Bioquímiques hipotètiques

Les bioquímiques hipotètiques són especulacions sobre els distints tipos de bioquímicas que podria revestir una vida extraterrestre exòtica en formes que diferixen radicalment de les conegudes sobre la Terra, en distints graus de plausibilidad. En estes bioquímiques hipotètiques comunament s'ampren elements distints del carbono per a construir les estructures moleculars primàries i/o es produïx en solvents distints del aigua. Les presentacions de la vida extraterrestre basades en estes bioquímiques alternatives són comunes en la ciència ficció.

Quiralidad

Potser el tipo de bioquímica “menys exòtic” seria un en una quiralidad alterna a la de les biomoléculas terrestres. En la bioquímica coneguda, els aminoàcits són casi universalment de tipo L “esquerre” i els sucres són de tipo D “dret”. Les molècules de quiralidad oposta tindrien les mateixes propietats químiques que les seues formes reflectides. Aixina, una bioquímica que incorporara aminoàcits D i/o sucres L, podria ser possible.

Bioquímiques sense carbono

Els científics han especulat sobre la possibilitat de que un atre àtom en lloc del carbono formara estructures moleculars en un atre tipo de bioquímica, pero ningú ha propost encara una teoria global coherent que utilise tals àtoms per a formar tots els composts moleculars necessaris per a la vida.

Cal tindre en conte que tota la bioquímica terrestre està basada en el carbono i algunes consideracions fan pensar que solament el carbono podria complir este paper, i que una hipotètica vida extraterrestre, que estaria present fora del mig ambient de la Terra, no podria també sino basar-se en el carbono.

Esta tesis que sorgix, que fa solament al carbono “apte” per a construir “l'estructura molecular” de la bioquímica, con exclusión de la possibilitat dels demés elements, és la tesis anomenada chovinismo del carbono.

Bioquímica del silici

L'element químic bàsic que ha segut propost per a un sistema bioquímic alternatiu és l'àtom de silici, ya que el silici té moltes propietats químiques similars al carbono, té els mateixos quatre enllaços, i està en el mateix grup del quadre periòdic, el grup 14.

La ciència ficció ya havia segut pionera en l'utilisació parcial de composts de silici en un ser viu. Com es descriu en l'autòpsia del primer vector del mònstruo en Alien: el 8º passager, de Ridley Scott, la seua sanc, formada per "àcit molecular", podia circular per l'interior del seu cos sense destruir els teixits gràcies a les estructures polisiliconadas de les seues conducció. També l'ocupació d'estes silicona en el recobriment extern li permetia sobreviure en una àmplia varietat d'ambients... incloent el buit espacial. En la franquícia de la guerra de les galàxies els exogorth o bavoses espacials junt en els tibidees són sers de base silícica que són capaces de sobreviure en l'espai

Una ventaja que podria carrejar el silici són els seus zeolitas, composts que ben utilisats podrien ser capaços de filtrar i catabolizar substàncies, del modo de les enzimes de carbono terrestres: les tasques bàsiques de la vida en el nostre planeta són possibles gràcies a les enzimas, una série de catalisadors en els seus corresponents soports (les proteïnes). La naturalea ha desenrollat tota una colecció d'ells, cada u especialisat en una funció, com per eixemple la hemoglobina, encarregada de l'intercanvi de l'oxigen, o les ferridoxinas, la missió de la qual és la transferència electrònica. L'idea original consistix en substituir estes enzimes per molècules basades en el silici.

Estos materials són una espècie de argila que tenen una estructura molecular en forma de ret en tres dimensions, formada per tetraedres de SiO₄ i AlO₄ units entre sí. Este entramat té poros i cavitats de tamany molecular, per lo que solament poden ser travessat per aquelles molècules en un tamany suficientment menut. Per això també se'ls crida tamizadores moleculars. Les zeolita tenen un gran número de similituts estructurals en les proteïnas naturals. Utilisant estes similituts poden formara diferents catalisadors que combinen les característiques de robustea i estabilitat química de les zeolita en la gran selectivitat i activitat molecular dels enzimes. En el Departament Central d'Investigació i Desenroll de l'empresa Du Pont s'han conseguit zeolita capaces de simular el comportament de l'hemoglobina, el citocromo P450 i la proteïna ferro-sofre.

Pero el silici té una série de desventages com a alternativa al carbono; els àtoms de silici són aproximadament 50% majors, i més de 2 voltes més massius que els de el carbono. Tenen dificultat per a formar dobles o triples enllaços covalente, que són importants per a un sistema bioquímic. Els silanos, composts químics d'hidrogen i silici que són similars als alcanos, són molt reactius en l'aigua, i en llargues cadenes es dividixen espontàneament a temperatura ambiente. Les molècules que incorporen polímero en cadenes que alternen els àtoms de silici i oxigen, coneguts colectivament com siliconas, són molt més estables. Es va sugerir que els productes químics basats en les silicona siguen més estables que els hidrocarburs equivalents en un mig ambient ric en àcit sulfúric, com això es troba en una série de móns extraterrestres.

Ademés, la química del silici està dominada per l'enllaç Si-O (els silicats són els òxits més abundants en la corfa terrestre) front a l'estabilitat de l'enllaç de carbono C-C que permet la formació de llargues i complexes cadenes, de forma contrària a les seues contrapartes de sílice, les quals generalment es van fent cada volta més inestables mentres més complexes i llargues es tornen.

Un atre obstàcul és que el compost principal de les arenes, el diòxit de silici, l'anàlec del diòxit de carbono, és un sòlit no soluble a la temperatura a on habitualment l'aigua és líquida, dificultant l'entrada del silici en el metabolisme dels sistemes bioquímics a base aigua, encara que la gama necessària de les molècules bioquímiques podria construir-se fòra d'ells. El problema suplementari en el sílice és que seria el producte d'una respiració aerobia. Si una forma de vida basada en el silici “respirara” utilisant l'oxigen, com lo fet en la vida sobre la Terra, produiria provablement el sílice com a subproducte (els residus) d'esta, com el diòxit de carbono per a la respiració terrestre.

Com el sílice és un sòlit, i no un gas, els òrguens excretorios serien completament diferents dels pulmons dels animals terrestres, aixina com de les estomes vegetals. Encara que els òrguens absorbents d'oxigen podrien ser més o menys comparables, l'excreció del sílice sòlit no podria fer-se per la mateixa via sino solament per a l'absorció d'oxigen, com és el cas per als composts del carbono de la vida terrestre.

Bioquímica del bor

També el bor és un element que tendix a formar cadenes relativament llargues, junt en hidrogen, cridades boranos; junt en carbono, cridades carboranos; i borazinas, si forma enllaços en el nitrogen, tenint elles un gran número de reaccions, com el diborano, el qual és extremadament versàtil en la síntesis d'organoboranos, a la seua volta productes intermijos molt útils en síntesis orgàniques, ademés de ser reductivo. Esta bioquímica és lo suficientment coneguda com per a tindre grans prospectes com a substrats per a molècules d'interés bioquímic. Encara alguns carboranos, com la borofenilalanina, estan sent estudiats per a un millor desenroll radioterapéutico.

Bioquímica de nitrogen i fòsfor

El nitrogen i el fòsfor oferixen també possibilitats com a base per a molècules bioquímiques. Com el carbono, el fòsfor pot formar llargues cadenes de molècules, que li permetrien formar macromolécula si la seua naturalea no anara tan reactiva. No obstant, combinat en el nitrogen, que és casi inerte, pot formar conexions covalente P-N molt més estables i crear un palmito de molècules, inclosos cicles.

l'atmòsfera terrestre es compon d'aproximadament un 78% de nitrogen, pero no seria directament utilisable provablement per a una forma de vida basada en “fòsfor-nitrogen” (P-N) posat que el nitrogen molecular (N₂) és casi inerte i difícil enèrgicament de fixar, pel seu triple enllaç. No obstant, algunes plantes terrestres com leguminosas poden fixar el nitrogen, utilisant les bactèries anaerobio simbiòtiques contingudes en els nòduls de les seues raïls. El nitrogen es fixaria per enzimes a pur de molibdeno, i es oxidaría per mig de la xantina. Una atmòsfera de diòxit de nitrogen (NO₂) o d'amoníac (NH₃) seria més fàcilment utilisable. El nitrogen forma també una série d'òxits, com el monòxit de nitrogen, l'òxit diazotizado i el peròxit de nitrogen, i tots estos òxits estarien presents en una atmòsfera rica en òxits nitrosos.

• En una atmòsfera de diòxit de nitrogen, una espècie de sers fòsfor-nitrogen anàlecs a les plantes absorbixen el diòxit de nitrogen de l'aire i extrauen el fòsfor de la terra. El diòxit de nitrogen seria reduït, produint anàlecs als sucres (P-N) en el procés, i l'oxigen es rebujaria en l'atmòsfera. Els animals de tipo (P-N) consumirien les plantes, absorbirien l'oxigen atmosfèric per a metabolizar els anàlecs de sucre, exhalando el diòxit de nitrogen i excretando el fòsfor, o una substància rica en fòsfor, com a residus sòlits.

• En una atmòsfera de amoniaco, les plantes de tipo (P-N) absorbixen el amoniaco de l'aire i el fòsfor de la terra; després oxidan l'amoníac per a produir sucres (P-N) i per a lliberar hidrogen. Els animals de tipo (P-N) són ara els reductors, respirant l'hidrogen i convertint els sucres (P-N) en amoniaco i fòsfor. És el model opost de l'oxidació i la reducció d'un món de diòxit de nitrogen, i també del cicle de la bioquímica terrestre. Seria similar a un cicle del carbono en el carbono atmosfèric que es presenta en forma de metà en lloc del diòxit de carbono.

El debat no ha continuat, ya que varis aspectes d'un cicle biològic de tipo (P-N) serien defectuosos enèrgicament. Ademés, el nitrogen i el fòsfor són poc susceptibles d'estar presents en la cantitat requerida a una escala planetària, en l'Univers. Ya que es va formar la major part del carbono durant la fusió nuclear, és més abundant i es concentra preferentment prop de la superfície d'un planeta.

Per una atra part, si be una atmòsfera en amoniaco seria possible i estable a la primera vista (en un mig ambient reductor), és dubtós que una atmòsfera rica en òxits nitrosos poguera existir. ya que els òxits nitrosos són sobretot molt energètics front al nitrogen i l'oxigen moleculars, tendirien a recombinarse separadament; sobretot tenint en conte que són molt oxidants, i serien dividits per la radiació estelar i per catálisis sobre roques de la superfície quan es produïxen, produint aixina nitrogen i oxigen moleculars o dels òxits.

Bioquímica de l'arsènic

Artícul principal → Bioquímica de l'arsènic.

l'arsènic, que és químicament similar al fòsfor, encara que verí per a la majoria dels organismes terrestres, s'incorpora en tot a la bioquímica d'alguns organismes.
Algunes algues marines incorporen l'arsènic a les molècules orgàniques complexes com els sucres arseniados i les arsenobetaínas. Bolets i bactèries poden produir composts arseniados metilados volàtils. Es varen observar la reducció d'arseniat i l'oxidació de arsenito pels microbis. De la mateixa manera, alguns procariotas poden amprar l'arseniat com aceptante terminal d'electró (oxidant) durant el creiximent anaerobio i alguns poden utilisar el arsenito com a donant d'electrons (reductor) per a produir l'energia.
Es va especular que les formes de vida primitives aparegudes sobre la Terra haurien pogut incorporar l'arsènic en lloc del fòsfor en els nucleòtits.

Atres elements de bioquímiques exòtics

• El clor a voltes es propon com a alternativa biològica a l'oxigen, tant per a bioquímiques basats en carbono com para bioquímiques hipotètiques no basats en el carbono.
  Pero el clor és molt reactiu front als composts hidrogenados; és difícil dir que una bioquímica puga produir-se en composts organoclorados que tendirien molt cap a conexions estables del tipo de les dels clorofluorocarburs.
  Ademés, el clor és molt manco abundant que l'oxigen en l'Univers, i aixina els planetes en una atmòsfera rica en clor són susceptibles de ser molt rars, o inclús de no existir en absolut. Ya que el clor (gaseós) és molt reactiu qualsevol que siga la temperatura, contràriament a l'oxigen que és relativament poc reactiu a “temperatura ambiente”, en un mig ambient planetari, dividiria tots els composts hidrogenados produint clorur d'hidrogen; inclús l'aigua podria no ser estable en tal mig ambient, ya que el clor es dissoldria formant una classe d'aigua de lleixiu, i terminaria per dividir-ho lliberant l'oxigen. El clor terminaria provablement vinculat en forma de sals i atres composts inertes en les roques.
  Açò és encara més radical per al flúor o associacions clor-flúor, ya que este és l'element més reactiu de la taula periòdica.

• El sofre pugues també formar molècules de llarga cadena, pero posseïx els mateixos problemes de reactivitat que el fòsfor i els silanos. L'utilisació biològica del sofre com a alternativa al carbono és purament teòrica, i podria no ser més que caprichosa (impossible, en realitat).
  No obstant, l'utilisació biològica del sofre com a alternativa a l'oxigen està estesa: es varen descobrir algunes bactèries reductores del sofre en llocs exòtics sobre la Terra, i també en llocs més comuns, com els circuits de refredat desgastats. Estes bactèries poden utilisar el sofre natiu (mineral) en lloc de l'oxigen, reduint-ho en sulfur d'hidrogen. Els eixemples d'este tipo de metabolisme són les bactèries sulfurosas verdes i les bactèries sulfurosas púrpures. Eixemples dels microorganismes que metabolizan el sofre mineral poden trobar-se fins a fa 3.500 millons d'anys sobre la Terra.