ביוכימיה אלטרנטיבית
סוגים היפותטיים של ביוכימיה או ביוכימיה אלטרנטיבית היא תאוריה על צורות ביוכימיה של אורגניזמים שאינם מבוססי פחמן או/ו מים.
החיים המוכרים לנו מתרבים, בעלי חילוף חומרים ומבוססים על פחמן ועל מים. אורגניזמים מחוץ לכדור הארץ יכולים להיות שונים כימית, חומרי המזון והשתייה שלהם עשויים להיות שונים וגם סביבת מחייתם. אפשרות של חיים מחוץ לכדור הארץ שהביוכימיה שלהם שונה מופעים בעיקר בסיפורי מדע בדיוני או בסרטים, כגון מלחמת הכוכבים או מסע בין כוכבים.
תוכן עניינים |
צורן במקום פחמן [עריכה]
צורן או סיליקה מתאים להחליף את הפחמן בשל תכונות דומות וקובצה דומה בטבלה מחזורית, "קבוצת הפחמן". כמו פחמן, צורן יכול ליצור מולקולות שיכולות לשאת בהן מידע ביולוגי.[1]
אך גם לצורן יש חסרונות. הצורן שלא כמו הפחמן, לא יכול ליצור קשרים כימים המפעילים חילוף חומרים. הפחמן יכול להתחבר לאטומים אחרים כמו מימן, חנקן ואבץ, לעומת זאת לצורן יש מעט אינטראקציה עם חומרים אחרים.[2]
כלור כתחליף לחמצן [עריכה]
כלור יכול להחליף את החמצן בתור מקור כוח ביולוגי חזק על אורגניזם מבוססי פחמן או לא, אך הקושי ברעיון זה שחמצן נפוץ יותר מכלור, ולכן כוכב לכת בעל רמות גבוהות של כלור שיכול לכלכל אורגניזמים באטמוספירה הוא נדיר, אם הוא קיים בכלל. כלור נפוץ בדרך כלל במינרלים ובתרכובות מסוימות.
החלפת זרחן בארסן [עריכה]
ארסן ידוע גם כדומה באופן כימי לזרחן, אך הוא רעיל לרוב בעלי החיים בכדור הארץ, הוא שולב בביוכימיה בכמה אורגניזמים לדוגמה אצות ימיות המורכבות מחומרים אורגנים מarsenosugars וarsenobetaines וגם בקטריות כגון Chrysiogenes arsenatis יכולות לשלב ארסן לחומרים אורגניים אחרים.
מדענים משערים שבתקופות קדומות יותר, חיידקים השתמשו בארסן בתור עמוד השדרה של הדנ"א שלהם.[3] התנגדות לתרחיש זה שבשימוש בארסן פחות יציב מהשימוש בזרחן, כך שמתקבל שהארסן אינו מתאים לתפקיד זה.[4]
הרעיון נתמך באופן חלקי על ידי נאס"א, מכיוון שחיידק הידוע בשם GFAJ-1 שנאסף באגם מונו במזרח קליפורניה, השתמש בדנ"א ארסן במקום בזרחן.[5] עם זאת אין הסכמה בקהילה המדעית באשר לממצאים של נאס"א.[6]
סלניום או טלור כמחליפים לגופרית [עריכה]
ידוע שבכמה אורגניזמים יש שימוש בסלניום במקום בגופרית בתור מרכיב לחומצות האמינו מתיונין וציסטאין (סלנו-מתיונין וסלנו-ציסטאין) ובכמה פטריות יש שימוש בטלור בתפקוד דומה לגופרית. מקובל להשתמש בסלנומתיונין בתוך מצע המזון (מדיה) שנותנים לחיידקים מותמרים (מהונדסים גנטית) בניסויים שבהם נעשה שימוש בקריסטלוגרפיה בקרני רנטגן.
חיים לא מבוססי מים [עריכה]
כדומה לתרכובות פחמן, כל החיים הידועים כיום דורשים מים כממסים. זה הוביל לדיון על השאלה אם אפשר שנוזלים אחרים יכולים לשמש בתפקיד דומה למים. אפשר שצורת חיים יכולה להתקיים בחומרים נוזלים כחומצה גופריתית, מימן או חנקן נוזלי, פחמימנים ומתאן נוזלי כפי שאמר הביוכימאי סטיבן בנר.[7]
קרל סייגן תיאר שחיים יכולים להתקיים גם ללא מים, כך שחומצה הידרופלואורית או אמוניה יכולים לשמש בתור מחליפים למים.
מתאן כחלופה למים [עריכה]
בכוכב הלכת טיטאן יש אגמים של מתאן, שיכולים לשמש כממס על פני טווח רחב של טמפרטורות, למרות שאין בו קוטביות כמו למים. יש ויכוח על יעילות המתאן לעומת מים או אמוניה[8]. מים הם ממס חזק יותר ממתאן המאפשרים להובלה קלה יותר של חומרים לתא,[9] עם זו, מים הם יותר מגיבים עם חומרים, כך שהם יכולים להרוס ולשבור מולקולות אורגניות גדולות בעזרת הידרוליזה.[10] חיים שתלויים בממס זה לא יקחו סיכון לשבירת מולקולות אורגניות בדרך זו.[11]
גורמים ביוכימיים אחרים [עריכה]
פעולת פוטוסינתזה ללא צבע ירוק [עריכה]
פיזיקאים ציינו כי, בעוד פוטוסינתזה על פני כדור הארץ כרוכה בדרך כלל בצמחים ירוקים, מגוון רחב של צמחים צבעוניים יכולים לתמוך בתהליך החיוני עבור רוב בעלי החיים על פני כדור הארץ. בעוד שצבעים אחרים עשויים להיות מועדפים במקומות שבהם קרינה מהכוכבים שונה מכדור הארץ.[12] מחקרים מצביעים שצמחים פוטוסינתטיים כחולים סבירים (בגלל אור הכחול הנספג באטמוספירה). אך גם יכולים להיות צמחים אדומים או צהובים היכולים לקיים תהליך פוטוסינתזה.
הצמחים הראשונים שהיו על פני כדור הארץ היו אולי בצבע קצת שונה מהיום, מכיוון שבתקופה הגאולוגית הראשונה שהיו צמחים, השמש הייתה פחות בהירה, והאור שלה מוסוננת הייתה שונה בגלל הרכב האטמוספירה.
שחור הוא צבע אופטימלי להמרת כל האור לאנרגיה בצורה יעילה ככל האפשר, זה לא ברור בדיוק למה צמחים על כדור הארץ הם ירוקים ולא שחורים.
אטמוספירות אלטרנטיביות [עריכה]
הגזים שיש באטמוספירה על פני כדור הארץ השתנו בהיסטוריה הארוכה של האטמוספירה, הפוטוסינתזה שינתה את האטמוספירה בירידה בפחמן דו-חמצני, הגדלה חלקה יחסית של חמצן מולקולרי והשתתפות במחזור החנקן. חי הנושם חמצן המודרנית היו בלתי אפשריות עד שהביוכימיה של הפוטוסינתזה המוקדם שינה את אטמוספירת כדור הארץ בתקופה של אסון החמצן שהתרחשה לפני 2.5 מיליארד שנה. מאז האטמוספירה לא השתנתה עד לפני 600 מיליון שנים.
שינוי בתערובת הגז באטמוספירה, גם באווירה מורכבת בעיקר מאותן מולקולות של אטמוספירת כדור הארץ. משפיעים על הביוכימיה והמורפולוגיה של החיים. לדוגמה, כאשר שכמות החמצן באטמוספירה הייתה גדולה מהיום, בעלי חיים היו יותר גדולים, ההפך הוא גם הנכון, כשרמת החמצן באטמוספירה נמוכה מהיום, בעלי חיים יותר קטנים, על פי תיעוד מליבות קרחונים מאובנים. [13]
ראו גם [עריכה]
הערות שוליים [עריכה]
- ^ http://www.pnas.org/content/98/3/805.full.pdf
- ^ http://www.pnas.org/content/98/3/805.full.pdf
- ^ http://www.newscientist.com/article/mg19826533.600-early-life-could-have-relied-on-arsenic-dna.html
- ^ http://academic.evergreen.edu/curricular/m2o2006/seminar/westheimer.pdf
- ^ http://www.nasa.gov/topics/universe/features/astrobiology_toxic_chemical.html
- ^ Bradley, Alex (5 December 2010). "Arsenate-based DNA: a big idea with big holes", We, Beasties blog. אוחזר ב־ 9 December 2010.
- ^ http://books.nap.edu/openbook.php?record_id=11919&page=R10
- ^ http://books.nap.edu/openbook.php?record_id=11919&page=74
- ^ http://www.jpl.nasa.gov/news/news.cfm?release=2010-190
- ^ http://books.nap.edu/openbook.php?record_id=11919&page=74
- ^ http://books.nap.edu/openbook.php?record_id=11919&page=74
- ^ http://www.nasa.gov/centers/goddard/news/topstory/2007/spectrum_plants.html
- ^ http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/309/5744/2202
