حیات فراتر از آنچه می‌شناسیم؛ بیگانگان ممکن است از کربن ساخته نشده باشند

براساس یافته‌های مطالعه‌ای جدید، احتمالا در بسیاری از سیاره‌های متفاوت دیگر، واکنش‌های شیمیایی خودکفایی در جریان هستند که از حیاتی کاملا متفاوت با حیات زمینی پشتیبانی می‌کنند. حیات روی زمین به کربن وابسته است، با این‌حال ممکن است در سیاره‌های فراخورشیدی، ترکیب‌های غیرکربنی در فرآیند شکل‌گیری حیات نقش داشته باشند.

حیات روی زمین وابسته به ترکیب‌های آلی است. این مولکول‌ها از کربن تشکیل شده‌اند و اغلب اوقات عناصر دیگری مثل هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن، فسفر و سولفور را دربرمی‌گیرند. با این‌حال دانشمندان از مدت‌ها پیش به این پرسش فکر کرده‌اند که آیا ممکن است حیات فرازمینی بر اساس واکنش شیمیایی متفاوتی تکامل یابد. برای مثال پژوهشگرها تا مدت‌ها گمان می‌کردند سیلیکون یکی از مواد ضروری برای زیست فرازمینی باشد.

بتول کاچار، اخترزیست‌شناس و زیست‌شناس تکاملی از دانشگاه ویسکانسین مدیسون و نویسنده‌ی اصلی مطالعه‌ی اخیر می‌گوید باید این احتمالات را بررسی کنیم تا بتوانیم فراتر از حیات فرازمینی، تصوری از تمام اشکال حیات داشته باشیم.

نوعی واکنش شیمیایی موسوم به خودکاتالیزی، عامل کلیدی حیات روی زمین است. واکنش‌های خودکاتالیزی، خودکفا هستند و می‌توانند مولکول‌هایی را تولید کنند که به برانگیختن واکنش مشابه منجر شوند. جمعیت در حال رشدی از خرگوش‌ها را تصور کنید. زوج خرگوش‌ها مجددا با تولید مثل، خرگوش‌های جدیدی را تولید می‌کنند و این فرآیند همچنان تکرار می‌شود.

یکی از دلایل عمده‌ای که پژوهشگران برای خودکاتالیزی اهمیت قائل هستند، این است که تولیدمثل به‌عنوان یکی از ویژگی‌های ضروری حیات، نمونه‌ای از کاتالیز خودکار است. حیات زمینه‌ساز حیاتی دیگر می‌شود. وقتی یک سلول به دو سلول تقسیم می‌شود، می‌تواند به چهار سلول تقسیم شود و این روند همین‌طور ادامه پیدا می‌کند. با تکثیر تعداد سلول‌ها، تعداد و تنوع واکنش‌های ممکن چند برابر می‌شود.

پژوهشگرها در مطالعه‌ی جدید به‌سراغ یافتن خودکاتالیزی فراتر از ترکیب‌های آلی رفتند. آن‌ها استدلال می‌کنند که کاتالیز خودکار می‌تواند به نازیست‌زایی یا شکل‌گیری حیات از منشایی بی‌جان منجر شود. آن‌ها بدین منظور بر چرخه‌های موسوم به آمیخت ناهمگن تمرکز کردند که می‌توانند کپی‌های متعددی از یک مولکول را بسازند. این فرآورده‌ها می‌توانند به عنوان مواد اولیه برای کمک به تکرار چرخه‌ها و درنتیجه خودکاتالیزی به کار روند.

آمیخت ناهمگن واکنشی واحد است که به خروجی‌های متعددی می‌انجامد و از این جهت به تولیدمثل شباهت دارد. دانشمندان برای یافتن این واکنش‌ها به تحلیل بیش از دو قرن مستندات علمی دیجیتالی‌شده پرداختند که به زبان‌های مختلفی نوشته شده‌اند. آن‌ها با جستجوی زبانی بهینه و ابزارهای ترجمه توانستند اولین ارزیابی منحصر‌به فرد از فراوانی چرخه‌های خودکاتالیزی را اجرا کنند.

در نهایت پژوهشگرها، ۲۷۰ چرخه‌ی مختلف از واکنش‌های خودکاتالیزی را کشف کردند. خودکاتالیزی شاید فرآیند نادری نباشد، بلکه یکی از شاخصه‌های کلی بسیاری از محیط‌های متفاوت به‌ویژه محیط‌های متفاوت با زمین به شمار می‌رود.

پژوهشگرها حتی چهار چرخه‌ی خودکاتالیزی دارای گازهای نجیب را کشف کردند. این چرخه‌ها به ندرت و در صورت واکنش شیمیایی با عنصرهای دیگر رخ می‌دهند. اگر حتی گاز نسبتا راکدی مثل زنون بتواند در خودکاتالیز سهیم باشد، می‌توان گفت فرآیند خودکاتالیز در عنصرهای دیگر با سهولت بیشتری رخ می‌دهد.

تنها هشت عدد از چرخه‌ها نسبتا پیچیده بودند که از چهار یا پنج واکنش تشکیل شده بودند. بخش زیادی از ۲۷۰ چرخه ساده بودند و هر کدام از دو واکنش تشکیل شده بودند. در ابتدا تصور می‌شد که این نوع واکنش‌ها بسیار کمیاب هستند. با این‌حال پژوهشگرها با جستجو در جای مناسب، خلاف این مسئله را ثابت کردند.

این احتمال وجود دارد که چرخه‌های متعدد حتی با وجود تفاوت‌‌ها با یکدیگر ترکیب شوند. این فرآیند می‌تواند به واکنش‌های شیمیایی خودکفا منجر شود که طیف متنوعی از مولکول‌ها را تولید می‌کنند.

با توجه به تعداد زیاد دستورالعمل‌های ابتدایی برای فرآیند خودکاتالیزی، می‌توان تأثیر این فرآیند بر شکل‌گیری شیمی یک سیاره را بررسی کرد. دانشمندان امیدواراند پژوهش‌های آینده بتوانند این دستورالعمل را آزمایش کنند.

چرخه‌های موجود در واقع آرایه‌ای از دستورالعمل‌های پایه هستند که می‌توان آن‌ها را به گونه‌ای با یکدیگر ترکیب کرد که هرگز در سیاره‌ی ما دیده نشده‌اند. حتی این دستورالعمل‌ها می‌توانند به نمونه‌های جدیدی از شیمی پیچیده بینجامند که در شرایط انجماد یا احتراق چرخه‌های کربنی و سیلیکونی به خوبی عمل می‌کنند. هنوز مشخص نیست چرخه‌های یادشده تا چه اندازه محتمل هستند. به گفته‌ی پژوهشگرها هیچ تضمینی وجود ندارد که تمام نمونه‌ها را بتوان در آزمایشگاه ایجاد یا در اجرام نجومی دیگر کشف کرد.

پژوهش جدید علاوه بر داشتن پیامدهای احتمالی در زمینه‌ی جستجوی حیات در جهان و درک منشأ حیات، کاربردهایی در زمینه‌ی بهینه‌سازی ترکیب شیمیایی و کاربرد بهینه‌ برای منابع و انرژی خواهد داشت. کاربرد دیگر، استفاده از ترکیب‌های شیمیایی برای وظایف جذابی مثل محاسبات شیمیایی است.

دانشمندان جزئیات یافته‌های خود را ۱۸ سپتامبر در مجله‌ی American Chemical Society منتشر کردند.