Wie würde die Biochemie einer im Vakuum lebenden Kreatur aussehen?

Keine Antwort, aber ein paar Hinweise:

Eine wichtige Entscheidung ist, bei welcher Temperatur Ihr Lebewesen lebt. Einer der Vorteile der kontrollierten Temperatur besteht darin, dass Sie nicht für jeden Temperaturbereich, in dem Sie leben, eine Reihe verschiedener Enzymsysteme benötigen. Der Stoffwechsel von Säugetieren ist aufgrund unserer kontrollierten Körpertemperatur viel einfacher als der Stoffwechsel von Amphibien.

Temp wird logarithmisch sein: Denken Sie in Prozenten der Temperatur in Kelvin. Wenn Ihr Tier flüssiges Helium als Kreislaufflüssigkeit verwendet, lebt es zwischen etwa 2 und 4 K. Wenn es Paraffin verwendet, lebt es bei etwa 200 K.

Die Temperatur bestimmt, was eine Flüssigkeit sein kann. Ein Leben ohne eine Flüssigkeit, die als Träger von Stoffen fungiert, geht so weit über unsere Erfahrung hinaus, dass es nur eine Vermutung ist. Jedes Lösungsmittel hat einen Temperaturbereich, in dem es funktioniert. Wasser ist hier eine schlechte Wahl. Ohne Druck sublimiert es von Eis zu Gas ohne flüssigen Zustand. Sie benötigen also eine Flüssigkeit, die im Vergleich zu ihrem Gefrierpunkt einen niedrigeren Dampfdruck als Wasser hat. Bei kalten Temperaturen kann Propan funktionieren, bei höheren Temperaturen kann Benzin oder Dieselkraftstoff funktionieren.

Das Chemical Rubber Handbook (manchmal auch als „Buch der Zufallszahlen“ bezeichnet) enthält Gefrier- und Siedepunkte vieler Flüssigkeiten sowie Dampfdruckkurven für einen kleineren Satz.

Wasser ist sehr polar und kommt dem „universellen Lösungsmittel“ nahe. Alle oben genannten sind unpolar und haben eine begrenzte und sehr unterschiedliche Menge von Dingen, die sie auflösen. Wenn Sie ein anderes polares Lösungsmittel finden, das im Vakuum flüssig ist, wird die Chemie einfacher.

Bei allen Flüssigkeiten kann durch gelöste Stoffe der Gefrierpunkt gesenkt und der Siedepunkt erhöht werden. Eine Mischung kann also besser funktionieren als jede Flüssigkeit allein.

Vielleicht möchten Sie das Tier unter Druck setzen. Wenn es eine zähe Haut hat, kann es möglicherweise einen Innendruck aufrechterhalten, der ausreicht, um etwas flüssig zu halten, das sonst verdampfen würde.

Was den Lebensunterhalt betrifft: Eine Art Photosynthese, um Licht in gespeicherte Energie umzuwandeln. Entweder hat es Diamant-/Wolframkarbidzähne, um Asteroiden zu zernagen, oder ein sehr feines Netz, um winzige Staubmengen vom Sonnenwind einzufangen.

Ein Ökosystem ist komplex. Benötigt bestimmte Rollen – vereinfacht:

• Primärproduzent – ​​Pflanzen, etwas, das vom Licht lebt.
• Hauptverbraucher -- Pflanzenfresser, etwas, das seine Energie aus dem Verzehr der Produzenten bezieht
• Preditor – etwas, das die Verbraucher frisst.
• Zersetzer – Lebewesen, die die Bits und Stücke in Dinge recyceln, die Primärproduzenten verwenden können.

Es gibt auch Nährstoffkreisläufe: Der Weltraum ist riesig. Wenn Sie sich nicht auf einem Planeten ohne Atmosphäre befinden, müssen Sie sich damit befassen, wie Nährstoffe in ein Lebewesen zurückgebracht werden können.

Beginnen wir mit einem autotrophen Archon. Bacteriorhodopsin ist ein energieeinfangendes Pigment, das von einigen dieser Menschen des Altertums verwendet wird.

Bacteriorhodopsin ist ein Protein, das von Archaea verwendet wird, insbesondere von Halobacteria, einer Klasse der Euryarchaeota. Es wirkt als Protonenpumpe; Das heißt, es fängt Lichtenergie ein und verwendet sie, um Protonen durch die Membran aus der Zelle zu bewegen. Der resultierende Protonengradient wird anschließend in chemische Energie umgewandelt... Das Bakteriorhodopsin-Molekül ist violett und absorbiert am effizientesten grünes Licht (Wellenlänge 500-650 nm, mit dem Absorptionsmaximum bei 568 nm).

Dies ist eine lichteinfangende Technologie aus der Zeit vor dem großen Ereignis der Sauerstoffanreicherung. So wie ich es verstehe, gibt es keinen Sauerstoff, Schwefel oder andere Nebenprodukte. Es ist Licht, ein Molekül und Protonen.

Ich war überrascht, wie wenig harte metabolische Biochemie ich darüber finden konnte, wo Bakteriorhodopsin verwendende Organismen organischen Kohlenstoff zum Aufbau ihres Körpers erhalten. Dieser alte Artikel liefert Indizienbeweise dafür, dass [Halobakterien ihre Fähigkeiten zum Einfangen von Lichtenergie nutzen können, um CO2 zu fixieren.] Aber ich konnte keine Biochemie darüber finden, wie sie dieses Kunststück vollbringen. ( https://aslopubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.4319/lo.1983.28.1.0033) Wahrscheinlich können einige mit CO umgehen, das auf der alten Erde ein häufigeres Molekül gewesen wäre. Vielleicht war es ohne Energiebedarf keine große Sache, Kohlenstoff für strukturelle Zwecke zu finden. Wenn es in einer nährstoffarmen Umgebung nicht viel Konkurrenz gibt und Sie Ihre Energie direkt aus Licht gewinnen können, können Sie vielleicht genug natürlich vorkommenden organischen Kohlenstoff auftreiben, um ihn ausschließlich für anabole Prozesse zu verwenden.

Diese Raumbewohner werden in Kometen leben. Kometen haben alle Elemente, die für das Leben von Archaebakterien notwendig sind.

https://universe-review.ca/F07-planets08.htm

https://pubs.acs.org/cen/news/84/i29/8429notw1.html

Eine überraschende Beobachtung ist, dass Kometen eine Mischung aus Materialien enthalten, die sich bei sehr unterschiedlichen Temperaturen bilden. Der Fund deutet darauf hin, dass die Materialien separat erzeugt und irgendwie miteinander vermischt wurden, während sie einen Kometen bildeten.

Lisse bemerkt: „Es ist wirklich schön zu sehen, dass die Materialien, die wir finden, alle einfach sind und was man erwarten würde, wenn Sie heute alles im Sonnensystem verdampfen und es dann unter Rühren langsam abkühlen lassen.“

Die Oberfläche eines Kometen ist für Leben nicht geeignet - zu viel Strahlung und das Vakuum werden sie zum Kochen bringen. Diese Dinge werden unten im Kometen leben und vielleicht hinter größeren festen Komponenten (wie der vorderen felsigen Kruste) Zuflucht suchen, die sie vor harter Strahlung schützen können. Das sichtbare Licht, das sie erreicht, wird nicht absorbiert, sondern vom Eis gestreut und so zu kürzeren Wellenlängen verschoben; Blau und Grün. Sie können diesen Effekt in dieser Gletscherhöhle sehen, wo längere Wellenlängen herausgefiltert werden.

Diese Art von Forschung steht noch am Anfang, aber es gibt Hinweise darauf, dass Organismen, die an die Gewinnung von kurzwelliger Lichtenergie angepasst sind, einen großen Teil der Ökosysteme des Tiefseeeises ausmachen.

Proteorhodopsin-tragende Bakterien im antarktischen Meereis

Sonnenstrahlung, die die Produktion und das Wachstum von SIMCO reguliert (22), wird im Meereis stark gestreut, und das energiereichere blaue Licht überwiegt (16). Angesichts der Fülle von Mikroalgen in den unteren 5 bis 10 cm des einjährigen Festeises liegt das einzige verfügbare Licht für prokaryotische Phototrophe am Boden des Eises im grünen Wellenband (31). Die disjunkte Verteilung grün- und blauabsorbierender PRs über eine Entfernung von mehr als 300 km, die in unserer Studie aufgedeckt wurde, deutet auf eine Reaktion auf die Lichtumgebung hin und deutet ferner darauf hin, dass diese Organismen im Eis funktionsfähig sein und nicht einfach während der Eisbildung dort gefangen sein könnten . Wenn dies zutrifft, könnten sie eine wichtige Rolle im mikrobiellen Meereis-Ökosystem spielen, entweder als Mittel zur Energiegewinnung oder über eine sensorische Rolle.

Das ist kein besonders kreatives Weltenbauen: Komet statt Meereis, Archaebakterien tun, was sie im Kometen statt im Meereis tun. Man könnte kreativer werden, indem man die Archae nach Art eines Schleimpilzes zu einem Teil eines kolonialen Organismus macht - vielleicht sind nach vorne gerichtete Energie einfangende Komponenten ohne DNA, damit sie nicht mutieren. Wenn der Organismus in der Lage ist, Licht zu erkennen, könnte er seinen Kometen bis zu einem gewissen Grad steuern, indem er flüchtige Materialien von der einen oder anderen Seite freilegt, wodurch der Komet auf seinen Weg gebracht wird, um Nährstoffe optimal zu ernten. Die Kreatur würde sich während der langen dunklen Reise am äußersten Rand der Kometenbahn abschalten. Sporen würden vom Schweif abgestoßen, in der Hoffnung, eines Tages von einem anderen vorbeifliegenden Kometen abgefangen zu werden.

Hinsichtlich der Zusammensetzung sind Silizium und Kohlenstoff die wahrscheinlichsten Bausteine ​​für das Leben. Im Weltraum ist Silizium häufiger und kann in Weltraumfelsen gefunden werden. Kohlenstoff kann auch in Weltraumgestein gefunden werden, ist aber weniger verbreitet und bildet seltener Gesteine. Jedes andere Element als diese beiden scheint ziemlich unwahrscheinlich, da nur diese beiden leicht Bindungen zum Aufbau von Leben eingehen und in angemessenen Mengen im Weltraum gefunden werden können.

Was auch immer Ihre Kreatur ist, eine spezielle Methode, um siliziumbasierte Gesteine ​​​​zu zerkleinern und das Material zu integrieren, ist wahrscheinlich ein Muss.

Jede Art von Leben benötigt eine Form von Lösungsmittel, um zu funktionieren. Wasser, Ammoniak, Methan, Schwefelsäure usw. Aber wie wäre es, wenn Sie das Vakuum selbst als Lösungsmittel verwenden?

Bei der Visualisierung der internationalen Funktionsweise von Zellen sehen wir oft verschiedene Moleküle, Enzyme und Maschinen, die frei durch einen transparenten Hintergrund schweben, während die Anwesenheit von Wasser selbst oft weggelassen wird. Dies ist als Implied-Water-Modell bekannt.

Das Vorhandensein eines flüssigen Lösungsmittels bewirkt hauptsächlich diese beiden Dinge: Es hilft, ähnliche Strukturen anzuordnen, wenn es um Polarität geht, und es hilft, Moleküle zu diffundieren.

Die Selbstorganisation, Faltung, Andockung und Anordnung von Molekülen kann jedoch auch in einer gasförmigen Umgebung erfolgen, die häufig ein (sehr hohes) Vakuum erfordert. Zum Beispiel Molekularstrahlabscheidung, Plasmaabscheidung/Reinigung/Synthese und Bildung von Buckyballs, Aerogelen und anderen exotischen chemischen Konstrukten. Tatsächlich BENÖTIGEN die ursprünglichen Nanobots und molekularen Assembler ein sehr hohes Vakuum, um überhaupt zu funktionieren!

Es gibt zwei mögliche Wege: diamantoide Mechanosynthese und gasförmige Selbstorganisation.

Stellen Sie sich für die erste Art von Leben die Spalten und/oder andere Kontakte eines geeigneten Gesteins/Minerals im Vakuum vor: Gesteine ​​schleifen durch eine periodische Kraft, zum Beispiel thermische Ausdehnung oder seismische Aktivität, aneinander ab.

Kleine Partikel adsorbieren bestimmte Moleküle, geleitet von einem in die Felsen geätzten Muster, das Partikel fügt der Reihe nach Moleküle hinzu und bildet die Grundkomponenten des Lebens. Jetzt könnten die Muster selbst durch einen anderen Prozess kopiert werden, zum Beispiel ein Molekül, das an beiden Enden eine Art Verbindungsstück hat, das wie die Nadel eines Plattenspielers funktioniert und das Muster von einem Kristall auf einen anderen ätzt und umgekehrt umgekehrt. Wenn eines der Muster zufällig dasjenige ist, das diese replizierenden Stifte durch einen Prozess herstellt, wird es dominanter, und dies würde dann zu einem Fehler führen, mehr Moleküle rekrutieren und anfangen, Komponenten der Muster selbst zusammenzubauen. Erschaffung einer Form von diamantoidem Leben.

Denken Sie für die zweite Art von Leben an das implizite Wassermodell, aber ändern Sie den „Lösungsmittel“-Raum mit dem tatsächlichen Vakuum des Raums.

Stellen Sie sich einen Ort vor, der sehr heiß ist, um die meisten Materialien gasförmig zu halten, und ohne Schwerkraft, um zu bewirken, dass Moleküle auf eine Seite des Behälters fallen, und dieser Raum ist mit einem Gas mit niedrigem Druck gefüllt. Nun könnten die Moleküle innerhalb eines solchen Raums drei Arten von Wechselwirkungen erzeugen: Elektrostatische, Londoner Dispersion und Pi-Pi-Wechselwirkungen: Die erste bewirkt, dass sich ungleiche Ladungen anziehen, die anderen beiden bewirken, dass sich gleiche Oberflächen anziehen. Der niedrige Druck und die hohe Temperatur helfen den Molekülen, übereinander zu diffundieren, genau wie es ein Lösungsmittel für das „normalere“ Leben tun würde.

In diesem Raum strahlen Polymere Wärme ab, kollidieren mit kleinen Molekülen (Gasen) und nehmen folglich eine bestimmte Form oder Faltung an. Schwingungsübergänge würden die Moleküle abkühlen, und neu gebildete Polymere würden sich falten. Gefaltete Polymere würden dann eine Vielzahl von Reaktionen katalysieren, von denen viele bekanntermaßen in einer Gasphase ablaufen. Eines dieser Polymere besteht aus Einheiten, die eine Form bilden, die zueinander komplementär ist, Adamantane, PAKs und andere Arten von Chemikalien, die Wasserstoffbrücken bilden. (Wasserstoffbrücken erfordern (technisch) kein Lösungsmittel)

Einige dieser Polymere würden die Polymerisation des Polymers selbst durch die komplementäre Form der Moleküle katalysieren und das erste selbstreplizierende Molekül innerhalb dieser Umgebung bilden. (Beachten Sie, dass die meisten Nicht-Protein-Lösungsmittel in der modernen Zelle Konzentrationen von mmol bis umol pro Liter aufweisen, was einem Druck von einigen hundert Torr entspricht), dann andere Moleküle, dann der erste molekulare Assembler auf Polymerisationsbasis (nicht unbedingt das Ribosom), kapseln die resultierende Mischung mit einer Art polymerer Barriere ein, und Sie erhalten fast genau die gleiche Art von Leben wie Ihre alltäglichen Zellen, mit allem, von DNA-Analoga bis hin zu Proteinanaloga, außer dass der implizite Wasserhintergrund der Zelle ersetzt wird ein Vakuum (eigentlich niedriger Druck, hohe Temperatur, gasförmig) Hintergrund in der Schwerelosigkeit.