Hur utlänningar fungerar

Hydrotermiska ventilerade tubmaskar. Se mer UFO-bilder. Foto med tillstånd NOAA / U.S. Avdelningen för handel

Finns det andra livsformer i universum? Den vetenskapliga sökningen efter utomjordiska livsformer har stärkts av två senaste upptäckter. Först indikerar upptäckten av livsformer i exotiska miljöer på jorden att livet är mycket hjärtligt och kan anpassa sig till de konstigaste och mest fientliga miljöerna. För det andra fann astronomer planeter som kretsar runt stjärnor förutom vår sol - över 50 extrasolära planeter har upptäckts från och med 2001. Finns det främmande livsformer på någon av dessa planeter?

-

-Om främmande liv finns, hur kan det vara? Skulle det vara enkla livsformer som bakterier, virus eller alger eller mer avancerade multicellulära varelser, kanske till och med intelligenta varelser? Skulle utlänningar vara djur, växter eller ha egenskaper hos båda? Skulle de ha armar och ben och gå upprätt som vi gör? Skulle de bero på visionen som sin primära mening eller använda ett annat sätt att samla information om sin omgivning? Skulle de "andas" syre eller någon annan gas?

Spekulationer om utlänningar har vanligtvis lämnats till science-fiction-författare, science-fiction-läsare och Hollywood-författare och regissörer. I den här artikeln kommer vi att undersöka astrobiologi, den vetenskapliga sökningen efter utomjordiskt liv. Vi kommer att tillämpa vad vi har lärt oss om livet på jorden för att spekulera om hur främmande livsformer kan vara.

Innehåll

1. Hälsningar, kolbaserade tvåfärgade!
2. Vad är livet?
3. Livet i det extrema
4. Några grundregler för främmande liv
5. Spekulation: Hur kan Aliens vara?

De flesta av oss tänker på främmande liv på det sätt som det framställs i filmer, där utlänningar ofta avbildas som mänskliga-liknande former för att de använder skådespelare antingen för att spela rollerna direkt i smink eller för att vara modeller för datorgenererad animering. Publiken hänför sig också till mänskliga utlänningar bättre än till mer exotiska, monsterliknande varelser. Men människokroppsplanen - bilateral symmetri med ett huvud, två ben och två armar - kommer från när tidiga amfibier och reptiler koloniserade jordens landmassor, och det verkar osannolikt att en sådan form skulle utvecklas på en främmande värld. Så, låt oss glömma Hollywood för tillfället och titta noga på den verkliga vetenskapen om astrobiologi.

Astrobiologi är den vetenskapliga studien av livet i universum. Astrobiologer försöker förstå (bland annat) hur livet uppstod och utvecklades på jorden, vad som styr hur livet är organiserat och vad som gör en planet beboelig.

Astrobiologi kombinerar disciplinerna biologi, kemi, fysik, geologi och astronomi. Ofta måste astrobiologer använda informationen om livet på jorden som en vägledning för att studera livet på andra håll. Låt oss undersöka några av de saker som vi har lärt oss från livet på jorden.

Klubbformade strukturer av undervattensmikrober kallade stromatoliter Foto med tillstånd NOAA / U.S. Avdelningen för handel

Det är svårt att skriva en tydlig definition av "liv", men de flesta biologer håller med om att det finns många egenskaper gemensamt bland levande saker. Om ett objekt uppfyller dessa egenskaper, betraktas det som levande:

• Organiserad -Levande saker är gjorda av atomer och molekyler som är organiserade i celler. Cellerna i en organisme kan vara antingen enhetliga eller specialiserade för olika funktioner. Cellerna kan organiseras ytterligare i vävnader, organ och system. Levande saker på jorden är ganska olika vad gäller deras organisation och komplexitet.
• homeostatiska - Levande saker utför funktioner som håller dem i ett konstant, relativt oföränderligt tillstånd som kallas homeostas. Till exempel har din kropp system som håller din kroppstemperatur konstant - du skakar om du är kall, svettar om du är het.
• återger - Levande saker gör kopior av sig själva, antingen exakta kopior (kloner) genom asexuell reproduktion eller liknande kopior genom sexuell reproduktion.
• Växer / utvecklar - Levande saker växer och utvecklas från mindre och / eller enklare former. Till exempel börjar en människa livet som ett befruktat ägg och utvecklas till ett embryo, foster och sedan ett barn. Barnet växer därefter till ett litet barn, tonåring och vuxen.
• Tar in energi från miljön - Att stanna i ett relativt konstant, organiserat tillstånd bryter mot termodynamikens andra lag, som säger att graden av störning (entropi) för alla objekt ökar. För att en levande organisme ska kunna upprätthålla organisationen måste den ta in, bearbeta och spendera energi. Hur människor och andra djur gör detta är genom att äta mat och utvinna energi från det.
• Svarar på stimuli - Levande saker svarar på förändringar i deras miljö. Till exempel, om a stimulans orsakar dig smärta, du svara genom att flytta bort från det objektet. Om du placerar en växt nära ett väl upplyst fönster, växer grenarna eller skotten mot ljuset (FOTOTROPISM). Som skydd byter vissa djur färg för att smälta in i omgivningen (kamouflage).
• Anpassad till sin miljö - Egenskaperna hos en levande sak tenderar att passa i dess miljö. Till exempel är fenorna på en delfin platt och anpassade för simning. Vingen på en fladdermus har samma grundstruktur som benen i en delfinsfena, men har ett tunt membran som möjliggör flygning.

Nu när vi har en definition av vad livet är, måste vi titta på hur det förändras under stora tidsförlängningar. De grundläggande reglerna för huruvida arter uppstår, lever, förblir oförändrade eller utrotade är de för utveckling genom naturligt urval som föreslagits av Charles Darwin. Darwins evolutionsteori har följande punkter på det:

• Liknande organismer reproducerar liknande organismer - en hund reproducerar en hund, en maskros reproducerar maskrosor och en fisk reproducerar en fisk.
• Ofta produceras antalet avkommor så att antalet som överlever är färre än antalet som reproducerats.
• I alla populationer varierar individer med avseende på varje givet drag, såsom höjd, hudfärg, pälsfärg eller form av näbb, och dessa variationer kan vidarebefordras till nästa generation.
• Vissa variationer är gynnsamma eftersom de gör dessa individer bäst lämpade för sin miljö och andra inte. De organismer med gynnsamma variationer kommer att överleva och överföra dessa egenskaper till deras avkommor; de individer med ogynnsamma variationer kommer att dö och inte vidarebefordra sina egenskaper - det är detta naturligt urval.
• Med tillräcklig tid kommer naturligt urval att samla dessa gynnsamma drag. Arten kommer att utvecklas.

Även om Darwins evolutionsteori föreslogs för att förklara förändringar i jordbaserade arter, är dess principer tillräckligt generella för att den också kan tillämpas på andra håll i universum.

Sällsynt jordhypotes

Drake-ekvationen, utvecklad av astronomen Frank Drake och befordrad av Carl Sagan, används för att uppskatta antalet intelligenta civilisationer i universum. Däremot har geologen Peter Ward och astronomen Donald Brownlee från University of Washington föreslagit en hypotes - the Sällsynt jordhypotes -- att livet på jorden är unikt. Deras hypotes säger att en serie av tillfälliga händelser eller situationer, såsom att leva i den bebodliga zonen av solen, ha en Jupiter-planet för att rensa bort komet och asteroidskräp och med få massutsläckningar, har gjort att livet kan utvecklas på jorden och skulle osannolikt hända någon annanstans. Se "Sällsynt jord: varför det komplexa livet är ovanligt i universum" för detaljer.

Hydrotermisk luftventil i havsbotten Foto med tillstånd NOAA / U.S. Avdelningen för handel

Fram till för cirka 30 år sedan trodde man att allt liv på jorden var beroende av energi från solen. Vidare trodde man att man förmodligen inte skulle hitta liv där temperaturerna var extremt varma, som i gejsrar eller varma källor, eller extremt kalla, som i Antarktisöknen.

Dessa idéer förändrades när oceanografer utforskade hydrotermiska ventilationsöppningar, öppningar i havsbotten där extremt varmt, mineralrikt vatten uppstår från jordskorpan. Hydrotermiska ventiler finns flera mil under ytan, på havsbotten, där det omgivande vattnet är vid eller nära frysning, det är absolut mörkt och trycket är högt. I organiserade samhällen runt baserna på dessa ventiler, kallade svarta rökare, hittade forskare musslor, krabbor och exotiska, jätte- tubworms med en längd på 2 meter. Vattnet som kommer ut ur dessa ventiler är 230 till 662 grader Fahrenheit (110 till 350 grader Celsius).

Hur kan dessa djur överleva så långt från solljuset under dessa extrema förhållanden? I vattnet fann forskare arter av bakterier som delar vätesulfid från vattnet för att få energi för att skapa organiska föreningar (chemosynthesis). Rörmaskarna har bakterier i sina vävnader som hjälper dem att hämta energi från vattnet. Musslorna matar på bakterierna, och krabborna matar på tubmaskarna.

Upptäckten av hydrotermiska ventilationssamhällen visade att det är möjligt för livet att utvecklas på platser utan ljus från solen och i andra världar utan tillräckligt ljus från moderstjärnan. Med tanke på upptäckten av hydrotermiska ventiler kan det vara möjligt att det finns liv i Europa, en isande måne av Jupiter, som forskare tror har ett vattenhav under sin isiga skorpa.

Tubeworms runt en hydrotermisk ventil Foto med tillstånd NOAA / U.S. Avdelningen för handel

Det finns också liv i andra extrema miljöer. Forskare upptäckte mikrokolonier av kallade lavar cryptoendoliths i stenprover från den antarktiska öknen, där temperaturen ofta sjunker till 100 grader under noll och det finns lite eller inget flytande vatten. I kontrast, termofil (värmeälskande) bakterier har hittats i varma källor där temperaturen överstiger kokpunkten för vatten.

Levande kryptoendoliter (gröna, svarta, grönblå linjer) i ett stenprov från Antarktis (vänster) och en termofil, stavformade bakterier (cirka 1 mikron lång) från en varm källa i Yellowstone National Park (höger) Foton med tillstånd av NASA Levande kryptoendoliter (gröna, svarta, grönblå linjer) i ett stenprov från Antarktis (vänster) och en termofil, stavformade bakterier (cirka 1 mikron lång) från en varm källa i Yellowstone National Park (höger) Foton med tillstånd av NASA

Om livet kan utvecklas i extrema miljöer på jorden verkar det möjligt att liv kan existera i de extrema miljöerna i andra världar som Mars.

batfish Foto med tillstånd NOAA / U.S. Avdelningen för handel

Vad kan vi säga om främmande liv med det vi har lärt oss från livet på jorden? Även om det förmodligen skulle vara väldigt annorlunda än livet på jorden, skulle främmande liv förmodligen följa vissa universella riktlinjer, som det mycket varierande livet på jorden gör. Dessa riktlinjer eller grundregler inkluderar följande:

Främmande liv skulle regleras av fysiklagar och kemi.

Främmande liv skulle baseras på någon typ av kemi (eliminerar sci-fi-konceptet med ren energi varelser).

• Lösningsmedel - På jorden är lösningsmedlet för alla våra biokemikalier flytande vatten. Andra kemikalier kan också vara lösningsmedel, såsom ammoniak, metan, vätesulfid eller vätefluorid.
• Temperatur - Främmande liv kan kräva temperaturer vid vilka dess lösningsmedel kan förbli flytande.
• Tryck - Främmande liv kan kräva miljötryck (och temperaturer) som gör att lösningsmedel kan existera i tre tillstånd av materia (fast, vätska, gas).
• Energikälla - Levande saker kräver energi för att förbli organiserad. Denna energi kan komma från en stjärna eller från kemisk eller geotermisk energi (som i hydrotermiska ventiler och varma källor). På någon främmande värld måste det finnas någon energikälla för att upprätthålla livet.
• Komplexa molekyler - Levande saker på jorden är organiserade och tillverkade av komplexa kolbaserade molekyler som utför biokemiska funktioner. Kol är en mångsidig atom som kan bilda bindningar med upp till fyra andra atomer, i många former, för att skapa molekyler. Även om det inte är lika mångsidigt som kol, kan kisel också bilda upp till fyra bindningar med andra atomer och har föreslagits som bas för molekyler med främmande liv (kisel-kol-hybridmolekyler har också föreslagits). Det är troligt att främmande livsformer skulle ha någon typ av komplex molekyl för att utföra liknande funktioner.
• Informationsmolekyl - I jordorganismer, deoxiribonukleinsyra (DNA) är en komplex molekyl som bär genetisk information och styr bildningen av andra molekyler för att livet ska kunna reproducera och fungera. Eftersom ett kännetecken på livet är att det reproducerar verkar det troligt att främmande livsformer också skulle ha någon typ av informationsmolekyl.

Främmande varelser som är större än mikrober skulle ha motsvarande celler. När en organisme blir större, växer dess inre volym (kubikfunktion) snabbare än dess ytarea (kvadratfunktion). Detta sätter en gräns för organismens storlek, eftersom ämnen från utsidan av organismen måste passera in i och genom hela organismen genom diffusion, vilket beror på stora ytor, korta avstånd och skillnader i koncentrationer. När en organisme blir större ökar avståndet till dess centrum och diffusionen blir långsammare. För att upprätthålla genomförbara diffusionsavstånd måste en organisme ha många små celler istället för en stor cell. Så en utlänning skulle vara cellcellig om den är större än en mikrobe. (Vi kan inte förvänta oss att hitta en ljusår, enscellig organisme som den som beskrivs i det ursprungliga Star Trek-avsnittet "Immunitetssyndromet.")

Främmande liv skulle utvecklas och anpassas till sina omgivningar genom evolutionsteorin som tidigare förklarats.

Den fysiologiska sammansättningen av en mångcellig främling skulle vara bäst lämpad för dess miljö. Orgelsystem skulle anpassas till miljöförhållanden som temperatur, fukt och gravitation.

• Utlänningen skulle ha något sätt att föra fast material, vätskor och gaser in i kroppen, fördela dem till varje cell och ta bort avfallsprodukter (till exempel hjärta, blodkärl och njurar, till exempel).
• Utlänningen skulle kunna ta in energi från omgivningarna, utvinna energin och eliminera avfall.
• Utlänningen skulle ha sinnen (som syn, ljud, beröring) för att få information från miljön och svara på stimuli (medan vi använder vision som vår primära känsla, kanske detta inte gäller utlänningar). De skulle också ha någon typ av hjärna eller nervsystem för att bearbeta information.
• Utlänningen skulle ha några former för reproduktion, antingen sexuellt eller asexuellt.

Främmande organismer skulle antagligen ha liknande ekologiska strukturer som livet på jorden.

• Befolkningsstorlekar skulle vara begränsade baserat på övervägande av mat, rovdjur, sjukdomar och andra miljöfaktorer.
• Främmande livsformer skulle finnas i livsmedelskedjor och livsmedelsbanor i deras ursprungliga miljö, som livet på jorden. Producenter kommer att laga mat, konsumenterna kommer att äta producenter och / eller andra konsumenter och sönderdelare kommer att återvinna atomer och molekyler från döda organismer tillbaka till miljön.
• Främmande livsformer kommer att integreras med deras livsmiljöer och ekosystem, som livet på jorden.

Som ni ser är liv av alla slag intimt knutet till dess miljö, så planetens egenskaper skulle vara oerhört viktiga för att bestämma livsformens egenskaper.

Med dessa grundregler i åtanke, och eftersom inga utomjordiska livsformer har upptäckts slutgiltigt, ligger främmande fysiologi i vår fantasi. Science-fiction-författare, särskilt de "hårda" som försöker hålla sig till verklig vetenskap, har gjort detta i flera år. De designar eller bygger en värld och försöker noggrant utarbeta dess fysiska, astronomiska och ekologiska egenskaper. Därefter arbetar de ta reda på vilken typ av utlänningar som kan existera i den världen. Ett exempel på en sådan världsbyggande övning kan hittas på Epona-projektet, där flera science-fiction-författare samlades för att skapa en värld som heter Epona, komplett med planetariska, geologiska och ekologiska En konstnär, Steven Hanly, skapade Epona-varelser.

För sin roman "Mission of Gravity" skapade Hal Clement en värld som heter Mesklin som omger en dubbel stjärna. Mesklin roterar varannan minut och har en platt form som orsakas av dess rotation. Tyngdkraften hos Mesklin sträcker sig från tre gånger jordens tyngdkraft, vid ekvatorn, till sjuhundra gånger vid polerna. Mesklin har en väteatmosfär och metanhav. Meskliniter, en av planetens livsformer, är små tusenbeinsliknande varelser gjorda av ett insektsskelettprotein som kallas kitin. De har 18 par ben som slutar i sugerliknande fötter, framåtklämma för grepp, ett starkt cirkulationssystem och absorberar väte direkt genom sina skal. De är oerhört starka - ett resultat av att leva i en värld med hög tyngdkraft, men ändå har de rädsla för att bli plockade eftersom ett fall från en liten höjd kan vara dödligt på så hög tyngdkraft. (Se "Barlowe's Guide to Extraterrestrials" och "The Aliens Science" för beskrivningar av Mesklinites och annat främmande liv.)

Vid har vi föreställt oss en främmande värld och främmande livsformer. I vår värld kretsar planeten om en ljus stjärna. Endast 10 procent av världen är täckt med ytvatten, men i hela landmassan finns det fickor med vatten som samlas under sand från den glesa nederbörden. Miljön är varm och torr och solskenet är ljust. Planeten är massiv och har tyngdkraften som är hundra gånger starkare än jorden. Atmosfären är en jordliknande luftblandning av helium, syre och koldioxid.

De två främmande livsformer som vi föreställer oss för denna värld är djur - mobila rovdjur som lever runt planetens få små ytvattenkroppar. Båda utlänningarna är korta, cirka 1 fot (30 centimeter) höga, med tjocka lemmar för att stödja sin vikt mot den enorma tyngdkraften. Båda har tjocka beläggningar eller skinn för att minimera avdunstning och spara vatten. För att samla in information förlitar man sig främst på syn, medan den andra använder kemiska sinnen (smak och lukt).

Detta innehåll är inte kompatibelt på den här enheten.

Lashlarm, ett främmande djur

De Lashlarm är vårt första främmande rovdjur. Det ser ut som en vandrande toalettskål. Mundelen stöds av tre stjälkben som är anslutna till en platt piedestal. Under piedestalen finns många vågar, så piedestalen glider över sandytan ungefär som en orm rör sig längs marken. Den har flera sensoriska bilagor som gör att den kan hitta rov med kemiska medel. Den jaktar nära de små ytorna av ytvatten, känner sig längs vattnet och smakar på sanden och vattnet för andra djur. När han lokaliserar bytet krasker Lashlarm ner och glider upp till det. Lashlarmen öppnar sedan sin stora mun och springer ner på bytet och sväljer det hela.

Detta innehåll är inte kompatibelt på den här enheten.

Nirba, ett främmande rovdjur

De Nirba är är något större än Lashlarm. Den bor i vattnet, nära kanten, ungefär som en krokodil eller alligator, men är inte helt vattenlevande. Nirba kommer ut för att byta andra djur som kommer ner i vattnet, särskilt Lashlarm. Det har ett stort huvud med näsborrar som ligger ovanpå näsan så att det kan andas medan det mestadels är nedsänkt. Nirba har tjock hud för att förhindra uttorkning medan den är ur vattnet i den heta solen, och stora, muskulösa framben med stora klor för att döda sitt rov. En lång svans hjälper den att simma i vattnet, och "pilspetsen" slut hjälper till med jakt och territoriellt försvar.

För mer information om främmande liv och relaterade ämnen, kolla in länkarna på följande sida.

Hänvisningar till främmande spekulation

• "The Aliens Science"
• "Barlowe's Guide to Extraterrestrials"
• "Aliens and Alien Sociations"
• "World-Building"
• "Sharing the Universe: Perspectives on Extraterrestrial Life"

Relaterade länkar

• Hur SETI fungerar
• Hur Planet Hunting fungerar
• Hur Mars fungerar
• Hur stjärnor fungerar
• Hur celler fungerar
• Hur ditt hjärta fungerar
• Hur blod fungerar
• Hur dina njurar fungerar
• Hur muskler fungerar
• Hur ditt immunsystem fungerar
• Hur dina lungor fungerar

Fler bra länkar

• PBS: Life Beyond Earth
• Planetbiologi
• Astrobiologi: The Living Universe
• NASA Astrobiology Institute Startsida
• Woods Hole Oceanographic Institution: Dyk och upptäck - Expeditioner till havsbotten
• Introduktion till Archaea: Livets extremister ...