Warum Aliens auf Siliziumbasis lieber unsere Städte essen würden als wir: Gedanken zur kohlenstofffreien Astrobiologie

Anmerkung der Redaktion: Bruce Dorminey, Wissenschaftsjournalist und Autor von „Entfernte Wanderer: Die Suche nach Planeten jenseits des Sonnensystems“ interviewt den NASA-Astrochemiker Max Bernstein für Universe Today über die Möglichkeit von Leben auf Siliziumbasis.

Die konventionelle Weisheit besagt seit langem, dass kohlenstoffbasiertes Leben, das hier auf der Erde so verbreitet ist, sicherlich anderswo im Überfluss vorhanden sein muss; sowohl in unserer Galaxie als auch im Universum als Ganzes.

Diese Argumentation basiert auf zwei Hauptannahmen; der erste ist, dass komplexe Kohlenstoffkettenmoleküle, die Bausteine ​​des Lebens, wie wir es kennen, im gesamten interstellaren Medium nachgewiesen wurden. Die Fülle von Kohlenstoff scheint sich über einen Großteil der kosmischen Zeit zu erstrecken, da angenommen wird, dass seine Produktion vor etwa 7 Milliarden Jahren ihren Höhepunkt erreicht hatte, als das Universum etwa die Hälfte seines heutigen Alters hatte.

Die andere wichtige Annahme ist, dass das Leben ein Elixier braucht, ein Lösungsmittel, mit dem es seine einzigartige komplexe Chemie vorantreiben kann. Wasser und Kohlenstoff gehen dabei Hand in Hand.

Während die Welt, wie wir sie kennen, auf Kohlenstoff basiert, ist der lange Flirt der Science-Fiction mit dem Leben auf Siliziumbasis – „Es ist das Leben, aber nicht wie wir es kennen“ – zu einem bekannten Schlagwort geworden. Aber Leben jeglicher Art sollte sich entwickeln, essen, ausscheiden, reproduzieren und auf Reize reagieren.

Und obwohl Leben ohne Kohlenstoff eine sehr lange Sache ist, dachten wir, wir würden das Thema mit einem der besten Astrochemiker des Landes ansprechen – Max Bernstein, dem Forschungsleiter des Science Mission Directorate am NASA-Hauptquartier in Washington, D.C.

Bruce Dorminey-IST ES FALSCH, ANzunehmen, DAS LEBEN KÖNNTE AUF ETWAS ANDEREN ALS KOHLENSTOFF BASIEREN?

Max Bernstein. Bildnachweis: NASA

Max Bernstein— Es ist wichtig für uns, dem außerirdischen Leben gegenüber aufgeschlossen zu sein, damit wir nicht darauf stoßen und es verpassen. Auf der anderen Seite ist Kohlenstoff viel besser als jedes andere Element bei der Bildung der Hauptstrukturen von Lebewesen. Kohlenstoff kann viele stabile komplexe Strukturen von großer Vielfalt bilden. Wenn Kohlenstoff Moleküle bildet, die Sauerstoff und Stickstoff enthalten, sind die Kohlenstoffbindungen zu Stickstoff und Sauerstoff stabil. Aber nicht so sehr, dass sie sich nicht ganz einfach auflösen lassen, im Gegensatz zum Beispiel bei Silizium-Sauerstoff-Bindungen.

dorminey-BERÜHRT DIE JÜNGSTE, VON DER NASA FINANZIERTE FORSCHUNG AM MONO LAKE, KALIFORNIEN, DIE DIE ENTDECKUNG VON BAKTERIEN MIT DNA, DIE ARSEN STATT PHOSPHOR VERWENDET, ANGEKLÄRT WURDE, DAS AKTUELLE PARADIGMA?

Bernstein— Das war ein wirklich cooles Ergebnis, aber die Grundstruktur war immer noch Carbon. Das Arsen soll Phosphor ersetzt haben, nicht Kohlenstoff. Die Entdeckung dieses vermeintlichen Arsenorganismus mag sich als falsch erweisen, aber es ist eine Hypothese mit Wissenschaft dahinter, und nicht nur jemand, der eine Idee wegwirft und sie auf dem Niveau belässt, was wäre, wenn man Kohlenstoff durch Silizium ersetzt?

Die Struktur von Silan, dem siliziumbasierten Analogon von Methan.

dorminey-SILICON SCHEINT DER BELIEBTESTE KANDIDAT, DER NICHT KOHLENSTOFF BASIERT. GIBT ES ANDERE, DIE AUCH MÖGLICH SEIN KÖNNTEN?

Bernstein— Kaum etwas ist wahrscheinlicher als Silizium, denn es gibt in seiner Chemie nichts, das dem Kohlenstoff näher kommt als Silizium. Es ist im Periodensystem an der richtigen Stelle, knapp unter Kohlenstoff. Auf den ersten Blick scheint [Leben auf Siliziumbasis] nicht allzu absurd, da Silizium wie Kohlenstoff vier Bindungen eingeht. CH4 ist Methan und SiH4 ist Silan. Sie sind analoge Moleküle, daher ist die Grundidee, dass Silizium vielleicht eine ganze parallele Chemie und sogar Leben bilden könnte. Aber es gibt Tonnen von Problemen mit dieser Idee. Wir sehen keine komplexe stabile Chemie [nur] von Silizium und Wasserstoff, wie wir es bei Kohlenstoff und Wasserstoff sehen. Wir verwenden Kohlenwasserstoffketten in unseren Lipiden (Moleküle, die Membranen bilden), aber die analogen Silanketten wären nicht stabil. Während Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindungen hergestellt und gelöst werden können – dies geschieht in unserem Körper die ganze Zeit –, gilt dies für Silizium nicht. Dies würde die lebensechte Chemie von Silizium stark einschränken. Vielleicht könntest du etwas auf Siliziumbasis haben, das irgendwie lebendig ist, aber nur in dem Sinne, dass es Informationen weitergibt.

dorminey-WENN SILIZIUM-BASIERTES LEBEN DA DRAUßEN GIBT, WIE KÖNNEN WIR ES JEMALS AUS DER FERNE ERKENNEN?

Bernstein— Wir streiten ernsthaft darüber, wie wir Leben wie wir aus der Ferne erkennen könnten, also kann ich es wirklich nicht sagen. Vermutlich werden technologienutzende Organismen, unabhängig von ihrer Biochemie, Technologie produzieren, daher könnte die Suche nach außerirdischer Intelligenz (SETI) unsere beste Chance sein.

dorminey-WIE WÜRDEN SIE HIER AUF DER ERDE FÜR SILIZIUMBASIERTES LEBEN SUCHEN?

Bernstein— Auf der Suche nach einem außerirdischen Organismus ist es wirklich schwierig, weil Sie einfach nicht wissen, nach welchen Molekülen Sie suchen sollen. Man müsste sich mit etwas Zweideutigerem zufrieden geben, wie zum Beispiel Sätzen von Molekülen, die nicht da sein sollten. Wenn Sie zum Beispiel ein außerirdischer Silizium-Organismus wären, suchen Sie vielleicht nicht nach unserer Biochemie, aber die Tatsache, dass Sie immer wieder genau die gleichen Kettenlängen sehen, könnte Sie darauf hinweisen, dass diese verflixten Kohlenstoffketten tatsächlich sein könnten die Grundlage der Membranen eines Organismus sein.

Eine Horta, eine fiktive Lebensform auf Siliziumbasis im Star Trek-Universum. Bild aus Star Trek: The Original Series © 1967 Paramount Pictures

dorminey-WO SIND HIER DIE GRÖSSTEN KONZENTRATIONEN VON SILIZIUM?
IN SAND?

Bernstein— In Sand oder Fels. Es gibt buchstäblich Megatonnen an Silikatmineralien auf der Erde.

dorminey-HAT JEMAND JEMAND BEHAUPTET, SELBSTREPLIKIERENDE BEISPIELE FÜR SILIZIUM HIER AUF DER ERDE ZU ERFASSEN?

Bernstein— Es gab Ideen, dass Mineralien Informationen enthalten, genauso wie DNA Informationen enthält. DNA enthält Informationen in einer Kette, die von einem Ende zum anderen gelesen wird. Im Gegensatz dazu könnte ein Mineral Informationen in zwei Dimensionen [auf seiner Oberfläche] enthalten. Ein Kristall wächst, wenn neue Atome an der Oberfläche ankommen und Schicht für Schicht aufbauen. Wenn sich also ein Kristallblatt abspaltet und dann zu wachsen beginnt, wäre das wie die Geburt eines neuen Organismus und würde Informationen von Generation zu Generation übertragen. Aber lebt ein sich replizierender Kristall? Bis heute glaube ich nicht, dass es tatsächlich Beweise dafür gibt, dass Mineralien solche Informationen weitergeben.

dorminey-IST DER KERN DES PROBLEMS, DASS SILIZIUMBASIERTES LEBEN SO LANGSAM REPLIZIEREN WÜRDE, DASS ES IN EINEM DYNAMISCHEN UNIVERSUM NIE SCHAFFEN KÖNNTE?

Bernstein— Ich glaube nicht, dass irgendeine Lebensform aus Silizium eine biologische Bedrohung für uns sein könnte. Wenn sie Hightech wären, könnten sie unsere Gebäude essen oder mit Waffen auf uns schießen, aber ich sehe nicht, wie sie uns infizieren könnten. Wir laufen heiß und bewegen uns schnell. Wenn wir das nicht tun, werden uns die Dinge erwischen und auffressen.

Wenn sie auch härter sind als wir und was auch immer sich von ihnen ernährt, auch langsam ist und auf Siliziumbasis vielleicht langsam ist, spielt keine Rolle.

dorminey-WAS WÄREN DIE UNTERSCHRIFTEN DES SILIZIUM-BASIERTEN LEBENS?

Bernstein— Wenn sie nicht technologisch sind, wären sie sehr schwer zu erkennen. Wir könnten nach instabilen, unerwarteten Siliziummolekülen suchen; ein hochenergetisches Molekül, das nicht vorhanden sein sollte, oder Molekülketten gleicher Länge.

dorminey-Glaubst du, dass es irgendwo da draußen ein Leben auf Siliziumbasis geben könnte?

Bernstein— Vielleicht hätte man tief unter der Oberfläche eines Planeten in einer sehr heißen wasserstoffreichen, sauerstoffarmen Umgebung diese komplexe Silanchemie. Dort würden vielleicht Silane mit Selen oder Tellur reversible Siliziumbindungen eingehen.

dorminey-WENN SOLCHES SILIZIUM-BASIERTES LEBEN AUFGEPASST WÜRDE, WELCHES WÄRE SEIN EVOLUTIONÄRES ENDSPIEL?

Bernstein— Wenn es sich über das Stadium des Protisten [Mikroorganismus] hinaus entwickeln könnte, dann könnte es meiner Meinung nach Intelligenz entwickeln. Ich habe keine Ahnung, wie wahrscheinlich es ist, dass sich Intelligenz entwickelt, aber ich kann an Siliziumkristalle glauben, die Informationen von Schicht zu Schicht weitergeben, oder an künstliche Intelligenz aus Silizium, aber ich erwarte nicht, dass Siliziumaffen ihr Äquivalent zu „Angry Birds“ spielen. auf ihren Silicon-Phones.

dorminey-WENN SICH SILIKON-LEBEN ENTWICKELT WÜRDE, WÜRDE SEINE LEBENSDAUER VIEL LÄNGER ALS SEINE KOHLENSTOFFBASIERTE ANALOGE SEIN?

Bernstein— Das replizierende Mineral, das ich zuvor beschrieben habe, würde sehr, sehr langsam auf der Erdoberfläche leben. Aber vielleicht an einem sehr viel heißeren Ort wäre seine Lebensdauer kürzer. Das liegt daran, dass die Lebensdauer vermutlich mit dem Tempo Ihrer Chemie zusammenhängt, die von der Temperatur abhängt.

dorminey-WAS WÜRDE ENDLICH DAS LEBEN AUF KOHLENSTOFFBASIERENDE GEFAHREN?

Bernstein— Körperlicher Schaden auf jeden Fall. Vermutlich könntest du einen Presslufthammer dazu nehmen?

Aber unsere Biochemie wäre keine Krankheitserreger dafür; wir konnten sie nicht „infizieren“, wie es in „Krieg der Welten“ der Fall war.