Jak cizinci pracují

Hydrotermální odvzdušňovací trubkové červy. Vidět víc UFO obrázky. Foto s laskavým svolením NOAA / U.S. Obchodní oddělení

Existují ve vesmíru i jiné formy života? Vědecké pátrání po mimozemských formách života bylo podpořeno dvěma nedávnými objevy. Zaprvé, objev forem života v exotických prostředích na Zemi naznačuje, že život je velmi vydatný a může se přizpůsobit nejpodivnějším a nejhostinnějším prostředím. Za druhé, astronomové našli planety obíhající kolem našeho Slunce - od roku 2001 bylo objeveno přes 50 extrasolárních planet. Existují na kterékoli z těchto planet mimozemské formy života?

-

-Pokud existuje mimozemský život, jaké by to mohlo být? Mohly by to být jednoduché formy života, jako jsou bakterie, viry nebo řasy nebo pokročilejší multibuněčná stvoření, možná dokonce inteligentní bytosti? Byli by mimozemšťané zvířata, rostliny nebo by měli vlastnosti obou? Měli by ruce a nohy a chodili vzpřímeně jako my? Byli by závislí na vizi jako na svém primárním smyslu, nebo by jiným způsobem shromažďovali informace o svém okolí? "Dýchali" kyslík nebo jiný plyn?

Spekulace o mimozemšťanech byla obvykle ponechána autorům sci-fi, čtenářům sci-fi a hollywoodským spisovatelům a režisérům. V tomto článku prozkoumáme astrobiologii, vědecké hledání mimozemského života. Použijeme to, co jsme se dozvěděli o životě na Zemi, abychom spekulovali o tom, jaké mimozemské formy života by mohly být.

Obsah

1. Zdravím, uhlíkové bipedy!
2. Co je život?
3. Život v extrémě
4. Některá základní pravidla pro cizí život
5. Spekulace: Jaké by mohly být mimozemšťané?

Většina z nás si představí život mimozemšťanů tak, jak je zobrazován ve filmech, kde jsou mimozemšťané běžně zobrazováni jako lidské podoby, protože herci používají buď k tomu, aby hráli role přímo v líčení, nebo aby byli vzorem pro počítačovou animaci. Také diváci se vztahují k cizím lidem podobným lépe než k exotičtějším monsterům podobným tvorům. Plán lidského těla - bilaterální symetrie s jednou hlavou, dvěma nohami a dvěma rameny - však pramení z doby, kdy rané obojživelníci a plazi kolonizovali pozemské masy Země, a zdá se nepravděpodobné, že by se takový tvar vyvíjel na mimozemském světě. Takže, zapomeňme na chvíli na Hollywood a podívejme se podrobně na skutečnou vědu o astrobiologii.

Astrobiologie je vědecké studium života ve vesmíru. Astrobiologové se snaží (mimo jiné) pochopit, jak se na Zemi objevil a vyvíjel život, co řídí způsob organizace života a co činí planetu obyvatelnou.

Astrobiologie kombinuje disciplíny biologie, chemie, fyziky, geologie a astronomie. Astrobiologové musí často používat informace získané o životě na Zemi jako vodítko pro studium života jinde. Podívejme se na některé věci, které jsme se naučili ze života na Zemi.

Klubové struktury podvodních mikrobů zvané stromatolity Foto s laskavým svolením NOAA / U.S. Obchodní oddělení

Přestože je těžké definovat jasnou definici „života“, většina biologů souhlasí s tím, že mezi živými věcmi existuje mnoho společných rysů. Pokud objekt splňuje tyto vlastnosti, považuje se za živý:

• Organizovaný -Živé věci jsou vyrobeny z atomů a molekul, které jsou uspořádány do buněk. Buňky v organismu mohou být jednotné nebo specializované na různé funkce. Buňky mohou být dále organizovány do tkání, orgánů a systémů. Živé věci na Zemi jsou velmi rozmanité, pokud jde o jejich organizaci a složitost.
• Homeostatický - Živé věci plní funkce, které je udržují v konstantním, relativně neměnném stavu homeostáza. Například vaše tělo má systémy, které udržují konstantní teplotu těla - třese se, pokud jste chladno, pot, pokud jste horkí.
• Reprodukuje se - Živé věci vytvářejí kopie sebe, buď přesné kopie (klony) asexuální reprodukcí, nebo podobné kopie pohlavní reprodukcí.
• Roste / vyvíjí se - Živé věci rostou a vyvíjejí se z menších a / nebo jednodušších forem. Například člověk začíná život jako oplodněné vajíčko, z něhož se vyvine embryo, plod a potom dítě. Dítě následně roste v batole, dospívající a dospělé.
• Přebírá energii z prostředí - Zůstat v relativně konstantním, organizovaném stavu porušuje druhý zákon termodynamiky, který uvádí, že se zvyšuje stupeň poruchy (entropie) všech objektů. Aby si živý organismus udržel organizaci, musí přijmout, zpracovat a spotřebovat energii. Způsob, jakým to lidé a ostatní zvířata dělají, je jíst jídlo a extrahovat z něj energii.
• Reaguje na podněty - Živé věci reagují na změny v jejich prostředí. Například pokud podnět způsobuje ti bolest reagovat tím, že se vzdálí od tohoto objektu. Pokud umístíte rostlinu blízko dobře osvětleného okna, větve nebo výhonky rostou směrem ke světlu (fototropismus). Z důvodu ochrany mění některá zvířata barvu tak, aby ladila s okolím (maskovat).
• Přizpůsobeno svému prostředí - Vlastnosti živé bytosti bývají vhodné pro její prostředí. Například, ploutve delfína jsou ploché a přizpůsobené pro plavání. Křídlo netopýra má stejnou základní strukturu jako kosti v delfínově ploutvi, ale má tenkou membránu, která umožňuje let.

Nyní, když máme definici toho, co je život, musíme se podívat na to, jak se mění v průběhu obrovských časů. Základní pravidla upravující, zda druhy vznikají, žijí, zůstávají nezměněny nebo zanikají, jsou pravidla evoluce přirozeným výběrem jak navrhuje Charles Darwin. Darwinova evoluční teorie má následující body:

• Podobné organismy reprodukují podobné organismy - pes reprodukuje psa, pampeliška reprodukuje pampelišky a ryba reprodukuje ryby.
• Počet potomků je často nadprodukován tak, že počet přežívajících je menší než počet reprodukovaných.
• V jakékoli populaci se jednotlivci liší s ohledem na jakoukoli danou vlastnost, jako je výška, barva kůže, barva srsti nebo tvar zobáků, a tyto variace lze přenést na další generaci.
• Některé variace jsou příznivé v tom, že dělají tyto jedince nejlépe vyhovující jejich prostředí, a jiné ne. Tyto organismy s příznivými změnami přežijí a předají tyto vlastnosti svému potomstvu; ti jedinci s nepříznivými změnami zemřou a nepředávají své vlastnosti - to je přírodní výběr.
• Při dostatečném čase bude přirozený výběr akumulovat tyto příznivé vlastnosti. Druh se bude vyvíjet.

Přestože byla Darwinova evoluční teorie navržena pro vysvětlení změn v druzích na Zemi, její principy jsou natolik obecné, že by mohly být použity i jinde ve vesmíru.

Hypotéza vzácných zemin

Drakeova rovnice, vyvinutá astronomem Frankem Drakem a propagovaná Carlem Saganem, se používá k odhadu počtu inteligentních civilizací ve vesmíru. Naproti tomu geolog Peter Ward a astronom Donald Brownlee z University of Washington navrhli hypotézu - Hypotéza vzácných zemin -- že život na Zemi je jedinečný. Jejich hypotéza uvádí, že řada náhodných událostí nebo situací, jako je život v obyvatelné zóně slunce, planeta typu Jupiter, která vyčistí kometu a trosky asteroidů a má jen několik masových vyhynutí, umožnila život na Zemi rozvíjet se a je nepravděpodobné, že by se stalo jinde. Podrobnosti viz „Vzácná Země: Proč je složitý život ve vesmíru neobvyklý“.

Hydrotermální větrání v mořském dně Foto s laskavým svolením NOAA / U.S. Obchodní oddělení

Před asi 30 lety se věřilo, že veškerý život na Zemi závisí na energii ze slunce. Kromě toho se předpokládalo, že byste pravděpodobně nenalezli život, kde by teploty byly extrémně horké, jako v gejzírech nebo horkých pramenech nebo extrémně chladné, jako v antarktické poušti.

Tyto nápady se změnily, když oceánografové prozkoumali hydrotermální průduchy, otvory v mořském dně, kde z kůry vybuchly extrémně horké, minerální vody. Hydrotermální průduchy jsou umístěny několik mil pod povrchem, na dně oceánu, kde je okolní voda na nebo blízko mrazu, je absolutně tmavá a tlak je vysoký. V organizovaných komunitách kolem základen těchto průduchů, zvaných černé kuřáky, vědci našli škeble, kraby a exotické obrovské obří trubkovnice o délce 6 metrů (2 metry). Voda vycházející z těchto průduchů je 230 až 662 stupňů Fahrenheita (110 až 350 stupňů Celsia).

Jak mohou tato zvířata přežít tak daleko od slunečního světla, za těchto extrémních podmínek? Ve vodě vědci našli druhy bakterií, které štěpí sirovodík z vody, aby získaly energii na výrobu organických sloučenin (chemosyntéza). Trubkovité mají ve svých tkáních bakterie, které jim pomáhají získávat energii z vody. Škeble se živí bakteriemi a krabi se živí trubkovkami.

Objev hydrotermálních ventilačních komunit ukázal, že je možné, aby se život vyvíjel v místech bez světla od slunce a v jiných světech bez dostatečného světla od mateřské hvězdy. Vzhledem k objevu hydrotermálních průduchů je možné, že život existuje v Evropě, ledovém měsíci Jupiteru, který podle vědců má pod svou ledovou kůrou vodní oceán.

Tubeworms kolem hydrotermálního otvoru Foto s laskavým svolením NOAA / U.S. Obchodní oddělení

Život byl nalezen i v jiných extrémních prostředích. Vědci objevili mikrokolonie lišejníků zvané kryptoendolity ve vzorcích hornin antarktické pouště, kde teploty často klesají na 100 stupňů pod nulou a je tam jen málo nebo žádná kapalná voda. V porovnání, termofilní (teplo milující) bakterie byly nalezeny v horkých pramenech, kde teploty přesahují bod varu vody.

Živé kryptoendolity (zelené, černé, zeleno-modré čáry) ve vzorku hornin z Antarktidy (vlevo) a termofilní bakterie ve tvaru tyčinky (asi 1 mikron dlouhé) z horkého pramene v národním parku Yellowstone (vpravo) Fotografie se svolením NASA Živé kryptoendolity (zelené, černé, zeleno-modré čáry) ve vzorku hornin z Antarktidy (vlevo) a termofilní bakterie ve tvaru tyčinky (asi 1 mikron dlouhé) z horkého pramene v národním parku Yellowstone (vpravo) Fotografie se svolením NASA

Pokud se život může vyvíjet v extrémních prostředích na Zemi, zdá se možné, že život může existovat v extrémních prostředích jiných světů, jako je Mars.

Batfish Foto s laskavým svolením NOAA / U.S. Obchodní oddělení

Co můžeme říci o mimozemském životě pomocí toho, co jsme se naučili ze života na Zemi? I když by to bylo pravděpodobně velmi odlišné od života na Zemi, mimozemský život by pravděpodobně dodržoval určité univerzální pokyny, jak to značně mění život na Zemi. Tyto pokyny nebo základní pravidla zahrnují následující:

Mimozemský život by se řídil zákony fyziky a chemie.

Mimozemský život by byl založen na nějakém druhu chemie (eliminující sci-fi koncept čistých energetických bytostí).

• Solventní - Na Zemi je rozpouštědlem všech našich biochemikálií kapalná voda. Dalšími chemikáliemi mohou být také rozpouštědla, jako je amoniak, methan, sirovodík nebo fluorovodík.
• Teplota - Cizí život může vyžadovat teploty, při kterých jeho rozpouštědlo může zůstat kapalné.
• Tlak - Život cizinců může vyžadovat environmentální tlaky (a teploty), které umožňují, aby rozpouštědla existovala ve třech stavech hmoty (pevná látka, kapalina, plyn).
• Zdroj energie - Živé věci vyžadují energii, aby zůstaly organizované. Tato energie může pocházet z hvězdy nebo z chemické nebo geotermální energie (jako v hydrotermálních průduchech a horkých pramenech). Na jakémkoli mimozemském světě by musel existovat nějaký zdroj energie pro udržení života.
• Složité molekuly - Živé věci na Zemi jsou organizovány a vyráběny ze složitých molekul na bázi uhlíku, které vykonávají biochemické funkce. Uhlík je všestranný atom, který může vytvářet vazby s až čtyřmi dalšími atomy, v mnoha tvarech, za vzniku molekul. Přestože křemík není tak univerzální jako uhlík, může také tvořit až čtyři vazby s jinými atomy a byl navržen jako základ pro molekuly mimozemského života (byly také navrženy hybridní molekuly křemík-uhlík). Je pravděpodobné, že formy mimozemského života by měly nějaký typ složité molekuly, aby vykonávaly podobné funkce.
• Informační molekula - U organismů Země, deoxyribonukleová kyselina (DNA) je komplexní molekula, která nese genetické informace a řídí tvorbu dalších molekul, aby se život mohl reprodukovat a fungovat. Protože charakteristikou života je to, že se reprodukuje, zdá se pravděpodobné, že mimozemské formy života by také měly nějaký typ informační molekuly.

Cizí bytosti, které jsou větší než mikroby, by měly nějaký ekvivalent buňky. Jak se organismus zvětšuje, jeho vnitřní objem (krychlová funkce) roste rychleji než jeho povrchová plocha (čtvercová funkce). To omezuje velikost organismu, protože látky z vnějšku organismu musí pronikat do organismu a do něj prostřednictvím difúze, což závisí na velkých plochách, krátkých vzdálenostech a rozdílech v koncentracích. Jak se organismus zvětšuje, vzdálenost do jeho středu se zvětšuje a difúze se zpomaluje. Pro udržení funkčních difúzních vzdáleností musí mít organismus místo jedné velké buňky mnoho malých buněk. Takže by byl mimozemšťan vícečetný, kdyby byl větší než mikrob. (Neočekávali bychom, že najdeme světelný rok široký, jednobuněčný organismus podobný tomu, který je vylíčen v původní epizodě Star Trek "Syndrom imunity".)

Cizí život se bude vyvíjet a přizpůsobovat svému okolí teorií evoluce, jak bylo dříve vysvětleno.

Fyziologické složení mimobuněčného mimozemšťana by bylo nejvhodnější pro jeho prostředí. Orgánové systémy by byly přizpůsobeny podmínkám prostředí, jako je teplota, vlhkost a gravitace.

• Cizinec by měl nějaký způsob, jak vnést do těla pevné látky, kapaliny a plyny, distribuovat je do každé buňky a odstraňovat odpadní produkty (například ekvivalenty srdce, krevních cév a ledvin)..
• Cizinec by mohl převzít energii ze svého okolí, extrahovat energii a odstranit odpady.
• Cizinec by měl smysly (jako je zrak, zvuk, dotek), aby získal informace z prostředí a reagoval na podněty (zatímco my používáme vizi jako náš primární smysl, nemusí to platit o mimozemšťanech). Měli by také nějaký druh mozku nebo nervového systému pro zpracování informací.
• Cizinec by měl nějaké reprodukční prostředky, ať už sexuální nebo asexuální.

Cizí organismy by pravděpodobně měly podobné ekologické struktury jako život na Zemi.

• Velikost populace by byla omezena na základě převahy potravin, predátorů, nemocí a dalších faktorů prostředí.
• Cizí formy života by existovaly v potravních řetězcích a potravních sítích v jejich rodném prostředí, jako je život na Zemi. Producenti budou vyrábět jídlo, spotřebitelé budou jíst producenty a / nebo jiné spotřebitele a rozkladače budou recyklovat atomy a molekuly z mrtvých organismů zpět do životního prostředí.
• Cizí formy života budou integrovány do jejich stanovišť a ekosystémů, jako je život na Zemi.

Jak vidíte, život jakéhokoli druhu je důvěrně svázán s jeho prostředím, takže charakteristiky planety by byly při určování charakteristik formy života nesmírně důležité..

Vzhledem k těmto základním pravidlům a protože žádné mimozemské formy života nebyly přesvědčivě objeveny, leží mimozemská fyziologie v říši naší představivosti. Autoři sci-fi, zejména ti „tvrdí“, kteří se snaží přísně dodržovat skutečnou vědu, to dělají roky. Nejprve navrhují nebo staví svět, pečlivě vypracovávají jeho fyzikální, astronomické a ekologické vlastnosti. Dále pracují Příklad, který by takový druh mimozemšťanů mohl v tomto světě existovat. Příklad jednoho takového cvičení zaměřeného na budování světa najdete v projektu Epona, kde se sešlo několik spisovatelů sci-fi, aby vytvořili svět nazvaný Epona, který je kompletní s planetárními, geologickými a ekologickými Jeden umělec Steven Hanly vytvořil stvoření Epony.

Pro svůj román „Mission Gravity“ vytvořil Hal Clement svět zvaný Mesklin, který obíhá dvojitou hvězdu. Mesklin se otáčí jednou za osmnáct minut a má zploštělý tvar způsobený jeho rotací. Gravitace Mesklinu se pohybuje od trojnásobku zemské gravitace na rovníku až po sedm setkrát na pólech. Mesklin má vodíkovou atmosféru a metanové oceány. Meskliniti, jedna z životních forem planety, jsou malá stonožka podobná stvoření vyrobená z hmyzích kosterních bílkovin zvaných chitin. Mají 18 párů končetin, které končí u nohou podobajících přísavce, vpřed pinče pro uchopení, silný oběhový systém a absorbují vodík přímo skrze své skořápky. Jsou nesmírně silné - v důsledku života na světě s vysokou gravitací, přesto se obávají, že by ho někdo zvedl, protože pád z malé výšky by mohl být pro tak vysokou gravitaci fatální. (Viz „Barlowův průvodce mimozemšťany“ a „Věda mimozemšťanů“ o popisech Mesklinitů a jiných mimozemských životů.)

Představili jsme si mimozemský svět a mimozemské formy života. V našem světě obíhá planeta jasnou hvězdou. Pouze 10 procent světa je pokryto povrchovou vodou, ale v celé zemi jsou kapsy vody, které se shromažďují pod pískem z řídkých srážek. Prostředí je horké a suché a sluneční světlo je jasné. Planeta je masivní a má gravitaci, která je stokrát silnější než planeta Země. Atmosféra je vzduchová směs hélia, kyslíku a oxidu uhličitého podobná Zemi.

Dva cizí formy života, které si pro tento svět představujeme, jsou zvířata - mobilní predátoři, kteří žijí kolem několika malých těles planety povrchové vody. Oba mimozemšťané jsou krátké, asi 30 centimetrů vysoké, se silnými končetinami, které podporují jejich váhu proti obrovské gravitaci. Oba mají silné potahy nebo kůže, aby se minimalizovalo vypařování a šetřila voda. Pro shromažďování informací se jeden primárně spoléhá na vidění, zatímco druhý používá chemické smysly (chuť a vůni).

Tento obsah není na tomto zařízení kompatibilní.

Lashlarm, mimozemské zvíře

Lashlarm je náš první cizí predátor. Vypadá to jako chodící toaletní mísa. Ústí je podepřeno třemi stalky nohami spojenými s plochým podstavcem. Pod podstavcem je mnoho měřítek, takže podstavec klouže po povrchu písku podobně, jako se had pohybuje po zemi. Má několik smyslových přívěsků, které mu umožňují lokalizovat kořist chemickými prostředky. Loví v blízkosti malých těles povrchové vody, cítí se podél vodní hladiny a ochutnává písek a vodu pro jiná zvířata. Po lokalizaci kořisti se Lashlarm krčí a klouže k němu. Lashlarm pak otevře jeho velká ústa a pramení dolů na kořist, polykat to celé.

Tento obsah není na tomto zařízení kompatibilní.

Nirba, mimozemský predátor

Nirba je o něco větší než Lashlarm. Žije ve vodě blízko okraje, podobně jako krokodýl nebo aligátor, ale není zcela vodní. Nirba vyjde kořist na jiná zvířata, která sestoupí k vodě, zejména na Lashlarm. Má velkou hlavu s nosními dírkami umístěnými na vrcholu nosu, takže může dýchat, zatímco je většinou ponořen. Nirba má hustou pokožku, která zabraňuje dehydrataci, když je venku na horkém slunci, a velké, svalnaté přední nohy s velkými drápy, které zabíjejí kořist. Dlouhý ocas pomáhá plavat ve vodě a konec šípu pomáhá při lovu a teritoriální obraně.

Další informace o mimozemském životě a souvisejících tématech naleznete v odkazech na následující stránce.

Odkazy na mimozemské spekulace

• "Věda cizinců"
• “Barlowe průvodce po mimozemšťanech”
• "Cizinci a mimozemské společnosti"
• „Budování světa“
• "Sdílení vesmíru: Perspektivy mimozemského života"

Související odkazy

• Jak SETI funguje
• Jak funguje Lov na planetě
• Jak Mars funguje
• Jak fungují hvězdy
• Jak buňky fungují
• Jak vaše srdce funguje
• Jak krev funguje
• Jak fungují vaše ledviny
• Jak fungují svaly
• Jak funguje váš imunitní systém
• Jak fungují vaše plíce

Další skvělé odkazy

• PBS: Life Beyond Earth
• Planetární biologie
• Astrobiologie: Živý vesmír
• Domovská stránka NASA Astrobiology Institute
• Oceánografická instituce Woods Hole: Ponořte se a objevte - Expedice na mořské dno
• Úvod do Archaea: Life Extremists…