A los mismos extremos de temperatura y presión se encuentra la vida terrestre, el silicio es inferior al carbono porque no puede formar largas cadenas consigo mismo. A temperaturas y presiones extremas en las que la vida basada en el carbono no podría sobrevivir (p. ej., venusiana), los polímeros basados ​​en el silicio permanecerían estables. ( Fuente )

El silicio tendría que alternarse con otro elemento como el oxígeno, el nitrógeno o el boro para formar cadenas largas, pero por lo demás tendría el mismo potencial para los polímeros que el carbono. Nosotros mismos utilizamos polímeros a base de silicona para lubricantes y plásticos. Probablemente usarían los mismos elementos que nosotros, aunque en arreglos muy diferentes.

La vida basada en silicio no podría respirar oxígeno de la misma manera que lo hacemos por varias razones:

• El dióxido de silicio es un sólido, por lo que cada vez que exhalan producirían un polvo fino (¿o un ladrillo?) en lugar de un gas. Esto es muy ineficiente en comparación con la exhalación de gas.
• Dado que probablemente no usarían agua como su solvente de elección, entonces, para empezar, el oxígeno libre no podría existir en su atmósfera. La razón por la que nuestra atmósfera es rica en oxígeno es porque las plantas, las cianobacterias y otros autótrofos fotosintéticos extraen el oxígeno del agua durante la fotosíntesis y lo exhalan como producto de desecho. ( Fuente )

Los halógenos como el cloro y el flúor pueden producir compuestos gaseosos con el silicio, como el tetrafluoruro de silicio que los volcanes vierten naturalmente en nuestra propia atmósfera. Sin embargo, los halógenos son más pesados ​​y reactivos que el oxígeno (y retardantes de llama) y, por lo tanto, la vida útil del silicio debería compensar. Sin embargo, su sol tendría que liberar una radiación ultravioleta mucho más fuerte para impulsar su fotosíntesis para extraer halógenos. ( Fuente )

Dado que asumimos una temperatura ambiental por encima del punto de ebullición del agua y el punto de descomposición de la glucosa, de modo que se prefiere el silicio al carbono, el ácido sulfúrico (u otro compuesto de azufre si está por encima del punto de ebullición del ácido sulfúrico) es el disolvente potencial más obvio. . ( Fuente )

En cualquier caso, no habría una correspondencia uno a uno entre las ecuaciones químicas de los procesos biológicos entre las formas de vida de silicio y carbono, ya que no podrían utilizar sus disolventes y reactivos equivalentes de la misma manera. La síntesis podría hacer reaccionar, por ejemplo, SiF4 con HF o HCl (gaseosos o disueltos en solución) para producir análogos de azúcar y F o Cl libres para potenciar la respiración. La respiración también haría reaccionar F o Cl con los análogos de azúcar para producir energía y exhalar SiF4 y HF o HCl gaseosos como desechos. Su bioquímica ya es notablemente diferente porque no usan su solvente como donante de electrones y exhalan dos tipos de desechos gaseosos.

He respondido preguntas relacionadas con esto un par de veces y vinculo esas preguntas aquí (¿ Cuáles son algunas alternativas bioquímicas al carbono ?) y aquí ( La vida en un mundo fundido ).

Mi referencia es el siempre valioso sitio web de Atomic Rockets: Building Blocks . Este recurso proporciona las referencias que utilizó para desarrollar su lista.

Esta tabla no identifica la molécula portadora de información que podría ir con el solvente y la molécula de bloque de construcción.

Atomic Rockets enumera estas otras posibilidades de solventes y macromoléculas (pero no enumera los rangos de temperatura sugeridos):

• Amoníaco - (mostrado) podría reemplazar el agua como solvente. A altas presiones, el amoníaco permanece líquido en un rango de temperatura más amplio que el agua.
• Boro : los nitruros de boro podrían reemplazar las cadenas de carbono como macromolécula. Los nitruros de boro pueden funcionar mejor con el disolvente de amoniaco que con las macromoléculas de carbono.
• Nitrógeno : combinado con otros elementos (boro, azufre o fósforo) podría reemplazar las cadenas de carbono como una macromolécula.
• Fósforo : combinado con otros elementos (carbono, nitrógeno o silicio) podría reemplazar las cadenas de carbono como macromolécula.

Hay posibilidades aún más extremas.

El término que he visto usado para describir los solventes necesarios para la vida basada en silicio es criosolvente . En Planets and Life: The Emerging Science of Astrobiology , de Sullivan & Ross (extracto relevante aquí ), los autores citan el trabajo de Bains (2004) sobre varios solventes alternativos para formar la base de varias bioquímicas extraterrestres. El etano, el metano y el dinitrógeno líquido se consideran posibilidades, y el dinitrógeno líquido es el más prometedor para la vida basada en el silicio.

A bajas temperaturas, pueden existir cadenas de silicio a silicio, que contienen hasta 30 átomos de silicio y mimetizan la estructura de ciertos polímeros de carbono ¹ . Como se indica aquí , estas cadenas no son tan estables como las cadenas de carbono y menos estables en muchos líquidos. Sin embargo, esto se convierte en un problema menor a bajas temperaturas. Además, como dice el sitio web de Bains , el silicio puede ser la única opción para el dinitrógeno líquido.

¡Casi paradójicamente, la vida basada en el silicio tiene ventajas sobre el carbono a altas temperaturas, como lo discute el Centro de Astrofísica ! Los enlaces silicio-oxígeno y silicio-aluminio pueden soportar temperaturas cientos de grados Kelvin por encima de las temperaturas de la Tierra. Sin embargo, la falta de un buen disolvente que sea compatible con el silicio a estas temperaturas es un escollo. El ácido sulfúrico se ha considerado como disolvente, pero no, que yo sepa, con el silicio.

Como se menciona aquí , la fotosíntesis del silicio también es posible. Sin embargo, tenga cuidado antes de establecer una analogía directa entre la vida basada en el silicio y la vida basada en el carbono en términos de respiración. Como se muestra aquí , el SiO ₂ producido a partir de la respiración (el análogo del CO ₂ ) sería sólido, lo que dificultaría mucho la respiración de un organismo.

Bains escribe en su sitio web que se podría crear un sistema análogo al Ciclo de Krebs utilizando etileno, acetileno y agua, lo que generaría CO ₂ y metano, pero no discute si esto podría suceder a bajas temperaturas ni con qué rapidez. Todavía tienes el problema de la inestabilidad de las cadenas silicio-silicio frente al agua.

^{1 Como concluyó este informe , también son posibles las cadenas “híbridas” de la forma Si _n C _2n H _2n+1 O _{n+1 .} Se verían así:}

^{Sin embargo, no estoy al tanto de los regímenes de temperatura en los que podrían permanecer estables.}

Estoy publicando esta respuesta para consolidar algunos puntos planteados en las respuestas originales por varias personas y ampliar/aclarar puntos que podrían haber sido respuestas mejor escritas.

Algunas referencias útiles

Un libro muy interesante, disponible de forma gratuita en la web ahora , es Xenology: An Introduction to the Scientific Study of Extraterrestrial Life, Intelligence, and Civilization de Robert A. Freitas Jr. Esto fue escrito entre 1975 y 1979, por lo que está un poco anticuado. . Pero, §8.2.3, Alternativas al carbono , es más o menos de lo que trata esta pregunta.

Una referencia muy utilizada para Worldbuilding es el sitio web de Atomic Rockets. La página Building Blocks cubre alternativas a la vida tal como la conocemos.

La página web Alternative Forms of Life en David Darling's Encyclopedia of Science es similar. Es un índice de páginas en el mismo cuerpo.

Caliente o frío ?

En primer lugar, aclaremos qué implican las biomoléculas "basadas en silicio". Es bien sabido que una diferencia entre el Si y el C es que el Si tiene una mayor fuerza de unión y cosas como la grasa de silicona se producen para uso a alta temperatura. Entonces, concluimos que los análogos de Si de las moléculas que contienen carbono necesitarían (y resistirían) temperaturas más altas.

Bueno, eso no es del todo correcto. Nuestra grasa, masilla y sellador contienen Si, pero no son análogos directos a las moléculas de hidrocarburo. Contienen silicio y oxígeno alternados como reemplazo del carbono en la cadena principal y, además, las cadenas laterales son cadenas convencionales que contienen carbono.

(( La Figura 8.4 en Freitas se hizo en una máquina de escribir. Me pregunto si se podrían hacer algunas representaciones modernas y publicarlas aquí . Imagine una ilustración de polidimetilsiloxano, fenilsilicona, etc.))

Por lo tanto, las moléculas de alta temperatura no estarían simplemente basadas en silicio y todavía necesitan carbono. Freitas señala que la mayor tolerancia a la temperatura es modesta y probablemente no valga la pena.

Primero, muchas siliconas tienden a desarmarse en moléculas de anillo a temperaturas de aproximadamente 300 a 350 °C. (Se observa un comportamiento similar en la mayoría de los compuestos de carbono complejos, pero a temperaturas algo más bajas). Sería difícil que las siliconas se mantuvieran estables en climas mucho más cálidos, y no está claro si esta ligera ventaja térmica es suficiente para permitir que el Si supere la competencia. C en un régimen de alta temperatura.

Por otro lado, las cadenas de silicio puro, análogas a las cadenas de carbono, son posibles a temperaturas criogénicas. Además, el nitrógeno líquido es un disolvente adecuado. Entonces, en lugar de Horta, tenemos a Nadreck the Palainian. Pero, esto plantea el problema de que los niveles de energía para el metabolismo serían demasiado altos y harías estallar todo en pedazos en lugar de combinar y dividir otras moléculas de lo que se trata estar vivo.

Entonces, ¿qué otros elementos?

Resulta que las moléculas complejas necesitan carbono además de silicio. Algunos polímeros de alta temperatura útiles usan Si, O y H en abundancia, y también incorporan algunos elementos más exóticos: germanio, estaño y plomo, por ejemplo, se muestra en la figura 8.4 de Freitas.

Si intenta evitar el carbono, a menudo puede usar mitad y mitad de boro y nitrógeno en su lugar. Nuevamente, Freitas muestra esto en la figura 8.6.

Esperaba más átomos alternativos , como azufre en lugar de oxígeno, para ir con la idea de alta temperatura. Pero ese no parece ser el caso, y las moléculas con las que estamos familiarizados usan cadenas laterales orgánicas comunes cuando producen productos que funcionan en el rango de 250 a 300 °C.

Sin embargo, como relata Freitas, al informar a mediados de la década de 1970 sobre los descubrimientos realizados poco antes, HR Allcock comentó: "... ahora parece probable que casi cualquier conjunto de propiedades requeridas se pueda diseñar en el polímero mediante una elección juiciosa de los grupos laterales".

Entonces, podemos tener todo tipo de elementos , muchos más de los que tenemos en la bioquímica familiar. En lugar de un átomo de metal impar u otra bola rara como parte de un catalizador crítico, podríamos tener un número abundante de otros átomos de elementos utilizados como parte de la unidad de repetición del polímero, y una mezcla heterogénea de elementos en las cadenas laterales de moléculas útiles, como así es como se afinan sus propiedades.

Me parece que esto dificultaría la evolución de un conjunto de herramientas simple de propósito general de partes comunes. Las partes comunes pueden basarse en unidades más grandes que la vida familiar, con varios tipos de moléculas complejas que usan una gran cantidad (desde nuestro punto de vista) de elementos diferentes, en lugar de solo CHON.

Resumen

La vida a alta temperatura que usa silicio usará los mismos elementos que nosotros, y todos los demás elementos que tiene disponibles también. En lugar de obtener propiedades variadas y cuidadosamente ajustadas a partir de diferentes arreglos de unos pocos tipos de átomos, esta vida alternativa necesitaría usar muchos más tipos de elementos para lograr la cuidadosa adaptación de las propiedades.

Los bloques de construcción reutilizables más básicos serían bastante grandes, en comparación con los nuestros, ya que se necesita una molécula compleja con cadenas laterales para que haga exactamente lo que se necesita. Y al desarrollar una nueva molécula distinta y novedosa para cada necesidad, para hacer un conjunto reutilizable más básico, deben ser herramientas de uso general que se puedan reutilizar tal como están.

Tenemos una falta de solvente universal. La idea de citoplasma será muy diferente, con diferentes formas de entregar, distribuir y reaccionar estos componentes básicos. Eso no se elabora aquí, pero debería ser una pregunta nueva.

Todas las respuestas son realmente buenas y ciertamente no tengo el mismo conocimiento sobre el tema, pero consulte este enlace:

https://especulativeevolution.fandom.com/wiki/Alien_planets

Aquí, desplácese hacia abajo y verifique la tabla de "esquemas biológicos". Creo que está tomado de Xenology (recomiendo leerlo, es fantástico). Allí encontrará esquemas completos de qué tipo de solvente se usaría, qué tipo de gases serían inhalado y exhalado y así sucesivamente.

Sin embargo, si miro esos esquemas, no estoy seguro de qué funcionaría realmente para el silicio. Sé que la respiración es un problema grave, ya que el dióxido de silicio = cuarzo. Sin embargo, es un tema fantástico para un mundo de ciencia ficción, y hay probablemente muchas maneras de usarlo. Pero no sería muy científico, porque hasta donde yo sé, la mayoría de los científicos dicen que este tipo de sistema respiratorio no es eficiente en absoluto, y probablemente tengan razón. Pero no sabemos Seguro, para que puedas pensar en algo.

El N2 líquido (nitrógeno) podría ser EL solvente para la vida del silicio. Algunos especulan que hay un océano de nitrógeno líquido debajo de la superficie del Tritón. Además, los lagos de metano-etano podrían funcionar, ya que Titán se ve con frecuencia como un lugar que podría ser amigable con los microorganismos basados ​​en silicio. .

Probablemente sepa esto, pero la vida del silicio puede ser una o varias de las tres: vida a baja temperatura, vida a alta temperatura o vida a alta presión. En todos los lugares donde el carbono no funciona.

Un extracto de Wikipedia sobre la novela "Una rareza marciana" de Stanley G.Weinbaum:

"Al llegar a Xanthus, una región desértica fuera del Mare Cimmerium, Jarvis y Tweel encuentran una línea de pequeñas pirámides de decenas de miles de años de antigüedad hechas de ladrillos de sílice, cada una abierta en la parte superior. A medida que siguen la línea, las pirámides poco a poco se vuelven más grandes. y más nuevos. Al final de la línea, encuentran una pirámide que no está abierta en la parte superior. Luego, una criatura con escamas grises, un brazo, una boca y una cola puntiaguda se abre paso fuera de la parte superior de la pirámide, se arrastra varias yardas por el suelo, luego se planta en el suelo por la cola. Se quita los ladrillos de la boca a intervalos de diez minutos y los usa para construir otra pirámide a su alrededor. Jarvis se da cuenta de que la criatura está basada en silicio en lugar de a base de carbón; ni animal, ni vegetal ni mineral, sino un poco de cada uno. Los ladrillos son los desechos de la criatura".

Esto podría darte una idea.