کتاب بهرام

مواد آلی و مواد غیر آلی تفاوت‌های مهمی دارند:

1. ترکیب شیمیایی:
- مواد آلی: این مواد شامل کربن هستند و معمولاً شامل هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن، فسفر، گوگرد و عناصر دیگری می‌شوند.
- مواد غیر آلی: این مواد عمدتاً شامل عناصر مانند فلزات (مانند آهن، آلومینیوم، سیلیسیم و غیره) و ترکیبات معدنی هستند که اکثراً شامل کربن نیستند.

2. واکنش‌پذیری:
- مواد آلی: این مواد معمولاً واکنش‌پذیرترند و می‌توانند با فرآیندهای شیمیایی و بیولوژیکی پیوندهای شیمیایی بسیار پیچیده‌ای بسازند.
- مواد غیر آلی: این مواد در بسیاری از موارد کمتر واکنش‌پذیر هستند و معمولاً تحت شرایط شیمیایی سخت تر به تغییر و تبدیل می‌پذیرند.

3. وجود در طبیعت:
- مواد آلی: این مواد اساساً در موجودات زنده یافت می‌شوند و بخش اساسی از ساختار و فعالیت زیستی هستند.

در شرایط آزمایشگاهی یا در داخل ستاره‌ها، تبدیل یک عنصر به عنصر دیگر (مثلاً مس به طلا) به دو روش اصلی انجام می‌شود:

فیوژن هسته‌ای (ترکیب هسته‌ها):

در داخل ستاره‌ها، انرژی و دمای بسیار بالا باعث می‌شود که اتم‌ها به هم نزدیک شوند و هسته‌های آن‌ها ترکیب شوند. این فرآیند به ویژه برای تولید عناصر سنگین‌تر از هیدروژن (مانند هلیوم، کربن، اکسیژن، و غیره) اتفاق می‌افتد.

در شرایط آزمایشگاهی نیز، از طریق شتاب‌دهنده‌های پرانرژی مانند شتاب‌دهنده‌های هسته‌ای یا لیزرهای پرانرژی، می‌توان هسته‌های دو عنصر را به هم نزدیک کرده و آن‌ها را با هم ترکیب کرد. این فرآیند به عنوان سنتز عناصر شناخته می‌شود.

شکافتن هسته‌ها (اشعه‌زایی):

 در دو حالت اساسی یک عنصر می‌تواند به عنصر دیگری تبدیل شود:

1. تبدیل هسته‌ای (Nuclear Transformation): این نوع تبدیلات در هسته‌ی اتمی اتفاق می‌افتد و ممکن است به دلیل واکنش‌های هسته‌ای یا تجزیه‌ی رادیواکتیو رخ دهد. این تبدیلات شامل تجزیه‌ی رادیواکتیو، پرتوزایی بتا، پرتوزایی آلفا، تبدیل پروتون به نوترون یا برعکس و سایر واکنش‌های هسته‌ای می‌شود.

2. تبدیل شیمیایی (Chemical Transformation): این نوع تبدیلات در واکنش‌های شیمیایی رخ می‌دهد که به تغییر ترکیبات مولکولی یا اتصالات اتمی در مولکول‌ها منجر می‌شود. این شامل واکنش‌های شیمیایی مثل اکسیداسیون، کاهش، انتقال پروتون، اتصالات کووالانت، توزیع آب واکنش‌های هیدروژن است.

بنابراین، تبدیلات هسته‌ای و شیمیایی دو مکانیسم اصلی هستند که عناصر را به عناصر دیگری تبدیل می‌کنند.

حیات بر پایه کربن به نوعی از حیات اطلاق می‌شود که بر پایه مولکول‌های کربنی ساخته شده است. این نوع حیات شامل بیشتر موجودات زنده زمینی می‌شود، از جمله باکتری‌ها، گیاهان، قارچ‌ها، حیوانات و حتی انسان‌ها.

کربن به عنوان یک عنصر شیمیایی کلیدی در حیات زمینی عمل می‌کند، زیرا به واسطه خواص خاص خود (مثل توانایی ایجاد پیوندهای شیمیایی متنوع و تشکیل زنجیره‌های مولکولی طولانی) به ساختارها و واکنش‌های زیستی اجازه می‌دهد. مولکول‌های زیستی معمولاً شامل کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن هستند، با ترکیباتی از جمله کربوهیدرات‌ها، پروتئین‌ها، لیپیدها و اسیدهای نوکلئیک.

از آنجا که زندگی بر پایه کربن برای زمینی‌ها بسیار شایع است، در مطالعات فضایی نیز به دنبال شرایطی هستیم که ممکن است این نوع حیات در آن‌ها وجود داشته باشد، اما باید توجه داشت که زندگی بر پایه کربن تاکنون تنها نمونه مشاهده شده ما از حیات است.

منظور از "حیات بر پایه کربن" (Carbon-based Life) چیست؟

اصطلاح "حیات بر پایه کربن" به موجودات زنده‌ای اطلاق می‌شود که ساختار شیمیایی و متابولیسم آن‌ها بر اساس ترکیبات کربنی استوار است. در این نوع حیات، عنصر کربن نقش اساسی را در تشکیل مولکول‌هایی ایفا می‌کند که برای فرآیندهای زیستی حیاتی لازم هستند. این مولکول‌ها شامل پروتئین‌ها، اسیدهای نوکلئیک (DNA و RNA)، کربوهیدرات‌ها، چربی‌ها و سایر ترکیبات آلی هستند.

اشکال حیات در کیهان می‌تواند بسیار متنوع و متفاوت از آنچه که ما روی زمین می‌شناسیم باشد. با توجه به محدودیت‌های فعلی دانش ما و عدم وجود شواهد واضح از موجودات فضایی، اغلب تصورات ما بر اساس تئوری‌ها و فرضیات علمی استوار است. در ادامه چند نوع احتمالی از اشکال حیات که ممکن است در جای دیگر وجود داشته باشند، آورده شده‌اند:

1. حیات بر پایه کربن (Carbon-based life)
این نوع حیات مشابه حیات زمینی است که بر پایه مولکول‌های کربن و آب ساخته شده است. این نوع حیات می‌تواند شامل باکتری‌ها، گیاهان، حیوانات و حتی موجودات هوشمند باشد.

2. حیات بر پایه سیلیکون (Silicon-based life)

عنصر در علم شیمی به معنی یک نوع از اتم‌ها است که همگی دارای تعداد پروتون و الکترون یکسانی هستند. این اتم‌ها با یکدیگر شبیه هستند و خواص شیمیایی مشابهی دارند. به طور کلی، عنصرها بر اساس تعداد پروتون‌های موجود در هسته خود، مشخص می‌شوند و هر عنصری یک شماره اتمی خاص دارد که نشان‌دهنده تعداد پروتون‌های آن است.

هر عنصر در جدول تناوبی عناصر شیمیایی با یک نماد شیمیایی منحصر به فرد نمایش داده می‌شود، که معمولاً از یک یا دو حرف تشکیل شده است. برای مثال، آهن به عنوان یک عنصر با نماد Fe نمایش داده می‌شود، که نمادی است که در شیمی برای آهن استفاده می‌شود.

هر عنصر همچنین دارای ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاصی است که آن را از سایر عناصر متمایز می‌کند. این ویژگی‌ها شامل نقطه ذوب، نقطه جوش، چگالی، خواص شیمیایی مثل افتاب‌گیری یا رفتار با اسیدها و بازها، و ویژگی‌های الکترونی مانند ترتیب الکترونی هستند.

تنفس سلولی (Cellular Respiration) فرآیندی بیوشیمیایی است که در سلول‌های زنده به منظور تولید انرژی صورت می‌گیرد. در این فرآیند، مولکول‌های آلی مانند گلوکز اکسید می‌شوند تا انرژی به شکل ATP (آدنوزین تری فسفات) تولید شود. ATP به عنوان حامل انرژی اصلی در سلول‌ها عمل می‌کند و برای انجام فعالیت‌های مختلف سلولی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تنفس سلولی به طور کلی شامل مراحل زیر است:

1. گلیکولیز (Glycolysis):
- اولین مرحله تنفس سلولی است که در سیتوپلاسم سلول رخ می‌دهد.
- در این مرحله، یک مولکول گلوکز به دو مولکول پیرووات تبدیل می‌شود.
- پروسه گلیکولیز نیازی به اکسیژن ندارد و مقدار کمی ATP و NADH تولید می‌کند.

2. چرخه کربس (Krebs Cycle) یا چرخه اسید سیتریک (Citric Acid Cycle):
- این مرحله در ماتریکس میتوکندری (اندامک سلولی) رخ می‌دهد.
- مولکول‌های پیرووات وارد میتوکندری می‌شوند و در طی چرخه کربس تجزیه می‌شوند.
- این مرحله CO₂ تولید می‌کند و مقادیر زیادی از حامل‌های الکترون مانند NADH و FADH₂ تولید می‌کند.

3. زنجیره انتقال الکترون (Electron Transport Chain، ETC):

پروتئین‌ها (به انگلیسی : Protein)  یکی از سه گروه اصلی ترکیبات شیمیایی زنده هستند که در ساختار و عملکرد انواع مختلفی از سلول‌ها و بافت‌ها نقش دارند. پروتئین‌ها از زنجیره‌های طولانی از واحدهای ساختاری به نام‌های اسیدهای آمینه تشکیل شده‌اند. این اسیدهای آمینه با یکدیگر به وسیله پیوندهای پپتیدی به یکدیگر متصل هستند و باعث تشکیل ساختار سه‌بعدی پروتئین می‌شوند.

پروتئین‌ها نقش‌های متعددی در بدن دارند، از جمله:

1. ساختار بدن: پروتئین‌ها به عنوان بخشی از بافت‌ها و اندام‌های بدن، مانند عضلات، پوست، مو، غضروف و استخوان‌ها عمل می‌کنند.

2. عملکرد فیزیولوژیک: بسیاری از آنزیم‌ها، هورمون‌ها و فعالیت‌های سلولی در بدن توسط پروتئین‌ها کنترل می‌شود.

3. حمل و ذخیره‌سازی مواد مغذی: برخی از پروتئین‌ها به عنوان حامل‌های مواد مغذی مانند اکسیژن (هموگلوبین) یا ذخیره‌سازی مواد مغذی مانند فریتین عمل می‌کنند.