Național Yellowstone (dreapta) Fotografii amabilitate NASA Criptoendoliti vii (linii verzi, negre, verzi-albastre) într-o probă de rocă din Antarctica (stânga) și o bacterie termofilă, în formă de tijă (lungime de aproximativ 1 micron) dintr-un izvor cald în Parcul Național Yellowstone (dreapta) Fotografii amabilitate NASA

Dacă viața poate evolua în medii extreme de pe Pământ, se pare că viața poate exista în mediile extreme ale altor lumi precum Marte.

Pestele Foto cu amabilitate NOAA / U.S. Departamentul de comerț

Folosind ceea ce am învățat de la viața de pe Pământ, ce putem spune despre viața extraterestră? În timp ce probabil ar fi mult diferit de viața de pe Pământ, viața extraterestră ar respecta probabil anumite orientări universale, așa cum o face viața care variază pe Pământ. Aceste linii directoare sau reguli fundamentale includ următoarele:

Viața străină ar fi guvernată de legile fizicii și chimiei.

Viața extraterestră s-ar baza pe un anumit tip de chimie (eliminarea conceptului de sci-fi a ființelor cu energie pură).

• Solvent - Pe Pământ, solventul pentru toate biochimicele noastre este apa lichidă. Alte substanțe chimice pot fi de asemenea solvenți, cum ar fi amoniacul, metanul, hidrogenul sulfurat sau fluorura de hidrogen.
• Temperatura - Durata de viață străină poate necesita temperaturi la care solventul său poate rămâne lichid.
• Presiune - Viața extraterestră poate necesita presiuni (și temperaturi) de mediu care să permită existența solvenților în trei stări de materie (solid, lichid, gaz).
• Sursa de energie - Lucrurile vii necesită energie pentru a rămâne organizat. Această energie poate proveni dintr-o stea sau dintr-o energie chimică sau geotermală (ca în evacuările hidrotermale și izvoarele termale). În orice lume extraterestră, ar trebui să existe o sursă de energie pentru a susține viața.
• Molecule complexe - Lucrurile vii pe Pământ sunt organizate și formate din molecule complexe, pe bază de carbon, care îndeplinesc funcții biochimice. Carbonul este un atom versatil care poate forma legături cu până la alți patru atomi, sub multe forme, pentru a realiza molecule. Deși nu este la fel de versatil ca carbonul, siliconul poate forma, de asemenea, până la patru legături cu alți atomi și a fost propus ca bază pentru molecule de viață extraterestră (au fost propuse și molecule de hibrid siliciu-carbon). Este probabil ca formele de viață extraterestre să aibă un tip de moleculă complexă pentru a îndeplini funcții similare.
• Molecula informațională - În organismele Pământului, acidul dezoxiribonucleic (ADN) este o moleculă complexă care transportă informații genetice și direcționează formarea altor molecule pentru ca viața să se reproducă și să funcționeze. Deoarece o caracteristică a vieții este că ea se reproduce, se pare că formele de viață extraterestre ar avea și un fel de moleculă informațională.

Ființele extraterestre mai mari decât microbii ar avea unele echivalente de celulele. Pe măsură ce un organism devine mai mare, volumul său intern (funcția cubică) crește mai repede decât suprafața sa (funcția pătrată). Aceasta limitează dimensiunea organismului, deoarece substanțele din exteriorul organismului trebuie să treacă în și în întregul organism prin difuzie, care depinde de suprafețe mari, distanțe scurte și diferențe de concentrații. Pe măsură ce un organism crește, distanța până la centrul său crește și difuzarea devine mai lentă. Pentru a menține distanțele de difuziune viabile, un organism trebuie să aibă multe celule mici în loc de o celulă mare. Deci, un extraterestru ar fi multicelular dacă este mai mare decât un microb. (Nu ne-am aștepta să găsim un organism cu o singură celulă de anii-lumină, precum cel înfățișat în episodul original Star Trek „Sindromul imunității.”)

Viața extraterestră ar evolua și s-ar adapta împrejurimilor sale prin teoria evoluției, așa cum s-a explicat anterior.

Machiajul fiziologic al unui extraterestru multicelular ar fi cel mai potrivit mediului său. Sistemele de organe ar fi adaptate condițiilor de mediu, cum ar fi temperatura, umiditatea și gravitația.

• Străinul ar avea un fel de a aduce solide, lichide și gaze în corpul său, de a le distribui în fiecare celulă și de a elimina produsele reziduale (echivalenți de inimă, vase de sânge și rinichi, de exemplu).
• Străinul ar putea să ia energie din împrejurimile sale, să extragă energia și să elimine deșeurile.
• Străinul ar avea simțuri (cum ar fi vederea, sunetul, atingerea) pentru a obține informații din mediul înconjurător și pentru a răspunde la stimuli (în timp ce folosim viziunea ca simțul nostru primar, acest lucru poate să nu fie adevărat pentru extratereștri). De asemenea, ar avea un tip de creier sau sistem nervos pentru a procesa informațiile.
• Străinul ar avea anumite mijloace de reproducere, fie sexuale, fie asexuale.

Organismele extraterestre ar avea probabil structuri ecologice similare vieții de pe Pământ.

• Mărimea populației ar fi limitată pe baza predominanței alimentelor, a prădătorilor, a bolilor și a altor factori de mediu.
• Forme de viață extraterestre ar exista în lanțurile alimentare și pe pânzele alimentare în mediul lor natal, precum viața de pe Pământ. Producătorii vor face alimente, consumatorii vor mânca producători și / sau alți consumatori, iar descompunătorii vor recicla atomii și moleculele din organismele moarte înapoi în mediu.
• Formele de viață extraterestră vor fi integrate cu habitatele și ecosistemele lor, precum viața de pe Pământ.

După cum puteți vedea, viața de orice fel este intim legată de mediul său, astfel încât caracteristicile planetei ar fi extrem de importante în determinarea caracteristicilor formei de viață.

Având în vedere aceste reguli fundamentale și, deoarece nu au fost descoperite în mod concludent forme de viață extraterestră, fiziologia extraterestră se află pe tărâmul imaginației noastre. Autorii de știință-ficțiune, în special cei „grei” care încearcă să adere strict la știința reală, fac acest lucru de ani buni. Proiectează sau construiesc o lume, lucrându-și cu atenție caracteristicile fizice, astronomice și ecologice. ce tip de extratereștri ar putea exista în acea lume.Un exemplu de astfel de exercițiu de construire a lumii poate fi găsit la Proiectul Epona, unde mai mulți scriitori de știință-ficțiune s-au reunit pentru a crea o lume numită Epona, completată de planete, geologice și ecologice. date.Un artist, Steven Hanly, a creat creaturi Epona.

Pentru romanul său „Misiunea gravitației”, Hal Clement a creat o lume numită Mesklin care înconjoară o stea dublă. Mesklin se rotește o dată la optsprezece minute și are o formă aplatizată cauzată de rotația sa. Gravitatea lui Mesklin variază de la trei ori mai mare decât Pământul, la ecuator, până la șapte sute de ori la poli. Mesklin are o atmosferă cu hidrogen și oceane de metan. Mesklinitele, una dintre formele de viață ale planetei, sunt creaturi mici, asemănătoare cu centipede, făcute dintr-o proteină scheletică a insectelor numită chitină. Au 18 perechi de picioare care se termină în picioare asemănătoare cu sucitorul, cioburi înainte pentru apucare, un sistem circulator puternic și absorb hidrogenul direct prin cojile lor. Sunt extrem de puternici - rezultat al trăirii pe o lume cu gravitație înaltă, dar au frica de a fi ridicați, deoarece căderea de la o înălțime mică ar putea fi fatală pentru o gravitate atât de mare. (Vezi "Ghidul lui Barlowe pentru extratereștri" și "Știința străinilor" pentru descrieri ale mesklinitelor și ale altei vieți extraterestre.)

La noi, am avut în vedere o lume extraterestră și forme de viață extraterestre. În lumea noastră, planeta orbitează pe o stea strălucitoare. Doar 10 la sută din lume este acoperită cu apă de suprafață, dar în întreaga masă terestră există buzunare cu apă care se adună sub nisipuri de precipitațiile rare. Mediul este cald și arid, iar soarele este luminos. Planeta este masivă și are o gravitate de o sută de ori mai puternică decât cea a Pământului. Atmosfera este un amestec de aer asemănător Pământului cu heliu, oxigen și dioxid de carbon.

Cele două forme de viață extraterestră pe care le avem în vedere pentru această lume sunt animalele - prădători mobili care trăiesc în jurul celor câteva corpuri mici de apă de suprafață ale planetei. Ambii extratereștri au o înălțime scurtă, de aproximativ 1 centimetru (30 de centimetri), cu membre groase pentru a-și susține greutatea împotriva imensității gravitaționale. Ambele au acoperiri groase sau piei pentru a minimiza evaporarea și a conserva apa. Pentru a aduna informații, unul se bazează în primul rând pe vedere, în timp ce celălalt folosește simțuri chimice (gust și miros).

Acest conținut nu este compatibil pe acest dispozitiv.

Lashlarm, un animal extraterestru

Lashlarm este primul nostru prădător extraterestru. Pare un vas de toaletă de mers. Porțiunea gurii este susținută de trei picioare tulbure conectate la un piedestal plat. Sub piedestal sunt multe solzi, astfel încât piedestalul alunecă pe suprafața nisipului la fel cum un șarpe se mișcă de-a lungul solului. Are mai multe apendice senzoriale care îi permit să localizeze prada prin mijloace chimice. Vânează în apropierea corpurilor mici de apă de suprafață, simțindu-se de-a lungul marginii apei și gustând nisipul și apa pentru alte animale. La localizarea pradei, Lashlarm se ghemuiește în jos și alunecă spre ea. Lashlarm deschide apoi gura mare și izvorăște peste pradă, înghițind-o întreagă.

Acest conținut nu este compatibil pe acest dispozitiv.

Nirba, un prădător extraterestru

Nirba este puțin mai mare decât Lashlarm. Trăiește în apă, aproape de margine, la fel ca un crocodil sau aligator, dar nu este pe deplin acvatic. Nirba iese în pradă altor animale care coboară în apă, în special Lashlarm. Are un cap mare, cu nările situate deasupra nasului, astfel încât să poată respira în timp ce în mare parte este scufundat. Nirba are pielea groasă, pentru a preveni deshidratarea în timp ce iese din apă în soarele fierbinte și picioarele mari, musculare din față, cu gheare mari pentru uciderea pradei sale. O coadă lungă îl ajută să înoate în apă, iar capătul „săgeată” ajută la vânătoare și apărarea teritorială.

Pentru mai multe informații despre viața extraterestră și subiecte conexe, consultați linkurile de pe pagina următoare.

Referințe de speculare extraterestre

• „Știința străinilor”
• "Ghidul lui Barlowe pentru extratereștri"
• „Societăți extraterestre și străine”
• "Lumea-Building"
• „Împărtășirea universului: perspective asupra vieții extraterestre”

Legături conexe

• Cum funcționează SETI
• Cum funcționează vânătoarea planetelor
• Cum funcționează Marte
• Cum funcționează stelele
• Cum funcționează celulele
• Cum îți funcționează inima
• Cum funcționează sângele
• Cum funcționează rinichii
• Cum funcționează mușchii
• Cum funcționează sistemul dumneavoastră imunitar
• Cum funcționează plămânii

Mai multe legături grozave

• PBS: Viața dincolo de Pământ
• Biologie planetară
• Astrobiologie: Universul viu
• Pagina de start a Institutului de Astrobiologie NASA
• Instituția oceanografică Woods Hole: Dive and Discover - Expeditions to the Seafloor
• Introducere în Arhaea: Extremii vieții ...