Mungkin Anda tak menyadarinya, tapi karbon adalah elemen fundamental bagi kehidupan di Bumi. DNA dan RNA tersusun dari karbon. Tentu saja, tidak hanya karbon, tetapi karbon dapat berikatan dengan molekul lain untuk membentuk rantai panjang yang diperlukan agar kehidupan dapat eksis. Bukan hanya kehidupan manusia, tetapi setiap jenis kehidupan dari tumbuhan hingga jamur hingga mamalia, serangga, sebut saja. Segala sesuatu di planet kita yang hidup berbasis karbon.
Dalam istilah teknis, kehidupan di mana pun harus berbasis karbon. Dapat dibayangkan bahwa elemen lain dapat menggantikan karbon dalam pembentukan rantai molekul yang membentuk fondasi kehidupan ini, tetapi itu semua teoretis. Kita belum pernah benar-benar melihat bentuk kehidupan non-karbon sebelumnya, sebagian besar kita hanya melemparkannya ke dalam fiksi ilmiah dan kemudian membuatnya tampak agak aneh.
Jika semua kehidupan benar-benar berbasis karbon, maka itu mengarah pada pertanyaan mengapa. Apa yang membuat karbon menjadi elemen ideal untuk formula kehidupan? Dan seberapa besar kemungkinan teori-teori yang kita miliki tentang elemen lain? Elemen mana yang dapat membentuk kehidupan dan bagaimana kita mengetahuinya? Mari kita lihat!
Apa yang Membuat Karbon Mampu Membentuk Kehidupan?
Meskipun hidrogen adalah elemen paling melimpah di alam semesta, dan oksigen diperlukan untuk kehidupan, karbon adalah hal yang membentuk kehidupan dan merupakan elemen terpenting dalam persamaan itu. Itu karena karbon memiliki beberapa sifat unik yang tidak dimiliki banyak elemen lain. Secara khusus, karbon sangat baik dalam hal kerja tim. Karbon mudah berikatan dengan elemen lain dan ikatan itu kuat.
Karena ikatan karbon sangat kuat, memungkinkan pembentukan molekul yang sangat rumit. DNA, misalnya, adalah molekul yang sangat rumit. Tetapi itu berfungsi karena ikatan karbon menahannya bersama-sama. Ia dapat dengan mudah membentuk rantai polimer panjang yang memungkinkan DNA dan protein ada karena mereka bisa menjadi sangat panjang.
Rumus molekul untuk DNA adalah C15H31N3O13P2. Seperti yang Anda lihat, karbon memiliki kehadiran yang kuat dalam molekul. Ia berikatan di sini dengan hidrogen, nitrogen, oksigen, dan fosfor. Itu adalah elemen dasar kehidupan. Segala sesuatu yang lain terstruktur di sekitar itu sehingga karbon agak seperti perancah, atau kerangka di mana kehidupan didasarkan.
Dunia kita benar-benar penuh dengan karbon, terutama relatif terhadap banyak elemen lain. Karbon sebenarnya adalah elemen paling umum keempat di seluruh alam semesta. Tiga yang pertama adalah hidrogen, helium, dan oksigen, yang semuanya adalah gas. Karbon karena itu adalah padatan paling umum yang akan Anda temukan. Masuk akal kemudian bahwa itu mungkin integral untuk kehidupan, mengingat kelimpahannya.
Karena atom sangat kecil, itu membuatnya jauh lebih mudah untuk membentuk rantai molekul yang sangat rumit. Seperti yang kami sebutkan, karbon dapat membentuk protein, serta gula. Hal-hal yang dibutuhkan kehidupan untuk energi berbasis karbon sama seperti kehidupan itu sendiri. Itu berarti makhluk hidup dapat memecah molekul berbasis karbon lainnya untuk mendapatkan energi dari mereka untuk mempertahankan kehidupan. Ini adalah semacam skenario “Anda adalah apa yang Anda makan” skala mikro.
Siklus Karbon
Bumi menikmati sesuatu yang disebut siklus karbon. Ini adalah proses skala makro yang mencakup segala sesuatu di dunia. Ini memungkinkan seluruh planet untuk mendaur ulang karbon, menyebarkannya, dan, dalam beberapa cara, memastikan bahwa kehidupan dapat terus terjadi.
Dunia memiliki jumlah karbon yang terbatas. Kita tidak menghancurkannya, tetapi kita juga tidak menciptakannya. Itu bukan hal yang benar-benar dapat kita lakukan, tentu saja tidak dalam skala. Jadi kita hanya memiliki karbon sebanyak yang pernah kita miliki. Itu berarti segala sesuatu yang menggunakannya perlu membaginya di beberapa titik. Sangat mungkin beberapa karbon di dalam Anda sekarang pernah berada di dalam Abraham Lincoln, tyrannosaurus rex, dan mungkin segelintir organisme bersel tunggal pertama yang mengayuh di sekitar kolam-kolam itu ketika kehidupan dimulai di planet kita.
Tumbuhan menarik karbon dioksida dari udara. Itu disimpan di tanah dan di sistem akar dan dapat dilepaskan lagi ketika tanaman ini mati. Lautan menyerap karbon dan organisme hidup seperti hewan menghembuskannya ke atmosfer untuk bertukar dengan oksigen.
Sebagian besar siklus karbon berkaitan dengan atmosfer dan bagaimana karbon dioksida mempengaruhi udara dan suhu global. Tetapi Anda dapat melihat bagaimana karbon juga menyebar dengan cara lain ketika diserap oleh tanaman, tanaman dikonsumsi oleh hewan; hewan dikonsumsi oleh kita, dan atom-atom karbon ini terus-menerus digunakan dalam pertukaran dalam berbagai bentuk. Bukan hanya karbon dioksida, itu adalah protein, dan gula, dan molekul lain yang dibagikan antara organisme dalam tarian siklis kehidupan.
Apakah Biokimia Lain Mungkin?
Jadi, jika karbon dapat membentuk dasar-dasar kehidupan karena mudah berikatan dengan elemen lain, apakah ada elemen lain yang mampu melakukan tugas yang sama? Seperti yang terjadi, sementara karbon sangat cocok untuk tugas ini, ia tidak sendirian. Ingat, ini semua sepenuhnya teoretis, tetapi apa sains jika tidak mengajukan pertanyaan untuk melihat apakah sesuatu itu mungkin?
Silikon
Silikon terletak di tabel periodik elemen tepat di bawah karbon. Biasanya elemen yang paling sering dikutip ketika orang membahas bentuk kehidupan potensial lainnya. Alasan untuk ini adalah bahwa silikon meniru karbon dalam banyak hal ketika datang untuk membentuk molekul. Tidak sebaik dalam membentuk ikatan rumit dengan elemen lain, tetapi masih cukup baik.
Secara struktural, banyak ikatan dan molekul silikon menyerupai yang dibuat dengan karbon. Silikon dapat membuat ikatan yang kuat dengan oksigen juga, yang akan penting untuk menciptakan elemen kehidupan, setidaknya seperti yang kita pahami. Tetapi ada juga beberapa potensi kelemahan untuk ini juga.
Tidak semua ikatan silikon akan sekuat ikatan karbon. Silikon ideal untuk suhu tinggi, tetapi pada suhu permukaan normal di bumi, ikatan karbon jauh lebih kuat. Juga, atom silikon jauh lebih besar dari atom karbon. Itu membuat mereka sedikit kikuk dalam molekul tertentu dan mengurangi potensi menciptakan beberapa polimer paling rumit yang dibuat karbon.
Para peneliti telah berhasil memanipulasi mikroba di laboratorium untuk membuat senyawa organik dari silikon, sesuatu yang tidak terjadi secara normal di alam. Ini memberikan banyak kekuatan pada gagasan bahwa mungkin suatu hari kita bisa menemukan kehidupan silikon di alam semesta.
Metana
Sedikit lebih teoretis daripada silikon adalah gagasan tentang bentuk kehidupan berbasis metana potensial. Di sinilah hal-hal menjadi jauh lebih ilmiah dan sulit dipahami. Setidaknya karbon dan silikon adalah elemen tunggal. Metana adalah molekul yang terbuat dari karbon dan oksigen jadi mungkin ini secara teknis kehidupan berbasis karbon lagi? Namun demikian, metana bukanlah sesuatu yang dapat berkembang dengan baik oleh sebagian besar kehidupan di Bumi. Anda tentu tidak ingin mencoba menghirupnya sepanjang waktu.
Para peneliti di NASA yang mempelajari salah satu bulan Saturnus, Titan, menemukan vinil sianida di atmosfer. Mereka percaya bahwa senyawa organik ini dapat menyediakan membran sel untuk bentuk kehidupan berbasis metana. Kemungkinan hanya kehidupan mikroba di lautan metana yang menutupi bulan, tetapi secara teoretis, itu bisa berhasil.
Membran di Titan harus dibentuk dari nitrogen, karbon, dan hidrogen tidak seperti fosfor dan oksigen seperti yang Anda temukan di sini di Bumi.
Belerang
Fosil tertua yang pernah kita temukan di Bumi berasal dari 3,4 miliar tahun yang lalu. Saat itulah kehidupan baru saja dimulai dan kita tidak memiliki planet yang terlihat seperti sekarang ini. Tidak ada oksigen di atmosfer, tidak ada fotosintesis yang terjadi untuk mengubah karbon dioksida menjadi sesuatu yang bisa bernapas. Dunia itu panas dan bergas dan sangat tidak ramah bagi apa pun yang hidup sekarang. Jadi bagaimana kehidupan terbentuk di tempat pertama dan apa yang dilakukannya?
Fosil yang ditemukan oleh para ilmuwan menunjukkan bukti mikroba berbasis belerang. Mereka menggunakan belerang sebagai sumber energi yang membantu mereka tumbuh dan bereproduksi. Fosil-fosil ini juga memberikan beberapa harapan pada gagasan untuk suatu hari menemukan kehidupan, atau setidaknya bukti kehidupan masa lalu, di Mars.
Selain itu, diyakini bahwa beberapa senyawa belerang yang membantu menabur kehidupan di bumi datang dari luar angkasa untuk memulai. Jika mereka mendarat di sini dan melahirkan dinosaurus dan merpati dan pemain sepak bola, siapa yang tahu apa yang mungkin terjadi di planet lain?
Amonia
Seperti metana, amonia adalah zat lain yang sebagian besar makhluk hidup di bumi tidak akan berkembang di dalamnya, untuk sedikitnya. Kehidupan berbasis amonia telah diteorikan tetapi, dalam hal ini, kurang tentang amonia yang menggantikan karbon, yang tidak dapat dilakukannya karena itu adalah molekul dan bukan atom, tetapi menggantikan air.
Amonia tidak sepenuhnya bertentangan dengan kehidupan. Kita menghasilkan amonia dalam urin kita, jadi itu adalah bagian dari biologi kita meskipun tidak dianggap organik. Itu hanya karena itu adalah senyawa berbasis nitrogen dan tidak ada karbon di dalamnya. Kehidupan berbasis karbon adalah apa yang organik. Yang mengatakan, jika kita dapat menemukan kehidupan non-karbon, Anda harus mengubah definisi organik Anda.
Karena begitu sedikit planet di tata surya, dan bisa dibilang alam semesta pada umumnya, memiliki air cair, tidak masuk akal untuk bertanya-tanya cairan lain apa yang masih dapat digunakan dalam pembentukan kehidupan. Kehidupan seperti yang kita tahu menuntut air, tetapi siapa bilang kehidupan harus sama dengan kita? Di situlah amonia masuk.
Hanya ada begitu banyak cairan yang mungkin Anda temukan dalam kelimpahan bahkan di tata surya kita sendiri. Merkurius dan Venus memiliki asam sulfat. Sementara kita memiliki air, dan air telah ditemukan di beberapa bulan di luar sana, planet-planet yang lebih dingin kemungkinan akan memiliki amonia yang memiliki titik beku yang lebih rendah. Jika Anda semakin dingin, metana mencair, dan kemudian bahkan nitrogen dapat hadir dalam bentuk cair di jangkauan terluar sistem.
Hanya karena ada cairan yang menekannya tidak berarti itu dapat bekerja dalam bentuk kehidupan. Ia perlu memenuhi sejumlah kriteria termasuk apakah ia berfungsi sebagai pelarut, memiliki viskositas rendah, mengatur suhu dengan baik, dan faktor-faktor lainnya. Mengingat segala sesuatu yang perlu dipertimbangkan, jika kita menghilangkan air cair yang, seperti yang kita tahu, ideal, maka amonia adalah pilihan terbaik kita berikutnya.
Amonia adalah molekul paling melimpah ke-4 di alam semesta dan secara kimiawi sangat mirip dengan air. Itu tidak memenuhi air head to head dalam semua cara kita membutuhkan pelarut kehidupan untuk beroperasi, tetapi kita juga mendasarkan pengetahuan kita pada apa yang kita ketahui dan lihat, jadi sulit untuk mengetahui apakah kita kehilangan detail atau tidak.
Kehidupan Kalung Kosmik
Ada teori lain tentang bagaimana kehidupan dapat terbentuk di suatu tempat di alam semesta yang meninggalkan gagasan kehidupan berbasis karbon jauh di kaca spion. Ini bahkan di luar gagasan kehidupan silikon, kehidupan berbasis amonia, atau semacamnya. Ini adalah kehidupan kalung kosmik, dan itu adalah yang paling ekstrem dari ekstrem.
Jika Anda mempertimbangkan apa yang Anda ketahui tentang kehidupan ekstrem di Bumi, Anda mungkin menemukan sesuatu seperti tardigrade. Organisme kecil ini dapat eksis dalam dingin ekstrem, panas ekstrem, bahkan ruang hampa. Ada juga bentuk kehidupan yang ada di sekitar ventilasi hidrotermal yang sangat panas dan beracun yang meletus di dasar laut. Meskipun hal-hal ini adalah outlier, mereka menunjukkan bahwa ada kalanya kehidupan dapat berkembang dengan cara yang menentang harapan kita. Di mana 99,9% dari segala sesuatu yang lain akan mati, hal-hal ini hidup sebahagia kerang. Sekarang mari kita bayangkan itu pada skala kosmik.
Jika kita menghilangkan apa yang kita pikir kita ketahui tentang apa yang diperlukan untuk kehidupan, yang pada dasarnya adalah karbon, oksigen, air, gravitasi yang tepat, jarak yang tepat dari bintang, kita dapat mulai mencari di beberapa tempat yang sangat eksotis. Seperti di dalam bintang itu sendiri.
Ini sangat teoretis, tetapi idenya adalah bahwa mungkin ada partikel, tidak seperti Higgs Boson, yang disebut monopoli magnetik. Kita bahkan tidak tahu apakah partikel ini nyata. Seperti Higgs Boson, itu telah teoretis untuk waktu yang lama. Sementara Higgs Boson akhirnya terbukti nyata, yang ini masih menghindar kita.
Jika itu nyata, itu mungkin dapat diulir bersama pada string kosmik untuk membentuk struktur seperti DNA di dalam bintang. Jika kemampuan untuk mereplikasi diri dikodekan dalam RNA dan DNA, maka partikel-partikel ini mungkin dapat melakukan fungsi serupa di dalam bintang, mengkode dan mereproduksi menciptakan semacam kehidupan tidak seperti apa pun yang ada di dunia kita. Ini akan menjadi kehidupan berbasis partikel, setidaknya blok bangunannya.
Adapun apakah kalung-kalung ini dapat membentuk sesuatu dengan kesadaran, sekarang kita benar-benar berada di ranah spekulasi dan siapa yang tahu?