Как работают пришельцы

[Carder]

Трубчатые черви гидротермальных источников.

Есть ли во Вселенной другие формы жизни? Научный поиск внеземных форм жизни был поддержан двумя недавними открытиями. Во-первых, открытие форм жизни в экзотических средах на Земле указывает на то, что жизнь очень здорова и может адаптироваться к самым странным и самым враждебным условиям. Во-вторых, астрономы обнаружили планеты, вращающиеся вокруг звезд помимо нашего Солнца - по состоянию на 2001 год было обнаружено более 50 внесолнечных планет. Существуют ли инопланетные формы жизни на любой из этих планет?

Если инопланетная жизнь существует, на что она может быть похожа? Были бы это простые формы жизни, такие как бактерии, вирусы или водоросли, или более продвинутые многоклеточные существа, возможно, даже разумные существа? Будут ли пришельцы животными, растениями или обладать и тем, и другим? Были бы они с руками и ногами и ходили бы прямо, как мы? Будут ли они полагаться на зрение как на свое основное чувство или использовать другой способ сбора информации об окружающем? Будут ли они «дышать» кислородом или другим газом?
Спекуляции об инопланетянах обычно оставляют авторам научной фантастики, читателям научной фантастики и голливудским писателям и режиссерам. В этой статье мы рассмотрим астробиологию, научный поиск внеземной жизни. Мы применим то, что мы узнали о жизни на Земле, чтобы предположить, на что могут быть похожи инопланетные формы жизни.

Содержание

1. Приветствую, двуногие на углеродной основе!
2. Что такое жизнь?
3. Жизнь в экстремальных условиях
4. Некоторые основные правила инопланетной жизни
5. Предположение: какими могут быть инопланетяне?

Приветствую, двуногие на углеродной основе!​

Большинство из нас изображают инопланетную жизнь так, как ее изображают в фильмах, где инопланетяне обычно изображаются как человекоподобные формы, потому что они используют актеров для того, чтобы играть роли непосредственно в гриме или в качестве моделей для компьютерной анимации. Кроме того, зрители больше относятся к инопланетянам, похожим на людей, чем к более экзотическим монстрам. Однако план человеческого тела - двусторонняя симметрия с одной головой, двумя ногами и двумя руками - восходит к тому времени, когда первые земноводные и рептилии колонизировали земные массивы Земли, и маловероятно, что такая форма могла бы развиться в инопланетном мире. Итак, давайте на время забудем о Голливуде и посмотрим внимательно на настоящую науку астробиологию.
Астробиология - это научное исследование жизни во Вселенной. Астробиологи стремятся понять (среди прочего), как жизнь возникла и развивалась на Земле, что определяет способ организации жизни и что делает планету пригодной для жизни.
Астробиология объединяет в себе дисциплины биологии, химии, физики, геологии и астрономии. Часто астробиологи должны использовать полученную информацию о жизни на Земле в качестве руководства для изучения жизни в других местах. Давайте рассмотрим некоторые вещи, которые мы узнали от жизни на Земле.

Что такое жизнь?​

Булавовидные структуры подводных микробов - строматолиты.

Хотя трудно дать четкое определение «жизни», большинство биологов согласны с тем, что у живых существ есть много общих характеристик. Если объект соответствует этим характеристикам, он считается живым:

• Организованные - живые вещи состоят из атомов и молекул, которые организованы в клетки. Клетки в организме могут быть как однородными, так и специализированными для выполнения различных функций. Клетки могут быть далее организованы в ткани, органы и системы. Живые существа на Земле весьма разнообразны по своей организации и сложности.
• Гомеостатический - живые существа выполняют функции, которые поддерживают их в постоянном, относительно неизменном состоянии, называемом гомеостазом. Например, в вашем теле есть системы, поддерживающие постоянную температуру тела: вы дрожите, если вам холодно, и потеете, если вам жарко.
• Воспроизведение - живые существа делают копии самих себя, либо точные копии (клоны) путем бесполого воспроизводства, либо аналогичные копии путем воспроизводства половым путем.
• Растет / развивается - живые существа растут и развиваются из более мелких и / или более простых форм. Например, человек начинает жизнь как оплодотворенная яйцеклетка, превращаясь в эмбрион, плод, а затем в ребенка. Впоследствии ребенок превращается в малыша, подростка и взрослого.
• Забирает энергию из окружающей среды - пребывание в относительно постоянном организованном состоянии нарушает второй закон термодинамики, согласно которому степень беспорядка (энтропия) всех объектов увеличивается. Чтобы живой организм поддерживал организацию, он должен принимать, обрабатывать и расходовать энергию. Люди и другие животные делают это, поедая пищу и извлекая из нее энергию.
• Реагирует на раздражители - живые существа реагируют на изменения в окружающей их среде. Например, если раздражитель причиняет вам боль, вы отвечаете , удаляясь от этого объекта. Если вы поместите растение возле хорошо освещенного окна, ветви или побеги будут расти навстречу свету (фототропизм). В целях защиты некоторые животные меняют цвет, чтобы слиться с окружающей средой (камуфляж).
• Адаптировано к окружающей среде - характеристики живого существа обычно соответствуют окружающей среде. Например, плавники у дельфина плоские и приспособлены для плавания. Крыло летучей мыши имеет ту же базовую структуру, что и кости плавника дельфина, но имеет тонкую мембрану, которая позволяет летать.

Теперь, когда у нас есть определение того, что такое жизнь, нам нужно посмотреть, как она меняется на огромных промежутках времени. Основные правила, определяющие, возникают ли виды, живут, остаются неизменными или вымирают, - это правила эволюции путем естественного отбора, предложенные Чарльзом Дарвином. В теории эволюции Дарвина есть следующие моменты:

• Подобные организмы воспроизводят похожие организмы: собака воспроизводит собаку, одуванчик воспроизводит одуванчики, а рыба воспроизводит рыбу.
• Часто количество потомков увеличивается настолько, что количество выживших оказывается меньше, чем количество воспроизведенных.
• В любой популяции люди различаются по любым признакам, таким как рост, цвет кожи, цвет шерсти или форма клювов, и эти вариации могут передаваться следующему поколению.
• Некоторые варианты благоприятны, поскольку они делают этих людей наиболее подходящими для их среды, а некоторые - нет. Эти организмы с благоприятными вариациями выживут и передадут эти черты своему потомству; те особи с неблагоприятными вариациями умрут и не передадут свои черты - это естественный отбор.
• При наличии достаточного времени естественный отбор накопит эти благоприятные черты. Вид будет развиваться.

Хотя теория эволюции Дарвина была предложена для объяснения изменений у наземных видов, ее принципы достаточно общие, чтобы ее можно было применить и в других местах Вселенной.

Гипотеза редкой земли
Уравнение Дрейка, разработанное астрономом Фрэнком Дрейком и продвинутое Карлом Саганом, используется для оценки количества разумных цивилизаций во Вселенной. В отличие от этого, геолог Питер Уорд и астроном Дональд Браунли из Вашингтонского университета выдвинули гипотезу - гипотезу редкой земли - о том, что жизнь на Земле уникальна. Их гипотеза гласит, что серия случайных событий или ситуаций, таких как проживание в обитаемой зоне Солнца, наличие планеты типа Юпитера для удаления комет и астероидов, а также небольшое количество массовых вымираний, позволили жизни развиться на Земле и вряд ли случится где-нибудь еще. См. «Редкая земля: почему сложная жизнь во Вселенной - редкость». для подробностей.

Жизнь в экстремальных условиях​

Гидротермальный источник на дне океана.

Примерно 30 лет назад считалось, что вся жизнь на Земле зависит от энергии Солнца. Более того, считалось, что вы, вероятно, не найдете жизни, где температура была бы чрезвычайно высокой, например, в гейзерах или горячих источниках, или очень холодной, как в антарктической пустыне.
Эти представления изменились, когда океанологи исследовали гидротермальные жерла, отверстия на дне океана, где из коры извергается чрезвычайно горячая, богатая минералами вода. Гидротермальные источники расположены на несколько миль ниже поверхности, на дне океана, где окружающая вода замерзает или почти замерзает, абсолютно темно и давление высокое. В организованных сообществах вокруг оснований этих вентиляционных отверстий, называемых черными курильщиками, ученые нашли моллюсков, крабов и экзотических гигантских трубчатых червей длиной 6 футов (2 метра). Температура воды, выходящей из этих отверстий, составляет от 230 до 662 градусов по Фаренгейту (от 110 до 350 градусов по Цельсию).

Как эти животные могут выжить в таких экстремальных условиях вдали от солнечного света? В воде ученые обнаружили виды бактерий, которые расщепляют сероводород из воды, чтобы получить энергию для создания органических соединений (хемосинтез). В тканях трубочников есть бактерии, которые помогают им получать энергию из воды. Моллюски питаются бактериями, а крабы - трубочниками.
Открытие сообществ гидротермальных источников показало, что жизнь может развиваться в местах без солнечного света и в других мирах без достаточного количества света от родительской звезды. Ввиду открытия гидротермальных жерл вполне возможно, что жизнь существует на Европе, ледяной луне Юпитера, под ледяной корой которой, по мнению ученых, находится водный океан.

Трубчатые черви вокруг гидротермального источника.

Жизнь была обнаружена и в других экстремальных условиях. Ученые обнаружили микроколонии лишайников, называемые криптоэндолитами, в образцах горных пород антарктической пустыни, где температура часто опускается до 100 градусов ниже нуля, а жидкая вода практически отсутствует. Напротив, термофильные (теплолюбивые) бактерии были обнаружены в горячих источниках, где температура превышает точку кипения воды.

Живые криптоэндолиты (зеленые, черные, зелено-синие линии) в образце породы из Антарктиды (слева) и термофильные палочковидные бактерии (длиной около 1 микрона) из горячего источника в Йеллоустонском национальном парке (справа).

Если жизнь может развиваться в экстремальных условиях на Земле, кажется возможным, что жизнь может существовать в экстремальных условиях других миров, таких как Марс.

Некоторые основные правила инопланетной жизни​

Летучая мышь.

Что мы можем сказать об инопланетной жизни, используя то, что мы узнали из жизни на Земле? Хотя это, вероятно, будет сильно отличаться от жизни на Земле, инопланетная жизнь, вероятно, будет придерживаться определенных универсальных правил, как это делает широко меняющаяся жизнь на Земле. Эти руководящие принципы или основные правила включают следующее:
Чужая жизнь будет управляться законами физики и химии.
Инопланетная жизнь будет основана на каком-то типе химии (исключая научно-фантастическую концепцию существ с чистой энергией).

• Растворитель. На Земле растворителем всех наших биохимических веществ является жидкая вода. Другие химические вещества также могут быть растворителями, такими как аммиак, метан, сероводород или фтороводород.
• Температура - инопланетной жизни может потребоваться температура, при которой ее растворитель может оставаться жидким.
• Давление - инопланетная жизнь может потребовать давления окружающей среды (и температуры), которое позволяет растворителям существовать в трех состояниях материи (твердое, жидкое, газообразное).
• Источник энергии - живым существам требуется энергия, чтобы оставаться организованными. Эта энергия может исходить от звезды или от химической или геотермальной энергии (например, в гидротермальных источниках и горячих источниках). В любом инопланетном мире должен быть какой-то источник энергии для поддержания жизни.
• Сложные молекулы - живые существа на Земле организованы и состоят из сложных молекул на основе углерода, которые выполняют биохимические функции. Углерод - это универсальный атом, который может образовывать связи с четырьмя другими атомами во многих формах, чтобы образовывать молекулы. Хотя кремний не так универсален, как углерод, он также может образовывать до четырех связей с другими атомами и был предложен в качестве основы для молекул инопланетной жизни (также были предложены гибридные молекулы кремний-углерод). Вполне вероятно, что инопланетные формы жизни будут иметь сложную молекулу определенного типа, выполняющую аналогичные функции.
• Информационная молекула. В земных организмах дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) представляет собой сложную молекулу, которая несет генетическую информацию и направляет образование других молекул, чтобы жизнь могла воспроизводиться и функционировать. Поскольку характеристика жизни заключается в том, что она воспроизводится, вполне вероятно, что инопланетные формы жизни также будут иметь какой-то тип информационной молекулы.

Инопланетные существа, которые больше микробов, будут иметь эквивалент клеток. По мере того, как организм становится больше, его внутренний объем (кубическая функция) увеличивается быстрее, чем его площадь поверхности (квадратная функция). Это накладывает ограничение на размер организма, поскольку вещества извне организма должны проникать внутрь и через организм путем диффузии, которая зависит от больших площадей поверхности, небольших расстояний и различий в концентрациях. По мере роста организма расстояние до его центра увеличивается, а диффузия замедляется. Чтобы поддерживать приемлемые расстояния диффузии, организм должен иметь много мелких клеток вместо одной большой. Итак, инопланетянин будет многоклеточным, если он будет больше микроба. (Мы не ожидаем найти одноклеточный организм шириной в световые годы, подобный изображенному в оригинальном эпизоде «Звездного пути» «Синдром иммунитета».)
Инопланетная жизнь будет развиваться и адаптироваться к своему окружению в соответствии с теорией эволюции, как объяснялось ранее.
Физиологический облик многоклеточного инопланетянина больше всего подходит для окружающей его среды. Системы органов будут адаптированы к условиям окружающей среды, таким как температура, влажность и сила тяжести.

• Инопланетянин мог бы каким-то образом переносить твердые вещества, жидкости и газы внутрь своего тела, распределять их по каждой клетке и удалять продукты жизнедеятельности (например, эквиваленты сердца, кровеносных сосудов и почек).
• Инопланетянин сможет получать энергию из своего окружения, извлекать энергию и уничтожать отходы.
• У инопланетянина есть чувства (такие как зрение, звук, осязание), чтобы получать информацию из окружающей среды и реагировать на раздражители (хотя мы используем зрение в качестве основного чувства, это может быть неверно для инопланетян). У них также будет какой-то мозг или нервная система для обработки информации.
• У инопланетянина были бы средства размножения, сексуальные или бесполые.

Инопланетные организмы, вероятно, имели бы экологическую структуру, аналогичную жизни на Земле.

• Размеры популяции будут ограничены в зависимости от преобладания пищи, хищников, болезней и других факторов окружающей среды.
• Инопланетные формы жизни будут существовать в пищевых цепях и пищевых сетях в своей естественной среде, как жизнь на Земле. Производители будут производить пищу, потребители будут есть производителей и / или других потребителей, а разложители будут перерабатывать атомы и молекулы мертвых организмов обратно в окружающую среду.
• Инопланетные формы жизни будут интегрированы в их среду обитания и экосистемы, как жизнь на Земле.

Как видите, жизнь любого вида тесно связана с окружающей средой, поэтому характеристики планеты будут чрезвычайно важны для определения характеристик формы жизни.

Предположение: какими могут быть инопланетяне?​

С учетом этих основных правил и поскольку никаких внеземных форм жизни окончательно не обнаружено, физиология пришельцев находится в сфере нашего воображения. Авторы научной фантастики, особенно «твердые», которые стараются строго придерживаться реальной науки, делали это в течение многих лет. Сначала они проектируют или строят мир, тщательно исследуя его физические, астрономические и экологические характеристики. Затем они работают какой тип инопланетян мог существовать в этом мире. Пример одного из таких упражнений по построению мира можно найти в проекте Эпона, где несколько писателей-фантастов собрались вместе, чтобы создать мир под названием Эпона, в котором есть планетарные, геологические и экологические Данные Один художник, Стивен Хэнли, создал существ Эпоны.
За роман «Миссия гравитации» Хэл Клемент создал мир под названием Месклин, который вращается вокруг двойной звезды. Месклин вращается каждые восемнадцать минут и имеет сплющенную форму, вызванную его вращением. Сила тяжести Месклина колеблется от трехкратной силы тяжести Земли на экваторе до семисот раз на полюсах. Месклин имеет водородную атмосферу и метановые океаны. Месклиниты, одна из форм жизни на планете, представляют собой небольшие, похожие на многоножку существа, состоящие из скелетного белка насекомых, называемого хитином. У них 18 пар ног, которые заканчиваются присосами, передние щипцы для хватания, сильная система кровообращения и поглощение водорода прямо через свои раковины. Они чрезвычайно сильны - результат жизни в мире с высокой гравитацией, но они боятся, что их поднимут, потому что падение с небольшой высоты может быть фатальным при такой большой гравитации. (Посмотрите «Путеводитель Барлоу по инопланетянам» и «Наука об инопланетянах» для описания месклинитов и другой инопланетной жизни.)

Мы вообразили инопланетный мир и инопланетные формы жизни. В нашем мире планета вращается вокруг яркой звезды. Только 10 процентов земного шара покрыто поверхностными водами, но по всей суше есть карманы с водой, которые собираются под песками из-за редких осадков. Окружающая среда жаркая и засушливая, а солнце ярко. Планета массивная, и ее гравитация в сто раз сильнее, чем у Земли. Атмосфера представляет собой подобную Земле воздушную смесь гелия, кислорода и углекислого газа.
Две инопланетные формы жизни, которые мы представляем для этого мира, - это животные - мобильные хищники, обитающие вокруг нескольких небольших водоемов на поверхности планеты. Оба инопланетянина невысокого роста, около 30 сантиметров, с толстыми конечностями, которые выдерживают их вес против огромной силы тяжести. Оба имеют толстое покрытие или кожуру, чтобы минимизировать испарение и сохранить воду. Для сбора информации один в первую очередь полагается на зрение, а другой использует химические чувства (вкус и запах).

Lashlarm, инопланетное животное​

Lashlarm наш первый пришелец хищник. Похоже на ходячий унитаз. Ротовая часть поддерживается тремя ножками, соединенными с плоским постаментом. Под пьедесталом много чешуек, поэтому пьедестал скользит по поверхности песка, как змея, движущаяся по земле. У него есть несколько сенсорных придатков, которые позволяют ему определять местонахождение добычи химическими средствами. Он охотится возле небольших водоемов на поверхности, ощупывая кромку воды и пробуя песок и воду для других животных. Обнаружив добычу, Lashlarm приседает и скользит к ней. Затем Lashlarm открывает свою большую пасть и прыгает на добычу, проглатывая ее целиком.

Нирба, инопланетный хищник​

Nirba это немного больше , чем Lashlarm. Он живет в воде у края, как крокодил или аллигатор, но не полностью водный. Нирба выходит, чтобы охотиться на других животных, которые спускаются в воду, особенно на Lashlarm. У него большая голова с ноздрями, расположенными на носу, поэтому он может дышать, в основном находясь под водой. У Нирбы толстая кожа, чтобы предотвратить обезвоживание, когда он находится вне воды под палящим солнцем, и большие мускулистые передние ноги с большими когтями для убийства своей добычи. Длинный хвост помогает ему плавать в воде, а конец «стрелы» помогает при охоте и защите территории.