Varsayımsal biyokimya türleri: Revizyonlar arasındaki fark

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Etkileşimli olarak geçmişe göz at
[kontrol edilmiş revizyon][kontrol edilmiş revizyon]
← Önceki sürümle aradaki farkSonraki sürümle aradaki fark →
İçerik silindi İçerik eklendi
GörselVikimetin
C8bash (mesaj | katkılar)
Beyaz liste
2.570 değişiklik
"Hypothetical types of biochemistry" sayfasının çevrilmesiyle oluşturuldu.
Etiketler: Ücretsiz blog veya wiki bağlantısı içeren madde İçerik Çevirmeni İçerik Çevirmeni 2 İçerikÇevirisi: Yüksek oranda değiştirilmemiş makine çevirisi kullanımı
C8bash (mesaj | katkılar)
Beyaz liste
2.570 değişiklik
"Hypothetical types of biochemistry" sayfasının çevrilmesiyle oluşturuldu.
140. satır: 140. satır:


== Su dışı çözücüler ==
== Su dışı çözücüler ==
Karbon bileşiklerine ek olarak, şu anda bilinen tüm karasal yaşam aynı zamanda çözücü olarak suya ihtiyaç duymaktadır. Bu durum, suyun bu rolü üstlenebilecek tek sıvı olup olmadığı konusunda tartışmalara yol açtı. Dünya dışı bir yaşam formunun sudan başka bir solvente dayalı olabileceği fikri, son bilimsel literatürde biyokimyacı Steven Benner ve John A. Baross'un başkanlığını yaptığı astrobiyoloji komitesi tarafından ciddiye alınmıştır. <ref name="books.nap.edu">Committee on the Limits of Organic Life in Planetary Systems, Committee on the Origins and Evolution of Life, National Research Council; [http://books.nap.edu/openbook.php?record_id=11919&page=69 The Limits of Organic Life in Planetary Systems]; The National Academies Press, 2007; pages 69–79.</ref> Baross komitesi tarafından tartışılan çözücüler arasında [[amonyak]], <ref name="barossammonia">Committee on the Limits of Organic Life in Planetary Systems, Committee on the Origins and Evolution of Life, National Research Council; [http://books.nap.edu/openbook.php?record_id=11919&page=72 The Limits of Organic Life in Planetary Systems]; The National Academies Press, 2007; p.&nbsp;72.</ref> [[sülfürik asit]], <ref name="barosssulfuric">Committee on the Limits of Organic Life in Planetary Systems, Committee on the Origins and Evolution of Life, National Research Council; [http://books.nap.edu/openbook.php?record_id=11919&page=73 The Limits of Organic Life in Planetary Systems]; The National Academies Press, 2007; p.&nbsp;73.</ref> [[formamid]], <ref name="Planetary Systems p 74">Committee on the Limits of Organic Life in Planetary Systems, Committee on the Origins and Evolution of Life, National Research Council; [http://books.nap.edu/openbook.php?record_id=11919&page=74 The Limits of Organic Life in Planetary Systems]; The National Academies Press, 2007; p.&nbsp;74.</ref> hidrokarbonlar, <ref name="Planetary Systems p 74" /> ve (Dünya'nınkinden çok daha düşük sıcaklıklarda) sıvı [[Azot|nitrojen]] veya [[Süperkritik akışkan|süperkritik bir sıvı]] formundaki hidrojen yer alır. <ref name="barosscryo">Committee on the Limits of Organic Life in Planetary Systems, Committee on the Origins and Evolution of Life, National Research Council; [http://books.nap.edu/openbook.php?record_id=11919&page=75 The Limits of Organic Life in Planetary Systems]; The National Academies Press, 2007; p.&nbsp;75.</ref>
Karbon bileşiklerine ek olarak, şu anda bilinen tüm karasal yaşam aynı zamanda çözücü (solvent) olarak suya ihtiyaç duymaktadır. Bu durum, suyun bu rolü üstlenebilecek tek sıvı olup olmadığı konusunda tartışmalara yol açtı. Dünya dışı bir yaşam formunun sudan başka bir çözücü dayalı olabileceği fikri, son bilimsel literatürde biyokimyacı Steven Benner ve John A. Baross'un başkanlığını yaptığı astrobiyoloji komitesi tarafından ciddiye alınmıştır. <ref name="books.nap.edu">Committee on the Limits of Organic Life in Planetary Systems, Committee on the Origins and Evolution of Life, National Research Council; [http://books.nap.edu/openbook.php?record_id=11919&page=69 The Limits of Organic Life in Planetary Systems]; The National Academies Press, 2007; pages 69–79.</ref> Baross komitesi tarafından tartışılan çözücüler arasında [[amonyak]], <ref name="barossammonia">Committee on the Limits of Organic Life in Planetary Systems, Committee on the Origins and Evolution of Life, National Research Council; [http://books.nap.edu/openbook.php?record_id=11919&page=72 The Limits of Organic Life in Planetary Systems]; The National Academies Press, 2007; p.&nbsp;72.</ref> [[sülfürik asit]], <ref name="barosssulfuric">Committee on the Limits of Organic Life in Planetary Systems, Committee on the Origins and Evolution of Life, National Research Council; [http://books.nap.edu/openbook.php?record_id=11919&page=73 The Limits of Organic Life in Planetary Systems]; The National Academies Press, 2007; p.&nbsp;73.</ref> [[formamid]], <ref name="Planetary Systems p 74">Committee on the Limits of Organic Life in Planetary Systems, Committee on the Origins and Evolution of Life, National Research Council; [http://books.nap.edu/openbook.php?record_id=11919&page=74 The Limits of Organic Life in Planetary Systems]; The National Academies Press, 2007; p.&nbsp;74.</ref> hidrokarbonlar, <ref name="Planetary Systems p 74" /> ve (Dünya'nınkinden çok daha düşük sıcaklıklarda) sıvı [[Azot|nitrojen]] veya [[Süperkritik akışkan|süperkritik bir sıvı]] formundaki hidrojen yer alır. <ref name="barosscryo">Committee on the Limits of Organic Life in Planetary Systems, Committee on the Origins and Evolution of Life, National Research Council; [http://books.nap.edu/openbook.php?record_id=11919&page=75 The Limits of Organic Life in Planetary Systems]; The National Academies Press, 2007; p.&nbsp;75.</ref>

Bir çözücü olarak su, biyokimyanın alabileceği biçimleri sınırlar. Örneğin Steven Benner, DNA gibi genetik bir [[Biyopolimer|biyopolimerin]] suda çalışabilmesi için tekrarlanan [[İyon|iyonik yüklere]] ihtiyaç duyduğunu iddia eden genin polielektrolit teorisini öne sürüyor. <ref>{{Akademik dergi kaynağı|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045206801912325|başlık=Phosphates, DNA, and the Search for Nonterrean Life: A Second Generation Model for Genetic Molecules|tarih=2002-02-01|sayı=1|sayfalar=62–80|çalışma=Bioorganic Chemistry|cilt=30|ad=Steven A.|soyadı=Benner|issn=0045-2068|doi=10.1006/bioo.2001.1232|ad2=Daniel|soyadı2=Hutter}}</ref> Yaşam için suya ihtiyaç duyulmuyorsa genetik biyopolimerlerdeki bu sınırlamalar ortadan kalkar.

Carl Sagan bir zamanlar kendisini hem karbon şoveni hem de su şoveni olarak tanımlamıştı; <ref>{{Kitap kaynağı|başlık=Cosmos|tarih=2002|sayfalar=126–127|yayıncı=Random House|soyadı=Sagan, Carl|isbn=978-0-375-50832-5}}</ref> ancak başka bir olayda kendisinin bir karbon şoveni olduğunu ancak "o kadar da su şoveni olmadığını" söyledi. <ref name="conversations">{{Kitap kaynağı|url=https://archive.org/details/conversationswit00saga|başlık=Conversations with Carl Sagan|tarih=2006|sayfa=[https://archive.org/details/conversationswit00saga/page/10 10]|yayıncı=University Press of Mississippi|soyadı=Sagan, Carl|isbn=978-1-57806-736-7|soyadı2=Head, Tom}}</ref> Hidrokarbonlar üzerine spekülasyon yaptı, <ref name="conversations" /> {{Rp|11}}[[hidroflorik asit]], <ref name="Sagan, Carl 2002 128">{{Kitap kaynağı|başlık=Cosmos|tarih=2002|sayfa=128|yayıncı=Random House|soyadı=Sagan, Carl|isbn=978-0-375-50832-5}}</ref> ve amonyak <ref name="conversations" /> <ref name="Sagan, Carl 2002 128" /> suya olası alternatiflerdir.

Suyun yaşam süreçleri için önemli olan özelliklerinden bazıları şunlardır:

* Asit-baz kimyası, H <sup>+</sup> katyonları, OH <sup>-</sup> anyonlar, hidrojen bağı, van der Waals bağı, dipol-dipol ve diğer polar etkileşimler, sulu solvent kafesleri ve hidroliz dahil olmak üzere olası reaksiyon yollarının çok sayıda permütasyonuna yol açan karmaşıklık . Bu karmaşıklık, evrime yaşamın ve diğer birçok çözücünün üretilmesi için çok sayıda yol sunar.{{Hangi|date=November 2018}} önemli ölçüde daha az olası reaksiyona sahiptir, bu da evrimi ciddi şekilde sınırlandırır.
* Termodinamik kararlılık: Sıvı suyun oluşumunun serbest enerjisi, suyun çok az reaksiyona girmesine neden olacak kadar düşüktür (−237,24 kJ/mol). Diğer solventler özellikle oksijenle oldukça reaktiftir.
* Su zaten hidrojenin oksijenle yanma ürünü olduğundan oksijen içinde yanmaz. Çoğu alternatif çözücü, oksijen açısından zengin bir atmosferde stabil değildir, dolayısıyla bu sıvıların aerobik yaşamı desteklemesi pek olası değildir.
* [[Sıvı]] olduğu geniş bir sıcaklık aralığı.
* Oksijen ve karbondioksitin oda sıcaklığında yüksek çözünürlüğü, aerobik su bitkilerinin ve hayvan yaşamının evrimini destekler.
* Yüksek [[Isı sığası|ısı kapasitesi]] (daha yüksek çevre sıcaklığı stabilitesine yol açar).
* Su, oda sıcaklığında bir sıvıdır ve reaksiyon engellerinin üstesinden gelmek için gerekli olan büyük miktarda kuantum geçiş durumu popülasyonuna yol açar. Kriyojenik sıvılar (sıvı metan gibi), kimyasal reaksiyonlara dayalı olarak yaşam için gerekli olan geçiş durumu popülasyonlarının katlanarak daha düşük olmasına sahiptir. Bu, kimyasal reaksiyonlara dayalı herhangi bir yaşamın gelişmesini engelleyecek kadar yavaş olabilen kimyasal reaksiyon hızlarına yol açar.{{Kaynak belirt|date=November 2018}}<sup class="noprint Inline-Template Template-Fact" style="white-space:nowrap;">&#x5B; ''<nowiki><span title="This claim needs references to reliable sources. (November 2018)">kaynak belirtilmeli</span></nowiki>'' &#x5D;</sup>
* Spektroskopik şeffaflık, güneş ışınımının sıvının (veya katının) içine birkaç metre kadar nüfuz etmesini sağlayarak sudaki yaşamın evrimine büyük ölçüde yardımcı olur.
* Sabit göllere ve okyanuslara yol açan büyük bir [[Buharlaşma entalpisi|buharlaşma ısısı]] .
* Çok çeşitli bileşikleri çözme yeteneği.
* Katının (buzun) yoğunluğu sıvınınkinden daha düşüktür, dolayısıyla buz sıvının üzerinde yüzer. Bu nedenle su kütleleri donar ancak katı halde donmaz (aşağıdan yukarıya doğru). Eğer buz, sıvı sudan daha yoğun olsaydı (neredeyse tüm diğer bileşikler için geçerli olduğu gibi), o zaman büyük sıvı kütleleri katıyı yavaş yavaş dondururdu ve bu da yaşamın oluşumuna elverişli olmazdı.

Bileşik olarak su, çoğu buhar veya buz formunda olmasına rağmen kozmik olarak bol miktarda bulunur. Yeraltı sıvı suyunun birkaç dış uyduda muhtemel veya mümkün olduğu düşünülmektedir: [[Enceladus]] (gayzerlerin gözlemlendiği yer), [[Europa (uydu)|Europa]], [[Titan (uydu)|Titan]] ve [[Ganymede (uydu)|Ganymede]]. Dünya ve Titan, şu anda yüzeylerinde sabit sıvı kütlelerinin bulunduğu bilinen tek dünyalardır.

Ancak suyun tüm özelliklerinin yaşam için mutlaka avantajlı olduğu söylenemez. <ref name="barosswater">Committee on the Limits of Organic Life in Planetary Systems, Committee on the Origins and Evolution of Life, National Research Council; [http://books.nap.edu/openbook.php?record_id=11919&page=70 The Limits of Organic Life in Planetary Systems]; The National Academies Press, 2007; page 70.</ref> Örneğin su buzunun [[Yansıtabilirlik|albedo]] değeri yüksektir, <ref name="barosswater" /> bu da Güneş'ten gelen önemli miktarda ışık ve ısıyı yansıttığı anlamına gelir. [[Buzul çağı|Buzul çağları]] sırasında suyun yüzeyinde yansıtıcı buz biriktikçe küresel soğumanın etkileri artar. <ref name="barosswater" />

Başarılı bir biyosferde bazı bileşikleri ve elementleri çözücü olarak diğerlerinden çok daha uygun kılan bazı özellikler vardır. Çözücünün, gezegensel nesnenin normalde karşılaşacağı bir sıcaklık aralığı boyunca sıvı dengesinde bulunabilmesi gerekir. Kaynama noktaları basınca göre değiştiğinden, soru olası çözücünün sıvı kalıp ''kalmayacağı'' değil, ''hangi basınçta'' kalacağıdır. Örneğin, hidrojen siyanür 1 atmosferde dar bir sıvı faz sıcaklık aralığına sahiptir, ancak 92 bar (91 atm) basınçla Venüs'ün basıncına sahip bir atmosferde, gerçekten de geniş bir sıcaklık aralığında sıvı halde bulunabilir.

=== Amonyak ===
[[Amonyak]] molekülü (<sub>NH3</sub>), su molekülü gibi evrende bol miktarda bulunur ve hidrojenin (en basit ve en yaygın element) başka bir çok yaygın element olan nitrojenle birleşimidir. <ref name="asimov">{{Akademik dergi kaynağı|url=http://www.bigear.org/CSMO/HTML/CS09/cs09all.htm|başlık=Not as We Know it – the Chemistry of Life|tarih=Winter 1981|sayı=9 (Vol 3 No 1)|çalışma=Cosmic Search|yayıncı=North American AstroPhysical Observatory|soyadı=Isaac Asimov}}</ref> Sıvı amonyağın yaşam için alternatif bir çözücü olarak olası rolü, en azından [[J. B. S. Haldane|J. B. S. Haldane'nin]] yaşamın kökeniyle ilgili bir sempozyumda konuyu gündeme getirdiği 1954 yılına kadar uzanan bir fikirdir. <ref name="haldane">{{Akademik dergi kaynağı|başlık=The Origins of Life|tarih=1954|sayfalar=12–27|çalışma=New Biology|cilt=16|soyadı=J. B. S. Haldane}} cited in {{Web kaynağı|url=http://www.daviddarling.info/encyclopedia/A/ammonialife.html/|başlık=Ammonia-based life|erişimtarihi=2012-10-01|arşivtarihi=2012-10-18|arşivurl=https://web.archive.org/web/20121018095038/http://www.daviddarling.info/encyclopedia/A/ammonialife.html|ad=David|soyadı=Darling}}</ref>

Amonyak çözeltisinde çok sayıda kimyasal reaksiyon mümkündür ve sıvı amonyağın suyla kimyasal benzerlikleri vardır. <ref name="asimov">{{Akademik dergi kaynağı|url=http://www.bigear.org/CSMO/HTML/CS09/cs09all.htm|başlık=Not as We Know it – the Chemistry of Life|tarih=Winter 1981|sayı=9 (Vol 3 No 1)|çalışma=Cosmic Search|yayıncı=North American AstroPhysical Observatory|soyadı=Isaac Asimov}}<cite class="citation journal cs1" data-ve-ignore="true" id="CITEREFIsaac_Asimov1981">Isaac Asimov (Winter 1981). [http://www.bigear.org/CSMO/HTML/CS09/cs09all.htm "Not as We Know it – the Chemistry of Life"]. ''Cosmic Search'' (9 (Vol 3 No 1)). North American AstroPhysical Observatory.</cite></ref> <ref name="ddammonia">{{Web kaynağı|url=http://www.daviddarling.info/encyclopedia/A/ammonialife.html|başlık=ammonia-based life|erişimtarihi=2012-10-01|ad=David|soyadı=Darling}}</ref> Amonyak çoğu organik molekülü en az su kadar çözebilir ve ayrıca birçok elementel metali de çözebilir. Haldane, suyla ilgili çeşitli yaygın organik bileşiklerin amonyakla ilgili analoglara sahip olduğuna dikkat çekti; örneğin amonyakla ilişkili [[Amin (kimya)|amin]] grubu ( <sub>−NH2</sub> ), suyla ilişkili [[hidroksil]] grubuna (−OH) benzerdir. <ref name="ddammonia" />

Amonyak da su gibi H <sup>+</sup> iyonunu kabul edebilir veya verebilir. Amonyak bir H <sup>+</sup> kabul ettiğinde, [[Hidronyum|hidroniyuma]] ( <sub>H3O</sub> <sup>+</sup> ) benzer şekilde [[amonyum]] katyonunu ( <sub>NH4</sub> <sup>+</sup> ) oluşturur. Bir H <sup>+</sup> iyonu verdiğinde, [[hidroksit]] anyonuna (OH <sup>-</sup> ) benzer şekilde amid anyonunu (NH <sub>2</sub> <sup>-</sup> ) oluşturur. <ref name="barossammonia">Committee on the Limits of Organic Life in Planetary Systems, Committee on the Origins and Evolution of Life, National Research Council; [http://books.nap.edu/openbook.php?record_id=11919&page=72 The Limits of Organic Life in Planetary Systems]; The National Academies Press, 2007; p.&nbsp;72.</ref> Ancak suyla karşılaştırıldığında amonyak, H <sup>+</sup> iyonunu kabul etmeye daha yatkın, bağışlamaya ise daha az eğilimlidir; daha güçlü bir [[Nükleofil|nükleofildir]] . <ref name="barossammonia" /> Suya eklenen amonyak [[Asit-baz tepkimesi|Arrhenius bazı]] olarak işlev görür: anyon hidroksitin konsantrasyonunu arttırır. Tersine, asitlik ve bazlığın bir [[Asit-baz tepkimesi|solvent sistemi tanımı]] kullanıldığında, sıvı amonyağa eklenen su, katyon amonyum konsantrasyonunu arttırdığı için asit işlevi görür. <ref name="ddammonia">{{Web kaynağı|url=http://www.daviddarling.info/encyclopedia/A/ammonialife.html|başlık=ammonia-based life|erişimtarihi=2012-10-01|ad=David|soyadı=Darling}}<cite class="citation web cs1" data-ve-ignore="true">Darling, David. [http://www.daviddarling.info/encyclopedia/A/ammonialife.html "ammonia-based life"]<span class="reference-accessdate">. Retrieved <span class="nowrap">2012-10-01</span></span>.</cite></ref> Karasal biyokimyada çok kullanılan karbonil grubu (C=O), amonyak çözeltisinde stabil olmayacaktır ancak bunun yerine benzer [[imin]] grubu (C=NH) kullanılabilir. <ref name="barossammonia" />

Ancak amonyağın yaşamın temeli olarak bazı sorunları vardır. Amonyak molekülleri arasındaki [[Hidrojen bağı|hidrojen bağları]] sudakilerden daha zayıftır, bu da amonyağın [[Buharlaşma entalpisi|buharlaşma ısısının]] suyun yarısı kadar olmasına, [[Yüzey gerilimi|yüzey geriliminin]] üçte bir olmasına neden olur ve [[Hidrofobi|hidrofobik]] etki yoluyla polar olmayan molekülleri konsantre etme yeteneğini azaltır. Gerald Feinberg ve Robert Shapiro, amonyağın prebiyotik molekülleri kendi kendini yeniden üreten bir sistemin ortaya çıkmasına izin verecek kadar iyi bir arada tutup tutamayacağını sorguladılar. <ref>{{Kitap kaynağı|url=https://archive.org/details/lifebeyondearthi0000fein|başlık=Life Beyond Earth|tarih=1980|yayıncı=Morrow|ad=Gerald|soyadı=Feinberg|isbn=978-0-688-03642-3|soyadı2=Robert Shapiro}} cited in {{Web kaynağı|url=http://www.daviddarling.info/encyclopedia/A/ammonialife.html/|başlık=ammonia-based life|erişimtarihi=2012-10-01|arşivtarihi=2012-10-18|arşivurl=https://web.archive.org/web/20121018095038/http://www.daviddarling.info/encyclopedia/A/ammonialife.html|ad=David|soyadı=Darling}}</ref> Amonyak da oksijende yanıcıdır ve [[Oksijenli solunum|aerobik metabolizmaya]] uygun bir ortamda sürdürülebilir şekilde var olamaz. <ref name="dsmammonia">{{Kitap kaynağı|url=https://archive.org/details/lifeuniverseexpe00schu|başlık=Life in the Universe: Expectations and Constraints|tarih=2008|sayfa=[https://archive.org/details/lifeuniverseexpe00schu/page/n130 119]|yayıncı=Springer|seri=2|ad=Dirk|soyadı=Schulze-Makuch|isbn=978-3-540-76816-6|ad2=Louis Neal|soyadı2=Irwin}}</ref>
[[Dosya:Layers_of_titan.jpg|sağ|küçükresim| Titan'ın teorik iç yapısı, mavi renkle gösterilen yeraltı okyanusu]]
Amonyak bazlı bir [[biyosfer]], muhtemelen Dünya'daki yaşamla karşılaştırıldığında son derece alışılmadık sıcaklık veya hava basınçlarında mevcut olacaktır. Dünya üzerindeki yaşam genellikle suyun erime ve [[Kaynama noktası|kaynama noktaları]] arasında, [[Atmosfer basıncı|normal basınç]] olarak belirlenen basınçta ve {{Dönüştürme|0|and|100|°C|lk=out|abbr=on|K}} arasında var olur. Normal basınçta tutulduğunda amonyağın erime ve kaynama noktaları {{Dönüştürme|-78|°C|K|abbr=on}} ve {{Dönüştürme|-33|°C|K|abbr=on}} sırasıyla. Kimyasal reaksiyonlar genellikle düşük sıcaklıklarda daha yavaş ilerlediğinden, bu koşullar altında var olan amonyak bazlı yaşam, Dünya'daki yaşamdan daha yavaş metabolize olabilir ve daha yavaş gelişebilir. <ref name="dsmammonia">{{Kitap kaynağı|url=https://archive.org/details/lifeuniverseexpe00schu|başlık=Life in the Universe: Expectations and Constraints|tarih=2008|sayfa=[https://archive.org/details/lifeuniverseexpe00schu/page/n130 119]|yayıncı=Springer|seri=2|ad=Dirk|soyadı=Schulze-Makuch|isbn=978-3-540-76816-6|ad2=Louis Neal|soyadı2=Irwin}}<cite class="citation book cs1" data-ve-ignore="true" id="CITEREFSchulze-MakuchIrwin2008">Schulze-Makuch, Dirk; Irwin, Louis Neal (2008). <span class="id-lock-limited" title="Free access subject to limited trial, subscription normally required">[[iarchive:lifeuniverseexpe00schu|''Life in the Universe: Expectations and Constraints'']]</span> (2&nbsp;ed.). Springer. p.&nbsp;[[iarchive:lifeuniverseexpe00schu/page/n130|119]]. [[Uluslararası Standart Kitap Numarası|ISBN]]&nbsp;[[Özel:BookSources/978-3-540-76816-6|<bdi>978-3-540-76816-6</bdi>]].</cite></ref> Öte yandan, daha düşük sıcaklıklar, canlı sistemlerin, Dünya sıcaklıklarında yararlı olamayacak kadar kararsız olan kimyasal türleri kullanmasına da olanak tanıyabilir. <ref name="asimov">{{Akademik dergi kaynağı|url=http://www.bigear.org/CSMO/HTML/CS09/cs09all.htm|başlık=Not as We Know it – the Chemistry of Life|tarih=Winter 1981|sayı=9 (Vol 3 No 1)|çalışma=Cosmic Search|yayıncı=North American AstroPhysical Observatory|soyadı=Isaac Asimov}}<cite class="citation journal cs1" data-ve-ignore="true" id="CITEREFIsaac_Asimov1981">Isaac Asimov (Winter 1981). [http://www.bigear.org/CSMO/HTML/CS09/cs09all.htm "Not as We Know it – the Chemistry of Life"]. ''Cosmic Search'' (9 (Vol 3 No 1)). North American AstroPhysical Observatory.</cite></ref>

Amonyağın Dünya benzeri sıcaklıklarda sıvı olduğu başka bir koşullar dizisi, onun çok daha yüksek bir basınçta olmasını gerektirir. Örneğin, 60 atm'de amonyak -77 °C'de (196 K) erir ve 98 °C'de (371 K) kaynar.<ref name="barossammonia">Committee on the Limits of Organic Life in Planetary Systems, Committee on the Origins and Evolution of Life, National Research Council; [http://books.nap.edu/openbook.php?record_id=11919&page=72 The Limits of Organic Life in Planetary Systems]; The National Academies Press, 2007; p.&nbsp;72.</ref>

Amonyak ve amonyak-su karışımları, saf suyun donma noktasının çok altındaki sıcaklıklarda sıvı kalır; dolayısıyla bu tür biyokimyalar, su bazlı [[Yaşanabilir bölge|yaşanabilirlik bölgesinin]] dışında yörüngede dönen gezegenler ve uydular için çok uygun olabilir. Bu tür koşullar, örneğin [[Satürn|Satürn'ün]] en büyük uydusu [[Titan (uydu)|Titan'ın]] yüzeyinin altında mevcut olabilir. <ref>{{Web kaynağı|url=http://www.es.ucl.ac.uk/research/planetary/undergraduate/dom/titan/titan.htm|başlık=Exobiological Implications of a Possible Ammonia-Water Ocean Inside Titan|erişimtarihi=7 June 2010|tarih=1999|ad=A. D.|soyadı=Fortes}}</ref>

=== Metan ve diğer hidrokarbonlar ===

[[Kategori:Bilimsel spekülasyonlar]]
[[Kategori:Bilimsel spekülasyonlar]]
[[Kategori:Biyolojik hipotezler]]
[[Kategori:Biyolojik hipotezler]]

Sayfanın 13.09, 9 Mayıs 2024 tarihindeki hâli

Titan'ın kuzey kutup bölgesinin yanlış renkli Cassini radar mozaiği; mavi alanlar sıvı hidrokarbon gölleridir. "Titan'da sıvı hidrokarbon göllerinin varlığı, biyosferimizdekilere alternatif olan ve Dünya'dakilerden tamamen farklı yeni yaşam formlarını destekleyebilecek çözücüler ve enerji kaynakları olasılığını ortaya çıkarıyor."—NASA Astrobiyoloji Yol Haritası 2008 [1]

Varsayımsal biyokimya türleri, bilimsel olarak geçerli olduğu kabul edilen ancak şu anda varlığı kanıtlanmayan biyokimya biçimleridir. [2] Şu anda Dünya'da bilinen canlı organizma türlerinin tümü, temel yapısal ve metabolik işlevler için karbon bileşiklerini, çözücü olarak suyu ve formlarını tanımlamak ve kontrol etmek için DNA veya RNA'yı kullanır. Eğer diğer gezegenlerde veya uydularda yaşam varsa, kimyasal olarak benzer olabilir, ancak oldukça farklı kimyalara sahip organizmaların da olması mümkündür [3] – örneğin, diğer karbon bileşikleri sınıflarını, başka bir elementin bileşiklerini veya su yerine başka bir çözücü.

Yaşam formlarının "alternatif" biyokimyalara dayanma olasılığı, dünya dışı ortamlar ve çeşitli element ve bileşiklerin kimyasal davranışları hakkında bilinenlerden yola çıkılarak devam eden bir bilimsel tartışmanın konusudur. Sentetik biyolojinin ilgisini çekmektedir ve aynı zamanda bilim kurguda da yaygın bir konudur.

Silisyum elementi, karbona varsayımsal bir alternatif olarak çokça tartışıldı. Silikon periyodik tablodaki karbonla aynı gruptadır ve karbon gibi dört değerliklidir. Suyun varsayımsal alternatifleri arasında, su gibi kutupsal bir molekül olan ve kozmik açıdan bol miktarda bulunan amonyak vardır ve Titan'ın yüzeyinde sıvı halde bulunduğu bilinen metan ve etan gibi polar olmayan hidrokarbon çözücüler de mevcuttur.

Varsayımsal biyokimya türlerine genel bakış

Varsayımsal biyokimya türlerine genel bakış
Type Basis Brief description Remarks
Alternative-chirality biomolecules Alternative biochemistry Mirror image biochemistry Perhaps the least unusual alternative biochemistry would be one with differing chirality of its biomolecules. In known Earth-based life, amino acids are almost universally of the L form and sugars are of the D form. Molecules using D amino acids or L sugars are possible, though they would be incompatible with organisms using the opposing chirality molecules. Gram-positive bacteria incorporate D alanine into their Peptidoglycan layer, created through the actions of Racemases[4]
Ammonia biochemistry Non-water solvents Ammonia-based life Ammonia is relatively abundant in the universe and has chemical similarities to water. The possible role of liquid ammonia as an alternative solvent for life is an idea that goes back at least to 1954, when J. B. S. Haldane raised the topic at a symposium about life's origin.
Arsenic biochemistry Alternative biochemistry Arsenic-based life Arsenic, which is chemically similar to phosphorus, while poisonous for most life forms on Earth, is incorporated into the biochemistry of some organisms.
Borane biochemistry (Organoboron chemistry) Alternative biochemistry Boranes-based life Boranes are dangerously explosive in Earth's atmosphere, but would be more stable in a reducing environment. Boron, however, is exceedingly rare in the universe in comparison to its neighbours carbon, nitrogen, and oxygen. On the other hand, structures containing alternating boron and nitrogen atoms share some properties with hydrocarbons.
Cosmic necklace-based biology Nonplanetary life Non-chemical life In 2020, Luis A. Anchordoqu and Eugene M. Chudnovsky hypothesized that life composed of magnetic semipoles connected by cosmic strings could evolve inside stars.[5]
Dusty plasma-based biology Nonplanetary life Non-chemical life In 2007, Vadim N. Tsytovich and colleagues proposed that lifelike behaviors could be exhibited by dust particles suspended in a plasma, under conditions that might exist in space.[6]
Extremophiles Alternative environment Life in variable environments It would be biochemically possible to sustain life in environments that are only periodically consistent with life as we know it.
Heteropoly acid biochemistry Alternative biochemistry Heteropoly acid-based life Various metals can form complex structures with oxygen, such as heteropoly acids.
Hydrogen fluoride biochemistry Non-water solvents Hydrogen fluoride-based life Hydrogen fluoride has been considered as a possible solvent for life by scientists such as Peter Sneath.
Hydrogen sulfide biochemistry Non-water solvents Hydrogen sulfide-based life Hydrogen sulfide is a chemical analog of water, but is less polar and a weaker inorganic solvent.
Methane biochemistry (Azotosome) Non-water solvents Methane-based life Methane (CH4) is relatively abundant in the solar system and the universe, and is known to exist in liquid form on Titan, the largest moon of Saturn. Though highly unlikely, it is considered to be possible for Titan to harbor life. If so, it will most likely be methane-based life.
Non-green photosynthesizers Other speculations Alternate plant life Physicists have noted that, although photosynthesis on Earth generally involves green plants, a variety of other-colored plants could also support photosynthesis, essential for most life on Earth, and that other colors might be preferred in places that receive a different mix of stellar radiation than Earth. In particular, retinal is capable of, and has been observed to, perform photosynthesis.[7] Bacteria capable of photosynthesis are known as microbial rhodopsins. A plant or creature that uses retinal photosynthesis is always purple.
Shadow biosphere Alternative environment A hidden life biosphere on Earth A shadow biosphere is a hypothetical microbial biosphere of Earth that uses radically different biochemical and molecular processes than currently known life.
Silicon biochemistry (Organosilicon) Alternative biochemistry Silicon-based life Like carbon, silicon can create molecules that are sufficiently large to carry biological information; however, the scope of possible silicon chemistry is far more limited than that of carbon.
Silicon dioxide biochemistry Non-water solvents Silicon dioxide-based life Gerald Feinberg and Robert Shapiro have suggested that molten silicate rock could serve as a liquid medium for organisms with a chemistry based on silicon, oxygen, and other elements such as aluminium.
Sulfur biochemistry Alternative biochemistry Sulfur-based life The biological use of sulfur as an alternative to carbon is purely hypothetical, especially because sulfur usually forms only linear chains rather than branched ones.
Alternative nucleic acids Alternative biochemistry Different genetic storage Xeno nucleic acids (XNA) may possibly be used in place of RNA or DNA. XNA is the general term for a nucleic acid with an altered sugar backbone. Examples of XNA are TNA, which uses threose, HNA, which uses 1,5-anhydrohexitol, GNA, which uses glycol, CeNA, which uses cyclohexene, LNA, which utilizes a form of ribose that contains an extra linkage between its 4' carbon and 2' oxygen, FANA, which uses arabinose but with a single fluorine atom attached to its 2' carbon, and PNA, which uses, in place of sugar and phosphate, N-(2-aminoethyl)-glycine units connected by peptide bonds.[8] In comparison, Hachimoji DNA changes the base pairs instead of the backbone. These new base pairs are P (2-Aminoimidazo[1,2a][1,3,5]triazin-4(1<i id="mw1g">H</i>)-one), Z (6-Amino-5-nitropyridin-2-one), B (Isoguanine), and S (rS = Isocytosine for RNA, dS = 1-Methylcytosine for DNA).[9][10]

Gölge biyosferi

Ana madde: Shadow biosphere
Arecibo mesajı (1974), Dünya yaşamının temel kimyası hakkında uzaya bilgi göndermiştir.

Gölge biyosferi, şu anda bilinen yaşamdan tamamen farklı biyokimyasal ve moleküler süreçleri kullanan, Dünya'nın varsayımsal bir mikrobiyal biyosferidir. [11] [12] Her ne kadar Dünya üzerindeki yaşam nispeten iyi çalışılmış olsa da, mikrobiyal dünyanın keşfi öncelikle makro organizmaların biyokimyasını hedef aldığından, gölge biyosfer hala fark edilmeden kalabilir.

Alternatif kiralite biyomolekülleri

Belki de en az sıra dışı alternatif biyokimya, biyomoleküllerinin farklı kiralitesine sahip olanıdır. Bilinen Dünya temelli yaşamda, amino asitler evrensel olarak neredeyse L formundadır ve şekerler D formundadır. D amino asitleri veya L şekerlerini kullanan moleküller mümkün olabilir; Ancak böyle bir kiraliteye sahip moleküller, karşıt kiralite moleküllerini kullanan organizmalarla uyumsuz olacaktır. Dünya'da kiralitesi normun tersi olan amino asitler bulunur ve bu maddelerin genellikle normal kiraliteye sahip organizmaların çürümesinden kaynaklandığı düşünülür. Ancak fizikçi Paul Davies, bunların bazılarının "anti-kiral" yaşamın ürünleri olabileceğini öne sürüyor. [13]

Ancak böyle bir biyokimyanın gerçekten yabancı olup olmadığı şüphelidir. Bu kesinlikle alternatif bir stereokimya olsa da, organizmaların büyük çoğunluğunda ezici bir çoğunlukla bir enantiyomerde bulunan moleküller, Archaea ve diğer alanların üyeleri arasındaki karşılaştırmalarda olduğu gibi farklı (genellikle bazal) organizmalarda başka bir enantiyomerde bulunabilir, bu da alternatif bir stereokimyanın gerçekten yeni olup olmadığını açık bir konu haline getirir.

Karbon temelli olmayan biyokimyalar

Dünya üzerinde bilinen tüm canlılar karbon temelli bir yapıya ve sisteme sahiptir. Bilim insanları, yaşam için gerekli moleküler yapıları oluşturmak için karbon dışındaki atomları kullanmanın artıları ve eksileri hakkında spekülasyonlar yaptılar, ancak hiç kimse gerekli tüm yapıları oluşturmak için bu tür atomları kullanan bir teori önermedi. Ancak Carl Sagan'ın iddia ettiği gibi, Dünya üzerindeki tüm yaşam için geçerli olan bir ifadenin evrendeki tüm yaşam için geçerli olup olmayacağından emin olmak çok zordur. [14] Sagan böyle bir varsayım için "karbon şovenizmi" terimini kullanmıştı. [15] Silikon ve germanyumun karbona akla uygun alternatifler olduğunu düşünüyordu [15] (diğer makul elementler arasında paladyum ve titanyum yer alır ancak bunlarla sınırlı değildir); ancak öte yandan karbonun kimyasal açıdan daha çok yönlü göründüğünü ve evrende daha bol bulunduğunu belirtti. [16] Norman Horowitz, Mars'ta yaşamın var olup olmadığını belirlemek için 1976'da Viking Lander tarafından yürütülen deneyleri tasarladı; bu, Mars yüzeyine başarıyla bir sonda indiren ilk ABD göreviydi. Horowitz, karbon atomunun çok yönlülüğünün, onu diğer gezegenlerde hayatta kalma sorunlarına çözümler, hatta egzotik çözümler sağlama olasılığı en yüksek olan element haline getirdiğini savundu. [17] Kendi kendini kopyalayabilen, evrimleşip uyum sağlayabilen genetik bilgi sistemleriyle karbon olmayan yaşam formlarının var olabilmesinin çok uzak bir ihtimal olduğunu düşünüyordu.

Silikon biyokimyası

Metanın analoğu olan silanın yapısı
Silikon polidimetilsiloksanın (PDMS) yapısı
Deniz diatomları – Silisyumun deniz suyundan oksit (silika) formunda çıkarılmasını ve hücre duvarlarına dahil edilmesini sağlayan karbon bazlı organizmalar

Silikon atomu, alternatif bir biyokimyasal sistemin temeli olarak çokça tartışıldı çünkü silikon, karbonla birçok kimyasal benzerliğe sahiptir ve periyodik tablonun aynı grubunda yer alır. Karbon gibi silikon da biyolojik bilgiyi taşıyacak kadar büyük moleküller oluşturabilir. [18]

Ancak silikonun karbon alternatifi olarak bazı dezavantajları vardır. Karbon kozmik olarak silikondan on kat daha fazla miktarda bulunur ve kimyası doğal olarak daha karmaşık görünür. [19] 1998 yılına gelindiğinde gökbilimciler yıldızlararası ortamda 84 karbon içeren molekül tespit etmişti; ancak yalnızca 8'i silikon içeriyordu ve bunların yarısı da karbon içeriyordu. [20] Dünya ve diğer karasal gezegenler olağanüstü derecede silikon açısından zengin ve karbon açısından fakir olsa da (silikon, Dünya'nın kabuğunda karbondan kabaca 925 kat daha fazla bulunur), karasal yaşam kendisini karbona dayandırır. Silikon bileşikleri daha az değişken olduğundan, su varlığında kararsız olduğundan veya ısı akışını engellediğinden silikondan kaçınabilir. [19]

Karbona göre silikon çok daha büyük bir atom yarıçapına sahiptir ve — çok güçlü bağlar oluşturduğu oksijen ve flor hariç olup- atomlarla çok daha zayıf kovalent bağlar oluşturur. [18] Silisyum çeşitli koordinasyon sayıları sergilemesine rağmen, silisyuma yapılan çoklu bağların neredeyse hiçbiri stabil değildir. [21] Alkanların silikon analogları olan silanlar suyla hızla reaksiyona girer ve uzun zincirli silanlar kendiliğinden ayrışır. [22] Sonuç olarak, karasal silikonun çoğu, çok çeşitli biyojenik öncüler değil, silika içinde "kilitlenmiştir". [21]

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit, sed do eiusmod tempor incididunt ut labore et dolore magna aliqua. Ut enim ad minim veniam, quis nostrud exercitation ullamco laboris nisi ut aliquip ex ea commodo consequat. Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolore eu fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident, sunt in culpa qui officia deserunt mollit anim id est laborum.

Silikon ve oksijen atomları arasında geçiş yapan silikonlar, silanlardan çok daha kararlıdır ve hatta sülfürik asit açısından zengin dünya dışı ortamlardaki eşdeğer hidrokarbonlardan bile daha kararlı olabilir. [22] Alternatif olarak, silikon bileşiklerindeki zayıf bağlar, kriyojenik sıcaklıklarda hızlı bir yaşam temposunun korunmasına yardımcı olabilir. Şekerlerin silikon homologları olan polisilanoller, sıvı nitrojende çözünebilen birkaç bileşik arasındadır. [23][ güvenilmez kaynak? ] [21]

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit, sed do eiusmod tempor incididunt ut labore et dolore magna aliqua. Ut enim ad minim veniam, quis nostrud exercitation ullamco laboris nisi ut aliquip ex ea commodo consequat. Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolore eu fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident, sunt in culpa qui officia deserunt mollit anim id est laborum.

Bilinen tüm silikon makromolekülleri yapay polimerlerdir ve bu nedenle "organik makromoleküllerin kombinatoryal evreniyle karşılaştırıldığında monotondurlar". [18] [21] Öyle bile olsa, Dünya'daki bazı yaşamlar biyojen silikayı, yani diatomların silikat iskeletlerini kullanıyor. AG Cairns-Smith, sudaki silikat minerallerinin abiyogenezde çok önemli bir rol oynadığını, biyojen karbon bileşiklerinin kristal yapıları etrafında oluştuğunu varsaydı. [24] [25] Doğada gözlenmemesine rağmen, yönlendirilmiş evrim (yapay seçilim) altında biyokimyaya karbon-silisyum bağları eklenmiştir: Rhodothermus marinus'tan bir sitokrom <i id="mwAXM">c</i> proteini, hidrosilanlar ve diazo bileşikleri arasındaki yeni karbon-silikon bağlarını katalize edecek şekilde tasarlanmıştır. [26]

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit, sed do eiusmod tempor incididunt ut labore et dolore magna aliqua. Ut enim ad minim veniam, quis nostrud exercitation ullamco laboris nisi ut aliquip ex ea commodo consequat. Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolore eu fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident, sunt in culpa qui officia deserunt mollit anim id est laborum.

Diğer egzotik element temelli biyokimyalar

  • Boranlar Dünya atmosferinde tehlikeli derecede patlayıcıdır ancak indirgeyici bir atmosferde daha kararlı olacaktır. Bununla birlikte borun kozmik bolluğunun düşük olması, onun yaşam için bir temel olma olasılığını karbona göre daha az kılıyor.
  • Çeşitli metaller, oksijenle birlikte, organik bileşiklere rakip olabilecek çok karmaşık ve termal açıdan kararlı yapılar oluşturabilir; heteropoli asitler böyle bir ailedir. Bazı metal oksitler, hem nanotüp yapıları hem de elmas benzeri kristaller (kübik zirkon gibi) oluşturma yetenekleri açısından karbona benzer. Titanyum, alüminyum, magnezyum ve demir, yer kabuğunda karbondan daha fazla miktarda bulunur. Bu nedenle, metal oksit bazlı yaşam, karbon temelli yaşamın olası olmadığı koşullar (yüksek sıcaklıklar gibi) dahil olmak üzere belirli koşullar altında bir olasılık olabilir. Glasgow Üniversitesi'ndeki Cronin grubu, tungsten polioksometalatların hücre benzeri küreler halinde kendiliğinden birleştiğini bildirdi. [27] Küreler, metal oksit içeriğini değiştirerek, gözenekli bir zar görevi gören ve boyutlarına göre kimyasalların kürenin içine ve dışına seçici olarak girmesine izin veren delikler kazanabilir. [27]
  • Kükürt (Sülfür) de uzun zincirli moleküller oluşturabilir ancak fosfor ve silanlarla aynı yüksek reaktivite problemlerine sahiptir. Sülfürün karbona alternatif olarak biyolojik kullanımı tamamen varsayımsaldır, özellikle de kükürt genellikle dallı zincirlerden ziyade yalnızca doğrusal zincirler oluşturduğundan. (Kükürtün elektron alıcısı olarak biyolojik kullanımı yaygındır ve Dünya'da 3,5 milyar yıl öncesine kadar izlenebilir, dolayısıyla moleküler oksijen kullanımından önce. [28] Kükürt indirgeyen bakteriler, oksijen yerine elementel kükürt kullanarak kükürdü hidrojen sülfüre indirgeyebilir.)

Fosfora alternatif olarak arsenik

Kimyasal olarak fosfora benzeyen arsenik, Dünya'daki çoğu yaşam formu için zehirli olmasına rağmen, bazı organizmaların biyokimyasına dahil edilmiştir. [29] Bazı deniz yosunları, arseniği arsen şekerler ve arsenobetainler gibi karmaşık organik moleküllere dahil eder. Mantarlar ve bakteriler uçucu metillenmiş arsenik bileşikleri üretebilir. Mikroplarda (Chrysiogenes arsenatis) arsenat azalması ve arsenit oksidasyonu gözlemlenmiştir. [30] Ek olarak, bazı prokaryotlar anaerobik büyüme sırasında arsenatı terminal elektron alıcısı olarak kullanabilir ve bazıları enerji üretmek için arseniti elektron donörü olarak kullanabilir.

Dünyadaki en eski yaşam formlarının, DNA'larının yapısında fosfor yerine arsenik biyokimyasını kullanmış olabileceği öne sürülüyor. [31] Bu senaryoya yönelik yaygın bir itiraz, arsenat esterlerinin hidrolize karşı ilgili fosfat esterlerine göre çok daha az stabil olması ve arseniğin bu işlev için pek uygun olmamasıdır. [32]

Kısmen NASA tarafından desteklenen 2010 tarihli bir jeomikrobiyoloji çalışmasının yazarları, doğu Kaliforniya'daki Mono Gölü çökeltilerinde toplanan GFAJ-1 adlı bir bakterinin, fosfor olmadan kültürlendiğinde bu tür 'arsenik DNA'sını kullanabileceğini öne sürdüler. [33] [34] Bakterinin, etkili su konsantrasyonunu azaltmak ve arsenat esterlerini stabilize etmek için yüksek seviyelerde poli-β-hidroksibutirat veya başka yöntemler kullanabileceğini öne sürdüler. [34] Bu iddia, uygun kontrollerin eksikliği algısı nedeniyle yayınlandıktan hemen sonra ağır bir şekilde eleştirildi. [35] Bilim yazarı Carl Zimmer, bir değerlendirme için birkaç bilim insanı ile temasa geçti: "Bir düzine uzmana ulaştım... Neredeyse oybirliğiyle, NASA bilim adamlarının iddialarını ortaya koymakta başarısız olduklarını düşünüyorlar". [36] Diğer yazarlar sonuçlarını yeniden üretemediler ve çalışmanın fosfat kontaminasyonu ile ilgili sorunları olduğunu gösterdiler; bu da mevcut düşük miktarların ekstremofil yaşam formlarını sürdürebileceğini öne sürdü. [37] Alternatif olarak, GFAJ-1 hücrelerinin, fosfatı arsenatla değiştirmek yerine, bozulmuş ribozomlardan geri dönüştürerek büyüdüğü öne sürüldü. [38]

Su dışı çözücüler

Karbon bileşiklerine ek olarak, şu anda bilinen tüm karasal yaşam aynı zamanda çözücü (solvent) olarak suya ihtiyaç duymaktadır. Bu durum, suyun bu rolü üstlenebilecek tek sıvı olup olmadığı konusunda tartışmalara yol açtı. Dünya dışı bir yaşam formunun sudan başka bir çözücü dayalı olabileceği fikri, son bilimsel literatürde biyokimyacı Steven Benner ve John A. Baross'un başkanlığını yaptığı astrobiyoloji komitesi tarafından ciddiye alınmıştır. [39] Baross komitesi tarafından tartışılan çözücüler arasında amonyak, [40] sülfürik asit, [41] formamid, [42] hidrokarbonlar, [42] ve (Dünya'nınkinden çok daha düşük sıcaklıklarda) sıvı nitrojen veya süperkritik bir sıvı formundaki hidrojen yer alır. [43]

Bir çözücü olarak su, biyokimyanın alabileceği biçimleri sınırlar. Örneğin Steven Benner, DNA gibi genetik bir biyopolimerin suda çalışabilmesi için tekrarlanan iyonik yüklere ihtiyaç duyduğunu iddia eden genin polielektrolit teorisini öne sürüyor. [44] Yaşam için suya ihtiyaç duyulmuyorsa genetik biyopolimerlerdeki bu sınırlamalar ortadan kalkar.

Carl Sagan bir zamanlar kendisini hem karbon şoveni hem de su şoveni olarak tanımlamıştı; [45] ancak başka bir olayda kendisinin bir karbon şoveni olduğunu ancak "o kadar da su şoveni olmadığını" söyledi. [46] Hidrokarbonlar üzerine spekülasyon yaptı, [46] :11hidroflorik asit, [47] ve amonyak [46] [47] suya olası alternatiflerdir.

Suyun yaşam süreçleri için önemli olan özelliklerinden bazıları şunlardır:

  • Asit-baz kimyası, H + katyonları, OH - anyonlar, hidrojen bağı, van der Waals bağı, dipol-dipol ve diğer polar etkileşimler, sulu solvent kafesleri ve hidroliz dahil olmak üzere olası reaksiyon yollarının çok sayıda permütasyonuna yol açan karmaşıklık . Bu karmaşıklık, evrime yaşamın ve diğer birçok çözücünün üretilmesi için çok sayıda yol sunar.[hangileri?] önemli ölçüde daha az olası reaksiyona sahiptir, bu da evrimi ciddi şekilde sınırlandırır.
  • Termodinamik kararlılık: Sıvı suyun oluşumunun serbest enerjisi, suyun çok az reaksiyona girmesine neden olacak kadar düşüktür (−237,24 kJ/mol). Diğer solventler özellikle oksijenle oldukça reaktiftir.
  • Su zaten hidrojenin oksijenle yanma ürünü olduğundan oksijen içinde yanmaz. Çoğu alternatif çözücü, oksijen açısından zengin bir atmosferde stabil değildir, dolayısıyla bu sıvıların aerobik yaşamı desteklemesi pek olası değildir.
  • Sıvı olduğu geniş bir sıcaklık aralığı.
  • Oksijen ve karbondioksitin oda sıcaklığında yüksek çözünürlüğü, aerobik su bitkilerinin ve hayvan yaşamının evrimini destekler.
  • Yüksek ısı kapasitesi (daha yüksek çevre sıcaklığı stabilitesine yol açar).
  • Su, oda sıcaklığında bir sıvıdır ve reaksiyon engellerinin üstesinden gelmek için gerekli olan büyük miktarda kuantum geçiş durumu popülasyonuna yol açar. Kriyojenik sıvılar (sıvı metan gibi), kimyasal reaksiyonlara dayalı olarak yaşam için gerekli olan geçiş durumu popülasyonlarının katlanarak daha düşük olmasına sahiptir. Bu, kimyasal reaksiyonlara dayalı herhangi bir yaşamın gelişmesini engelleyecek kadar yavaş olabilen kimyasal reaksiyon hızlarına yol açar.[kaynak belirtilmeli][ <span title="This claim needs references to reliable sources. (November 2018)">kaynak belirtilmeli</span> ]
  • Spektroskopik şeffaflık, güneş ışınımının sıvının (veya katının) içine birkaç metre kadar nüfuz etmesini sağlayarak sudaki yaşamın evrimine büyük ölçüde yardımcı olur.
  • Sabit göllere ve okyanuslara yol açan büyük bir buharlaşma ısısı .
  • Çok çeşitli bileşikleri çözme yeteneği.
  • Katının (buzun) yoğunluğu sıvınınkinden daha düşüktür, dolayısıyla buz sıvının üzerinde yüzer. Bu nedenle su kütleleri donar ancak katı halde donmaz (aşağıdan yukarıya doğru). Eğer buz, sıvı sudan daha yoğun olsaydı (neredeyse tüm diğer bileşikler için geçerli olduğu gibi), o zaman büyük sıvı kütleleri katıyı yavaş yavaş dondururdu ve bu da yaşamın oluşumuna elverişli olmazdı.

Bileşik olarak su, çoğu buhar veya buz formunda olmasına rağmen kozmik olarak bol miktarda bulunur. Yeraltı sıvı suyunun birkaç dış uyduda muhtemel veya mümkün olduğu düşünülmektedir: Enceladus (gayzerlerin gözlemlendiği yer), Europa, Titan ve Ganymede. Dünya ve Titan, şu anda yüzeylerinde sabit sıvı kütlelerinin bulunduğu bilinen tek dünyalardır.

Ancak suyun tüm özelliklerinin yaşam için mutlaka avantajlı olduğu söylenemez. [48] Örneğin su buzunun albedo değeri yüksektir, [48] bu da Güneş'ten gelen önemli miktarda ışık ve ısıyı yansıttığı anlamına gelir. Buzul çağları sırasında suyun yüzeyinde yansıtıcı buz biriktikçe küresel soğumanın etkileri artar. [48]

Başarılı bir biyosferde bazı bileşikleri ve elementleri çözücü olarak diğerlerinden çok daha uygun kılan bazı özellikler vardır. Çözücünün, gezegensel nesnenin normalde karşılaşacağı bir sıcaklık aralığı boyunca sıvı dengesinde bulunabilmesi gerekir. Kaynama noktaları basınca göre değiştiğinden, soru olası çözücünün sıvı kalıp kalmayacağı değil, hangi basınçta kalacağıdır. Örneğin, hidrojen siyanür 1 atmosferde dar bir sıvı faz sıcaklık aralığına sahiptir, ancak 92 bar (91 atm) basınçla Venüs'ün basıncına sahip bir atmosferde, gerçekten de geniş bir sıcaklık aralığında sıvı halde bulunabilir.

Amonyak

Amonyak molekülü (NH3), su molekülü gibi evrende bol miktarda bulunur ve hidrojenin (en basit ve en yaygın element) başka bir çok yaygın element olan nitrojenle birleşimidir. [49] Sıvı amonyağın yaşam için alternatif bir çözücü olarak olası rolü, en azından J. B. S. Haldane'nin yaşamın kökeniyle ilgili bir sempozyumda konuyu gündeme getirdiği 1954 yılına kadar uzanan bir fikirdir. [50]

Amonyak çözeltisinde çok sayıda kimyasal reaksiyon mümkündür ve sıvı amonyağın suyla kimyasal benzerlikleri vardır. [49] [51] Amonyak çoğu organik molekülü en az su kadar çözebilir ve ayrıca birçok elementel metali de çözebilir. Haldane, suyla ilgili çeşitli yaygın organik bileşiklerin amonyakla ilgili analoglara sahip olduğuna dikkat çekti; örneğin amonyakla ilişkili amin grubu ( −NH2 ), suyla ilişkili hidroksil grubuna (−OH) benzerdir. [51]

Amonyak da su gibi H + iyonunu kabul edebilir veya verebilir. Amonyak bir H + kabul ettiğinde, hidroniyuma ( H3O + ) benzer şekilde amonyum katyonunu ( NH4 + ) oluşturur. Bir H + iyonu verdiğinde, hidroksit anyonuna (OH - ) benzer şekilde amid anyonunu (NH 2 - ) oluşturur. [40] Ancak suyla karşılaştırıldığında amonyak, H + iyonunu kabul etmeye daha yatkın, bağışlamaya ise daha az eğilimlidir; daha güçlü bir nükleofildir . [40] Suya eklenen amonyak Arrhenius bazı olarak işlev görür: anyon hidroksitin konsantrasyonunu arttırır. Tersine, asitlik ve bazlığın bir solvent sistemi tanımı kullanıldığında, sıvı amonyağa eklenen su, katyon amonyum konsantrasyonunu arttırdığı için asit işlevi görür. [51] Karasal biyokimyada çok kullanılan karbonil grubu (C=O), amonyak çözeltisinde stabil olmayacaktır ancak bunun yerine benzer imin grubu (C=NH) kullanılabilir. [40]

Ancak amonyağın yaşamın temeli olarak bazı sorunları vardır. Amonyak molekülleri arasındaki hidrojen bağları sudakilerden daha zayıftır, bu da amonyağın buharlaşma ısısının suyun yarısı kadar olmasına, yüzey geriliminin üçte bir olmasına neden olur ve hidrofobik etki yoluyla polar olmayan molekülleri konsantre etme yeteneğini azaltır. Gerald Feinberg ve Robert Shapiro, amonyağın prebiyotik molekülleri kendi kendini yeniden üreten bir sistemin ortaya çıkmasına izin verecek kadar iyi bir arada tutup tutamayacağını sorguladılar. [52] Amonyak da oksijende yanıcıdır ve aerobik metabolizmaya uygun bir ortamda sürdürülebilir şekilde var olamaz. [53]

Titan'ın teorik iç yapısı, mavi renkle gösterilen yeraltı okyanusu

Amonyak bazlı bir biyosfer, muhtemelen Dünya'daki yaşamla karşılaştırıldığında son derece alışılmadık sıcaklık veya hava basınçlarında mevcut olacaktır. Dünya üzerindeki yaşam genellikle suyun erime ve kaynama noktaları arasında, normal basınç olarak belirlenen basınçta ve 0 ve 100 °C (273 ve 373 K) arasında var olur. Normal basınçta tutulduğunda amonyağın erime ve kaynama noktaları -78 °C (195 K) ve -33 °C (240 K) sırasıyla. Kimyasal reaksiyonlar genellikle düşük sıcaklıklarda daha yavaş ilerlediğinden, bu koşullar altında var olan amonyak bazlı yaşam, Dünya'daki yaşamdan daha yavaş metabolize olabilir ve daha yavaş gelişebilir. [53] Öte yandan, daha düşük sıcaklıklar, canlı sistemlerin, Dünya sıcaklıklarında yararlı olamayacak kadar kararsız olan kimyasal türleri kullanmasına da olanak tanıyabilir. [49]

Amonyağın Dünya benzeri sıcaklıklarda sıvı olduğu başka bir koşullar dizisi, onun çok daha yüksek bir basınçta olmasını gerektirir. Örneğin, 60 atm'de amonyak -77 °C'de (196 K) erir ve 98 °C'de (371 K) kaynar.[40]

Amonyak ve amonyak-su karışımları, saf suyun donma noktasının çok altındaki sıcaklıklarda sıvı kalır; dolayısıyla bu tür biyokimyalar, su bazlı yaşanabilirlik bölgesinin dışında yörüngede dönen gezegenler ve uydular için çok uygun olabilir. Bu tür koşullar, örneğin Satürn'ün en büyük uydusu Titan'ın yüzeyinin altında mevcut olabilir. [54]

Metan ve diğer hidrokarbonlar

  1. ^ David J. Des Marais; ve diğerleri. (2008). "The NASA Astrobiology Roadmap". Astrobiology. 8 (4): 715–730. doi:10.1089/ast.2008.0819. PMID 18793098. 
  2. ^ Davila, Alfonso F.; McKay, Christopher P. (May 27, 2014). "Chance and Necessity in Biochemistry: Implications for the Search for Extraterrestrial Biomarkers in Earth-like Environments". Astrobiology. 14 (6): 534–540. doi:10.1089/ast.2014.1150. PMC 4060776 $2. PMID 24867145. 
  3. ^ Singer, Emily (July 19, 2015). "Chemists Invent New Letters for Nature's Genetic Alphabet". Wired. Erişim tarihi: July 20, 2015. 
  4. ^ Kovac, Andreja (1 Apr 2007). "Diazenedicarboxamides as inhibitors of D-alanine-D-alanine ligase (Ddl)". Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 17 (7): 2047–2054. doi:10.1016/j.bmcl.2007.01.015. PMID 17267218. Erişim tarihi: 12 May 2022. 
  5. ^ Anchordoqui, Luis A.; Chudnovsky, Eugene M. (2020-08-29). "Can Self-Replicating Species Flourish in the Interior of a Star?". Letters in High Energy Physics (İngilizce). 2020: 166. doi:10.31526/lhep.2020.166. ISSN 2632-2714. Erişim tarihi: free.  Tarih değerini gözden geçirin: |erişimtarihi= (yardım)
  6. ^ Tsytovich, V. N.; Morfill, G. E.; Fortov, V. E.; Gusein-Zade, N. G.; Klumov, B. A.; Vladimirov, S. V. (2007). "From plasma crystals and helical structures towards inorganic living matter". New Journal of Physics. 9 (8): 263. doi:10.1088/1367-2630/9/8/263.  Tarih değerini gözden geçirin: |erişimtarihi= (yardım);
  7. ^ Hellingwerf, Klaas J.; Crielaard, Wim; Westerhoff, Hans V. (1993). "Comparison of Retinal-Based and Chlorophyll-Based Photosynthesis: A Biothermokinetic Description of Photochemical Reaction Centers". Modern Trends in Biothermokinetics. ss. 45–52. doi:10.1007/978-1-4615-2962-0_9. ISBN 978-1-4613-6288-3. 
  8. ^ Banack, Sandra Anne; Metcalf, James S.; Jiang, Liying; Craighead, Derek; Ilag, Leopold L.; Cox, Paul Alan (2012). "Cyanobacteria Produce N-(2-Aminoethyl)Glycine, a Backbone for Peptide Nucleic Acids Which May Have Been the First Genetic Molecules for Life on Earth". PLOS ONE. 7 (11): e49043. doi:10.1371/journal.pone.0049043. PMC 3492184 $2. PMID 23145061.  Tarih değerini gözden geçirin: |erişimtarihi= (yardım);
  9. ^ "Hachimoji DNA and RNA: A genetic system with eight building blocks". Science. 363 (6429): 884–887. February 2019. doi:10.1126/science.aat0971. PMC 6413494 $2. PMID 30792304. 
  10. ^ American Association for the Advancement of Science (21 February 2019). "Hachimoji – Expanding the genetic alphabet from four to eight". EurekAlert!. Erişim tarihi: 22 February 2019. 
  11. ^ Davies, P. C. W.; Benner, S.A.; Cleland, C.E.; Lineweaver, C.H.; McKay, C.P.; Wolfe-Simon, F. (2009). "Signatures of a Shadow Biosphere". Astrobiology. 9 (2): 241–249. doi:10.1089/ast.2008.0251. PMID 19292603. 
  12. ^ Cleland, Carol E.; Copley, Shelley D. (16 January 2006). "The possibility of alternative microbial life on Earth". International Journal of Astrobiology. 4 (3–4): 165. doi:10.1017/S147355040500279X.  archived at (2009-03-20) from original
  13. ^ P.C.W. Davies; Charles H. Lineweaver (2005). "Hypothesis Paper: Finding a Second Sample of Life on Earth" (PDF). Astrobiology. 5 (2): 154–63. CiteSeerX live $2 |citeseerx= değerini kontrol edin (yardım). doi:10.1089/ast.2005.5.154. PMID 15815166. 2006-05-27 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. 
  14. ^ Sagan, Carl; Agel, Jerome (2000). Carl Sagan's Cosmic Connection: an Extraterrestrial Perspective. 2nd. Cambridge U.P. s. 41. ISBN 978-0-521-78303-3. 
  15. ^ a b Sagan, Carl (2000). Carl Sagan's Cosmic Connection: an Extraterrestrial Perspective. 2nd. Cambridge U.P. s. 46. 
  16. ^ Sagan, Carl (2000). Carl Sagan's Cosmic Connection: an Extraterrestrial Perspective. 2nd. Cambridge U.P. s. 47. 
  17. ^ Horowitz, N.H. (1986). Utopia and Back and the search for life in the solar system. New York: W.H. Freeman and Company. 0-7167-1766-2
  18. ^ a b c Pace, N. R. (2001). "The universal nature of biochemistry". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 98 (3): 805–808. doi:10.1073/pnas.98.3.805. PMC 33372 $2. PMID 11158550.  Tarih değerini gözden geçirin: |erişimtarihi= (yardım); Kaynak hatası: Geçersiz <ref> etiketi: "Pace" adı farklı içerikte birden fazla tanımlanmış (Bkz: Kaynak gösterme)
  19. ^ a b "Astrobiology". Biology Cabinet. September 26, 2006. 2010-12-12 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2011-01-17. 
  20. ^ Lazio, Joseph. "F.10 Why do we assume that other beings must be based on carbon? Why couldn't organisms be based on other substances?". [sci.astro] ET Life (Astronomy Frequently Asked Questions). Erişim tarihi: 2006-07-21. 
  21. ^ a b c d Bains 2004.
  22. ^ a b Gillette, Stephen (1996). World-Building. Writer's Digest Books. ISBN 978-0-89879-707-7.  Kaynak hatası: Geçersiz <ref> etiketi: "world-building" adı farklı içerikte birden fazla tanımlanmış (Bkz: Kaynak gösterme)
  23. ^ William Bains. "The nature of life". Astrobiology. 27 Jan 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2015-03-20. 
  24. ^ Cairns-Smith, A. Graham (1985). Seven Clues to the Origin of Life. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-27522-4. 
  25. ^ Dawkins, Richard (1996) [1986]. The Blind Watchmaker. New York: W. W. Norton & Company, Inc. ss. 148–161. ISBN 978-0-393-31570-7. 
  26. ^ Kan, S. B. Jennifer; Lewis, Russell D.; Chen, Kai; Arnold, Frances H. (2016-11-25). "Directed evolution of cytochrome c for carbon–silicon bond formation: Bringing silicon to life". Science (İngilizce). 354 (6315): 1048–1051. doi:10.1126/science.aah6219. ISSN 0036-8075. PMC 5243118 $2. PMID 27885032. 
  27. ^ a b "Life-like cells are made of metal". New Scientist. September 14, 2011. Erişim tarihi: 2014-05-25. 
  28. ^ Early Archaean Microorganisms Preferred Elemental Sulfur, Not Sulfate Science AAAS, by Philippot, et al., (14 September 2007)
  29. ^ "Biochemical Periodic Table – Arsenic". UMBBD. 2007-06-08. Erişim tarihi: 2010-05-29. 
  30. ^ Niggemyer, A; Spring S; Stackebrandt E; Rosenzweig RF (December 2001). "Isolation and characterization of a novel As(V)-reducing bacterium: implications for arsenic mobilization and the genus Desulfitobacterium". Appl Environ Microbiol. 67 (12): 5568–80. doi:10.1128/AEM.67.12.5568-5580.2001. PMC 93345 $2. PMID 11722908. 
  31. ^ Reilly, Michael (26 April 2008). "Early life could have relied on 'arsenic DNA'". New Scientist. 198 (2653): 10. doi:10.1016/S0262-4079(08)61007-6. 
  32. ^ Westheimer, F. H. (1987-03-06). "Why nature chose phosphates" (PDF). Science. 235 (4793): 1173–1178 (see pp. 1175–1176). CiteSeerX dead $2 |citeseerx= değerini kontrol edin (yardım). doi:10.1126/science.2434996. PMID 2434996. 2011-06-16 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 2010-12-03. 
  33. ^ "NASA-Funded Research Discovers Life Built With Toxic Chemical". NASA.gov. 2 December 2010. Erişim tarihi: 2010-12-02. 
  34. ^ a b Wolfe-Simon, Felisa; Blum, Jodi Switzer; Kulp, Thomas R.; Gordon, Shelley E.; Hoeft, S. E.; Pett-Ridge, Jennifer; Stolz, John F.; Webb, Samuel M.; Weber, Peter K.; Davies, Paul C. W.; Anbar (2 December 2010). "A Bacterium That Can Grow by Using Arsenic Instead of Phosphorus". Science. 332 (6034): 1163–6. doi:10.1126/science.1197258. PMID 21127214.  Tarih değerini gözden geçirin: |erişimtarihi= (yardım);
  35. ^ Redfield, Rosemary (4 December 2010). "Arsenic-associated bacteria (NASA's claims)". rrresearch.blogspot.com/. Erişim tarihi: 4 December 2010. 
  36. ^ Zimmer, Carl (7 December 2010). "Scientists see fatal flaws in the NASA study of arsenic-based life". Slate. Erişim tarihi: 7 December 2010. 
  37. ^ Williams, Sarah (7 November 2012). ""Arsenic Life" Claim Refuted". BioTechniques. 4 March 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 23 January 2013. 
  38. ^ Basturea GN, Harris TK and Deutscher MP (17 August 2012). "Growth of a bacterium that apparently uses arsenic instead of phosphorus is a consequence of massive ribosome breakdown". J Biol Chem. 287 (34): 28816–9. doi:10.1074/jbc.C112.394403. PMC 3436571 $2. PMID 22798070.  Tarih değerini gözden geçirin: |erişimtarihi= (yardım);
  39. ^ Committee on the Limits of Organic Life in Planetary Systems, Committee on the Origins and Evolution of Life, National Research Council; The Limits of Organic Life in Planetary Systems; The National Academies Press, 2007; pages 69–79.
  40. ^ a b c d e Committee on the Limits of Organic Life in Planetary Systems, Committee on the Origins and Evolution of Life, National Research Council; The Limits of Organic Life in Planetary Systems; The National Academies Press, 2007; p. 72.
  41. ^ Committee on the Limits of Organic Life in Planetary Systems, Committee on the Origins and Evolution of Life, National Research Council; The Limits of Organic Life in Planetary Systems; The National Academies Press, 2007; p. 73.
  42. ^ a b Committee on the Limits of Organic Life in Planetary Systems, Committee on the Origins and Evolution of Life, National Research Council; The Limits of Organic Life in Planetary Systems; The National Academies Press, 2007; p. 74.
  43. ^ Committee on the Limits of Organic Life in Planetary Systems, Committee on the Origins and Evolution of Life, National Research Council; The Limits of Organic Life in Planetary Systems; The National Academies Press, 2007; p. 75.
  44. ^ Benner, Steven A.; Hutter, Daniel (2002-02-01). "Phosphates, DNA, and the Search for Nonterrean Life: A Second Generation Model for Genetic Molecules". Bioorganic Chemistry. 30 (1): 62–80. doi:10.1006/bioo.2001.1232. ISSN 0045-2068. 
  45. ^ Sagan, Carl (2002). Cosmos. Random House. ss. 126–127. ISBN 978-0-375-50832-5. 
  46. ^ a b c Sagan, Carl; Head, Tom (2006). Conversations with Carl Sagan. University Press of Mississippi. s. 10. ISBN 978-1-57806-736-7. 
  47. ^ a b Sagan, Carl (2002). Cosmos. Random House. s. 128. ISBN 978-0-375-50832-5. 
  48. ^ a b c Committee on the Limits of Organic Life in Planetary Systems, Committee on the Origins and Evolution of Life, National Research Council; The Limits of Organic Life in Planetary Systems; The National Academies Press, 2007; page 70.
  49. ^ a b c Isaac Asimov (Winter 1981). "Not as We Know it – the Chemistry of Life". Cosmic Search. North American AstroPhysical Observatory (9 (Vol 3 No 1)).  Kaynak hatası: Geçersiz <ref> etiketi: "asimov" adı farklı içerikte birden fazla tanımlanmış (Bkz: Kaynak gösterme)
  50. ^ J. B. S. Haldane (1954). "The Origins of Life". New Biology. 16: 12–27.  cited in Darling, David. "Ammonia-based life". 2012-10-18 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2012-10-01. 
  51. ^ a b c Darling, David. "ammonia-based life". Erişim tarihi: 2012-10-01.  Kaynak hatası: Geçersiz <ref> etiketi: "ddammonia" adı farklı içerikte birden fazla tanımlanmış (Bkz: Kaynak gösterme)
  52. ^ Feinberg, Gerald; Robert Shapiro (1980). Life Beyond Earth. Morrow. ISBN 978-0-688-03642-3.  cited in Darling, David. "ammonia-based life". 2012-10-18 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2012-10-01. 
  53. ^ a b Schulze-Makuch, Dirk; Irwin, Louis Neal (2008). Life in the Universe: Expectations and Constraints. 2. Springer. s. 119. ISBN 978-3-540-76816-6.  Kaynak hatası: Geçersiz <ref> etiketi: "dsmammonia" adı farklı içerikte birden fazla tanımlanmış (Bkz: Kaynak gösterme)
  54. ^ Fortes, A. D. (1999). "Exobiological Implications of a Possible Ammonia-Water Ocean Inside Titan". Erişim tarihi: 7 June 2010. 
"https://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Varsayımsal_biyokimya_türleri&oldid=32720565" sayfasından alınmıştır