Come funzionano gli alieni

Tubeworms di sfiato idrotermale. Vedi altro Immagini di UFO. Foto per gentile concessione di NOAA / U.S. Dipartimento di Commercio

Esistono altre forme di vita nell'universo? La ricerca scientifica di forme di vita extraterrestri è stata rafforzata da due recenti scoperte. In primo luogo, la scoperta di forme di vita in ambienti esotici sulla Terra indica che la vita è molto ricca e può adattarsi agli ambienti più strani e ostili. In secondo luogo, gli astronomi hanno scoperto pianeti in orbita attorno a stelle oltre al nostro sole: nel 2001 sono stati scoperti oltre 50 pianeti extrasolari. Ci sono forme di vita aliene su uno di questi pianeti?

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-Se la vita aliena esiste, come potrebbe essere? Sarebbero semplici forme di vita come batteri, virus o alghe, o creature multicellulari più avanzate, forse anche esseri intelligenti? Gli alieni sarebbero animali, piante o avrebbero caratteristiche di entrambi? Avrebbero braccia e gambe e camminerebbero eretti come noi? Dipenderebbero dalla vista come senso primario o utilizzerebbero un altro modo per raccogliere informazioni su ciò che li circonda? "Respirerebbero" ossigeno o qualche altro gas?

La speculazione sugli alieni è stata tipicamente lasciata agli autori di fantascienza, ai lettori di fantascienza e agli scrittori e registi di Hollywood. In questo articolo esamineremo l'astrobiologia, la ricerca scientifica della vita extraterrestre. Applicheremo ciò che abbiamo imparato sulla vita sulla Terra per speculare su come potrebbero essere le forme di vita aliene.

Contenuti

1. Saluti, Bipedi a base di carbonio!
2. Cos'è la vita?
3. La vita nell'estremo
4. Alcune regole di base per la vita aliena
5. Speculazione: come potrebbero essere gli alieni?

La maggior parte di noi immagina la vita aliena nel modo in cui viene rappresentata nei film, dove gli alieni sono comunemente raffigurati come forme simili agli umani perché usano attori per interpretare i ruoli direttamente nel trucco o per essere modelli per l'animazione generata al computer. Inoltre, il pubblico si relaziona agli alieni simili agli umani meglio che a creature più esotiche e simili ai mostri. Tuttavia, il piano del corpo umano - simmetria bilaterale con una testa, due gambe e due braccia - deriva da quando i primi anfibi e rettili colonizzarono le masse terrestri della Terra, e sembra improbabile che una tale forma si evolverà su un mondo alieno. Quindi, dimentichiamo per il momento Hollywood e guardiamo da vicino la vera scienza dell'astrobiologia.

Astrobiologia è lo studio scientifico della vita nell'universo. Gli astrobiologi cercano di capire (tra le altre cose) come è nata e si è evoluta la vita sulla Terra, cosa governa il modo in cui è organizzata la vita e cosa rende abitabile un pianeta.

L'astrobiologia combina le discipline di biologia, chimica, fisica, geologia e astronomia. Spesso gli astrobiologi devono utilizzare le informazioni apprese sulla vita sulla Terra come guida per studiare la vita altrove. Esaminiamo alcune delle cose che abbiamo imparato dalla vita sulla Terra.

Strutture a forma di clava di microbi sottomarini chiamati stromatoliti Foto per gentile concessione di NOAA / U.S. Dipartimento di Commercio

Sebbene sia difficile dare una definizione chiara di "vita", la maggior parte dei biologi concorda sul fatto che ci sono molte caratteristiche in comune tra gli esseri viventi. Se un oggetto soddisfa queste caratteristiche, è considerato vivo:

• Organizzato -Gli esseri viventi sono fatti di atomi e molecole che sono organizzati in cellule. Le cellule di un organismo possono essere uniformi o specializzate per varie funzioni. Le cellule possono essere ulteriormente organizzate in tessuti, organi e sistemi. Gli esseri viventi sulla Terra sono piuttosto diversi per quanto riguarda la loro organizzazione e complessità.
• Omeostatico - Gli esseri viventi svolgono funzioni che li mantengono in uno stato costante e relativamente immutabile chiamato omeostasi. Ad esempio, il tuo corpo ha sistemi che mantengono la temperatura corporea costante: tremi se hai freddo, sudi se hai caldo.
• Riproduce - Gli esseri viventi fanno copie di se stessi, copie esatte (cloni) mediante riproduzione asessuata o copie simili mediante riproduzione sessuale.
• Cresce / si sviluppa - Gli esseri viventi crescono e si sviluppano da forme più piccole e / o più semplici. Ad esempio, un essere umano inizia la vita come un uovo fecondato, sviluppandosi in un embrione, un feto e poi un bambino. Il bambino successivamente cresce in un bambino, adolescente e adulto.
• Richiede energia dall'ambiente - Rimanere in uno stato organizzato relativamente costante viola la seconda legge della termodinamica, che afferma che il grado di disordine (entropia) di tutti gli oggetti aumenta. Affinché un organismo vivente mantenga l'organizzazione, deve assorbire, elaborare e consumare energia. Il modo in cui gli esseri umani e altri animali lo fanno è mangiando cibo ed estraendone energia.
• Risponde agli stimoli - Gli esseri viventi rispondono ai cambiamenti nel loro ambiente. Ad esempio, se un file stimolo ti causa dolore, tu rispondere allontanandosi da quell'oggetto. Se metti una pianta vicino a una finestra ben illuminata, i rami oi germogli crescono verso la luce (fototropismo). Per protezione, alcuni animali cambiano colore per mimetizzarsi con l'ambiente circostante (camuffare).
• Adattato al suo ambiente - Le caratteristiche di un essere vivente tendono ad essere adatte al suo ambiente. Ad esempio, le pinne di un delfino sono piatte e adatte al nuoto. L'ala di un pipistrello ha la stessa struttura di base delle ossa della pinna di un delfino, ma ha una sottile membrana che consente il volo.

Ora che abbiamo una definizione di cosa sia la vita, dobbiamo guardare a come cambia in vaste distese di tempo. Le regole di base che governano se le specie nascono, vivono, rimangono invariate o si estinguono sono quelle di evoluzione per selezione naturale come proposto da Charles Darwin. La teoria dell'evoluzione di Darwin ha i seguenti punti:

• Organismi simili riproducono organismi simili: un cane riproduce un cane, un dente di leone riproduce denti di leone e un pesce riproduce un pesce.
• Spesso, il numero di discendenti è sovraprodotto in modo tale che il numero che sopravvive è inferiore al numero riprodotto.
• In qualsiasi popolazione, gli individui variano rispetto a un dato tratto, come altezza, colore della pelle, colore della pelliccia o forma dei becchi, e queste variazioni possono essere trasmesse alla generazione successiva.
• Alcune variazioni sono favorevoli, in quanto rendono quegli individui più adatti al loro ambiente, e altre no. Quegli organismi con variazioni favorevoli sopravviveranno e trasmetteranno quei tratti alla loro prole; quegli individui con variazioni sfavorevoli moriranno e non trasmetteranno i loro tratti - questo è selezione naturale.
• Dato un tempo sufficiente, la selezione naturale accumulerà questi tratti favorevoli. La specie si evolverà.

Sebbene la teoria dell'evoluzione di Darwin sia stata proposta per spiegare i cambiamenti nelle specie terrestri, i suoi principi sono abbastanza generali da poter essere applicati anche in altre parti dell'universo.

Ipotesi di terre rare

L'equazione di Drake, sviluppata dall'astronomo Frank Drake e promossa da Carl Sagan, viene utilizzata per stimare il numero di civiltà intelligenti nell'universo. Al contrario, il geologo Peter Ward e l'astronomo Donald Brownlee dell'Università di Washington hanno proposto un'ipotesi: il Ipotesi di terre rare -- che la vita sulla Terra è unica. La loro ipotesi afferma che una serie di eventi o situazioni casuali, come vivere nella zona abitabile del sole, avere un pianeta di tipo Giove per eliminare i detriti di comete e asteroidi e avere poche estinzioni di massa, ha permesso alla vita di svilupparsi sulla Terra e sarebbe improbabile che accada altrove. Vedere "Rare Earth: Why Complex Life is Uncommon in the Universe" per i dettagli.

Sfiato idrotermale nel fondo dell'oceano Foto per gentile concessione di NOAA / U.S. Dipartimento di Commercio

Fino a circa 30 anni fa, si credeva che tutta la vita sulla Terra dipendesse dall'energia del sole. Inoltre, si pensava che probabilmente non avresti trovato la vita dove le temperature erano estremamente calde, come nei geyser o nelle sorgenti calde, o estremamente fredde, come nel deserto antartico.

Queste idee sono cambiate quando gli oceanografi hanno esplorato le prese d'aria idrotermali, aperture nel fondo dell'oceano dove l'acqua estremamente calda e ricca di minerali erutta dalla crosta. Le prese d'aria idrotermali si trovano a diverse miglia sotto la superficie, sul fondo dell'oceano, dove l'acqua circostante è allo zero o vicino allo zero, è assolutamente buio e la pressione è alta. Nelle comunità organizzate attorno alle basi di queste prese d'aria, chiamate fumatori neri, gli scienziati hanno trovato vongole, granchi ed esotici, giganteschi vermi tubolari lunghi 6 piedi (2 metri). L'acqua che esce da queste prese d'aria è compresa tra 230 e 662 gradi Fahrenheit (110-350 gradi Celsius).

Come possono questi animali sopravvivere così lontano dalla luce solare, in queste condizioni estreme? Nell'acqua, gli scienziati hanno trovato specie di batteri che scindono l'idrogeno solforato dall'acqua per ottenere energia per produrre composti organici (chemiosintesi). I tubicoli hanno batteri nei loro tessuti che li aiutano a trarre energia dall'acqua. Le vongole si nutrono dei batteri e i granchi si nutrono dei vermi tubicoli.

La scoperta di comunità di sorgenti idrotermali ha dimostrato che è possibile che la vita si evolva in luoghi senza luce solare e in altri mondi senza luce sufficiente dalla stella madre. In vista della scoperta di prese d'aria idrotermali, potrebbe essere possibile che la vita esista su Europa, una gelida luna di Giove, che gli scienziati ritengono abbia un oceano d'acqua sotto la sua crosta ghiacciata.

Tubeworms intorno a uno sfiato idrotermale Foto per gentile concessione di NOAA / U.S. Dipartimento di Commercio

La vita è stata trovata anche in altri ambienti estremi. Gli scienziati hanno scoperto microcolonie di licheni chiamati criptoendoliti nei campioni di roccia del deserto antartico, dove le temperature spesso scendono fino a 100 gradi sotto lo zero e l'acqua liquida è scarsa o nulla. In contrasto, termofilo I batteri (amanti del calore) sono stati trovati nelle sorgenti calde dove le temperature superano il punto di ebollizione dell'acqua.

Criptoendoliti viventi (linee verdi, nere, verde-blu) in un campione di roccia dell'Antartide (a sinistra) e un batterio termofilo a forma di bastoncello (lungo circa 1 micron) da una sorgente termale nel Parco Nazionale di Yellowstone (a destra) Foto per gentile concessione della NASA Criptoendoliti viventi (linee verdi, nere, verde-blu) in un campione di roccia dell'Antartide (a sinistra) e un batterio termofilo a forma di bastoncello (lungo circa 1 micron) da una sorgente termale nel Parco Nazionale di Yellowstone (a destra) Foto per gentile concessione della NASA

Se la vita può evolversi in ambienti estremi sulla Terra, sembra possibile che la vita possa esistere negli ambienti estremi di altri mondi come Marte.

Batfish Foto per gentile concessione di NOAA / U.S. Dipartimento di Commercio

Usando ciò che abbiamo imparato dalla vita sulla Terra, cosa possiamo dire della vita aliena? Anche se probabilmente sarebbe molto diverso dalla vita sulla Terra, la vita aliena probabilmente aderirebbe a certe linee guida universali, come fa la vita sulla Terra, ampiamente variabile. Queste linee guida o regole di base includono quanto segue:

La vita aliena sarebbe governata dalle leggi della fisica e della chimica.

La vita aliena sarebbe basata su un qualche tipo di chimica (eliminando il concetto fantascientifico di esseri di pura energia).

• Solvente - Sulla Terra, il solvente per tutti i nostri prodotti biochimici è l'acqua liquida. Altre sostanze chimiche potrebbero essere anche solventi, come ammoniaca, metano, idrogeno solforato o acido fluoridrico.
• Temperatura - La vita aliena può richiedere temperature alle quali il suo solvente può rimanere liquido.
• Pressione - La vita aliena può richiedere pressioni ambientali (e temperature) che consentono ai solventi di esistere in tre stati della materia (solido, liquido, gas).
• Fonte di energia - Gli esseri viventi richiedono energia per rimanere organizzati. Questa energia può provenire da una stella o da energia chimica o geotermica (come negli sfiati idrotermali e nelle sorgenti calde). In qualsiasi mondo alieno, dovrebbe esserci una fonte di energia per sostenere la vita.
• Molecole complesse - Gli esseri viventi sulla Terra sono organizzati e fatti di molecole complesse a base di carbonio che svolgono funzioni biochimiche. Il carbonio è un atomo versatile che può formare legami con un massimo di altri quattro atomi, in molte forme, per formare molecole. Sebbene non sia versatile come il carbonio, il silicio può anche formare fino a quattro legami con altri atomi ed è stato proposto come base per molecole di vita aliena (sono state proposte anche molecole ibride silicio-carbonio). È probabile che le forme di vita aliene abbiano un qualche tipo di molecola complessa per svolgere funzioni simili.
• Molecola informativa - Negli organismi terrestri, acido desossiribonucleico (DNA) è una molecola complessa che trasporta informazioni genetiche e dirige la formazione di altre molecole affinché la vita si riproduca e funzioni. Poiché una caratteristica della vita è che si riproduce, sembra probabile che anche le forme di vita aliene abbiano qualche tipo di molecola informativa.

Gli esseri alieni che sono più grandi dei microbi avrebbero un equivalente cellule. Man mano che un organismo diventa più grande, il suo volume interno (funzione cubica) cresce più velocemente della sua superficie (funzione quadrata). Ciò pone un limite alle dimensioni dell'organismo, perché le sostanze dall'esterno dell'organismo devono passare all'interno e attraverso l'organismo per diffusione, che dipende da ampie aree di superficie, brevi distanze e differenze di concentrazione. Man mano che un organismo si ingrandisce, la distanza dal suo centro aumenta e la diffusione rallenta. Per mantenere distanze di diffusione praticabili, un organismo deve avere molte piccole cellule invece di una grande cellula. Quindi, un alieno sarebbe multicellulare se fosse più grande di un microbo. (Non ci aspetteremmo di trovare un organismo unicellulare della larghezza di anni luce come quello ritratto nell'episodio originale di Star Trek "La sindrome dell'immunità".)

La vita aliena si evolverebbe e si adatterebbe all'ambiente circostante secondo la teoria dell'evoluzione come spiegato in precedenza.

La composizione fisiologica di un alieno multicellulare sarebbe più adatta al suo ambiente. I sistemi di organi verrebbero adattati alle condizioni ambientali come temperatura, umidità e gravità.

• L'alieno avrebbe un modo per portare solidi, liquidi e gas all'interno del suo corpo, distribuendoli a ogni cellula e rimuovendo i prodotti di scarto (equivalenti di cuore, vasi sanguigni e reni, per esempio).
• L'alieno sarebbe in grado di assorbire energia dall'ambiente circostante, estrarre l'energia ed eliminare i rifiuti.
• L'alieno avrebbe i sensi (come la vista, il suono, il tatto) per ottenere informazioni dall'ambiente e rispondere agli stimoli (mentre usiamo la visione come nostro senso primario, questo potrebbe non essere vero per gli alieni). Avrebbero anche un qualche tipo di cervello o sistema nervoso per elaborare le informazioni.
• L'alieno avrebbe dei mezzi di riproduzione, sessuali o asessuali.

Gli organismi alieni avrebbero probabilmente strutture ecologiche simili alla vita sulla Terra.

• Le dimensioni della popolazione sarebbero limitate in base alla predominanza di cibo, predatori, malattie e altri fattori ambientali.
• Le forme di vita aliene esisterebbero nelle catene alimentari e nelle reti alimentari nel loro ambiente nativo, come la vita sulla Terra. I produttori produrranno il cibo, i consumatori mangeranno i produttori e / o altri consumatori e i decompositori ricicleranno gli atomi e le molecole degli organismi morti nell'ambiente.
• Le forme di vita aliene saranno integrate con i loro habitat ed ecosistemi, come la vita sulla Terra.

Come puoi vedere, la vita di qualsiasi tipo è intimamente legata al suo ambiente, quindi le caratteristiche del pianeta sarebbero estremamente importanti nel determinare le caratteristiche della forma di vita.

Con queste regole di base in mente, e poiché nessuna forma di vita extraterrestre è stata definitivamente scoperta, la fisiologia aliena si trova nel regno della nostra immaginazione. Gli autori di fantascienza, specialmente quelli "duri" che cercano di aderire strettamente alla scienza reale, lo fanno da anni. Prima progettano o costruiscono un mondo, elaborandone attentamente le caratteristiche fisiche, astronomiche ed ecologiche. Successivamente, lavorano scoprire che tipo di alieni potrebbero esistere in quel mondo. Un esempio di uno di questi esercizi di costruzione del mondo può essere trovato presso l'Epona Project, dove diversi scrittori di fantascienza si sono riuniti per creare un mondo chiamato Epona, completo di planetari, geologici ed ecologici dati. Un artista, Steven Hanly, ha creato le creature di Epona.

Per il suo romanzo "Mission of Gravity", Hal Clement ha creato un mondo chiamato Mesklin che circonda una doppia stella. Mesklin ruota una volta ogni diciotto minuti e ha una forma appiattita causata dalla sua rotazione. La gravità di Mesklin varia da tre volte la gravità terrestre, all'equatore, a settecento volte ai poli. Mesklin ha un'atmosfera di idrogeno e oceani di metano. I meskliniti, una delle forme di vita del pianeta, sono piccole creature simili a millepiedi costituite da una proteina scheletrica di insetti chiamata chitina. Hanno 18 paia di gambe che terminano in piedi a ventosa, pinze in avanti per afferrare, un forte sistema circolatorio e assorbono l'idrogeno proprio attraverso i loro gusci. Sono immensamente forti - il risultato di vivere in un mondo ad alta gravità, ma hanno paura di essere raccolti perché una caduta da una piccola altezza potrebbe essere fatale con una gravità così elevata. (Vedi "Barlowe's Guide to Extraterrestrials" e "The Science of Aliens" per le descrizioni dei meskliniti e di altre forme di vita aliene.)

A, abbiamo immaginato un mondo alieno e forme di vita aliene. Nel nostro mondo, il pianeta orbita attorno a una stella luminosa. Solo il 10 per cento del mondo è coperto da acque superficiali, ma in tutta la massa terrestre ci sono sacche d'acqua che si raccolgono sotto la sabbia a causa delle scarse precipitazioni. L'ambiente è caldo e arido e il sole è luminoso. Il pianeta è enorme e ha una gravità cento volte più forte di quella della Terra. L'atmosfera è una miscela di aria simile alla Terra di elio, ossigeno e anidride carbonica.

Le due forme di vita aliene che immaginiamo per questo mondo sono animali: predatori mobili che vivono intorno ai pochi piccoli corpi d'acqua superficiali del pianeta. Entrambi gli alieni sono bassi, alti circa 1 piede (30 centimetri), con arti spessi per sostenere il loro peso contro l'immensa gravità. Entrambi hanno coperture o pelli spesse per ridurre al minimo l'evaporazione e conservare l'acqua. Per raccogliere informazioni, uno si basa principalmente sulla vista, mentre l'altro utilizza i sensi chimici (gusto e olfatto).

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Il Lashlarm, un animale alieno

Il Lashlarm è il nostro primo predatore alieno. Sembra un water da passeggio. La porzione di bocca è sostenuta da tre gambe a stelo collegate a un piedistallo piatto. Sotto il piedistallo ci sono molte scale, quindi il piedistallo scivola sulla superficie della sabbia proprio come un serpente si muove lungo il terreno. Ha diverse appendici sensoriali che gli consentono di localizzare la preda con mezzi chimici. Caccia vicino ai piccoli specchi d'acqua superficiali, tastando il bordo dell'acqua e gustando la sabbia e l'acqua per altri animali. Dopo aver individuato la preda, il Lashlarm si accovaccia e scivola verso di esso. Il Lashlarm quindi apre la sua grande bocca e si abbatte sulla preda, inghiottendola intera.

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Il Nirba, un predatore alieno

Il Nirba è leggermente più grande del Lashlarm. Vive nell'acqua, vicino al bordo, proprio come un coccodrillo o un alligatore ma non è completamente acquatico. Il Nirba esce per predare altri animali che scendono in acqua, in particolare il Lashlarm. Ha una grande testa con le narici situate sopra il naso in modo che possa respirare mentre è per lo più sommerso. Il Nirba ha una pelle spessa, per prevenire la disidratazione mentre è fuori dall'acqua sotto il sole caldo, e zampe anteriori grandi e muscolose con grandi artigli per uccidere la sua preda. Una lunga coda lo aiuta a nuotare nell'acqua e l'estremità "punta di freccia" aiuta nella caccia e nella difesa del territorio.

Per ulteriori informazioni sulla vita aliena e argomenti correlati, controlla i collegamenti nella pagina seguente.

Riferimenti alla speculazione aliena

• "La scienza degli alieni"
• "Guida di Barlowe agli extraterrestri"
• "Aliens and Alien Societies"
• "Costruzione del mondo"
• "Condivisione dell'universo: prospettive sulla vita extraterrestre"

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Altri ottimi link

• PBS: Life Beyond Earth
• Biologia planetaria
• Astrobiology: The Living Universe
• Home Page della NASA Astrobiology Institute
• Woods Hole Oceanographic Institution: Dive and Discover - Expeditions to the Seafloor
• Introduzione ad Archaea: Life's Extremists ...