Sådan fungerer udlændinge

Er der andre former for liv i universet? Den videnskabelige søgning efter udenjordiske livsformer er blevet styrket af to nylige opdagelser. Først, opdagelsen af ​​livsformer i eksotiske miljøer på Jorden indikerer, at livet er meget solidt og kan tilpasse sig de mærkeligste og mest fjendtlige miljøer. Sekund, astronomer fandt planeter i kredsløb om stjerner udover vores sol - over 50 ekstrasolare planeter er blevet opdaget fra 2001. Er der fremmede livsformer på nogen af ​​disse planeter?

Hvis der eksisterer et fremmed liv, hvordan kan det være? Ville det være simple livsformer som f.eks. Bakterier, vira eller alger, eller mere avanceret, multicellulære væsner, måske endda intelligente væsener? Ville udlændinge være dyr, planter eller har egenskaber ved begge? Ville de have arme og ben og gå oprejst som vi gør? Ville de være afhængige af vision 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, vi vil undersøge astrobiologi, den videnskabelige søgen efter udenjordisk liv. Vi vil anvende det, vi har lært om livet på Jorden, til at spekulere i, hvordan fremmede livsformer kan se ud.

1. Vær hilset, Kulstofbaserede toben!
2. Hvad er livet?
3. Livet i det ekstreme
4. Nogle grundregler for fremmede liv
5. Spekulation:Hvordan kan udlændinge være?

Vær hilset, Kulstofbaserede toben!

De fleste af os forestiller os et fremmed liv, som det er skildret i film, hvor udlændinge normalt skildres som menneskelignende former, fordi de bruger skuespillere enten til at spille rollerne direkte i make-up eller til at være modeller for computergenereret animation. Også, publikum forholder sig bedre til menneskelignende udlændinge end til mere eksotiske, monsterlignende væsner. Imidlertid, planen for menneskekroppen - bilateral symmetri med et hoved, to ben og to arme - stammer fra, da tidlige padder og krybdyr koloniserede Jordens landmasser, og det forekommer usandsynligt, at en sådan form ville udvikle sig på en fremmed verden. Så, lad os glemme Hollywood for øjeblikket og se nærmere på den virkelige videnskab om astrobiologi.

Astrobiologi er den videnskabelige undersøgelse af livet i universet. Astrobiologer søger at forstå (blandt andet) hvordan livet opstod og udviklede sig på Jorden, hvad styrer måden, hvorpå livet er organiseret, og hvad gør en planet beboelig.

Astrobiologi kombinerer biologiens discipliner, kemi, fysik, geologi og astronomi. Tit, astrobiologer skal bruge oplysningerne om livet på Jorden som en vejledning til at studere livet andre steder. Lad os undersøge nogle af de ting, vi har lært af livet på Jorden.

Hvad er livet?

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

• Organiseret -Livende ting er lavet af atomer og molekyler, der er organiseret i celler. Cellerne i en organisme kan enten 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.
• Homøostatisk - Levende ting udfører funktioner, der holder dem konstant relativt uforanderlig tilstand kaldet homøostase . For eksempel, din krop har systemer, der holder din kropstemperatur konstant - du ryster, hvis du er kold, sved, hvis du er varm.
• Reproducerer - Levende ting laver kopier af sig selv, enten eksakte kopier (kloner) ved aseksuel reproduktion eller lignende kopier ved seksuel reproduktion.
• Vokser/udvikler sig - Levende ting vokser og udvikler sig fra mindre og/eller enklere former. For eksempel, et menneske begynder livet som et befrugtet æg, udvikler sig til et embryo, foster og derefter en baby. Barnet vokser efterfølgende til et lille barn, ung og voksen.
• Tager energi fra miljøet - Opholder sig i en relativt konstant, organiseret stat overtræder termodynamikkens anden lov, som siger, at graden af ​​uorden (entropi) for alle objekter stiger. For at en levende organisme kan opretholde organisationen, det må tage til sig, behandle og bruge energi. Måden mennesker og andre dyr gør dette på, er ved at spise mad og udvinde energi fra det.
• Reagerer på stimuli - Levende ting reagerer på ændringer i deres miljø. For eksempel, hvis en stimulus giver dig smerter, du svare ved at bevæge sig væk fra objektet. Hvis du placerer en plante i nærheden af ​​et godt oplyst vindue, grene eller skud vokser mod lyset ( fototropisme ). For beskyttelse, nogle dyr ændrer farve for at blande sig med deres omgivelser ( camouflage ).
• Tilpasset sit miljø - Kendetegnene ved en levende ting er tilbøjelige til at passe til miljøet. For eksempel, finnerne på en delfin er flade og tilpasset til svømning. Vingen af ​​en flagermus har samme grundstruktur som knoglerne i en delfins finne, men har en tynd membran, der muliggør flyvning.

Nu hvor vi har en definition af, hvad livet er, vi er nødt til at se på, hvordan det ændrer sig over store tidsrum. De grundlæggende regler for, om arter opstår, Direkte, forblive uændrede eller uddøde er dem af evolution ved naturlig selektion som foreslået af Charles Darwin. Darwins evolutionsteori har følgende pointer til det:

• Lignende organismer formerer lignende organismer - en hund formerer en hund, en mælkebøtte gengiver mælkebøtter og en fisk gengiver en fisk.
• Tit, antallet af afkom overproduceres således, at antallet, der overlever, er færre end det antal, der er gengivet.
• I enhver befolkning, individer varierer med hensyn til et givet træk, såsom højde, hudfarve, pelsfarve eller form af næb, og disse variationer kan videregives til den næste generation.
• Nogle variationer er gunstige, ved at de gør disse personer bedst egnet til deres miljø, og nogle er ikke. De organismer med gunstige variationer vil overleve og overføre disse egenskaber til deres afkom; de personer med ugunstige variationer vil dø og ikke videregive deres egenskaber - dette er naturlig selektion .
• I betragtning af tilstrækkelig tid, naturligt udvalg vil akkumulere disse gunstige træk. Arten vil udvikle sig.

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

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

Livet i det ekstreme

Indtil for omkring 30 år siden, man mente, at alt liv på Jorden var afhængigt af solenergi. Desuden, man troede, at man sandsynligvis ikke ville finde liv, hvor temperaturerne var ekstremt varme, som i gejsere eller varme kilder, eller ekstremt koldt, som i den antarktiske ørken.

Disse ideer ændrede sig, da oceanografer udforskede hydrotermiske ventilationsåbninger, åbninger i havbunden hvor ekstremt varme, mineralrig vand bryder ud af skorpen. Hydrotermiske ventilationsåbninger er placeret flere miles under overfladen, på havbunden, hvor det omgivende vand er ved eller nær frysepunktet, det er helt mørkt og trykket er højt. I organiserede samfund omkring baserne i disse ventilationsåbninger, kaldet sorte rygere, forskere fandt muslinger, krabber og eksotiske, kæmpe rørorme, der måler 2 fod (6 fod) lange. Vandet, der kommer ud af disse ventilationsåbninger, er 230 til 662 grader Fahrenheit (110 til 350 grader Celsius).

Hvordan kan disse dyr overleve så langt fra sollyset, under disse ekstreme forhold? I vandet, forskere fandt bakteriearter, der splittede hydrogensulfid fra vandet for at få energi til at lave 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 rørormene.

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

Livet er også fundet i andre ekstreme miljøer. Forskere opdagede mikrokolonier af lav kaldet kryptoendolitter i stenprøver af den antarktiske ørken, hvor temperaturen ofte falder til 100 grader under nul, og der er lidt eller intet flydende vand. I modsætning, termofil (varmeglade) bakterier er fundet i varme kilder, hvor temperaturerne overstiger vandets kogepunkt.

Hvis livet kan udvikle sig i ekstreme miljøer på Jorden, det forekommer muligt, at der kan eksistere liv i ekstreme miljøer i andre verdener som Mars.

Nogle grundregler for fremmede liv

Ved at bruge det, vi har lært af livet på Jorden, hvad kan vi sige om fremmede liv? Selvom det sandsynligvis ville være meget anderledes end livet på Jorden, fremmede liv ville sandsynligvis overholde visse universelle retningslinjer, som det meget varierende liv på Jorden gør. Disse retningslinjer eller grundregler omfatter følgende:

Fremmede liv ville være underlagt fysiske og kemiske love.

Fremmede liv ville være baseret på en eller anden form for kemi (eliminering af sci-fi-begrebet ren-energi-væsener).

• Opløsningsmiddel - På jorden, opløsningsmidlet for alle vores biokemikalier er flydende vand. Andre kemikalier kan også være opløsningsmidler, såsom ammoniak, metan, hydrogensulfid eller hydrogenfluorid.
• Temperatur - Fremmede liv kan kræve temperaturer, hvor opløsningsmidlet kan forblive flydende.
• Tryk - Fremmede liv kan kræve miljømæssige tryk (og temperaturer), der tillader opløsningsmidler at eksistere i tre tilstander af stof (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). I enhver fremmed verden, der skulle være en eller anden energikilde for at opretholde livet.
• Komplekse molekyler - Levende ting på Jorden er organiseret og lavet af komplekse, kulstofbaserede molekyler, der udfører biokemiske funktioner. Kulstof er et alsidigt atom, der kan danne bindinger med op til fire andre atomer, i mange former, at lave molekyler. Selvom det ikke er så alsidigt som kulstof, silicium kan også danne op til fire bindinger med andre atomer og er blevet foreslået som grundlag for molekyler af fremmed liv (silicium-carbon hybridmolekyler er også blevet foreslået). Det er sandsynligt, at fremmede livsformer ville have en eller anden form for komplekst molekyle til at udføre lignende funktioner.
• Informationsmolekyle - I Jordens organismer, deoxyribonukleinsyre (DNA) er et komplekst molekyle, der bærer genetisk information og styrer dannelsen af ​​andre molekyler, for at livet kan reproducere og fungere. Fordi et kendetegn ved livet er, at det reproducerer, det forekommer sandsynligt, at fremmede livsformer også ville have en form for informationsmolekyle.

Fremmede væsener, der er større end mikrober, ville have en ækvivalent af celler . Når en organisme bliver større, dens indre volumen (kubikfunktion) vokser hurtigere end dets overfladeareal (kvadratisk funktion). Dette sætter en grænse for organismens størrelse, fordi stoffer fra ydersiden af ​​organismen skal passere ind i og i hele organismen ved diffusion, som afhænger af store overfladearealer, korte afstande og koncentrationsforskelle. Når en organisme vokser sig større, afstanden til midten øges, og diffusionen bliver langsommere. For at opretholde brugbare diffusionsafstande, en organisme skal 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 et lysår bredt, encellet organisme som den, der er skildret i den originale Star Trek-episode "The Immunity Syndrome.")

Fremmede liv ville udvikle sig og tilpasse sig sine omgivelser ved evolutionsteorien som tidligere forklaret.

Den fysiologiske sammensætning af en flercellet udlænding ville være bedst egnet til dens miljø. Organsystemer ville blive tilpasset miljøforhold som temperatur, fugt og tyngdekraft.

• Udlændingen ville have en eller anden måde at bringe faste stoffer på, væsker og gasser inde i kroppen, distribuere dem til hver celle og fjerne affaldsprodukter (ækvivalenter af hjerte, blodkar og nyrer, for eksempel).
• Udlændingen ville være i stand til at optage energi fra sine omgivelser, udvind energien og fjern affald.
• Udlændingen ville have sanser (såsom syn, lyd, berøring) for at få information fra miljøet og reagere på stimuli (mens vi bruger vision som vores primære sans, dette gælder muligvis ikke for udlændinge). De ville også have en eller anden form for hjerne eller nervesystem til at behandle oplysninger.
• Udlændingen ville have nogle former for reproduktion, enten seksuel eller aseksuel.

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

• Befolkningsstørrelser ville være begrænsede baseret på madens overvægt, rovdyr, sygdom og andre miljøfaktorer.
• Fremmede livsformer ville eksistere i fødekæder og madbaner i deres oprindelige miljø, som livet på jorden. Producenter vil lave mad, forbrugere vil spise producenter og/eller andre forbrugere og nedbrydere vil genbruge atomer og molekyler fra døde organismer tilbage i miljøet.
• Fremmede livsformer vil blive integreret med deres levesteder og økosystemer, som livet på jorden.

Som du kan se, enhver form for liv er nært knyttet til sit miljø, så planetens egenskaber ville være ekstremt vigtige for at bestemme egenskaberne ved livsformen.

Spekulation:Hvordan kan udlændinge være?

Med disse grundregler i tankerne, og da ingen udenjordiske livsformer endeligt er blevet opdaget, fremmed fysiologi ligger inden for vores fantasi. Science-fiction forfattere, især de 'hårde', der strengt taget holder fast i den virkelige videnskab, har gjort dette i årevis. De designer eller bygger først en verden, omhyggeligt at udarbejde sit fysiske, astronomiske og økologiske egenskaber. Næste, de finder ud af, hvilken type udlændinge der kunne eksistere i den verden. Et eksempel på en sådan verdensopbygningsøvelse kan findes på Epona-projektet, hvor flere science-fiction forfattere kom sammen om at skabe en verden kaldet Epona, komplet med planetarisk, geologiske og økologiske data. En kunstner, Steven Hanly, skabte Epona -væsener.

For sin roman "Tyngdekraftens mission, "Hal Clement skabte en verden kaldet Mesklin, der cirkler om en dobbeltstjerne. Mesklin roterer en gang hvert atten minut og har en flad form, der skyldes dens rotation. Mesklins tyngdekraft varierer fra tre gange Jordens tyngdekraft, ved ækvator, til syv hundrede gange ved polerne. Mesklin har en brintatmosfære og metanhav. Mesklinitter, en af ​​planetens livsformer, er små, tusindben-lignende væsner lavet af et insektskeletprotein kaldet kitin. De har 18 par ben, der ender med sugerlignende fødder, fremad knivspidser til at gribe, et stærkt kredsløbssystem og absorberer brint gennem deres skaller. De er uhyre stærke-et resultat af at leve i en verden med høj tyngdekraft, alligevel har de en frygt for at blive taget op, fordi et fald fra en lille højde kan være dødeligt på så høj tyngdekraft. (Se "Barlowe's Guide to Extraterrestrials" og "The Science of Aliens" for beskrivelser af mesklinitter og andet fremmede liv.)

Hos HowStuffWorks, vi har forestillet os en fremmed verden og fremmede livsformer. I vores verden, planeten kredser om en lys stjerne. Kun 10 procent af verden er dækket af overfladevand, men i hele landmassen er der lommer af vand, der samler sig under sandet fra den sparsomme nedbør. Miljøet er varmt og tørt, og solen skinner. Planeten er massiv og har tyngdekraften, der er hundrede gange stærkere end Jordens. 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 omkring planetens få små overfladevand. Begge udlændinge er korte, omkring 30 cm høj, med tykke lemmer for at støtte deres vægt mod den enorme tyngdekraft. Begge har tykke belægninger eller skind for at minimere fordampning og spare vand. For at indsamle oplysninger, man er primært afhængig af vision, mens den anden bruger kemiske sanser (smag og lugt).

Lashlarm, et fremmed dyr

Det Lashlarm er vores første fremmede rovdyr. Det ligner en gående toiletskål. Munddelen understøttes af tre stilkede ben forbundet til en flad piedestal. Under soklen er der mange skalaer, så piedestalen glider hen over sandets overflade ligesom en slange bevæger sig langs jorden. Det har flere sensoriske vedhæng, der gør det muligt at lokalisere bytte ved hjælp af kemiske midler. Den jager nær de små overfladevand, føle langs vandkanten og smage sandet og vandet til andre dyr. Ved lokalisering af bytte, Lashlarm hukker sig ned og glider op til den. Lashlarm åbner derefter sin store mund og springer ned på byttet, sluge det hele.

Nirba, en fremmed rovdyr

Det Nirba er lidt større end Lashlarm. Den lever i vandet, nær kanten, meget gerne en krokodille eller alligator, men er ikke fuldt ud vandlevende. Nirba kommer ud for at bytte andre dyr, der kommer ned til vandet, især Lashlarm. Det har et stort hoved med næsebor placeret oven på 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 stort, muskuløse forben med store kløer til at dræbe sit bytte. En lang hale hjælper den med at svømme i vandet, og enden af ​​"pilspidsen" hjælper med jagt og territorialt forsvar.

For mere information om fremmede liv og relaterede emner, tjek linkene på den følgende side.

• "Aliens videnskab"
• "Barlowes guide til udenjordiske"
• "Udlændinge og fremmede samfund"
• "Verdensopbygning"
• "Deling af universet:perspektiver på udenjordisk liv"

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -links

• Sådan fungerer SETI
• Sådan fungerer Planet Hunting
• Sådan fungerer Mars
• Sådan fungerer stjerner
• Sådan fungerer celler
• Sådan fungerer dit hjerte
• Sådan fungerer blod
• Sådan fungerer dine nyrer
• Sådan fungerer muskler
• Sådan fungerer dit immunsystem
• Sådan fungerer dine lunger

Flere store links

• PBS:Life Beyond Earth
• Planetarisk biologi
• Astrobiologi:Det levende univers
• NASA Astrobiology Institute hjemmeside
• Woods Hole Oceanographic Institution:Dyk og opdag - ekspeditioner til havbunden
• Introduktion til Archaea:Livets ekstremister ...