Ich interessiere mich seit kurzem für die Möglichkeit von Leben auf Siliziumbasis. Nehmen Sie an, dass sich diese Kreaturen auf einem Planeten ohne Kohlenstoff entwickelt haben (stellen Sie das nicht in Frage, akzeptieren Sie es einfach), also haben sie keinen Kohlenstoff in ihren Körpern. Für diese Frage wäre es auch hilfreich zu wissen, welche Bedingungen für siliziumbasiertes Leben förderlich wären. (Ich habe Kohlenstoff ausgeschlossen, weil ich weiß, dass es für Lebensformen im Allgemeinen effektiver ist, sich damit zu entwickeln.)
Nun, wie würde die chemische Zusammensetzung dieser Kreaturen aussehen? Angenommen, sie sind fast wie Menschen, außer mit Silizium. Würden sie auch aus viel Wasser bestehen oder würden sie Ammoniakblut haben? Hätten sie höhere innere Körpertemperaturen? Müsste sonst noch etwas anders sein?
Basierend auf den Eigenschaften von Silizium würde ich diese Eigenschaften einer siliziumbasierten Lebensform vermuten:
Siliziumverbindungen widerstehen Temperaturen besser als ihre Gegenstücke aus Kohlenstoff, sodass die Lebensform in einer heißen Umgebung leben oder eine hohe Körpertemperatur haben würde.
Silizium kann sich wie Kohlenstoff mit sich selbst verbinden, bildet jedoch schwächere Verbindungen, sodass die Lebensform möglicherweise keine gute strukturelle Integrität aufweist. Es wird möglicherweise nicht groß, oder es würde auf einem kleinen Planeten mit geringer Schwerkraft oder dicker Atmosphäre oder in einer Flüssigkeit leben.
Siliziumoxide sind stabile Verbindungen, daher können die für den Stoffwechsel erforderlichen chemischen Reaktionen langsam ablaufen. Die Kreatur könnte ein langes Leben haben oder sich langsam bewegen, wie Schildkröten.
Silizium oxidiert zu festem Siliziumdioxid - eine Lebensform hätte Schwierigkeiten, einen Feststoff zu entsorgen, so dass sie nicht im gleichen Sinne atmen würde wie wir.
Die auf Silizium basierende Reaktion läuft schnell ab, sodass die Lebensform möglicherweise schnell große Mengen an Energie produziert, aber dies könnte auch bedeuten, dass sie Schwierigkeiten hätte, ihre eigenen Überlebensmechanismen zu kontrollieren.
Für fast jedes organische Molekül können Sie ein Silizium-Analogon herstellen. Die Bindung ist etwas schwächer und die Eigenschaften können sehr unterschiedlich sein. Nehmen und Das eine ist ein farbloses Gas, das Bäume gerne atmen, und das andere ist Quarz. Wir können also kein Lebewesen haben, das einatmet und aus Quarz. oder besser gesagt, Sie können und wahrscheinlich sollten.
Silikone sind die Silikonversionen von Kohlenwasserstoffen, die Energie nicht annähernd so gut speichern, aber verwendet werden, um sie in der Prothetik nachzuahmen. Ich denke, dass Ihre Silica-Männer möglicherweise weicher und gummiartiger sind, als sie normalerweise in Science-Fiction dargestellt werden, wo sie normalerweise Rock-Leute sind.
Das Silica-Zucker-Analogon wäre wahrscheinlich nutzlos, also würden Phosphor und Stickstoff wahrscheinlich verwendet werden, um Energie zu speichern. Vielleicht könnte hier das Ammoniakblut hineinkommen, aber Wasser wäre in Ordnung.
Silizium ist viel weniger vielseitig als Kohlenstoff. Es gibt weder stabile Doppelbindungen zwischen Siliziumatomen noch Ringstrukturen mit delokalisierten Elektronen. Die einzelne Silizium-Silizium-Bindung ist im Vergleich zur Silizium-Sauerstoff-Bindung schwach, daher Silikone. Es gibt keine Silane mit langer Siliziumkette.
Trotzdem wurde vermutet, dass die erste Art von Proto-Leben auf Aluminosilikatmineralien basiert haben könnte. Tone. Sie bilden eine große Vielfalt an Nanokristallen und haben eine gewisse Fähigkeit, organische Kohlenstoffmoleküle zu katalysieren und zu organisieren.
Über einige hundert Millionen Jahre haben die undankbaren Kohlenstoffmoleküle gelernt, wie man ein Leben bekommt, ohne die Tone zu benötigen. Gut möglich, dass die Evolution woanders einen anderen Weg eingeschlagen hat und Tonminerale dort ein wesentlicher Bestandteil aller Lebewesen sind.
Beachten Sie, dass diese Theorie so spekulativ ist, wie es jede Betrachtung des Ursprungs des Lebens sein muss. Nur ein bekanntes Beispiel und fast alle Beweise sind in sehr tiefer Zeit verloren gegangen.
Silizium und Kohlenstoff haben die gleiche Bindungsordnung, aber es gibt viele organische Verbindungen, insbesondere hochkomplexe Verbindungen wie Aminosäuren, für die es keine stabilen Siliziumanaloga zu den Kohlenstoffketten gibt. Silizium ist zu groß , um viele Moleküle zu bilden, da es die normalen (auf Kohlenstoff basierenden) Bindungswinkel zwischen den verschiedenen Komponenten verzerrt. Silizium-Wasserstoff-Bindungen sind auch schwächer als Kohlenstoff-Wasserstoff, so dass langkettige Hydrosilikone einer schnelleren Racemisierung unterliegen, und weil Silizium-Silizium-Bindungen instabil sind, gibt es eine Vielzahl von organischen chemischen Spezies, die es einfach unmöglich ist, mit Silizium anstelle von Kohlenstoff zu bilden.
Leben auf Siliziumbasis mag existieren, aber es wird wahrscheinlich nicht so aussehen wie die Kohlenstoff-Wasser-Chemie, an die wir gewöhnt sind. Ich würde erwarten, so etwas zu sehen; ein hoch dotiertes Silikatgestein, das in seiner Funktionsweise eher einem Computerchip als einem organischen Gehirn ähnelt, oder ein Halbkristall, der einer Art "Elektronen-Ripple"-Chemie unterzogen wird, ähnlich der in künstlichem Chlorophyll, wo eine leichte Instabilität propagiert wird durch ineinandergreifende chemische Ketten in Form eines einzelnen Elektrons, das von Atom zu Atom "geschnippt" wird, wobei die Kettenstruktur intakt bleibt, aber Ladung entlang übertragen wird. Jede Struktur würde komplexe Denkprozesse ermöglichen.
Ich habe immer die Version des Lebens auf Siliziumbasis bevorzugt, die heiß, aber mehr oder weniger menschlich ist, sie haben ein halbkristallines Gehirn vom Typ II (nur weil es leichter neu konfiguriert werden kann und somit besser für die Evolution geeignet ist), das schneller arbeitet, je heißer Sie bekommen. Der Rest des Nervensystems und dessen Funktionen würden von der gleichen Art von System ausgeführt werden. Sie haben eine Körpertemperatur, die in der Mitte des 15. Jahrhunderts ihren Tiefpunkt erreicht, kann aber viel viel höher sein, sie können "atmen", wenn sie sich abkühlen müssen, aber sie atmen nicht in dem Sinne, dass sie chemische Einträge aus der Atmosphäre aufnehmen. Ihre Muskeln bestehen aus einem elektroresponsiven Siliziumpolymer, das bei hohen Temperaturen stabil ist, aber unterhalb der niedrigsten Betriebstemperatur zur Versprödung neigt. Sie bauen eine Schicht "Toter" auf Material, das als Haut fungiert und sich mit zunehmendem Alter verdickt, was ihm ein Aussehen verleiht, das grobem Vulkangestein ähnelt. Sie fressen nur, um sich auszudehnen oder Verwestes zu ersetzenTransurane , die ihre Wärme abgegeben haben, um den Silikat-Thermoelement-Stoffwechsel anzutreiben, sind nicht wirklich "lebendig", wie wir es definieren (sie bleiben in einigen Punkten hinter MRS GREN zurück), aber sie werden es tun.
Nach meinem besten Wissen gibt es zwei weitgehend plausible Möglichkeiten: eine arbeitet bei sehr niedriger Temperatur, die andere bei sehr hoher Temperatur.
Der etwas weniger plausible Weg ist die Verwendung von Silan- (und Silen/Silin-) Verbindungen, möglichst direkt analog zu Kohlenstoffverbindungen. Silane sind nicht so stabil wie Kohlenstoffkettenmoleküle und würden daher eine kältere Umgebung benötigen. Dies bedeutet, dass Sie ein kryogenes Lösungsmittel benötigen, da Wasser nicht ausreicht. Silica, das direkte Analogon zu Kohlendioxid, löst sich gut in verschiedenen organischen Lösungsmitteln (die zur Herstellung von zB Silica-Aerogelen verwendet werden) bei niedrigen Gefriertemperaturen, aber wenn organische Lösungsmittel in der Nähe sind, ist es viel wahrscheinlicher, dass Sie am Ende landen stattdessen mit kryogenem Kohlenstoff-Stickstoff-Leben oder vielleicht ein Hybrid, der gelegentlich Silanmoleküle in eine hauptsächlich auf Kohlenstoff basierende Chemie einbaut. Also, ja, Sie müssen Kohlenstoff so gut wie vollständig eliminieren, und das bedeutet höchstwahrscheinlich, dass Sie ein Ammoniak-Wasser-Gemisch als primäres Biolösungsmittel verwenden.
Die plausiblere Option ist etwas, das auf Silikon (-Si-O-)-Rückgraten basiert, möglicherweise mit organischen Seitenketten. Silikone können angenehm weiche und flexible Moleküle bei für den Menschen angenehmen Temperaturen bilden (wie Silikon-Backgeschirr beweist), aber sie widerstehen hohen Temperaturen recht gut (wie wiederum Silikon-Backgeschirr beweist...) und werden bei höheren Temperaturen vielseitiger. In diesem Fall gibt es ein vernünftiges geophysikalisches Szenario, das die Entwicklung dieser Art von Leben gegenüber rein kohlenstoffbasiertem Leben prädisponieren würde: eine Welt mit großen Mengen an Schwefelsäure, die Kohlenwasserstoffe zersetzt. Sie haben also eine Welt irgendwo zwischen Io und Venus, die viel heißer wird als unsere Welt, was zu einem Verlust von Wasser und Wasserstoff und einer Konzentration von Schwefelsäure führt. Nicht so klein und kalt wie Io und nicht ganz so heiß wie die Venus,Oberflächenflüssigkeit , nicht nur Wolken. Praktischerweise reagiert Schwefelsäure auch mit Chlorid- und Fluoridsalzen unter Bildung von Salz- und Flusssäure, und Flusssäure löst Siliziumdioxid auf, was dazu dienen würde, es bioverfügbar zu machen und ein Mittel zur Entsorgung von Stoffwechselabfällen bereitzustellen.
Sie haben also eine Mischung aus hochkonzentrierter Schwefelsäure mit etwas Wasser und geringen Mengen Salz- und Flusssäure als Biolösungsmittel, die zwischen 50 und 300 Grad Celsius arbeitet. Sie müssen Kohlenstoff nicht aus der Umwelt eliminieren – die Wahl des Lösungsmittels macht die Entwicklung von rein kohlenstoffbasiertem Leben sowieso unmöglich – und Sie wollen es auch nicht, weil Kohlenstoff nützlich für den Einbau in Seitenketten und funktionell ist Gruppen, genauso wie wir Stickstoff in viele unserer eigenen "kohlenstoffbasierten" Biomoleküle einbauen. Das Lösungsmittel reagiert nicht mit Sauerstoff, daher kann auch viel freier Sauerstoff (und möglicherweise etwas Chlor und Fluor) in der Luft vorhanden sein, obwohl es möglicherweise wenig Motivation für eine rein sauerstoffhaltige Biosynthese gibt (ob Photosynthese, Chemosynthese oder was auch immer). Sie); Sie könnten stattdessen eine Mischung aus freiem Sauerstoff und einem Haufen Schwefeltrioxid in der Luft haben, die beide als Oxidationsmittel für den tierischen Stoffwechsel verwendet werden könnten. (In unserer Umgebung ist Schwefeltrioxid ein Feststoff, aber oberhalb von 45 Grad Celsius ist es ein Gas.)
Auch ich interessiere mich für die Chemie des Lebens, wie wir es nicht kennen. Silicon ist einer meiner Favoriten, seit ich Hal Clements Iceworld gelesen habe und später, als ich die „Devil in The Dark“-Episode von Star Trek mit der Horta gesehen habe. Es gibt viel Skepsis gegenüber Silizium als Lebensgrundlage, aber hier ist eine relativ neue Science-Fiction-Geschichte, die ich im Netz veröffentlicht habe, die versucht, mit den Einwänden umzugehen und sogar eine Skizze einer hypothetischen „Biochemie“ einer höheren Temperatur gibt Lebensform aus Silizium. Lernkurve
JDługosz