Ander soort leven

Hypothetische biochemie

De bekende levensvormen op aarde gebruiken koolstof voor hun basisstructuur, water als oplosmiddel, DNA en RNA als controlemechanismen voor hun metabolisme en reproductie. Alternatieve biochemie met andere elementen als basis en andere oplosmiddelen werd reeds voorgesteld.

Optische Isomeren

Praktisch alle bekende aardse levensvormen gebruiken linksdraaiende (L-vorm) amino-zuren en rechtsdraaiende (D-vorm) suikers. Moleculen met tegengestelde isomerie hebben dezelfde chemische eigenschappen, maar zouden door de gekende enzymen, die ook een isomeren vorm hebben, niet verwerkt kunnen worden. Het zou de minst vreemde vorm van alternatieve biochemie zijn, niet compatibel met de onze.

Andere aminozuren

Het gekende aardse leven is gebaseerd op slechts 20 aminozuren, hoewel er veel meer voorkomen. In de stofwolken van ons melkwegstelsel en zelfs in meteorieten zijn veel verschillende aminozuren gevonden. Met alternatieve vormen voor DNA en RNA zouden die in een biochemie kunnen gebruikt worden.

Andere oplosmiddelen

Water is een prima oplosmiddel, tenminste in omstandigheden zoals op aarde. Het is stabiel, kan zowel als een zuur als een base optreden, laat celvorming toe omdat het een aantal moleculen als lipiden niet oplost, treedt op als een warmtebuffer en blijft vloeibaar over een groot temperatuurbereik. Maar zelfs in ons zonnestelsel is de aarde de enige planeet die in de goede zone voor vloeibaar water zit. Onder andere omstandigheden kunnen andere oplosmiddelen overwogen worden.

Methaan

Vloeibaar tussen -182 °C en -161 °C bij een druk van 1 atmosfeer, komt het overvloedig voor in de atmosfeer van o.a. Titan. Hoewel een minder goed algemeen solvent dan water of ammoniak, kan de mindere chemische reactiviteit makkelijker aanleiding geven tot vorming van macromoleculen gelijkend op eiwitten. Een probleem is dan wel de geringe oplosbaarheid van zouten als katalytische producten.

Ammoniak

In vloeibare vorm tussen -78°C en - 33°C, bij een druk van 1 atmosfeer, heeft ammoniak veel gelijkenissen met water als oplosmiddel. Het kan net als water veel zouten en organische moleculen oplossen, maar zou een andere celstructuur vereisen omdat liposomen, de voornaamste bouwstenen van de celwand, oplosbaar zijn in ammoniak. De koude temperaturen zouden biochemische processen sterk vertragen, maar met hogere atmosferische druk verschuift de vloeibare fase naar hogere temperaturen.

Waterstoffluoride

Vloeibaar tussen -84°C en +19,5°C bij 1 atmosfeer, deelt het veel eigenschappen met water en ammoniak als oplosmiddel. Het is evenals water vloeibaar in een groot temperatuurbereik maar is uiterst corrosief voor zowat alles behalve structuren op basis van silicaatfluoride of paraffine. Door zijn grote reactiviteit komt het zelden in vrije vorm voor.

Andere basis dan koolstof

Silicium

Net als koolstof, kan silicium macromoleculen vormen die voldoende groot zijn om biologische informatie over te brengen. Het heeft wel verschillende nadelen t.o.v. koolstof. Het mist in grote mate de mogelijkheid om zich te verbinden met andere elementen als stikstof, fosfor, zwavel en metalen. Door zijn grotere atoommassa en - doormeter kan het moeilijker covalente bindingen aangaan die belangrijk zijn voor biochemische reacties. Polymeren op basis van silicium en zuurstof, siliconen zijn wel stabieler in corrosieve middens dan koolstofbindingen.

Siliciumdioxide, het analogem van koolstofdioxide, is niet oplosbaar in water: kijk maar naar onze zandstranden. Hierdoor kan het niet dienen van een water-gebaseerde levensvorm. Een siliciumlevensvorm die zuurstof gebruikt voor ademhaling zou met zand gevulde longen hebben.

Een alternatief zou silaan (SiH4) zijn, een equivalent van methaan. Ook op aarde zijn verschillende levensvormen bekend die methaan ademen.

In het heelal werden tot nu 84 koolstofverbindingen gevonden, tegen acht siliciumverbindingen. Van die acht bevatten er vier bovendien ook nog koolstof. Koolstof komt ook tien maal meer voor dan selicium.

Hoewel op aarde silicium veel meer voorkomt dan koolstof, respectievelijk 925 tegen 1, is onze biochemie toch op koolstof gebaseerd. Wel gebruiken sommige aardse levensvormen als diatomeeën silicium in hun metabolisme. Onder andere omstandigheden van temperatuur en druk kan silicium wel beter als basis dienen.

Stikstof en fosfor

Fosfor kan net als koolstof macromoleculen vormen, maar is zeer reactief. In combinatie met stikstof kan het wel stabiele bindingen vormen, zelfs ringstructuren. Hoewel stikstof chemisch zeer inert is gebruiken aardse planten en symbiotische bacteriën het wel. Onder hoge temperaturen, zoals bijvoorbeeld in een bliksem, vormt het bindingen met zuursof en waterstof. Over het samen voorkomen van beide elementen in de juiste omstandigheden, eventueel in aanwezigheid van katalyse, is weinig bekend.

Andere exotica

Boor is analoog aan koolstof in staat stabielecovalentebindingen aan te gaan, boranen. In een zuurstofatmosfeer zijn boranen uiterst brandbaar, zelfs explosief. In een reducerende atmosfeer zijn ze stabiel. Op kosmische schaal komt boor weinig voor.     

Zwavel kan lange kettingmoleculen vormen, maar is net als fosfor zeer reactief. Als alternatief voor koolstof is het vrij theoretisch, aangezien het alleen lineaire en geen gevorkte structuren kan vormen. Op aarde komen bacteriën voor die zwavel gebruiken i.p.v. zuurstof.

Chloor zou kunnen dienen als alternatief voor zuurstof, maar komt veel minder voor. Arseen kan fosfor vervangen en selenium of tellurium kunnen in de plaats komen voor zwavel, zoals pas nog werd geïllustreerd in een arseenrijk meer in de Rocky Mountains.

Is er iets onduidelijk? Heb je een fout gevonden? Mail ons!