Los tipos hipotéticos de bioquímica son formas de bioquímica que se considera científicamente viables pero que no se ha demostrado que existan en este momento. [2] Todos los tipos de organismos vivos conocidos actualmente en la Tierra utilizan compuestos de carbono para funciones estructurales y metabólicas básicas, agua como disolvente y ADN o ARN para definir y controlar su forma. Si existe vida en otros planetas o lunas, puede ser químicamente similar, aunque también es posible que haya organismos con químicas bastante diferentes [3] (por ejemplo, que incluyan otras clases de compuestos de carbono, compuestos de otro elemento u otro disolvente). lugar de agua.
La posibilidad de que formas de vida se basen en bioquímicas "alternativas" es el tema de un debate científico en curso, informado por lo que se sabe sobre ambientes extraterrestres y sobre el comportamiento químico de diversos elementos y compuestos. Es de interés en biología sintética y también es un tema común en la ciencia ficción .
El elemento silicio ha sido muy discutido como una alternativa hipotética al carbono. El silicio está en el mismo grupo que el carbono en la tabla periódica y, al igual que el carbono, es tetravalente . Las alternativas hipotéticas al agua incluyen el amoníaco , que, como el agua, es una molécula polar y cósmicamente abundante; y disolventes de hidrocarburos no polares como el metano y el etano , que se sabe que existen en forma líquida en la superficie de Titán .
Una biosfera en la sombra es una biosfera microbiana hipotética de la Tierra que utiliza procesos bioquímicos y moleculares radicalmente diferentes a los de la vida conocida actualmente. [11] [12] Aunque la vida en la Tierra está relativamente bien estudiada, la biosfera en la sombra aún puede pasar desapercibida porque la exploración del mundo microbiano se centra principalmente en la bioquímica de los macroorganismos.
Quizás la bioquímica alternativa menos inusual sería aquella con diferente quiralidad de sus biomoléculas. En la vida terrestre conocida, los aminoácidos son casi universalmente de la forma L y los azúcares son de la forma D. Pueden ser posibles moléculas que utilicen D aminoácidos o L azúcares; Sin embargo, las moléculas de tal quiralidad serían incompatibles con organismos que utilizaran moléculas de quiralidad opuesta. En la Tierra se encuentran aminoácidos cuya quiralidad es opuesta a la normal, y generalmente se piensa que estas sustancias son el resultado de la descomposición de organismos de quiralidad normal. Sin embargo, el físico Paul Davies especula que algunos de ellos podrían ser productos de vida "antiquiral". [13]
Es cuestionable, sin embargo, si tal bioquímica sería realmente extraña. Aunque ciertamente sería una estereoquímica alternativa , las moléculas que se encuentran abrumadoramente en un enantiómero en la gran mayoría de los organismos a menudo pueden encontrarse en otro enantiómero en organismos diferentes (a menudo basales ), como en las comparaciones entre miembros de Archaea y otros dominios . [ cita necesaria ] por lo que es un tema abierto si una estereoquímica alternativa es realmente novedosa.
En la Tierra, todos los seres vivos conocidos tienen una estructura y un sistema basados en el carbono. Los científicos han especulado sobre los pros y los contras de utilizar átomos distintos del carbono para formar las estructuras moleculares necesarias para la vida, pero nadie ha propuesto una teoría que emplee dichos átomos para formar todas las estructuras necesarias. Sin embargo, como argumentó Carl Sagan , es muy difícil estar seguro de si una afirmación que se aplica a toda la vida en la Tierra resultará ser aplicable a toda la vida en el universo. [14] Sagan utilizó el término " chovinismo del carbono " para tal suposición. [15] Consideró el silicio y el germanio como alternativas concebibles al carbono [15] (otros elementos plausibles incluyen, entre otros, paladio y titanio ); pero, por otro lado, señaló que el carbono sí parece más versátil químicamente y es más abundante en el cosmos). [16] Norman Horowitz ideó los experimentos para determinar si podría existir vida en Marte que fueron llevados a cabo por el Viking Lander de 1976 , la primera misión estadounidense que aterrizó con éxito una sonda en la superficie de Marte. Horowitz argumentó que la gran versatilidad del átomo de carbono lo convierte en el elemento con más probabilidades de proporcionar soluciones, incluso soluciones exóticas, a los problemas de supervivencia en otros planetas. [17] Consideró que sólo existía una posibilidad remota de que pudieran existir formas de vida sin carbono con sistemas de información genética capaces de autorreplicarse y la capacidad de evolucionar y adaptarse.
Se ha debatido mucho sobre el átomo de silicio como base para un sistema bioquímico alternativo, porque el silicio tiene muchas similitudes químicas con el carbono y está en el mismo grupo de la tabla periódica . Al igual que el carbono, el silicio puede crear moléculas lo suficientemente grandes como para transportar información biológica. [18]
Sin embargo, el silicio tiene varios inconvenientes como alternativa al carbono. El carbono es diez veces más abundante cósmicamente que el silicio y su química parece naturalmente más compleja. [19] En 1998, los astrónomos habían identificado 84 moléculas que contenían carbono en el medio interestelar , pero sólo 8 contenían silicio, de las cuales la mitad también incluía carbono. [20] Aunque la Tierra y otros planetas terrestres son excepcionalmente ricos en silicio y pobres en carbono (el silicio es aproximadamente 925 veces más abundante en la corteza terrestre que el carbono), la vida terrestre se basa en el carbono. Puede evitar el silicio porque los compuestos de silicio son menos variados, inestables en presencia de agua o bloquean el flujo de calor. [19]
En relación con el carbono, el silicio tiene un radio atómico mucho mayor y forma enlaces covalentes mucho más débiles con los átomos, excepto el oxígeno y el flúor , con los que forma enlaces muy fuertes. [18] Casi ningún enlace múltiple al silicio es estable, aunque el silicio exhibe un número de coordinación variado . [21] Los silanos , análogos de silicio de los alcanos , reaccionan rápidamente con el agua y los silanos de cadena larga se descomponen espontáneamente. [22] En consecuencia, la mayor parte del silicio terrestre está "encerrado" en sílice , y no en una amplia variedad de precursores biogénicos. [21]
Las siliconas , que alternan átomos de silicio y oxígeno , son mucho más estables que los silanos, e incluso pueden ser más estables que los hidrocarburos equivalentes en ambientes extraterrestres ricos en ácido sulfúrico. [22] Alternativamente, los enlaces débiles en los compuestos de silicio pueden ayudar a mantener un ritmo de vida rápido a temperaturas criogénicas . Los polisilanoles, los homólogos de silicio de los azúcares , se encuentran entre los pocos compuestos solubles en nitrógeno líquido . [23] [ ¿ fuente poco confiable? ] [21]
Todas las macromoléculas de silicio conocidas son polímeros artificiales y, por tanto, "monótonas en comparación con el universo combinatorio de las macromoléculas orgánicas". [18] [21] Aun así, parte de la vida en la Tierra utiliza sílice biogénica : los esqueletos de silicato de las diatomeas . AG Cairns-Smith planteó la hipótesis de que los minerales de silicato en el agua desempeñaban un papel crucial en la abiogénesis , en el sentido de que se formaban compuestos de carbono biogénico alrededor de sus estructuras cristalinas. [24] [25] Aunque no se observan en la naturaleza, los enlaces carbono-silicio se han agregado a la bioquímica mediante evolución dirigida (selección artificial): se ha diseñado una proteína del citocromo c de Rhodothermus marinus para catalizar nuevos enlaces carbono-silicio entre hidrosilanos y diazo. compuestos. [26]
El arsénico , que es químicamente similar al fósforo , aunque venenoso para la mayoría de las formas de vida en la Tierra, está incorporado a la bioquímica de algunos organismos. [29] Algunas algas marinas incorporan arsénico en moléculas orgánicas complejas como los arsenoazúcares y las arsenobetaínas . Los hongos y las bacterias pueden producir compuestos volátiles de arsénico metilado. Se ha observado reducción de arseniato y oxidación de arsenito en microbios ( Chrysiogenes arsenatis ). [30] Además, algunos procariotas pueden utilizar arseniato como aceptor terminal de electrones durante el crecimiento anaeróbico y algunos pueden utilizar arsenito como donante de electrones para generar energía.
Se ha especulado que las primeras formas de vida en la Tierra pueden haber utilizado bioquímica de arsénico en lugar de fósforo en la estructura de su ADN. [31] Una objeción común a este escenario es que los ésteres de arseniato son mucho menos estables a la hidrólisis que los ésteres de fosfato correspondientes , por lo que el arsénico no es adecuado para esta función. [32]
Los autores de un estudio de geomicrobiología de 2010 , apoyado en parte por la NASA, han postulado que una bacteria, llamada GFAJ-1 , recolectada en los sedimentos del lago Mono en el este de California , puede emplear ese "ADN de arsénico" cuando se cultiva sin fósforo. [33] [34] Propusieron que la bacteria puede emplear altos niveles de poli-β-hidroxibutirato u otros medios para reducir la concentración efectiva de agua y estabilizar sus ésteres de arseniato. [34] Esta afirmación fue fuertemente criticada casi inmediatamente después de su publicación por la percepción de falta de controles adecuados. [35] [36] El escritor científico Carl Zimmer se puso en contacto con varios científicos para una evaluación: "Me comuniqué con una docena de expertos... Casi por unanimidad, piensan que los científicos de la NASA no han logrado exponer su caso". [37] Otros autores no pudieron reproducir sus resultados y demostraron que el estudio tenía problemas con la contaminación por fosfato, lo que sugiere que las bajas cantidades presentes podrían sustentar formas de vida extremófilas. [38] Alternativamente, se sugirió que las células GFAJ-1 crecen reciclando el fosfato de los ribosomas degradados, en lugar de reemplazándolo con arseniato. [39]
Además de los compuestos de carbono, toda la vida terrestre conocida actualmente también requiere agua como disolvente. Esto ha llevado a discusiones sobre si el agua es el único líquido capaz de cumplir esa función. La idea de que una forma de vida extraterrestre podría estar basada en un disolvente distinto del agua ha sido tomada en serio en la literatura científica reciente por el bioquímico Steven Benner , [40] y por el comité astrobiológico presidido por John A. Baross. [41] Los disolventes discutidos por el comité Baross incluyen amoníaco , [42] ácido sulfúrico , [43] formamida , [44] hidrocarburos, [44] y (a temperaturas mucho más bajas que las de la Tierra) nitrógeno líquido o hidrógeno en forma de fluido supercrítico . [45]
El agua como disolvente limita las formas que puede adoptar la bioquímica. Por ejemplo, Steven Benner propone la teoría del polielectrolito del gen que afirma que para que un biopolímero genético como el ADN funcione en el agua, requiere cargas iónicas repetidas. [46] Si el agua no es necesaria para la vida, estos límites a los biopolímeros genéticos se eliminan.
Carl Sagan se describió una vez a sí mismo como un chovinista del carbono y un chovinista del agua; [47] sin embargo, en otra ocasión dijo que era un chovinista del carbono pero "no tanto chovinista del agua". [48] Especuló sobre los hidrocarburos, [48] : 11 ácido fluorhídrico , [49] y amoníaco [48] [49] como posibles alternativas al agua.
Algunas de las propiedades del agua que son importantes para los procesos de vida incluyen:
El agua como compuesto es cósmicamente abundante, aunque gran parte se encuentra en forma de vapor o hielo. Se considera probable o posible que haya agua líquida bajo la superficie en varias de las lunas exteriores: Encelado (donde se han observado géiseres), Europa , Titán y Ganímedes . La Tierra y Titán son los únicos mundos que se sabe actualmente que tienen cuerpos líquidos estables en sus superficies.
Sin embargo, no todas las propiedades del agua son necesariamente ventajosas para la vida. [50] Por ejemplo, el hielo de agua tiene un albedo alto , [50] lo que significa que refleja una cantidad significativa de luz y calor del Sol. Durante las edades de hielo , a medida que se acumula hielo reflectante sobre la superficie del agua, los efectos del enfriamiento global aumentan. [50]
Hay algunas propiedades que hacen que ciertos compuestos y elementos sean mucho más favorables que otros como solventes en una biosfera exitosa. El disolvente debe poder existir en equilibrio líquido en un rango de temperaturas que normalmente encontraría el objeto planetario. Debido a que los puntos de ebullición varían con la presión, la pregunta no suele ser si el posible disolvente permanece líquido, sino a qué presión . Por ejemplo, el cianuro de hidrógeno tiene un estrecho rango de temperatura en fase líquida de 1 atmósfera, pero en una atmósfera con la presión de Venus , con 92 bares (91 atm) de presión, de hecho puede existir en forma líquida en un amplio rango de temperatura.
La molécula de amoniaco (NH 3 ), al igual que la molécula de agua, es abundante en el universo, siendo un compuesto de hidrógeno (el elemento más simple y común) con otro elemento muy común, el nitrógeno. [51] El posible papel del amoníaco líquido como disolvente alternativo para la vida es una idea que se remonta al menos a 1954, cuando J. B. S. Haldane planteó el tema en un simposio sobre el origen de la vida. [52]
Son posibles numerosas reacciones químicas en una solución de amoníaco y el amoníaco líquido tiene similitudes químicas con el agua. [51] [53] El amoníaco puede disolver la mayoría de las moléculas orgánicas al menos tan bien como el agua y, además, es capaz de disolver muchos metales elementales. Haldane señaló que varios compuestos orgánicos comunes relacionados con el agua tienen análogos relacionados con el amoníaco; por ejemplo, el grupo amino relacionado con el amoníaco (-NH 2 ) es análogo al grupo hidroxilo relacionado con el agua (-OH). [53]
El amoníaco, como el agua, puede aceptar o donar un ion H + . Cuando el amoníaco acepta un H + , forma el catión amonio (NH 4 + ), análogo al hidronio (H 3 O + ). Cuando dona un ion H + , forma el anión amida (NH 2 − ), análogo al anión hidróxido (OH − ). [42] Sin embargo, en comparación con el agua, el amoníaco es más propenso a aceptar un ion H + y menos propenso a donar uno; es un nucleófilo más fuerte . [42] El amoníaco añadido al agua funciona como base de Arrhenius : aumenta la concentración del anión hidróxido. Por el contrario, utilizando una definición de acidez y basicidad de un sistema solvente , el agua agregada al amoníaco líquido funciona como un ácido, porque aumenta la concentración del catión amonio. [53] El grupo carbonilo (C=O), muy utilizado en bioquímica terrestre, no sería estable en solución de amoníaco, pero en su lugar se podría utilizar el grupo imino análogo (C=NH). [42]
Sin embargo, el amoníaco tiene algunos problemas como base para la vida. Los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de amoníaco son más débiles que los del agua, lo que hace que el calor de vaporización del amoníaco sea la mitad que el del agua, su tensión superficial sea un tercio y reduzca su capacidad para concentrar moléculas no polares mediante un efecto hidrófobo . Gerald Feinberg y Robert Shapiro han cuestionado si el amoníaco podría mantener unidas las moléculas prebióticas lo suficientemente bien como para permitir el surgimiento de un sistema de autorreproducción. [54] El amoníaco también es inflamable en oxígeno y no podría existir de manera sostenible en un ambiente adecuado para el metabolismo aeróbico . [55]
Una biosfera basada en amoníaco probablemente existiría a temperaturas o presiones del aire que son extremadamente inusuales en relación con la vida en la Tierra. La vida en la Tierra suele existir dentro del punto de fusión y el punto de ebullición del agua, a una presión designada como presión normal , y entre 0 y 100 °C (273 y 373 K ). Cuando también se mantiene a presión normal, los puntos de fusión y ebullición del amoníaco son −78 °C (195 K) y −33 °C (240 K) respectivamente. Debido a que las reacciones químicas generalmente ocurren más lentamente a temperaturas más bajas, la vida basada en amoníaco que existe en este conjunto de condiciones podría metabolizarse y evolucionar más lentamente que la vida en la Tierra. [55] Por otro lado, las temperaturas más bajas también podrían permitir que los sistemas vivos utilicen especies químicas que serían demasiado inestables a las temperaturas de la Tierra para ser útiles. [51]
Otro conjunto de condiciones en las que el amoníaco es líquido a temperaturas similares a las de la Tierra implicaría que estuviera a una presión mucho más alta. Por ejemplo, a 60 atm, el amoníaco se funde a -77 °C (196 K) y hierve a 98 °C (371 K). [42]
El amoníaco y las mezclas de amoníaco y agua permanecen líquidas a temperaturas muy por debajo del punto de congelación del agua pura, por lo que tales bioquímicas podrían ser muy adecuadas para planetas y lunas que orbitan fuera de la zona de habitabilidad basada en agua . Estas condiciones podrían existir, por ejemplo, bajo la superficie de Titán, la luna más grande de Saturno . [56]
El metano (CH 4 ) es un hidrocarburo simple: es decir, un compuesto de dos de los elementos más comunes en el cosmos: hidrógeno y carbono. Tiene una abundancia cósmica comparable a la del amoníaco. [51] Los hidrocarburos podrían actuar como disolventes en un amplio rango de temperaturas, pero carecerían de polaridad . Isaac Asimov, bioquímico y escritor de ciencia ficción, sugirió en 1981 que los polilípidos podrían constituir un sustituto de las proteínas en un disolvente no polar como el metano. [51] La nave espacial Cassini ha detectado lagos compuestos por una mezcla de hidrocarburos, incluidos metano y etano , en la superficie de Titán .
Existe un debate sobre la eficacia del metano y otros hidrocarburos como disolvente para la vida en comparación con el agua o el amoníaco. [57] [58] [59] El agua es un disolvente más fuerte que los hidrocarburos, lo que permite un transporte más fácil de sustancias en una célula. [60] Sin embargo, el agua también es más reactiva químicamente y puede descomponer moléculas orgánicas grandes mediante hidrólisis. [57] Una forma de vida cuyo solvente fuera un hidrocarburo no enfrentaría la amenaza de que sus biomoléculas fueran destruidas de esta manera. [57] Además, la tendencia de la molécula de agua a formar fuertes enlaces de hidrógeno puede interferir con los enlaces de hidrógeno internos en moléculas orgánicas complejas. [50] La vida con un disolvente de hidrocarburo podría hacer un mayor uso de los enlaces de hidrógeno dentro de sus biomoléculas. [57] Además, la fuerza de los enlaces de hidrógeno dentro de las biomoléculas sería apropiada para una bioquímica de baja temperatura. [57]
El astrobiólogo Chris McKay ha argumentado, sobre bases termodinámicas, que si existe vida en la superficie de Titán, utilizando hidrocarburos como disolvente, es probable que también utilice los hidrocarburos más complejos como fuente de energía haciéndolos reaccionar con hidrógeno, reduciendo etano y acetileno a metano. [61] La posible evidencia de esta forma de vida en Titán fue identificada en 2010 por Darrell Strobel de la Universidad Johns Hopkins ; una mayor abundancia de hidrógeno molecular en las capas atmosféricas superiores de Titán en comparación con las capas inferiores, lo que aboga por una difusión descendente a una velocidad de aproximadamente 10 25 moléculas por segundo y la desaparición del hidrógeno cerca de la superficie de Titán. Como señaló Strobel, sus hallazgos estaban en línea con los efectos que Chris McKay había predicho si estuvieran presentes formas de vida metanogénicas . [60] [61] [62] El mismo año, otro estudio mostró bajos niveles de acetileno en la superficie de Titán, que fueron interpretados por Chris McKay como consistentes con la hipótesis de organismos que reducen el acetileno a metano. [60] Al reafirmar la hipótesis biológica, McKay advirtió que otras explicaciones para los hallazgos de hidrógeno y acetileno deben considerarse más probables: las posibilidades de procesos físicos o químicos aún no identificados (por ejemplo, un catalizador de superficie no vivo que permite que el acetileno reaccione con el hidrógeno). ), o fallas en los modelos actuales de flujo de materiales. [63] Señaló que incluso un catalizador no biológico eficaz a 95 K sería en sí mismo un descubrimiento sorprendente. [63]
En un artículo publicado en febrero de 2015 se modeló por computadora una hipotética membrana celular denominada azotosoma, capaz de funcionar en metano líquido en condiciones de Titán. Compuesta de acrilonitrilo , una pequeña molécula que contiene carbono, hidrógeno y nitrógeno, se predice que tendrá estabilidad. y flexibilidad en el metano líquido comparable a la de una bicapa de fosfolípidos (el tipo de membrana celular que posee toda la vida en la Tierra) en agua líquida. [64] [65] Un análisis de los datos obtenidos utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), completado en 2017, confirmó cantidades sustanciales de acrilonitrilo en la atmósfera de Titán. [66] [67] Estudios posteriores cuestionaron si el acrilonitrilo sería capaz de autoensamblarse en azotozomas. [68]
El fluoruro de hidrógeno (HF), al igual que el agua, es una molécula polar y, debido a su polaridad, puede disolver muchos compuestos iónicos. A presión atmosférica , su punto de fusión es 189,15 K (-84,00 °C) y su punto de ebullición es 292,69 K (19,54 °C); la diferencia entre ambos es un poco más de 100 K. El HF también forma enlaces de hidrógeno con sus moléculas vecinas, al igual que el agua y el amoníaco. Científicos como Peter Sneath [69] y Carl Sagan lo han considerado como un posible disolvente para la vida. [49]
El HF es peligroso para los sistemas de moléculas que componen la vida en la Tierra, pero otros compuestos orgánicos, como las ceras de parafina , son estables con él. [49] Al igual que el agua y el amoníaco, el fluoruro de hidrógeno líquido favorece una química ácido-base. Usando una definición de acidez y basicidad del sistema solvente, el ácido nítrico funciona como una base cuando se agrega al HF líquido. [70]
Sin embargo, el fluoruro de hidrógeno es cósmicamente raro, a diferencia del agua, el amoníaco y el metano. [71]
El sulfuro de hidrógeno es el análogo químico más cercano al agua , [72] pero es menos polar y es un solvente inorgánico más débil. [73] El sulfuro de hidrógeno es bastante abundante en Io, la luna de Júpiter, y puede estar en forma líquida a poca distancia debajo de la superficie; El astrobiólogo Dirk Schulze-Makuch lo ha sugerido como posible disolvente para la vida allí. [74] En un planeta con océanos de sulfuro de hidrógeno, la fuente del sulfuro de hidrógeno podría provenir de los volcanes, en cuyo caso podría mezclarse con un poco de fluoruro de hidrógeno , lo que podría ayudar a disolver los minerales. La vida del sulfuro de hidrógeno podría utilizar una mezcla de monóxido de carbono y dióxido de carbono como fuente de carbono. Podrían producir y vivir de monóxido de azufre , que es análogo al oxígeno (O 2 ). El sulfuro de hidrógeno, como el cianuro de hidrógeno y el amoníaco, sufre del pequeño rango de temperatura en el que es líquido, aunque, como el del cianuro de hidrógeno y el amoníaco, aumenta al aumentar la presión.
El dióxido de silicio , también conocido como sílice y cuarzo, es muy abundante en el universo y tiene un amplio rango de temperatura donde está líquido. Sin embargo, su punto de fusión es de 1.600 a 1.725 °C (2.912 a 3.137 °F), por lo que sería imposible elaborar compuestos orgánicos a esa temperatura, porque todos se descompondrían. Los silicatos son similares al dióxido de silicio y algunos tienen puntos de fusión más bajos que la sílice. Feinberg y Shapiro han sugerido que la roca de silicato fundido podría servir como medio líquido para organismos con una química basada en silicio, oxígeno y otros elementos como el aluminio . [75]
Otros disolventes propuestos a veces:
El ácido sulfúrico en forma líquida es fuertemente polar. Permanece líquido a temperaturas más altas que el agua, siendo su rango líquido de 10 °C a 337 °C a una presión de 1 atm, aunque por encima de 300 °C se descompone lentamente. Se sabe que el ácido sulfúrico abunda en las nubes de Venus , en forma de gotitas de aerosol . En una bioquímica que utilizara ácido sulfúrico como disolvente, el grupo alqueno (C=C), con dos átomos de carbono unidos por un doble enlace, podría funcionar de manera análoga al grupo carbonilo (C=O) en la bioquímica basada en agua. [43]
Se ha propuesto que puede existir vida en Marte y utilizar una mezcla de agua y peróxido de hidrógeno como disolvente. [79] Una mezcla de 61,2% (en masa) de agua y peróxido de hidrógeno tiene un punto de congelación de -56,5 °C y tiende a sobreenfriarse en lugar de cristalizar. También es higroscópico , una ventaja en un entorno con escasez de agua. [80] [81]
El dióxido de carbono supercrítico se ha propuesto como candidato para la bioquímica alternativa debido a su capacidad para disolver selectivamente compuestos orgánicos y ayudar al funcionamiento de enzimas y porque los planetas tipo "supertierra" o "supervenus" con atmósferas densas de alta presión puede ser común. [76]
Los físicos han observado que, aunque la fotosíntesis en la Tierra generalmente involucra plantas verdes, una variedad de plantas de otros colores también podrían sustentar la fotosíntesis, esencial para la mayor parte de la vida en la Tierra, y que otros colores podrían ser preferidos en lugares que reciben una mezcla diferente de radiación estelar. que la Tierra. [82] [83] Estos estudios indican que las plantas azules serían poco probables; sin embargo, las plantas amarillas o rojas pueden ser relativamente comunes. [83]
Muchas plantas y animales de la Tierra experimentan cambios bioquímicos importantes durante sus ciclos de vida como respuesta a las condiciones ambientales cambiantes, por ejemplo, al tener un estado de espora o hibernación que puede mantenerse durante años o incluso milenios entre etapas de vida más activas. [84] Por lo tanto, sería bioquímicamente posible sustentar la vida en ambientes que sólo son periódicamente consistentes con la vida tal como la conocemos.
Por ejemplo, las ranas en climas fríos pueden sobrevivir durante largos períodos de tiempo con la mayor parte del agua de su cuerpo en estado congelado, [84] mientras que las ranas del desierto en Australia pueden volverse inactivas y deshidratarse en períodos secos, perdiendo hasta el 75% de sus fluidos. , pero vuelve a la vida rehidratándote rápidamente en períodos húmedos. [85] Cualquier tipo de rana parecería bioquímicamente inactiva (es decir, no viva) durante los períodos de inactividad para cualquiera que careciera de un medio sensible para detectar niveles bajos de metabolismo.
Es posible que el código genético haya evolucionado durante la transición del mundo del ARN al mundo de las proteínas . [86] La hipótesis del mundo de la alanina postula que la evolución del código genético (la llamada fase GC [87] ) comenzó con sólo cuatro aminoácidos básicos : alanina , glicina , prolina y ornitina (ahora arginina ). [88] La evolución del código genético terminó con 20 aminoácidos proteinogénicos . Desde un punto de vista químico, la mayoría de ellos son derivados de alanina, especialmente adecuados para la construcción de hélices α y láminas β , elementos estructurales secundarios básicos de las proteínas modernas. Prueba directa de ello es un procedimiento experimental en biología molecular conocido como escaneo de alanina .
Un hipotético "Mundo Prolina" crearía una posible vida alternativa con el código genético basado en el armazón químico de prolina como columna vertebral de la proteína . Del mismo modo, también son concebibles un "Mundo de Glicina" y un "Mundo de Ornitina", pero la naturaleza no ha elegido ninguno de ellos. [89] La evolución de la vida con prolina, glicina u ornitina como estructura básica para polímeros similares a proteínas ( foldámeros ) conduciría a mundos biológicos paralelos. Tendrían planes corporales y genética morfológicamente radicalmente diferentes a los de los organismos vivos de la biosfera conocida . [90]
En 2007, Vadim N. Tsytovich y sus colegas propusieron que las partículas de polvo suspendidas en un plasma podrían exhibir comportamientos realistas , en condiciones que podrían existir en el espacio. [91] [92] Los modelos informáticos demostraron que, cuando el polvo se cargaba, las partículas podían autoorganizarse en estructuras helicoidales microscópicas, y los autores ofrecen "un esbozo de un posible modelo de... reproducción de la estructura de grano helicoidal".
En 2020, Luis A. Anchordoqu y Eugene M. Chudnovsky de la City University de Nueva York plantearon la hipótesis de que la vida basada en collares cósmicos compuesta de monopolos magnéticos conectados por cuerdas cósmicas podría evolucionar dentro de las estrellas. [5] Esto se lograría estirando las cuerdas cósmicas debido a la intensa gravedad de la estrella, lo que le permitiría adoptar formas más complejas y potencialmente formar estructuras similares a las estructuras de ARN y ADN que se encuentran en la vida basada en el carbono. Como tal, es teóricamente posible que tales seres eventualmente se vuelvan inteligentes y construyan una civilización utilizando el poder generado por la fusión nuclear de la estrella. Debido a que tal uso consumiría parte de la producción de energía de la estrella, la luminosidad también disminuiría. Por esta razón, se cree que esa vida podría existir dentro de estrellas que se enfrían más rápido o más tenuemente de lo que predicen los modelos cosmológicos actuales.
Frank Drake sugirió en 1973 que la vida inteligente podría habitar en estrellas de neutrones . [93] Los modelos físicos de 1973 implicaban que las criaturas de Drake serían microscópicas. [ cita necesaria ]
Los científicos que han considerado posibles alternativas a la bioquímica carbono-agua incluyen:
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