ביוכימיה אלטרנטיבית

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

סוגים היפותטיים של ביוכימיה או ביוכימיה אלטרנטיבית היא תאוריה על צורות ביוכימיה של אורגניזמים שאינם מבוססי פחמן או מים.

כל צורות החיים המוכרים לנו בכדור הארץ מתרבים, בעלי חילוף חומרים ומבוססים על פחמן ועל מים. אורגניזמים מחוץ לכדור הארץ יכולים להיות שונים כימית באופן מהותי, החומרים המרכיבים את גופם עשויים להיות שונים והתהליכים הפנימיים מתבססים על תגובות כימיות שונות מאלו שמוכרים לנו בכדור הארץ. האפשרויות המרכזיות שהמדע רואה כסבירות הן חיים על פני אקזופלנטה או ירח בעל מתכתיות גבוהה יחסית, שכן תנאי הכרחי לחיים הוא קיום מולקולות. אפשרות של חיים מחוץ לכדור הארץ שהביוכימיה שלהם שונה מופעים בעיקר בסיפורי מדע בדיוני או בסרטים, כגון מלחמת הכוכבים או מסע בין כוכבים.

צורן במקום פחמן[עריכת קוד מקור | עריכה]

סילאן (Silane), מולקולה דומה למתאן שבה מוחלף הפחמן בצורן

צורן או סיליקה מתאים להחליף את הפחמן בשל תכונות כימיות דומות (יחד בקבוצה 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[עריכת קוד מקור | עריכה]

כלור יכול להחליף את החמצן בתור מחמצן המספק אנרגיה ביולוגית לאורגניזם מבוססי פחמן או לא, אך הקושי ברעיון זה שחמצן נפוץ יותר מכלור, ולכן כוכב לכת בעל רמות גבוהות של כלור שיכול לכלכל אורגניזמים באטמוספירה סביר פחות מכוכב לכת עשיר בחמצן. בכדור הארץ, כלור נפוץ בדרך כלל במינרלים ובתרכובות מסוימות.

החלפת זרחן בארסן[עריכת קוד מקור | עריכה]

ארסן ידוע גם כדומה באופן כימי לזרחן, אך הוא רעיל לרוב היצורים 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[עריכת קוד מקור | עריכה]

סלנוציסטאין, חומצת אמינו הדומה לציסטאין אך סלניום מופיע במקום גופרית

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[עריכת קוד מקור | 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[עריכת קוד מקור | עריכה]

בכוכב הלכת טיטאן יש אגמים של מתאן, שיכולים לשמש כממס על פני טווח רחב של טמפרטורות, למרות שלמתאן אין 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[עריכת קוד מקור | עריכה]

פעולת פוטוסינתזה ללא צבע ירוק[עריכת קוד מקור | 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, ואחת השאלות המעניינות בהקשר זה היא מדוע הצמחים אינם שחורים.

אטמוספירות אלטרנטיביות[עריכת קוד מקור | 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. החיים של האורגניזמים המודרניים היו בלתי אפשריים עד להתרחשות אסון החמצן, לפני 2.5 מיליארד שנה. מאז האטמוספירה לא השתנתה באפן משמעותי עד לפני 600 מיליון שנים.

שינויים בהרכב הכימי של האטמוספירה משפיעים רבות על הביוכימיה והמורפולוגיה של החיים. לדוגמה, כאשר כמות החמצן באטמוספירה הייתה גדולה מהיום, בעלי חיים היו יותר גדולים, ולהפיך. תיעוד לכך ניתן למצוא בליבות קרחונים מאובנים. ‏[13]

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]