افتراضيات الكيمياء الحيوية

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى التنقل اذهب إلى البحث
Writing Magnifying.PNG
هذه المقالة تحتاج مراجعة، لضمان معلوماتها وإسنادها وأسلوبها ومصطلحاتها، وعلاقتها بالقارئ العربي، لأنها ترجمة اقتراضية أو آلية من لغة أجنبية.
كاذبة لون رادار كاسيني الرادار فسيفساء من المنطقة القطبية الشمالية للقمر تيتان ، المناطق الزرقاء هي مناطق البحيرات من الهيدروكربونات السائلة

"وجود بحيرات من الهيدروكربونات السائلة على  القمر تيتان يفتح إمكانية المذيبات و مصادر الطاقة التي هي بدائل في المحيط الحيوي و قد دعم رواية أشكال الحياة مختلفة تماما عن تلك الموجودة على الأرض."—ناسا البيولوجيا الفلكية خارطة الطريق عام 2008[1]

الانواع الافتراضية للكيمياء الحيوية هي أشكال من  الكيمياء الحيوية يتكهن أن تكون علميا قابلا للتطبيق ولكن لم يثبت وجودها في هذا الوقت. أنواع الكائنات الحية المعروفة حاليا على الأرض تستخدم كلها مركبات  الكربون للوظائف الحيوية و  الأيض , الماء كـ مذيب ، الحمض النووي أو الحمض النووي ا لريبوزي لتحديد والسيطرة على شكل. إذا كانت الحياة موجودة على الكواكب أو الأقمار ،فمن الممكن ان  تكون مشابه كيميائيا; ومن الممكن أيضا أن هناك كائنات لها كيمياء مختلفة تماما—على سبيل المثال تشمل فئات أخرى من مركبات الكربون والمركبات من عنصر آخر ، أو مذيبات آخري  مكان الماء.

إمكانية الحياة التي تقوم على كيمياء حيوية "بديلة" هو موضوع مناقشة علمية مستمرة، وأبلغت بما هو معروف عن بيئات خارج كوكب الأرض وعن سلوك مختلف العناصر والمركبات الكيميائية. وأيضا موضوع مشترك في قصص الخيال العلمي. 

عنصر السيليكون قد نوقش كثيرا كافتراض بديلة الكربون. السيليكون هو في نفس مجموعة الكربون في الجدول الدوري ، مثل الكربون ، فهو رباعي التكافؤ ، على الرغم من السيليكون النظير في  المركبات العضوية هي عموما أقل استقرارا. افتراضيات بدائل المياه تشمل الأمونيا, التي هي مثل الماء ،جزئ  قطبي  ؛ المذيبات الغير قطبية الهيدروكربونية مثل الميثان و الإيثان التي توجد في شكل سائل على سطح تيتان.

الظل و المحيط الحيوي[عدل]

(1974) إرسال المعلومات إلى الفضاء عن الكيمياء الأساسية للحياة على الأرض.

وبصرف النظر عن احتمال العثور على أشكال مختلفة من الحياة على الكواكب أو الأقمار, فقد اقترح ان  الأرض نفسها  كمكان للظل الحيوي لللكائنات الدقيقة العير معروفة كيميائيا و التي قد عاشت في الماضي أو قد لا تزال موجودة اليوم.

الكيمياء الحيوية غير المعتمدة علي الكربون[عدل]

على الأرض، لدى جميع الكائنات الحية المعروفة هيكل كربوني و نظام. وتكهن العلماء حول إيجابيات وسلبيات استخدام الذرات عدا الكربون لتشكيل الهياكل الجزيئية الضرورية للحياة، ولكن لا أحد قد اقترح نظرية توظيف هذه الذرات لتشكيل جميع الهياكل اللازمة. ومع ذلك، كما جادل كارل ساغان، أنه صعب للغاية التأكد ما إذا كان الذي ينطبق على جميع أشكال الحياة على الأرض سوف يتحول لينطبق على جميع أشكال الحياة في جميع أنحاء الكون. ساجان يستخدم مصطلح "الكربون الشوفينية" لمثل هذا الافتراض. كارل ساجان يعتبر السيليكون و الجرمانيوم  بدائل الكربون ؛ ولكن ، من ناحية أخرى ، أشار إلى أن الكربون لا يبدو كيميائيا أكثر  تنوعا كما أنه أكثر وفرة في الكون.

السليكون[عدل]

هيكل سيلاني ، مناظر  غاز الميثان.
هيكل سيليكون (PDMS).
دياتومات بحرية —الكائنات الحية المعتمدة علي الكربون و التي تستخرج السيليكون من مياه البحر و دمجها في جدران الخلايا

السيليكون ذرة نوقشت كثيرا كأساس بديل للنظام البيوكيميائي  ، لأن السيليكون لديه العديد من الخصائص الكيميائية مماثلة لتلك التي للكربون و هو في نفس المجموعة في الجدول الدوري ، في مجموعة  الكربون . مثل الكربون ,السليكون يمكن أن يخلق الجزيئات التي هي كبيرة بما فيه الكفاية لحمل المعلومات البيولوجية.

ومع ذلك، للسليكون عيوب عدة كبديل للكربون. السليكون، خلافا للكربون، يفتقر إلى القدرة على شكل روابط كيميائية مع أنواع مختلفة من الذرات كما هو ضروري لتعدد المواد الكيميائية المطلوبة للتمثيل الغذائي.  العناصر  اللازمة لإنشاء المجموعات الوظيفية العضوية مع الكربون تشمل  الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين، والفوسفور، والكبريت والمعادن مثل الحديد والمغنيسيوم والزنك. من ناحية أخرى، يتفاعل السليكون، مع عدد قليل جداً من أنواع أخرى من الذرات. وهذا يرجع إلى أن ذرات السيليكون هي أكبر بكثير، لها كتلة أكبر ونصف القطر الذري، وحتى صعوبة تشكيل روابط مزدوجة. 

كيمياء حيوية معتمدة علي عناصر اخري غريبة[عدل]

  • بورانات بشكل خطير متفجرة في الغلاف الجوي للأرض، ولكن ستكون أكثر استقرارا في البيئة الأقل تفاعلية . ومع ذلك، وفرة البورون الكونية منخفضة يجعلها أقل احتمالاً من الكربون كقاعدة للحياة. 
  • المعادن المختلفة، جنبا إلى جنب مع الأكسجين، يمكن أن تشكل هياكل معقدة جداً ومستقرة حرارياً تحاكي تلك المركبات العضوية؛ الأحماض الهيتيروبولية هي واحدة من هذه الأسرة. بعض أكاسيد المعادن أيضا مشابهة للكربون في قدرتها على تشكيل هياكل نانو وبلورات الماس مثل (مثل مكعب زركونيا). التيتانيوم و الألمنيوم و المغنزيوم والحديد كل شيء أكثر وفرة في قشرة الأرض من الكربون. ولذلك فان الحياة المستندة علي أكسيد المعادن من المحتمل ان تكون ممكنة تحت ظروف معينة، بما في ذلك ( درجات الحرارة العالية) التي ستكون فيها الحياة القائمة على الكربون غير محتملة.[2] عن طريق تعديل مضمون أكسيد المعدن، يمكن الحصول على ثقوب و التي تعمل كغشاء  يسهل اختراقه،سامحا بشكل انتقائي دخول و خروج المواد الكيميائية  وفقا لحجم. 
  • الكبريت هو أيضا قادر على تشكيل سلسلة طويلة من الجزيئات ، لكنه يعاني من نفس مشاكل التفاعل مثل الفوسفور .الاستخدام البيولوجي للكبريت كبديل الكربون هو محض افتراضية خاصة لأن الكبريت عادة يشكل فقط سلاسل خطية . (الاستخدام البيولوجي للكبريت كإلكترون متقبل على نطاق واسع و يمكن ارجاعه 3.5 مليار سنة على الأرض ، وبالتالي يسبق استخدام الأكسجين الجزيئي.[3] البكتيريا المختزلة للكبريت يمكنها الاستفادة من عنصر الكبريت بدلا من الأكسجين ، والحد من استخدام الكبريت وكبريتيد الهيدروجين.)

الزرنيخ بديلا للفوسفور[عدل]

الزرنيخ ، وهو مشابه كيميائيا  للفوسفور ، في حين انه ساما لمعظم أشكال الحياة على الأرض ،لكنه مدرج في الكيمياء الحيوية لبعض الكائنات الحية. بعض الطحالب البحرية تتضمن الزرنيخ في الجزيئات العضوية المعقدة . الفطريات و البكتيريا يمكن أن تنتج مركبات الزرنيخ الميثيلية المتطايرة.اختزال و أكسدة الزرنيخ قد لوحظ في الميكروبات . بالإضافة إلى ذلك ، بعض بدائيات النواة يمكنها استخدام الزرنيخات كمحطة الاستقبال الإلكترون النمو اللاهوائي و البعض يمكنه استخدام الزرنيخ كمتبرع للإلكترون  لتوليد الطاقة.[4][5][6][7]

وكان قد تردد أن أقدم أشكال الحياة على الأرض قد استخدم الزرنيخ في مكان الفوسفور في بنية الحمض النووي. الاعتراض على هذا السيناريو هو أن استرات الزرنيخ أقل استقرارا للتحلل من استرات الفوسفات و بالتالي فالزرنيخ غير مناسب لهذه الوظيفة [8][9]

مذيبات غير مائية[عدل]

كارل ساجان توقع ان الحياة الفضائية قد تستخدم الأمونيا ، الهيدروكربونات أو فلوريد الهيدروجين بدلا من الماء.

بالإضافة إلى مركبات الكربون، كل الحياة الأرضية المعروفة تتطلب أيضا الماء كمذيب. و أدي ذلك إلى إجراء مناقشات حول ما إذا كان الماء السائل الوحيد القادرة على شغل هذا الدور. فكرة أن الحياة خارج الأرض قد تعتمد على مادة مذيبة عدا الماء قد تم اخذه علي محمل الجد في الأدبيات العلمية الحديثة بواسطة ستيفن بينير  , و اللجنة الفضائية برئاسة جون أ. باروس. المذيبات التي نوقشت في لجنة باروس  تشمل الأمونيا, حمض الكبريتيك, الفورماميد, الهيدروكربونات ، و (في درجات حرارة أقل بكثير من الأرض) سائل النيتروجين ، أو الهيدروجين في شكل السوائل فوق الحرجة.

كارل ساجان يصف نفسه بـ شوفيني الكربون وشوفيني الماء;[10][11] ومع ذلك كان يتوقع الهيدروكربونات، حامض هيدروفلوري, والأمونيا[12] كبدائل ممكنة للمياه.

الأمونيا[عدل]

تصور الفنان  كيف تبدو الحياة علي الكوكب مع الأمونيا .

  الأمونيا جزيء (NH3) ، مثل جزيء الماء متوفر في الكون ، كونه مركب من الهيدروجين (أبسط العناصر الشائعة) مع آخر شائع جدا و هو عنصر النيتروجين. الدور الممكن  للأمونيا السائلة كبديل للمذيبات هو فكرة تعود على الأقل إلى عام 1954 ، عندما اثار  ج. ب. س. هالدين  هذا الموضوع في ندوة عن اصل الحياة[13].

الأمونيا ، مثل الماء ، إما أن يقبل أو يعطي H+ أيون. عندما  يقبل H+, فهو يشكل الأمونيوم الموجب (NH4+) ، المماثل للهيدرونيوم (H3O+).و عندما يعطي H+ أيون ، فهو يشكل انيون الاميد (NH2), المماثل إلى هيدروكسيد الأنيون (OH). بالمقارنة مع المياه فان الأمونيا هو أكثر ميلا لقبول H+ أيون ، و أقل ميلا إلى التبرع بواحد; انه  نيوكليوفيل قوي. مجموعة الكربونيل (C=O) ، والتي تستخدم كثيرا في  الكيمياء الحيوية ، لن تكون مستقرة في محلول الأمونيا ، ولكن مجموعة الامين المماثلة (C=NH) يمكن أن تستخدم بدلا من ذلك[14][15].

نظرية الهيكل الداخلي لتيتان ، المحيط تحت السطح يظهر بالأزرق.[16]

الميثان والهيدروكربونات الأخرى[عدل]

الميثان (CH4) هو هيدروكربوني بسيط : هو مركب من اثنين من العناصر الأكثر شيوعا في الكون الهيدروجين و الكربون. له وفرة كونية مقارنة مع الأمونيا. الهيدروكربونات يمكن أن تعمل كمذيب على نطاق واسع من درجات الحرارة ، ولكن تفتقر  القطبية. إسحاق أسيموف ، الكيميائي و كاتب الخيال العلمي, اقترح في عام 1981 أن الدهون يمكن أن تشكل بديلا عن البروتينات في غير المذيبات القطبية مثل غاز الميثان. تتكون البحيرات  من خليط من الهيدروكربونات ، بما في ذلك غاز الميثان و الإيثان ، و التي قد تم الكشف عنها على سطح تيتان من قبل كاسيني الفضائية.[17][18][19][20]

فلوريد الهيدروجين[عدل]

فلوريد الهيدروجين (HF) ، مثل الماء ، هو جزيء قطبي ، بسبب قطبيته يمكنه ان يذيب العديد من المركبات الأيونية.درجة انصهاره -84 °C و درجة الغليان هي 19.54 درجة مئوية (عند الضغط الجوي); الفرق بين الاثنين هو أكثر قليلا من 100 K. HF و أيضا يصنع روابط الهيدروجين مع جارته من الجزيئات ، كما يفعل الماء والأمونيا. وقد اعتبر مذيبا ممكنا للحياة من قبل العلماء مثل بيتر سنيث  و كارل ساجان[15][21].

كبريتيد الهيدروجين[عدل]

كبريتيد الهيدروجين هو المناظر الاقرب كيميائيا إلى الماء ، [22] ولكن أقل قطبية ومذيب غير عضوي ضعيف.[15] كبريتيد الهيدروجين وفير جدا على قمر كوكب المشتري  Io, و قد يكون في شكل سائل على بعد مسافة قصيرة تحت السطح .[23] على كوكب به محيطات من كبريتيد الهيدروجين فان مصدر كبريتيد الهيدروجين يمكن أن يأتي من البراكين ، وفي هذه الحالة يمكن أن تكون مختلطة مع قليلا من فلوريد الهيدروجين التي يمكن أن يساعد على إذابة المعادن.الحياة بكبريتيد الهيدروجين  يمكنها استخدام خليط من أول أكسيد الكربون و ثاني أكسيد الكربون باعتبارها مصدر الكربون.

مذيبات اخري[عدل]

حمض الكبريتيك (H2SO4).

المذيبات الأخرى المقترحة:

العلماء الذين نشروا عن هذا الموضوع[عدل]

  • إسحاق أزيموف (1920-1992) ، الكيميائي و كاتب الخيال العلمي.[27]
  • وليام باينس, عالم الاحياء  المساهم في مجلة البيولوجيا الفلكية.[28]
  • جون باروس  ، الذي ترأس لجنة من العلماء في المجلس الوطني للأبحاث  بالولايات المتحدة و التي نشرت تقريرا عن شروط الحياة في عام 2007.[29][30]
  • جيرالد فاينبيرغ (1933-1992), الفيزيائي.. روبرت شابيرو (1935-2011), الصيدلي, مؤلفين كتاب الحياة خارج الأرض.[14][31]
  • أكسل فيرسوف(1910-1981), الفلكي البريطاني.[32]
  • روبرت أ. فريتاس الابن (1952–الوقت الحاضر) ، متخصص في تكنولوجيا النانو  .[33][34]
  • ج. ب. س. هالدين (1892-1964), عالم الوراثة.[35]
  • جورج بيمنتل (1922-1989)  الكيميائي في جامعة كاليفورنيا في بيركلي.[36]
  • كارل ساجان (1934-1996), عالم الفلك, .
  • بيتر سنيث  (1923-2011), الميكروبيولوجي, مؤلف كتاب الكواكب والحياة.[15]

المراجع[عدل]

  1. ^ David J. Des Marais؛ وآخرون. (2008). "The NASA Astrobiology Roadmap". Astrobiology. 8 (4): 718. doi:10.1089/2008.0819. 
  2. ^ http://www.newscientist.com/article/dn20906-lifelike-cells-are-made-of-metal.html. اطلع عليه بتاريخ 25 مايو 2014.  مفقود أو فارغ |title= (مساعدة)
  3. ^ Early Archaean Microorganisms Preferred Elemental Sulfur, Not Sulfate Science AAAS, by Philippot, et al., (14 September 2007) نسخة محفوظة 24 أغسطس 2010 على موقع واي باك مشين.
  4. ^ http://www.nasa.gov/topics/universe/features/astrobiology_toxic_chemical.html. اطلع عليه بتاريخ 02 ديسمبر 2010.  مفقود أو فارغ |title= (مساعدة)
  5. ^ Science (PDF). Bibcode:2011Sci...332.1163W http://www.ironlisa.com/WolfeSimon_etal_Science2010.pdf. اطلع عليه بتاريخ 09 ديسمبر 2010.  مفقود أو فارغ |title= (مساعدة)
  6. ^ RR Research blog http://rrresearch.blogspot.com/2010/12/arsenic-associated-bacteria-nasas.html. اطلع عليه بتاريخ 04 ديسمبر 2010.  مفقود أو فارغ |title= (مساعدة); روابط خارجية في |الموقع= (مساعدة)
  7. ^ We, Beasties blog http://scienceblogs.com/webeasties/2010/12/guest_post_arsenate-based_dna.php. اطلع عليه بتاريخ 09 ديسمبر 2010.  مفقود أو فارغ |title= (مساعدة); روابط خارجية في |الموقع= (مساعدة)
  8. ^ http://web.archive.org/web/20110923030004/http://www.slate.com/id/2276919. تمت أرشفته من الأصل في 23 سبتمبر 2011. اطلع عليه بتاريخ 07 ديسمبر 2010.  مفقود أو فارغ |title= (مساعدة)
  9. ^ BioTechniques http://www.biotechniques.com/news/Arsenic-Life-Claim-Refuted/biotechniques-332691.html#.UQBYhx3O3zk. اطلع عليه بتاريخ 23 يناير 2013.  مفقود أو فارغ |title= (مساعدة)
  10. ^ Sagan, Carl (2002). Cosmos. Random House. صفحات 126–127. ISBN 0-375-50832-5. 
  11. ^ Sagan, Carl؛ Head, Tom (2006). Conversations with Carl Sagan. University Press of Mississippi. صفحة 10. ISBN 1-57806-736-7. 
  12. ^ 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
  13. ^ http://www.daviddarling.info/encyclopedia/A/ammonialife.html. اطلع عليه بتاريخ 01 أكتوبر 2012.  مفقود أو فارغ |title= (مساعدة)
  14. أ ب Robert Shapiro.  الوسيط |last1=مفقود في Authors list (مساعدة); مفقود أو فارغ |title= (مساعدة)
  15. أ ب ت ث استشهاد فارغ (مساعدة) 
  16. ^ http://www.es.ucl.ac.uk/research/planetary/undergraduate/dom/titan/titan.htm. اطلع عليه بتاريخ 07 يونيو 2010.  مفقود أو فارغ |title= (مساعدة)
  17. ^ 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 74. نسخة محفوظة 20 أغسطس 2015 على موقع واي باك مشين.
  18. ^ Astrobiology. Bibcode:2015AsBio..15..200M http://online.liebertpub.com/doi/abs/10.1089/ast.2014.1212. اطلع عليه بتاريخ 25 مارس 2015.  مفقود أو فارغ |title= (مساعدة)
  19. ^ http://web.archive.org/web/20170225130214/http://www.space.com/29389-alien-life-hydrocarbon-exoplanets-ether-dna.html?adbid=10152808883996466&adbpl=fb&adbpr=17610706465&cmpid=514630_20150513_45710706&short_code=2ze6t. تمت أرشفته من الأصل في 25 فبراير 2017. اطلع عليه بتاريخ 21 مايو 2015.  مفقود أو فارغ |title= (مساعدة)
  20. ^ https://web.archive.org/web/20110629185640/http://www.jpl.nasa.gov/news/news.cfm?release=2010-190. تمت أرشفته من الأصل في June 29, 2011. اطلع عليه بتاريخ 06 يونيو 2010.  مفقود أو فارغ |title= (مساعدة)
  21. ^ http://www.xenology.info/Xeno/8.2.2.htm.  مفقود أو فارغ |title= (مساعدة)
  22. ^ http://www.daviddarling.info/encyclopedia/S/solvent.html. اطلع عليه بتاريخ 12 أكتوبر 2012.  مفقود أو فارغ |title= (مساعدة)
  23. ^ http://www.astrobio.net/exclusive/3518/the-chance-for-life-on-io. اطلع عليه بتاريخ 25 مايو 2013.  مفقود أو فارغ |title= (مساعدة)
  24. ^ Budisa، Nediljko. Life http://www.mdpi.com/2075-1729/4/3/331.  مفقود أو فارغ |title= (مساعدة)
  25. ^ Baross، John A. (المحرر). Cambridge.  الوسيط |last1=مفقود في Editors list (مساعدة); مفقود أو فارغ |title= (مساعدة)
  26. ^ The methane habitable zone نسخة محفوظة 11 مارس 2016 على موقع واي باك مشين.
  27. ^ Isaac Asimov. Cosmic Search http://www.bigear.org/CSMO/HTML/CS09/cs09all.htm.  مفقود أو فارغ |title= (مساعدة)
  28. ^ W. Bains. Astrobiology. Bibcode:2004AsBio...4..137B.  مفقود أو فارغ |title= (مساعدة)
  29. ^ 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. نسخة محفوظة 27 يونيو 2015 على موقع واي باك مشين.
  30. ^ 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 5 نسخة محفوظة 27 أبريل 2015 على موقع واي باك مشين.
  31. ^ A detailed review of this book is: John Gribbin. New Scientist.  مفقود أو فارغ |title= (مساعدة)
  32. ^ V. Axel Firsoff. Discovery.  مفقود أو فارغ |title= (مساعدة)
  33. ^ http://www.xenology.info/Xeno.htm.  مفقود أو فارغ |title= (مساعدة)
  34. ^ This work is acknowledged the partial basis of the article http://www.daviddarling.info/encyclopedia/A/ammonialife.html/. اطلع عليه بتاريخ 01 أكتوبر 2012.  مفقود أو فارغ |title= (مساعدة)
  35. ^ J.B.S. Haldane. New Biology.  مفقود أو فارغ |title= (مساعدة)
  36. ^ Carl Sagan.  الوسيط |last1=مفقود في Authors list (مساعدة); مفقود أو فارغ |title= (مساعدة)