炭素は地球上の生命を支配しており、植物、動物、人間、および炭水化物、アミノ酸などの生命を支える生体分子を含む、実質的にすべてのものの基盤です.
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地球上のすべてのものは炭素ベースであり、近い将来もそうなるでしょうが、宇宙の他の場所の生命は別の物質に基づいているのでしょうか?
映画やストレンジャー・シングスのような最先端のシリーズで描かれた生命体を見るのは魅力的です 、消滅 、到着 、ラブ、デス アンド ロボット。 これらの創造的な新しい世界は、私たちの好奇心と、そのようなものが本当に存在する可能性があるかどうかを知りたいという欲求を引き起こします.
(キャプション:炭素の存在は地球上のどこにでもあります)
炭素が特別な理由は?
Carbon は、クラスで背が低く、とても社交的で、誰とでもすぐに仲良くなれる子です。
(キャプション:炭素は活性が高いため、機会があればあらゆる元素と結合します)
その外殻にある 4 つの電子は、誰とでも共有できるように開いています。炭素はサイズが小さいため、他の元素と容易に共有結合を形成し、形成する分子や化合物は非常に安定しています。 Carbon の 4 価性と小さなサイズは非常に特別なものであるため、あらゆる機会を利用してそのオクテットを完成させ、安定させます。
酸素と共有結合を形成する炭素 (写真提供:iQoncept/Shutterstock)
カテネーション (炭素原子間の結合の形成) により、炭素は非常に安定した鎖、分岐、およびリング状構造を形成します。他の炭素と結合するだけでなく、生命の根幹として必要な組み合わせである水素、酸素、窒素など多くの元素と安定した結合を形成します。炭素の結合強度は、結合の方向と結合を形成する元素によって異なります。陽性、キラリティー、融点と沸点、核距離、引力、およびその他のさまざまな化学的および物理的特性のすべてが、安定性と反応性に関与しています。
カテネーションを示す炭素の図式表現 (写真提供:Vink Fan/Shutterstock)
なぜシリコンやその他の元素を使わないのですか?
グループ 14 の炭素とシリコン (写真提供:Humdan/Shutterstock)
炭素の「社会的」能力に最も近い要素はシリコンですが、シリコンは大きく、やや内向的です。ケイ素は炭素と同じグループに属していますが、それ自体または他の元素、特に水素と強く安定した結合を形成することができません。安定した結合を形成する場合、それらは炭素結合ほど多様でも柔軟でも複雑でもありません。
炭素の反応に比べてシリコンの反応も遅いです。
元素形態のシリコンと炭素 (写真提供:マグネティクス &ミリアム・ドーア・マーティン・フロムヘルツ/シャッターストック)
生化学は、この議論のゲームチェンジャーでもあります。 CO2 は私たちの血液に溶け込み、血液の pH を維持するのに役立ちますが、植物はそれを光合成に使用して、他の生命をサポートする酸素を生成します。ここで、結晶である SiO2 を呼吸することを想像してみてください… とても簡単ではないように思えます。
ただし、海に生息する一部の珪藻は、そのシステムにシリコンを持っていますが、生物の骨格生体分子の一部である自己複製炭素ベースの DNA および RNA とは異なります。
他の要素に基づく生命の可能性は?
少なくとも地球上では、生命は炭素ベースのままです。
炭素の柔軟性、安定性、およびポリマーを作成する能力により、炭素はこの地球上の生命の構成要素としてほぼ理想的になります。化学的には、特にシリコンが特定の生物にとって有毒であることを考えると、シリコンが炭素を置き換えることはほぼ不可能のようです.
結論
生命の核心は、タンパク質または同様の化合物の構成要素、ならびに代謝および遺伝物質にあります。これは、地球上とその生命体の中で見たことがあるためです。
生命が他の場所に存在するためには、特定の化合物が必要ですが、必ずしも同じ方法である必要はありません.生命体は単なる化学複合体です。炭素は地球上で優勢ですが、硫黄、窒素、リン、またはケイ素も生命の形成における潜在的な要素である可能性があります.
硫黄は炭素のように長い鎖を形成し、チオバチルスなどの特定のバクテリアは硫黄で生き残ることが報告されています.窒素は、リンと結合すると、さまざまな分子や複雑な高分子を形成することもできます。また、地球上の生命の基本である DNA の要素も形成します。
アンモニア、メタン、およびエタンは、(水とは異なり) 加水分解的に不安定な有機種を破壊せず、複雑な有機化学反応を制御し、私たちが想像するものとは異なる生命体をホストする可能性が高いため、水の代わりになる可能性のある溶媒です。タイタンとエンケラドゥスの海に液体アンモニアが存在する可能性がある証拠は、新しい生命体を発見する可能性を提供します。結局、地球上の生命も、複雑な分子が豊富な海で始まりました。
科学者はまた、電波信号の存在など、地球以外の技術生命体の証拠を提供する信号または指標に過ぎないテクノシグネチャーを探しています。技術的特徴の発見は、他の確立された文明への良い手がかりとなる可能性があります.
私たち自身の惑星地球では、極限環境生物、好熱生物、そしてかわいい小さなクマムシでさえ、ほとんど破壊できないところまで、何でも生き残ることができる程度に進化しました.それらが分岐して、炭素ではなく硫黄に基づく別の種に進化し、異なる生命体の源になったとしても、それほど驚くことではありません.
生命の創造には多くのことが費やされますが、この記事は氷山の一角に触れたに過ぎません。非炭素ベースの生命体を SF 映画で解決しなければならないことを知るのは残念ですが、炭素ベースの存在を超えようと絶えず努力している科学者や研究者をあきらめるべきではありません。 !
