탄소기반생활

Carbon-based life
탄소 원자의 루이스 구조, 네 개의 원자가 전자를 보여줍니다.

탄소지구상에 알려진 모든 생명체의 주요 구성 요소이며, 모든 건조 생물량의 약 45-50%를 차지합니다.[1] 탄소 화합물은 지구에서 자연적으로 매우 풍부하게 발생합니다. 복잡한 생물 분자는 다른 원소, 특히 산소수소결합된 탄소 원자로 구성되며 종종 질소, 황(통칭 CHNOPS)으로 알려져 있습니다.[2][3]

탄소 분자는 가볍고 크기가 상대적으로 작기 때문에 효소가 조작하기 쉽기 때문에 탄산무수화효소가 이 과정의 일부입니다. 탄소는 원자번호 6으로 주기율표에서 5는 붕소, 7은 더 무거운 기체질소입니다. [4] 탄소 순환은 긴 시간 동안 지구상의 생명을 유지하는 데 중요한 생물 지구화학적 순환입니다. 사이클에는 탄소 격리탄소 흡수원이 포함됩니다. [5][6] 판구조론은 오랜 기간에 걸쳐 생명체를 위해 필요하며, 판구조론 과정에서 탄소 기반의 생명이 중요합니다.[7] 38억 년 전부터 38억 5천만 년 전까지 지구에 살았던 철과 황을 기반으로 한 산소 발생 광합성 생물이 풍부한 검은 셰일 퇴적물을 만들어냅니다. 이러한 셰일 퇴적물은 특히 해저에서 열 흐름과 지각 부력을 증가시켜 판 구조론을 증가시키는 데 도움이 됩니다. 무기 공정은 또한 판 구조론을 구동하는 데 도움이 됩니다.[8] 우주생물학에서는 생명체가 우주의 다른 곳에 존재한다면 역시 탄소를 기반으로 할 것이라고 종종 가정합니다.[9][10] 비평가들은 이 가정을 탄소 쇼비니즘이라고 부릅니다.[11]

특성.

탄소는 지금까지 기술된 거의 1천만 개의 화합물과 함께 다른 어떤 원소보다도 많은 방대한 수의 화합물을 형성할 수 있지만,[12] 그 수는 표준 조건에서 이론적으로 가능한 화합물 수의 극히 일부에 불과합니다. 유기화합물이라고 불리는 탄소 함유 화합물은 그 종류가 매우 다양하기 때문에 탄소를 함유하지 않은 화합물, 무기화합물이라고 불리는 화합물과 구별됩니다. 유기화합물을 연구하는 화학의 한 분야는 유기화학이라고 합니다.[13]

탄소는 지각에서 15번째로 풍부한 원소이며, 질량으로는 수소, 헬륨, 산소 다음으로 우주에서 네 번째로 풍부한 원소입니다. 탄소는 광범위하게 존재하며, 다른 수많은 원소들과 안정적인 결합을 형성할 수 있으며, 지구상에서 흔히 접할 수 있는 온도에서 특이하게 고분자를 형성할 수 있기 때문에 알려진 모든 생명체의 공통된 원소로 사용될 수 있습니다. 2018년의 한 연구에서, 탄소는 지구상의 모든 생명체의 약 5,500억 톤을 구성하는 것으로 밝혀졌습니다.[14][15] 질량 기준으로는 산소 다음으로 인체에 많이 존재하는 원소입니다(약 18.5%).[16]

세포 생명화학적 기반으로서 탄소의 가장 중요한 특징은 탄소 원자 각각이 다른 원자와 동시에 최대 4개의 원자가 결합을 형성할 수 있다는 것입니다. 그리고 탄소 원자와의 결합을 만들거나 끊는 데 필요한 에너지가 안정적이고 반응성이 있을 수 있는 크고 복잡한 분자를 만드는 데 적절한 수준이라는 것입니다.[17] 탄소 원자는 다른 탄소 원자와 쉽게 결합하고, 이를 통해 임의로 긴 거대 분자와 폴리머를 형성할 수 있습니다.[18] [19] [20] "우리가 보통 '생명'이라고 생각하는 것은 질소나 인과 같은 몇 개의 다른 원자들과 함께 탄소 원자들의 사슬에 기반을 두고 있습니다."라고 2008년 강의에서 스티븐 호킹은 말했습니다. "탄소 [...]는 화학이 가장 풍부합니다."[21]

노먼 호로위츠1976년 무인 탐사선을 화성 표면에 성공적으로 착륙시킨 미국 최초의 미션인 바이킹 착륙선제트 추진 연구소의 생명과학 부문 책임자였습니다. 그는 탄소 원자의 다재다능함이 다른 행성의 생존 문제에 대한 해결책, 심지어 이국적인 해결책을 제공할 가능성이 가장 높은 원소라고 생각했습니다. 그러나 이 임무의 결과는 화성이 현재 탄소 기반의 생명체에 매우 적대적이라는 것을 나타냅니다. 그는 또한 일반적으로 비탄소 생명체가 자기 복제와 적응이 가능한 유전자 정보 시스템으로 진화할 수 있는 가능성은 희박하다고 생각했습니다.[22]

주요 분자

생물의 기본적인 과정에 사용되는 생물학적 거대분자의 가장 주목할 만한 종류는 다음과 같습니다.[23]

물.

식물의 광합성에 대한 개략도. 생산된 탄수화물은 식물에 저장되거나 사용됩니다. 광합성은 지구에서 음식기초가 됩니다.

액체 상태의 물은 탄소 기반의 생명체에 필수적입니다. 탄소 분자의 화학적 결합을 위해서는 액체 상태의 물이 필요합니다. 물은 화합물-용매 쌍을 만드는 화학적 특성을 가지고 있습니다. [28] 사람의 경우 몸의 55~60%가 물입니다. [29] 물은 이산화탄소가역적인 수화를 제공합니다. 이산화탄소의 수화는 탄소 기반의 생활에 필요합니다. 지구상의 모든 생명체는 같은 탄소의 생화학을 사용합니다. 물은 이산화탄소와 물의 상호작용인 생명체의 탄산무수화효소에서 중요합니다.[30][31] 식물의 생명체에서, 식물이 빛 에너지와 이산화탄소화학 에너지전환하기 위해 사용하는 생물학적 과정인 광합성을 위해 액체 물이 필요합니다.

기타후보자

를 들어 대사와 같은 과정과 같은 탄소만큼 근본적으로 생물학적 시스템과 과정을 지원하는 유망한 후보로 보이는 다른 요소는 많지 않습니다. 가장 자주 제안되는 대안은 실리콘입니다.[33] 원자번호 14인 규소는 탄소 크기의 2배 이상으로 주기율표에서 탄소와 그룹을 공유하며, 4개의 원자가 결합을 형성할 수 있으며, 일반적으로 긴 사슬이 아닌 결정 격자 형태이지만 쉽게 자신과 결합합니다. 이러한 유사성에도 불구하고, 실리콘은 탄소보다 훨씬 더 전기 양성이며, 실리콘 화합물은 실제와 같은 과정을 뒷받침할 수 있는 방식으로 서로 다른 순열로 쉽게 재조합되지 않습니다. 실리콘은 지구상에 풍부하게 존재하지만, 양전성을 띠기 때문에 Si-Si 결합보다는 주로 Si-O 결합을 형성합니다.[34] 붕소는 산과 반응하지 않고 붕소는 자연적으로 사슬을 형성하지 않습니다. 따라서 보론은 생명의 후보가 아닙니다. [35] 비소는 생명체의 경우 독성이 있지만 후보로 제시된 바와 같습니다.[36][37]

픽션

가상의 비탄소 기반 생명체의 화학적 구조와 특성에 대한 추측은 공상 과학 소설에서 반복되는 주제였습니다. 실리콘은 화학적 유사성 때문에 종종 가상의 생명체에서 탄소의 대체물로 사용됩니다. 영화와 문학 SF에서 인간이 만든 기계가 무생물에서 무생물로 교차할 때, 이 새로운 형태는 종종 비탄소 기반의 삶의 예로 제시됩니다. 1960년대 후반 마이크로프로세서가 등장한 이래로 이러한 기계는 종종 "실리콘 기반의 생명체"로 분류됩니다. 가상의 "실리콘 기반 생활"의 다른 예들은 1967년 에피소드 "어둠 속의 악마"에서 볼 수 있습니다. 살아있는 암석 생물의 생화학이 실리콘에 기반을 둔 오리지널 시리즈입니다. [38] 1994년 엑스파일 에피소드 "Firewalker"에서 실리콘을 기반으로 한 유기체가 화산에서 발견됩니다.[39][40]

1984년 아서 C영화화에서. 클라크의 1982년 소설 2010: 오디세이 투라는 인물은 "우리가 탄소를 기반으로 하든 실리콘을 기반으로 하든 근본적인 차이가 없다. 우리는 각자 적절한 존중을 받아야 한다"고 주장합니다.[41]

더 큰 조조의 기괴한 모험 시리즈의 여덟 번째 부분인 조졸리온에서는 실리콘을 기반으로 한 생명체인 "록 휴먼"의 신비한 종족이 주요 적대자 역할을 합니다.[42]

갤러리

참고 항목

참고문헌

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외부 링크