Как бы выглядела биохимия существа, обитающего в вакууме?

Не ответ, а несколько подсказок:

Одно важное решение, которое нужно принять, — это температура, при которой живет ваше существо. Одним из преимуществ контролируемой температуры является то, что вам не нужно множество различных ферментных систем для каждого диапазона температур, в которых вы живете. Метаболизм млекопитающих намного проще, чем метаболизм амфибий, благодаря контролируемой нами температуре тела.

Температура будет логарифмической: подумайте в процентах от температуры по Кельвину. Если ваше существо использует жидкий гелий в качестве циркуляционной жидкости, оно живет при температуре от 2 до 4 К. Если оно использует парафин, оно живет при температуре около 200 К.

Температура определит, что может быть жидкостью. Жизнь без жидкости, которая служила бы переносчиком вещей, настолько выходит за рамки нашего опыта, что остается только догадываться. Каждый растворитель будет иметь диапазон температур, при которых он будет работать. Вода здесь плохой выбор. Без давления он возгоняется из льда в газ без жидкого состояния. Поэтому вам нужна жидкость с более низким давлением паров по сравнению с точкой замерзания, чем у воды. При низких температурах может работать пропан, при более высоких температурах может работать бензин или дизельное топливо.

Справочник по химическому каучуку (иногда называемый «книгой случайных чисел») содержит точки замерзания и кипения большого количества жидкостей, а также кривые давления паров для меньшего набора.

Вода очень полярна и близка к «универсальному растворителю». Все вышеперечисленное неполярно и имеет ограниченный и очень различный набор веществ, которые они растворяют. Если вы сможете найти другой полярный растворитель, жидкий в вакууме, химия будет проще.

У всех жидкостей точка замерзания может быть понижена, а точка кипения повышена растворенными веществами. Таким образом, смесь может работать лучше, чем любая жидкость по отдельности.

Вы можете хотеть оказать давление на существо. Если у него жесткая кожа, он может поддерживать внутреннее давление, достаточное для удержания чего-то жидкого, что в противном случае испарилось бы.

Что касается заработка: своего рода фотосинтез для превращения света в накопленную энергию. Либо у него есть зубы из алмаза/карбида вольфрама, чтобы грызть астероиды, либо очень тонкая сетка, чтобы ловить крошечные количества пыли на солнечном ветре.

Экосистема сложная. Требует заполнения определенных ролей -- упрощенно:

• первичный производитель — растения, то, что зарабатывает на жизнь светом.
• первичный потребитель — травоядное, то, что получает энергию от поедания производителей
• preditor -- то, что поедает потребителей.
• decomposer — твари, которые перерабатывают кусочки в вещи, которые могут использовать первичные производители.

Существуют также круговороты питательных веществ: Космос огромен. Если вы не находитесь на планете без атмосферы, вам нужно иметь дело с тем, как питательные вещества могут быть возвращены в живое существо.

Начнем с автотрофного архонта. Бактериородопсин — это пигмент, улавливающий энергию, используемый некоторыми из этих древних.

Бактериородопсин — это белок, используемый археями, прежде всего галобактериями, классом эвриархеот. Он действует как протонный насос; то есть он улавливает световую энергию и использует ее для перемещения протонов через мембрану из клетки. Полученный градиент протонов впоследствии преобразуется в химическую энергию ... Молекула бактериородопсина имеет фиолетовый цвет и наиболее эффективно поглощает зеленый свет (длина волны 500-650 нм, с максимумом поглощения при 568 нм).

Это светозахватывающая технология, существовавшая до великого события оксигенации. Насколько я понимаю, там нет кислорода, серы и других побочных продуктов. Это свет, молекула и протоны.

Я был удивлен, как мало информации о метаболических биохимиях я смог найти о том, где организмы, использующие бактериородопсин, получают органический углерод для построения своих тел. В этой старой статье приводятся косвенные доказательства того, что [галобактерии могут использовать свои способности улавливать световую энергию для связывания CO2.], но я не смог найти никаких биохимических данных о том, как они совершают этот подвиг. ( https://aslopubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.4319/lo.1983.28.1.0033) Вероятно, некоторые из них могут обрабатывать CO, который был бы более распространенной молекулой на древней Земле. Может быть, без потребности в энергии поиск углерода для использования в структурных целях не имел большого значения. Если в бедной питательными веществами среде нет большой конкуренции, и вы можете получать энергию непосредственно от света, возможно, вы сможете раздобыть достаточно встречающегося в природе органического углерода, чтобы использовать его исключительно для анаболических процессов.

Эти космические жители будут жить в кометах. В кометах есть все элементы, необходимые для жизни архебактерий.

https://universe-review.ca/F07-planets08.htm

https://pubs.acs.org/cen/news/84/i29/8429notw1.html

Одно удивительное наблюдение заключается в том, что кометы содержат смесь материалов, которые образуются при самых разных температурах. Находка предполагает, что материалы были созданы отдельно и каким-то образом смешались вместе при формировании кометы.

Лиссе отмечает, что «действительно приятно видеть, что все материалы, которые мы находим, просты, и чего можно было бы ожидать, если бы вы испарили все в Солнечной системе сегодня, а затем дали бы этому медленно остыть, помешивая».

Поверхность кометы не будет пригодна для жизни — слишком много радиации и вакуум ее закипит. Эти вещи будут жить в комете, возможно, укрываясь за более крупными твердыми компонентами (такими как передняя каменистая кора), которые могут защитить их от жесткого излучения. До них доходит видимый свет, который не поглощается, а рассеивается льдом и, таким образом, смещается в сторону более коротких длин волн; блюз и зелень. Вы можете увидеть этот эффект в этой ледниковой пещере, где отфильтровываются более длинные волны.

Это первые дни для такого рода исследований, но есть признаки того, что организмы, приспособленные к сбору коротковолновой световой энергии, составляют основную часть глубоководных ледяных экосистем.

Бактерии, несущие протеородопсин, в антарктическом морском льду

Солнечное излучение, которое регулирует производство и рост SIMCO (22), сильно рассеивается в морском льду, и преобладает более энергичный синий свет (16). Однако, учитывая обилие микроводорослей на дне однолетнего припайного льда толщиной от 5 до 10 см, единственный доступный свет для прокариотических фототрофов на дне льда будет в зеленом диапазоне волн (31). Обнаруженное в нашем исследовании дизъюнктивное распределение поглощающих зеленый и синий PR на расстоянии более 300 км свидетельствует о реакции на световую среду и указывает на то, что эти организмы могут функционировать во льду, а не просто задерживаться там во время ледообразования. . Если это правда, они могут играть важную роль в микробной экосистеме морского льда либо как средство сбора энергии, либо как орган чувств.

Это не особенно творческое построение мира: комета вместо морского льда, архебактерии делают то же, что и в комете, а не в морском льду. Можно было бы проявить больше изобретательности, сделав археи частью колониального организма по образцу слизевика — возможно, компоненты, захватывающие энергию, обращенные вперед, не содержат ДНК, поэтому они не будут мутировать. Если у организма есть способность обнаруживать свет, он может в какой-то степени управлять своей кометой, выставляя летучие вещества с той или иной стороны, тем самым подталкивая комету к оптимальному сбору питательных веществ. Существо отключится во время долгого путешествия в темноте на дальнем краю орбиты кометы. Споры будут высыпаться из хвоста в надежде, что когда-нибудь их перехватит другая пролетающая комета.

Что касается состава, то кремний и углерод являются наиболее вероятными строительными блоками для жизни. В космосе кремний более распространен, и его можно найти в космических камнях. Углерод также можно найти в космических породах, но он менее распространен и реже образует породы. Любой другой элемент, кроме этих двух, кажется довольно маловероятным, поскольку только эти два легко образуют связи для построения жизни и могут быть найдены в изрядных количествах в космосе.

Так что, чем бы ни было ваше существо, вероятно, необходим специальный способ разрушения камней на основе кремния и включения материала.

Каждый тип жизни требует формы растворителя для работы. Вода, аммиак, метан, серная кислота и т. д. А как насчет использования самого вакуума в качестве растворителя?

Визуализируя международную работу клеток, мы часто видим различные молекулы, ферменты и механизмы, свободно плавающие на прозрачном фоне, в то время как присутствие самой воды часто упускается из виду. Это известно как модель подразумеваемой воды.

Присутствие жидкого растворителя в основном выполняет эти две задачи: помогает упорядочивать подобные структуры, когда дело доходит до полярности, и помогает молекулам диффундировать.

Однако самосборка, складывание, стыковка и расположение молекул также могут происходить в газовой среде, часто требующей (очень высокого) вакуума. Например, молекулярно-лучевое осаждение, плазменное осаждение/очистка/синтез и формирование бакиболов, аэрогелей и других экзотических химических конструкций. Фактически, оригинальные наноботы и молекулярные ассемблеры ТРЕБУЮТ очень высокого вакуума даже для работы!

Возможны два пути: механосинтез алмазоидов и газообразная самосборка.

Для первого вида жизни представьте расщелины и/или другие контакты подходящей породы/минерала в вакууме: камни перетираются друг о друга под действием какой-то периодической силы, например теплового расширения или сейсмической активности.

Мелкие частицы адсорбируют определенные молекулы, ориентируясь по рисунку, выгравированному на камнях, частица последовательно добавляет молекулы, образуя основные компоненты жизни. Теперь сами узоры могут быть скопированы каким-то другим процессом, например, молекула, имеющая форму соединителя на обоих концах, которая будет работать как игла проигрывателя, вытравливая узор с одного кристалла на другой, и наоборот. наоборот Если один из паттернов окажется тем, который каким-то образом создает эти повторяющиеся штифты, он станет более доминирующим, и это приведет к некоторой ошибке, рекрутированию большего количества молекул и началу сборки компонентов самих паттернов. Создание формы алмазоидной жизни.

Для второго вида жизни подумайте о модели Подразумеваемой воды, но замените пространство «Растворитель» реальным космическим вакуумом.

Представьте себе место, очень горячее, чтобы большинство материалов оставалось газообразным, и лишенное силы тяжести, чтобы заставить молекулы падать на одну сторону контейнера, и это пространство заполнено газом низкого давления. Молекулы в таком пространстве могут производить три вида взаимодействия: электростатическое, лондонское дисперсионное и пи-пи-взаимодействия: первое заставляет разноименные заряды притягиваться друг к другу, а два других заставляют одинаковые поверхности притягиваться друг к другу. Низкое давление и высокая температура помогают молекулам диффундировать друг через друга, как растворитель для более «нормальной» жизни.

В этом пространстве полимеры будут излучать тепло, сталкиваться с небольшими молекулами (газами) и, следовательно, принимать определенную форму или складываться. Колебательные переходы охлаждают молекулы, и новообразованные полимеры складываются. Затем складчатые полимеры будут катализировать широкий спектр реакций, многие из которых, как известно, происходят в газовой фазе. Один из этих полимеров состоит из звеньев, образующих комплементарную друг другу форму, адамантанов, полициклических ароматических углеводородов и других видов химических веществ, способных образовывать водородные связи. (водородные связи не требуют (технически) растворителя)

Некоторые из этих полимеров будут катализировать полимеризацию самого полимера за счет комплементарной формы молекул, образуя первую самовоспроизводящуюся молекулу в этой среде. (Учтите, что большинство небелковых растворителей в современной клетке имеют концентрацию от ммоль до ммоль на литр, что соответствует давлению в несколько сотен торс), затем другие молекулы, затем первый молекулярный ассемблер на основе полимеризации (не обязательно рибосомы), инкапсулируйте полученную смесь каким-либо полимерным барьером, и вы получите почти такой же образ жизни, как и ваши обычные клетки, со всем, от аналогов ДНК до аналогов белков, за исключением того, что подразумеваемый водный фон клетки заменен на фон вакуума (фактически низкое давление высокотемпературного газа) в невесомости.