Ist die Gestaltung von außerirdischem Leben immer noch nur Science-Fiction?

Zuerst können Sie sich diesen Wikipedia-Eintrag ansehen: Hypothetical Types of Biochemistry . Ich warne Sie davor, dass der wissenschaftliche Nutzen vieler dieser Hypothesen nicht groß ist, da sie zumindest derzeit nicht überprüfbar sind.

Zweitens erinnerte Ihre Frage an einige aktuelle Forschungsergebnisse von zwei Gruppen von Wissenschaftlern auf dem Gebiet der synthetischen Biologie, die Ihre Frage in gewisser Weise beantworten könnten. Diese werde ich im Folgenden kurz erwähnen.

Wissenschaftler versuchen, synthetische Organismen mit minimalen Genomen zu schaffen (solche, in denen jedes Gen essentiell ist). In einer der neueren Studien ( Hutchison CA, et al. 2016. Design and Synthesis of a Minimal Bacteral Genome. Science. ) schalteten sie zufällig Gene eines Organismus aus und stuften sie dann, basierend auf Überleben und Wachstum, als essentiell ein , nicht-essentiell und quasi-essentiell (Löschung führt zu Wachstumsbeeinträchtigung). Sie waren dann in der Lage, das Genom auf 473 Gene zu reduzieren, von denen sie behaupten, dass sie „ein Genom haben, das kleiner ist als das jeder autonom replizierenden Zelle, die in der Natur vorkommt“.

Wichtige Punkte aus dieser Recherche in Bezug auf Ihre Frage:

• Von den 473 oben beschriebenen Genen im Organismus haben 149 eine unbekannte Funktion. Mit anderen Worten, wir haben immer noch ein begrenztes Verständnis davon, was genau für die grundlegende Biochemie des Lebens auf der Erde erforderlich ist. Um den Artikel zu zitieren:

  ...den ~31% der Gene konnten keine biologischen Funktionen zugeordnet werden... Dennoch wurden in diversen Organismen potentielle Homologe für einige davon gefunden. Viele dieser Gene kodieren wahrscheinlich universelle Proteine, deren Funktionen noch charakterisiert werden müssen.

• Darüber hinaus versuchten die Forscher vor ihrem oben beschriebenen Knockout-Ansatz, minimale Genome durch rationales Design zu erstellen. Beachten Sie, dass dies keine neuen Organismen entwirft, sondern Gene aus einem bestehenden Genom löscht, je nachdem, ob sie für wesentlich gehalten werden. Sie versagten. Zitieren einer Pressemitteilung (Hervorhebung hinzugefügt):

  [Die Forscher] bildeten zunächst zwei Teams mit jeweils derselben Aufgabe: das gesamte verfügbare genomische Wissen zu nutzen, um ein bakterielles Chromosom mit dem hypothetischen minimalen Genom zu entwerfen. Beide Vorschläge wurden dann synthetisiert und in M. capricolum transplantiert , um zu sehen, ob einer der beiden einen lebensfähigen Organismus hervorbringen würde. „Die große Neuigkeit ist, dass wir versagt haben“, sagt Venter. "Ich war überrascht." Keines der Chromosomen produzierte eine lebende Mikrobe. Es sei klar, sagt Venter, dass „ unser aktuelles biologisches Wissen nicht ausreicht, um sich hinzusetzen und einen lebenden Organismus zu entwerfen und zu bauen “.

In einem anderen Forschungsbereich versuchen Wissenschaftler, synthetische Zellen auf der Grundlage von selbstreplizierender RNA und Kompartimentierung durch spontane Bildung von Fettsäurevesikeln zu schaffen, die vielleicht etwas plausibel nachahmen, wie Leben auf der Erde entstanden sein könnte. Dieser Übersichtsartikel ( Blain und Szostak. 2014. Progress Toward Synthetic Cells. ‎Annu Rev Biochem. ) könnte für Sie von Interesse sein und in ihren Worten:

[fokussiert] auf Bottom-up-Ansätze zum Aufbau künstlicher Zellen aus molekularen Komponenten oder Subsystemen. Wir diskutieren nicht den Top-down-Ansatz, Gene aus existierenden Organismen systematisch zu entfernen, um ein minimales Genom zu erreichen, noch betrachten wir die Schaffung neuer Zelltypen durch Genomsynthese oder umfassende Genombearbeitung.

Sie sagen in dem Artikel (Hervorhebung hinzugefügt):

In-vitro-Translationssysteme wurden erfolgreich in Vesikel eingebaut, was zu einer effizienten Synthese von Proteinen führte ... Die Replikation des gesamten Systems, einschließlich DNA- und RNA-Polymerasen, Transkriptions- und Translationsfaktoren, Transfer-RNAs, des Ribosoms und anderer Komponenten, ist es jedoch immer noch ein fernes Ziel , und Vorschläge dazu beinhalten mehr als 100 Gene. Die richtige Koordination der Replikation eines solch großen synthetischen Systems kann zusätzliche regulatorische Komponenten erfordern.

Botschaft zum Mitnehmen: Wir sind noch nicht in der Lage , lebende Organismen, die auf bekannter Biologie basieren, de novo zu entwerfen oder zu erschaffen , geschweige denn Organismen, die auf einer hypothetischen Biologie eines anderen Planeten basieren.

Die Antwort auf diese Frage kann so weit gehen wie die Vorstellungskraft eines jeden. Also werde ich nur sagen, warum die Antwort so ist, und versuchen, wo immer möglich, wissenschaftliche Fakten (möglicherweise mit Referenzen) einzubeziehen.

Einfache Antwort: Die Gestaltung außerirdischer Lebensformen auf der Grundlage aktueller theoretischer und praktischer Erkenntnisse der Wissenschaft (falls Sie das meinen) ist immer noch und scheint nur ein Gebiet der Science-Fiction zu bleiben.

Warum? Denn die vorgeschlagenen Organismen können einfach unbegrenzt sein. Auch wenn dieses Gebiet als Wissenschaft reift, wird es so groß bleiben wie das Universum selbst, denn der Spekulation und Vorstellungskraft sind buchstäblich keine Grenzen gesetzt. Erst kürzlich sind sich Forscher einig, dass die Entdeckung menschenähnlicher Organismen viel viel unwahrscheinlicher ist, als jeder Laie denkt. Tatsächlich gibt es dafür sogar eine Formel, die nach Frank Drake, der sie vorgeschlagen hat , als Drake-Gleichung bekannt ist. Die Gleichung lautet:

$N = R^* \times f_p \times n_e \times f_l \times f_i \times f_c \times L$

wo:

• $R^* =$die durchschnittliche Sternentstehungsrate in unserer Galaxie
• $f_p =$der Anteil der gebildeten Sterne, die Planeten haben
• $n_e =$die durchschnittliche Anzahl von Planeten pro Stern, die potenziell Leben unterstützen können
• $f_l =$der Bruchteil dieser Planeten, fl, die tatsächlich Leben entwickeln
• $f_i =$der Bruchteil der lebenstragenden Planeten, auf denen sich intelligentes, zivilisiertes Leben entwickelt hat
• $f_c =$der Bruchteil dieser Zivilisationen, die Kommunikationstechnologien entwickelt haben, dh Technologien, die nachweisbare Zeichen in den Weltraum aussenden
• $L =$die Zeitspanne, in der solche Zivilisationen nachweisbare Signale abgeben

Offensichtlich fällt diese Antwort sehr klein aus, was bedeutet, dass intelligentes Leben sehr schwer zu finden ist. Aber das bedeutet nicht, dass es schwierig ist , das Leben zu finden. Und diese Behauptung erhält noch mehr Unterstützung, wenn Wissenschaftler Wasser auf dem Mars und sogar Quecksilber finden ! Nun, um ein wenig Wissen zu vermitteln, dieses Feld ist nicht wirklich grenzenlos; es gibt (mindestens) zwei Grenzen (dh ich schließe keine mehr ein). Die erste Grenze ist die Quelle von flüssigem Wasser$^*$. Nun, da man weiß, dass Wasser fast überall leicht zu finden ist, scheint dies nicht allzu schwierig zu sein. Eine andere ist Energiequelle . Das ist jetzt schwierig. Das Problem bei der Entdeckung von Leben (zumindest in naher Zukunft) ist der Bereich, in dem wir suchen. Die meisten Suchen (natürlich mit Teleskopen) werden in der Nähe von roten Zwergsternen durchgeführt. Dafür gibt es einige Gründe:

• Rote Zwergsterne sind ziemlich stabil
• Sie haben eine sehr lange Lebensdauer
• Sie sind ziemlich weniger glänzend (was die Beobachtung erleichtert)
• Sie könnten die Heimat vieler Supererden sein

Weniger Glanz bringt aber auch ein Problem mit sich: zu wenig Energie zum Leben. Rote Zwergsterne geben den größten Teil ihrer Strahlung im Infrarotbereich des Spektrums ab, was für Pflanzen (zumindest auf der Erde) ziemlich nutzlos ist. Um nun in einem Roten-Zwerg-System zu überleben, müssen Pflanzen Infrarotlicht einfangen. Somit werden die spekulierten Pflanzen in Roten-Zwerg-Systemen pechschwarz sein, nur um mehr Energie zu absorbieren. Außerdem sind rote Zwergsterne ziemlich leicht, weniger als 7,5 % der Sonne. Das bedeutet, dass sie weniger Gravitationskraft haben, dh sie werden viel leichtere Planeten in ihrer Goldilocks-Zone haben. Nun, viel leichtere Planeten bedeuten viel weniger Schwerkraft auf der Oberfläche des Planeten. Daher werden die spekulierten Pflanzen in Roten-Zwerg-Systemen viel höher sein als Pflanzen auf der Erde. Aber weniger Schwerkraft bedeutet auch viel weniger Luftdichte selbst an der Oberfläche. Jetzt können Sie es selbst interpretieren. Und, nicht nur zu Ihrer Überraschung, es wäre absolut keine Überraschung, wenn ein Satellit in Zukunft Leben auf Siliziumbasis entdecken würde, denn es ist wirklich möglich , dass Leben aus Silizium statt aus Kohlenstoff entsteht!

$^*$warum ich ständig sage, dass flüssiges Wasser einen Grund hat. Wasser ist tatsächlich einer der ganz wenigen Kandidaten, die der Aufrechterhaltung von Lebensformen dienen können. Es ist eine von einer Handvoll Flüssigkeiten, die bei der gewünschten Temperatur flüssig sind. Wie man meinen könnte, kann Leben unterhalb einer bestimmten Temperatur nicht überleben, einfach weil die Flüssigkeit unterhalb dieser Temperatur die gesamte Stoffwechselwärme des Organismus absorbieren und verdampfen würde. Es ist also durchaus relevant, hier von flüssigem Wasser zu sprechen.

Was ich sagen wollte, ist, dass es technisch gesehen keine Grenzen für die Gestaltung außerirdischer Lebensformen gibt, solange Sie über das gesamte Universum sprechen. Das zählt also nicht wirklich als Wissenschaft. science definitionWenn Sie bei Google suchen , erhalten Sie schließlich Folgendes:

die intellektuelle und praktische Tätigkeit, die das systematische Studium der Struktur und des Verhaltens der physischen und natürlichen Welt durch Beobachtung und Experiment umfasst.

Dies schließt die Vorstellung außerirdischer Lebensformen in keiner Weise ein. Ich glaube also nicht, dass dieses Thema von der wissenschaftlichen Gemeinschaft jemals als wissenschaftlich angesehen werden würde. Wissenschaftlern wird diese Art von Arbeit meist nicht gegönnt, weil sie Naturphänomene gerne beobachten und interpretieren, anstatt sie sich vorzustellen. Wissenschaftler machen Gesetze aus der Natur, anstatt Gesetze auf die Natur anzuwenden. Dennoch gibt es einige Wissenschaftler, die diese Angelegenheit ernst nehmen und wissenschaftliche Arbeiten darüber veröffentlichen. Ich konnte nur eine (PDF) zu diesem Punkt finden. Vielleicht findest du noch mehr im Internet.

Wenn Sie am Ende darüber nachdenken, wie Pflanzen auf einem Planeten in einem Roten-Zwerg-System aussehen würden, könnten Sie bei diesem Ergebnis landen :

Bonus: Die Raumsonde Dawn der NASA hat organisches Material auf Ceres (!) entdeckt. Nun, welche Art von Organismen würden Sie dort erwarten, basierend auf unserem aktuellen Wissen über Ceres?

Gibt es ein biologisches Feld für die Gestaltung des Lebens?

Das Fachgebiet nennt sich Synthetische Biologie. Es ist ein sehr neues Feld. Mit nicht vielen Spielern. Derzeit im Aufbau befindet sich eine synthetische Hefe Sc2.0. Es gibt Versuche, Interesse und Finanzierung für ein synthetisches Säugetiergenom zu bekommen. Das synthetische menschliche Genom HGP-Write.

Ernsthaftere Arbeit ist es, das Leben anzupassen, um etwas zu tun. Dinge, mit denen wir eher vertraut sind, wie GV-Pflanzen. Das gehörnte Vieh. Bessere Rennpferde. etc