Anterior, știința din spatele vieții pe bază de siliciu a fost considerată a fi SF. Compușii de siliciu sunt limitați la aranjamente cristaline invariabile, în timp ce compușii de carbon, și anume cei organici, pot forma o mare varietate de molecule, astfel încât orice aranjament molecular stabil ar putea fi format spontan și că selecția naturală ar favoriza acele molecule care susțin viața. În competiția prebiotică dintre bazele siliciului și carbonului pentru viață, cel mai probabil, carbonul ar fi dominat. Dar luați în considerare alternativa în care apa ar fi fost înlocuită cu o substanță chimică foarte familiară, dar puțin probabilă. Ar putea exista viața într-o lume dominată de oceane, lacuri și râuri de amoniac?
Descompunerea
Amoniacul este o substanță toxică pentru oameni, insecte și chiar bacterii. Este ingredientul principal al unor solvenți industriali și soluții de curățare și este periculos pentru mediu. Amoniacul este chiar o parte esențială a unei rețete folosite pentru fabricarea explozibililor de mare randament. Cum ar putea ceva atât de letal ca amoniacul să permită apariția și evoluția organismelor vii? Credeți sau nu, amoniacul are multe dintre aceleași proprietăți moleculare ca un alt compus familiar care este esențial pentru viață: apa. Unii astrobiologi propun că viața ar putea evolua într-un mediu amoniacal, la fel cum viața de pe Pământ s-a dezvoltat într-un mediu hidratat. Imaginați-vă: aceeași substanță despre care se știe că dizolvă metalele, arde pielea, poluează mediul înconjurător și explodează dacă este amestecată în mod necorespunzător ar putea foarte bine să fie „apa vieții” pe unele lumi extraterestre (și nu mă refer la Dune).
Să analizăm mai întâi de ce amoniacul este un potențial candidat. Amoniacul și apa sunt ambele molecule polare. Electronegativitățile atomilor de oxigen și azot sunt mai mari decât electronegativitatea omologilor lor de hidrogen. Diferența de electronegativitate dintre atomul central (fie el de azot sau de oxigen) și atomii de hidrogen face ca moleculele să devină polare. Atomul central adoptă o sarcină ușor negativă, iar hidrogenii devin ușor pozitivi. Acest lucru face ca amoniacul și apa să fie solvenți puternici, deoarece pot dizolva sărurile și moleculele polare mici.
Câteva dintre proprietățile fizice din apă sunt împărtășite și de amoniac. Ambele medii pot conduce electricitatea, deși slab, iar coordonarea hidrogenilor încărcați pozitiv cu părțile încărcate negativ de pe moleculele apropiate formează una dintre cele mai puternice forțe intermoleculare cunoscute în chimie: legătura de hidrogen. Acest lucru este analog cu a lua un obiect cu o sarcină pozitivă la un capăt și a-l lega în mod electrostatic de o sarcină negativă de pe un alt obiect. În termeni simpli, legăturile de hidrogen permit moleculelor polare să se lipească foarte bine unele de altele, de aici și motivul pentru care apa are o tensiune superficială și un punct de fierbere atât de ridicate.
În această măsură, apa este un solvent versatil: poate dizolva aproape „orice”, iar solubilitatea este esențială în condiții prebiotice. Ea poate dizolva multe săruri și molecule organice mici, polare, cum ar fi zaharurile și aminoacizii. Solubilitatea compușilor organici și a sărurilor este foarte importantă pentru viață, deoarece amortizează amestecurile de reacție pentru a rezista la schimbările de pH, salinitate și chiar la stările de oxidare. Un mediu care susține cel mai bine viața este unul cu concentrații stabile de biomolecule esențiale.
O altă caracteristică foarte importantă a proprietăților fizice ale apei este efectul hidrofob al compușilor mari, nepolari. Substanțele nepolare și polare nu se amestecă foarte bine în soluție, motiv pentru care moleculele nepolare au tendința de a se aglomera într-o soluție de molecule polare. Cu alte cuvinte: moleculele nepolare se lipesc unele de altele mult mai strâns atunci când sunt înconjurate de molecule polare.
Efectul hidrofob este crucial în procesul de abiogeneză, deoarece determină formarea micelilor și a proteinelor. Fără efectul hidrofob, lipidele nu s-ar putea recoace pentru a forma membranele celulare, iar polimerii de aminoacizi nu s-ar putea plia pentru a forma proteine și enzime funcționale.
În timp ce amoniacul poate avea capacitatea de a forma legături de hidrogen, polaritatea sa pălește în comparație cu cea a apei. Amoniacul este mai puțin capabil să formeze legături de hidrogen și, prin urmare, efectul hidrofob și solubilitatea moleculelor organice sunt, de asemenea, mai slabe.
Acest lucru prezintă probleme pentru abiogeneză. Moleculele bioorganice mici nu s-ar dizolva foarte bine în amoniac. Proteinele și membranele ar putea fi instabile într-o soluție de amoniac deoarece s-ar putea să nu se plieze corespunzător. Membranele și lipidele devin o problemă și mai mare; dacă membranele celulare nu se împachetează suficient, atunci celulele s-ar putea rupe în bucăți chiar și în cazul unor schimbări ușoare de mediu. Viața ar fi mai puțin adaptabilă într-un mediu cu amoniac decât într-un mediu cu apă.
Stabilitatea amoniacului lichid în sine justifică îngrijorarea. Teoretic, viața poate fi susținută doar într-un lichid, nu într-un gaz sau solid. Dacă se fierbe prea repede sau prea ușor, organismelor le poate fi mai greu să se adapteze la mediu. Amoniacul există sub formă de gaz la temperatura camerei, în timp ce apa este stabilă ca lichid de la o temperatură cuprinsă între 0 și 100 de grade Celsius. Acest lucru se datorează puterii legăturii de hidrogen: cu cât legăturile de hidrogen sunt mai puternice, cu atât este mai probabil ca moleculele să rămână împreună suficient de mult timp pentru a se condensa într-un lichid. Amoniacul are o legătură de hidrogen slabă, motiv pentru care temperatura trebuie să fie coborâtă dramatic sub presiunea atmosferică normală pentru a stabiliza amoniacul în stare lichidă; vorbim despre o lume care trebuie să treacă printr-o eră glaciară de 4 miliarde de ani. O planetă rece și moartă este cu greu un candidat ideal pentru a susține viața.
Suprafața Andoriei.
Punctul de fierbere al amoniacului este de -33 grade Celsius sub o presiune de 14,7 psi, ceea ce înseamnă că amoniacul lichid este stabil doar sub această temperatură la presiunea atmosferică a Pământului. Presupunând pentru o clipă că plierea, conglomerarea și solubilitatea moleculelor organice sunt probabile din punct de vedere termodinamic, ar trebui să se mențină o temperatură globală de -78 grade Celsius și -33 grade la 14,7 psi. Aceasta este o bandă prea îngustă pentru ca organismele să se dezvolte; orice fluctuație climatică ușoară ar putea amenința de fapt supraviețuirea vieții bazate pe amoniac. Metabolismul nutrienților și replicarea organismelor ar fi perturbate de perioadele de minime și maxime extreme.
Singura soluție de rezolvare a acestei probleme este condensarea unui gaz folosind o presiune atmosferică mai mare, mai degrabă decât o temperatură mai scăzută. Gazul poate fi condensat într-un lichid la presiuni extreme, iar temperatura poate fi menținută cu mult peste punctul său normal de fierbere (ceea ce este o veste bună pentru un climat amoniacal în care viața are nevoie de căldură pentru a se dezvolta). Amoniacul se condensează în lichid sub o presiune echivalentă cu 12,1 mii de atmosfere terestre la aproximativ 37 de grade Celsius. Din nefericire, încă nu am descoperit sau nu am emis ipoteza unui mod în care o planetă ar putea adăposti o atmosferă atât de densă. Venus, o planetă terestră cu cea mai densă atmosferă cunoscută în prezent, are o valoare a presiunii de 93 de bari la suprafață; aceasta îndeplinește cu greu cerința atmosferică de 12.000 de bari. Jupiter, următoarea cea mai bună alegere, are o presiune maximă de aproximativ 1.000 de bari doar în centrul planetei; din nou, nu este deloc ideală pentru scopurile noastre. Este puțin probabil ca planete similare să aibă presiuni atmosferice suficient de mari pentru a condensa amoniacul într-un lichid, deși asta nu înseamnă că viața bazată pe amoniac nu poate apărea prin alte mijloace.
Verdictul final
Viața pe bază de amoniac nu este o temă majoră din Star Trek, și întotdeauna m-am întrebat de ce nu a fost niciodată inclusă în emisiuni. Din păcate, este puțin probabil să fie un fapt științific. Este important de reținut că multe lucruri considerate inițial imposibile în știință au fost în cele din urmă dovedite de știință, sau cel puțin într-o anumită măsură. Așa cum subliniez întotdeauna în articolele mele: doar pentru că un lucru pare foarte puțin probabil, nu înseamnă că nu se poate întâmpla. Trebuie încă să descoperim viața pe bază de amoniac, sau orice altă formă de viață în altă parte, înainte ca cineva, chiar și eu, să poată spune că extratereștrii cu amoniac pot sau nu pot exista. În absența dovezilor absolute, speculația este cel mai bun lucru la care putem spera.
În această notă, aș dori să închei cu acest minunat fragment editat din Cosmosul lui Carl Sagan, în care el emite ipoteza unui scenariu probabil în care viața ar putea evolua pe o lume ca Jupiter.
Doar pentru că ceva pare improbabil să se întâmple, suntem întotdeauna uimiți în știință să descoperim că uneori, oricât de improbabil ar fi, opusul este adevărat. Chiar dacă organismele pe bază de amoniac ar putea să nu existe după standardele noastre terestre, acest lucru nu implică sub nicio formă faptul că nu se poate întâmpla în alt mod.
Tom Caldwell este licențiat în biochimie la UCLA. În prezent, el lucrează la un doctorat în biologie moleculară.
.