Sådan fungerer udlændinge

Hydrotermiske udluftningsorme. Se mere UFO-billeder. Foto høflighed NOAA / U.S. Department of Commerce

Er der andre former for liv i universet? Den videnskabelige søgning efter utomjordiske livsformer er styrket af to nylige opdagelser. For det første indikerer opdagelsen af ​​livsformer i eksotiske miljøer på Jorden, at livet er meget hjerteligt og kan tilpasse sig de underligste og mest fjendtlige miljøer. For det andet fandt astronomer planeter, der kredser rundt om stjerner foruden vores sol - over 50 ekstrasolære planeter er blevet opdaget fra 2001. Er der fremmede livsformer på nogen af ​​disse planeter?

-

-Hvis der findes et fremmed liv, hvordan kan det være? Ville det være enkle livsformer som bakterier, vira eller alger eller mere avancerede flercellede væsener, måske endda intelligente væsener? Ville udlændinge være dyr, planter eller have egenskaber ved begge dele? Ville de have arme og ben og gå lodret som vi gør? Ville de være afhængige af visionen som deres primære sans eller bruge en anden måde til at indsamle information om deres omgivelser? Ville de "indånde" ilt eller anden gas?

Spekulationer om udlændinge er typisk blevet overladt til science-fiction forfattere, science-fiction læsere og Hollywood-forfattere og instruktører. I denne artikel skal vi undersøge astrobiologi, den videnskabelige søgning efter udenjordisk liv. Vi anvender det, vi har lært om livet på Jorden, til at spekulere i, hvordan fremmede livsformer kan være.

Indhold

1. Hilsen, kulstofbaserede dobbeltblade!
2. Hvad er livet?
3. Livet i det ekstreme
4. Nogle grundregler for fremmed liv
5. Spekulation: Hvordan kan udlændinge være?

De fleste af os forestiller et fremmed liv, som det fremstilles i film, hvor udlændinge ofte er afbildet som menneskelignende former, fordi de bruger skuespillere enten til at spille rollerne direkte i make-up eller til at være modeller til computergenereret animation. Publikum forholder sig også bedre til menneskelignende udlændinge end til mere eksotiske, monsterlignende væsener. Planen for menneskekroppen - bilateral symmetri med et hoved, to ben og to arme - stammer imidlertid fra, da de tidlige amfibier og krybdyr koloniserede Jordens landmasser, og det ser ud til, at en sådan form ville udvikle sig til en fremmed verden. Så lad os glemme Hollywood for øjeblikket og se nøje på den virkelige videnskab om astrobiologi.

Astrobiology er den videnskabelige undersøgelse af livet i universet. Astrobiologer forsøger at forstå (blandt andet) hvordan livet opstod og udviklede sig på Jorden, hvad der styrer den måde, livet er organiseret, og hvad der gør en planet beboelig.

Astrobiologi kombinerer disciplinerne biologi, kemi, fysik, geologi og astronomi. Ofte skal astrobiologer bruge de lærte oplysninger om livet på Jorden som en vejledning til at studere livet andetsteds. Lad os undersøge nogle af de ting, vi har lært af livet på Jorden.

Klubformede strukturer af undervandsmikrober kaldet stromatolitter Foto høflighed NOAA / U.S. Department of Commerce

Selvom det er svært at finde en klar definition af "liv", er de fleste biologer enige om, at der er mange egenskaber fælles blandt levende ting. Hvis et objekt opfylder disse egenskaber, betragtes det som levende:

• Organiseret -Levende ting er lavet af atomer og molekyler, der er organiseret i celler. Cellerne i en organisme kan være ensartede eller specialiserede til forskellige funktioner. Cellerne kan organiseres yderligere i væv, organer og systemer. Levende ting på Jorden er ret forskellige med hensyn til deres organisation og kompleksitet.
• homeostatiske - Levende ting udfører funktioner, der holder dem i en konstant, relativt uændret kaldet tilstand homøostase. For eksempel har din krop systemer, der holder din kropstemperatur konstant - du ryster, hvis du er kold, sved, hvis du er varm.
• reproducerer - Levende ting kopierer sig selv, enten nøjagtige kopier (kloner) ved aseksuel reproduktion eller lignende kopier ved seksuel reproduktion.
• Vokser / udvikler - Levende ting vokser og udvikler sig fra mindre og / eller enklere former. For eksempel begynder et menneske livet som et befrugtet æg, der udvikler sig til et embryo, foster og derefter en baby. Derefter vokser babyen til et lille barn, teenager og voksen.
• Optager energi fra miljøet - At bo i en relativt konstant, organiseret tilstand er i strid med termodynamikens anden lov, der siger, at graden af ​​forstyrrelse (entropi) for alle objekter øges. For at en levende organisme kan opretholde organisationen, skal den indtage, forarbejde og bruge energi. Den måde, mennesker og andre dyr gør på, er ved at spise mad og udvinde energi derfra.
• Reagerer på stimuli - Levende ting reagerer på ændringer i deres miljø. For eksempel, hvis a stimulus forårsager dig smerter, dig svare ved at bevæge sig væk fra dette objekt. Hvis du placerer en plante i nærheden af ​​et godt oplyst vindue, vokser grene eller skud mod lyset (fototropisme). Som beskyttelse ændrer nogle dyr farve for at blande sig med deres omgivelser (camouflage).
• Tilpasset til sit miljø - Egenskaberne ved en levende ting har tendens til at være velegnet til dets miljø. For eksempel er finnerne på en delfin flade og tilpasset til svømning. En flagermus vinge har den samme grundlæggende struktur som knoglerne i en delfinsfinne, men har en tynd membran, der muliggør flyvning.

Nu hvor vi har en definition af, hvad livet er, er vi nødt til at se på, hvordan det ændrer sig over store tidsudvidelser. De grundlæggende regler for, hvorvidt arter opstår, lever, forbliver uændrede eller uddøde, er reglerne for udvikling ved naturlig udvælgelse som foreslået af Charles Darwin. Darwins teori om evolution har følgende punkter på det:

• Lignende organismer gengiver lignende organismer - en hund reproducerer en hund, en mælkebøtte reproducerer mælkebøtter og en fisk reproducerer en fisk.
• Ofte er antallet af afkom overproduceret, så antallet, der overlever, er færre end antallet, der er gengivet.
• I enhver population varierer individer med hensyn til enhver given egenskab, såsom højde, hudfarve, pelsfarve eller form på næbene, og disse variationer kan videreføres til den næste generation.
• Nogle variationer er gunstige, idet de gør dem enkeltpersoner bedst egnede til deres miljø, og andre er det ikke. De organismer med gunstige variationer vil overleve og videregive disse træk til deres afkom; disse personer med ugunstige variationer vil dø og ikke videregive deres træk - det er det naturlig selektion.
• Givet tilstrækkelig tid vil naturlig udvælgelse akkumulere disse gunstige træk. Arten vil udvikle sig.

Selvom Darwins teori om evolution blev foreslået for at forklare ændringer i jordbaserede arter, er dens principper generelle nok til, at den også kan anvendes andre steder i universet.

Sjælden jordhypotese

Drake-ligningen, udviklet af astronom Frank Drake og fremmet af Carl Sagan, bruges til at estimere antallet af intelligente civilisationer i universet. I modsætning hertil har geolog Peter Ward og astronom Donald Brownlee fra University of Washington foreslået en hypotese - the Sjælden jordhypotese -- at livet på Jorden er unikt. Deres hypotese siger, at en række tilfældige begivenheder eller situationer, såsom at bo i solens beboelige zone, have en Jupiter-planet til at rydde komet og asteroide rusk og have få masseudryddelser, har gjort det muligt for livet at udvikle sig på Jorden og ville sandsynligvis ikke ske andetsteds. Se "Sjælden jord: Hvorfor det komplekse liv er usædvanligt i universet" for detaljer.

Hydrotermisk udluftning i havbunden Foto høflighed NOAA / U.S. Department of Commerce

Indtil for ca. 30 år siden blev det antaget, at alt liv på Jorden var afhængig af energi fra solen. Desuden troede man, at man sandsynligvis ikke ville finde liv, hvor temperaturerne var ekstremt varme, som i gejsere eller varme kilder eller ekstremt kolde, som i den antarktiske ørken..

Disse ideer ændrede sig, da oceanografer udforskede hydrotermiske åbninger, åbninger i havbunden, hvor ekstremt varmt, mineralrigt vand ryster ud fra skorpen. Hydrotermiske ventilationsåbninger er placeret flere miles under overfladen, på havbunden, hvor det omgivende vand er ved eller nær frysning, det er absolut mørkt og trykket er højt. I organiserede samfund omkring baserne på disse udluftninger, kaldet sorte rygere, fandt forskere muslinger, krabber og eksotiske, gigantiske tubeworms, der var 6 meter lang. Vandet, der kommer ud af disse åbninger, er fra 230 til 662 grader Fahrenheit (110 til 350 grader Celsius).

Hvordan kan disse dyr overleve så langt fra sollys under disse ekstreme forhold? I vandet fandt forskere arter af bakterier, der opdeler brintsulfid fra vandet for at få energi til at fremstille organiske forbindelser (kemosyntese). Rørormene har bakterier i deres væv, der hjælper dem med at hente energi fra vandet. Muslingerne lever af bakterierne, og krabberne lever af tubeworms.

Opdagelsen af ​​hydrotermiske ventilationssamfund viste, at det er muligt for livet at udvikle sig på steder uden lys fra solen og i andre verdener uden tilstrækkeligt lys fra forældren. I betragtning af opdagelsen af ​​hydrotermiske ventilationsåbninger kan det være muligt, at der findes liv i Europa, en iskald måne af Jupiter, som forskere mener har et vandhav under sin iskolde skorpe.

Tubeworms omkring en hydrotermisk udluftning Foto høflighed NOAA / U.S. Department of Commerce

Der er også fundet liv i andre ekstreme miljøer. Forskere opdagede mikrokolonier af kaldte lav cryptoendoliths i stenprøver af den antarktiske ørken, hvor temperaturerne ofte falder til 100 grader under nul, og der er lidt eller intet flydende vand. I modsætning, termofile (varmekærlige) bakterier er fundet i varme kilder, hvor temperaturer overstiger kogepunktet for vand.

Levende kryptoendolit (grønne, sorte, grønblå linjer) i en stenprøve fra Antarktis (til venstre) og en termofile, stavformede bakterier (ca. 1 mikron lang) fra en varm kilde i Yellowstone National Park (til højre) Billeder høflighed NASA Levende kryptoendolit (grønne, sorte, grønblå linjer) i en stenprøve fra Antarktis (til venstre) og en termofile, stavformede bakterier (ca. 1 mikron lang) fra en varm kilde i Yellowstone National Park (til højre) Billeder høflighed NASA

Hvis livet kan udvikle sig i ekstreme miljøer på Jorden, ser det ud til, at liv kan eksistere i de ekstreme miljøer i andre verdener, såsom Mars.

Batfish Foto høflighed NOAA / U.S. Department of Commerce

Brug af det, vi har lært af livet på Jorden, hvad kan vi sige om fremmed liv? Selvom det sandsynligvis ville være meget forskelligt fra livet på Jorden, ville fremmede liv sandsynligvis overholde visse universelle retningslinjer, som det vidt forskellige liv på Jorden gør. Disse retningslinjer eller grundregler inkluderer følgende:

Fremmede liv ville blive styret af fysiske og kemiske love.

Fremmede liv ville være baseret på en form for kemi (eliminere sci-fi-konceptet med rene energibesætninger).

• opløsningsmiddel - På jorden er opløsningsmidlet til alle vores biokemikalier flydende vand. Andre kemikalier kan også være opløsningsmidler, såsom ammoniak, methan, hydrogensulfid eller hydrogenfluorid.
• Temperatur - Alien levetid kan kræve temperaturer, hvor dets opløsningsmiddel kan forblive flydende.
• Tryk - Alien levetid kan kræve miljøtryk (og temperaturer), der tillader opløsningsmidler at eksistere i tre tilstande (fast, væske, gas).
• Energikilde - Levende ting kræver energi for at forblive organiseret. Denne energi kan komme fra en stjerne eller fra kemisk eller geotermisk energi (som i hydrotermiske ventilationsåbninger og varme kilder). På enhver fremmed verden skulle der være en energikilde for at opretholde livet.
• Komplekse molekyler - Levende ting på Jorden er organiseret og lavet af komplekse, kulstofbaserede molekyler, der udfører biokemiske funktioner. Carbon er et alsidigt atom, der kan danne bindinger med op til fire andre atomer, i mange former, til at fremstille molekyler. Selvom det ikke er så alsidigt som kulstof, kan silicium også danne op til fire bindinger med andre atomer og er blevet foreslået som et grundlag for molekyler med fremmed liv (silicium-carbon-hybridmolekyler er også blevet foreslået). Det er sandsynligt, at fremmede livsformer vil have en form for komplekst molekyle til at udføre lignende funktioner.
• Informationsmolekyle - I jordorganismer, deoxyribonukleinsyre (DNA) er et komplekst molekyle, der bærer genetisk information og leder dannelsen af ​​andre molekyler for, at livet kan reproducere og fungere. Fordi et kendetegn ved livet er, at det gengiver, synes det sandsynligt, at fremmede livsformer også vil have en form for informationsmolekyle.

Fremmede væsener, der er større end mikrober, ville have nogen ækvivalent med celler. Når en organisme bliver større, vokser dens indre volumen (kubikfunktion) hurtigere end dens overfladeareal (firkantet funktion). Dette sætter en grænse for organismens størrelse, fordi stoffer fra ydersiden af ​​organismen skal passere ind i og gennem hele organismen ved diffusion, der afhænger af store overfladearealer, korte afstande og forskelle i koncentrationer. Når en organisme vokser sig større, øges afstanden til dens centrum, og diffusionen bliver langsommere. For at opretholde brugbare diffusionsafstande skal en organisme have mange små celler i stedet for en stor celle. Så en udlænding ville være flercellet, hvis den er større end en mikrobe. (Vi ville ikke forvente at finde en lysårs bred enhedscelleorganisme som den, der er beskrevet i den originale Star Trek-episode "Immunitetssyndromet.")

Fremmedliv ville udvikle sig og tilpasse sig dets omgivelser ved hjælp af evolutionsteorien som tidligere forklaret.

Den fysiologiske sammensætning af en multicelle-udlænding ville være bedst egnet til dens miljø. Organsystemer vil blive tilpasset miljøforhold som temperatur, fugtighed og tyngdekraft.

• Udlænding ville have en måde at bringe faste stoffer, væsker og gasser inde i sin krop, distribuere dem til hver celle og fjerne affaldsprodukter (ækvivalenter af hjerte, blodkar og nyrer, for eksempel).
• Alien vil være i stand til at tage energi fra sine omgivelser, udvinde energien og fjerne affald.
• Den fremmede vil have sanser (som syn, lyd, berøring) for at få information fra miljøet og reagere på stimuli (mens vi bruger syn som vores primære sans, er det måske ikke tilfældet med udlændinge). De vil også have en slags hjerne eller nervesystem til at behandle information.
• Udlænding ville have nogle former for reproduktion, enten seksuel eller aseksuel.

Fremmede organismer ville sandsynligvis have lignende økologiske strukturer som livet på Jorden.

• Befolkningsstørrelser vil være begrænset baseret på overvejelsen af ​​mad, rovdyr, sygdom og andre miljøfaktorer.
• Fremmede livsformer findes i fødekæder og fødevarer i deres oprindelige miljø, som livet på Jorden. Producenter producerer mad, forbrugere spiser producenter og / eller andre forbrugere, og dekomponatorer genanvender atomer og molekyler fra døde organismer tilbage i miljøet.
• Fremmede livsformer integreres med deres levesteder og økosystemer, som livet på Jorden.

Som du kan se, er liv af enhver art tæt knyttet til dets miljø, så planetens egenskaber ville være ekstremt vigtige for at bestemme egenskaberne i livsformen.

Med disse grundregler i tankerne, og da der ikke er opdaget nogen udenjordiske livsformer, ligger fremmed fysiologi i vores fantasi. Science-fiction forfattere, især de 'hårde', der forsøger at overholde den virkelige videnskab, har gjort dette i årevis. De designer eller bygger først en verden og omhyggeligt udarbejder dens fysiske, astronomiske og økologiske egenskaber. Derefter arbejder de finde ud af, hvilken type udlændinge der kunne eksistere i denne verden. Et eksempel på en sådan verdensopbyggende øvelse kan findes på Epona-projektet, hvor flere science-fiction forfattere mødtes for at skabe en verden kaldet Epona, komplet med planetarisk, geologisk og økologisk En kunstner, Steven Hanly, skabte Epona-væsener.

For sin roman "Mission of Gravity" skabte Hal Clement en verden kaldet Mesklin, der omgiver en dobbeltstjerne. Mesklin roterer en gang hvert atten minut og har en flad udformning forårsaget af dens rotation. Mesklins tyngdekraft spænder fra tre gange Jordens tyngdekraft ved ækvator til syv hundrede gange ved polerne. Mesklin har en hydrogenatmosfære og metanhav. Mesklinitter, en af ​​planetens livsformer, er små tusenbeinslignende væsener lavet af et insektskeletprotein kaldet chitin. De har 18 par ben, der ender i sugerlignende fødder, fremadklemme til gribe, et stærkt kredsløbssystem og absorbere brint lige gennem deres skaller. De er utroligt stærke - et resultat af at leve i en verden med høj tyngdekraft, men alligevel har de en frygt for at blive plukket op, fordi et fald fra en lille højde kunne være dødeligt på en så høj tyngdekraft. (Se "Barlowe's Guide to Extraterrestrials" og "The Aliens Science" for beskrivelser af Mesklinites og andet fremmed liv.)

Vi har forestillet os en fremmed verden og fremmede livsformer. I vores verden kredser planeten om en lys stjerne. Kun 10 procent af verden er dækket med overfladevand, men i hele landmassen er der lommer med vand, der samler sig under sandet fra den sparsomme nedbør. Miljøet er varmt og tørt, og solskinnet er lyst. Planeten er massiv og har en tyngdekraft, der er hundrede gange stærkere end Jorden. Atmosfæren er en jordlignende luftblanding af helium, ilt og kuldioxid.

De to fremmede livsformer, som vi forestiller os for denne verden, er dyr - mobile rovdyr, der lever rundt om klodens få overflader med små overflader. Begge udlændinge er korte, cirka 1 fod (30 centimeter) høje, med tykke lemmer til at understøtte deres vægt mod den enorme tyngdekraft. Begge har tykke belægninger eller skind for at minimere fordampning og bevare vand. For at indsamle information er den ene primært afhængig af syn, mens den anden bruger kemiske sanser (smag og lugt).

Dette indhold er ikke kompatibelt på denne enhed.

Lashlarm, et fremmed dyr

Det Lashlarm er vores første fremmede rovdyr. Det ligner en vandrende toiletskål. Munddelen understøttes af tre stilke ben, der er forbundet med en flad piedestal. Under piedestallen er mange vægte, så piedestal glider over sandets overflade, ligesom en slange bevæger sig langs jorden. Den har adskillige sensoriske vedhæng, der giver den mulighed for at lokalisere bytte ved kemiske midler. Den jager i nærheden af ​​de små overfladevandskropper, føler sig langs vandkanten og smager sand og vand til andre dyr. Når lokaliseringen af ​​byttedrejene krager Lashlarm ned og glider op til det. Lashlarm åbner derefter sin store mund og springer ned på byttet og sluger det hele.

Dette indhold er ikke kompatibelt på denne enhed.

Nirba, en fremmed rovdyr

Det Nirba er er lidt større end Lashlarm. Den lever i vandet, tæt på kanten, ligesom en krokodille eller alligator, men er ikke fuldt akvatisk. Nirba kommer ud for at bytte for andre dyr, der kommer ned i vandet, især Lashlarm. Det har et stort hoved med næsebor på toppen af ​​næsen, så det kan trække vejret mens det for det meste er nedsænket. Nirba har tyk hud for at forhindre dehydrering, mens den er ude af vandet i den varme sol, og store, muskuløse forben med store kløer for at dræbe sit bytte. En lang hale hjælper den med at svømme i vandet, og "pilespidsen" ender hjælper med jagt og territorial forsvar.

For mere information om fremmed liv og relaterede emner, se linkene på følgende side.

Alien spekulation referencer

• "Aliens videnskab"
• "Barlowe's Guide to Extraterrestrials"
• "Aliens and Alien Sociations"
• "World-Building"
• "Deling af universet: Perspektiver på det ydre jordiske liv"

Relaterede links

• Sådan fungerer SETI
• Sådan fungerer Planet Jagt
• Sådan fungerer Mars
• Sådan fungerer stjerner
• Sådan fungerer cellerne
• Sådan fungerer dit hjerte
• Sådan fungerer blod
• Sådan fungerer dine nyrer
• Sådan fungerer muskler
• Sådan fungerer dit immunsystem
• Sådan fungerer dine lunger

Flere gode links

• PBS: Life Beyond Earth
• Planetarisk biologi
• Astrobiologi: Det levende univers
• NASAs astrobiologiske instituttside
• Woods Hole Oceanographic Institution: Dykke og opdag - ekspeditioner til havbunden
• Introduktion til Archaea: Livets ekstremister ...