silizium lebewesen

[Käffchen?]

hallo,

professor lesch erklärte mal das leben nicht zwingend auf kohlenstoff basieren muss sondern silizium aus irgendeinem grund (die technische erklärung ist mir leider entfallen, irgendetwas mit bindungen?) ebenfalls möglich wäre.

das beflügelt natürlich die fantasie. allerdings bagatelisiert er das auch gerne mal "...können sie sich vorstellen das wir sand ausatmen?"

wenn ich mir nun das leben auf unserem planeten anschaue ist nicht direkt offensichtlich für mich das wir auf kohlenstoff basieren. kohle ist für mich dieses schwarze poröste gesteinsartige zeug, und wir lebewesen sind ja ein mischmasch aus wasser und vielem anderen. rein optisch ist da meines erachtens kein zusammenhang zu erkennen.

was ich mich jetzt frage ist ob ein silizium-lebewesen sich überhaupt zwingend von uns unterscheiden würde ? wenn es nach ähnlichen prinzipen aufgebaut ist, also das dieses bindungselement eigentlich garnicht sichtbar ist am kompletten lebewesen selbst sondern nur eine art grundbaustein - ist es da so abwegig sich vorzustellen das ein silizium-lebewesen genauso aussehen könnte wie wir ? oder gäbe es da irgendwelche einschränkungen die man schonmal im vorraus sagen kann. zb das es definitiv nicht wässrig sein kann (warum auch immer) und somit oberflächlich hart wäre ? (nur als beispiel).

[irony]

Einfach Kohlenstoff gegen Silizium auszutauschen, funktioniert nicht. Dafür gibt die Siliziumchemie nicht genug her an Möglichkeiten, funktionelle Makromoleküle aufzubauen. Es kann aber Lebewesen geben, die neben Kohlenstoff in besonderem Maß zusätzlich auch Silizium benutzen. Ein entscheidender Punkt ist die Definition von Leben. Maschinen auf Siliziumbasis, die sich selbst nachbauen kann man auch als Leben verstehen.

[Dannyboy]

Silizium in Form von Silikat wird von zahlreichen Lebewesen benutzt. Schwämme, Kieselalgen, aber auch Gräser unf manche Bäume erzeugen Mikroopale als Gerüstsubstanzen. Zu wesentlich mehr kann man Silizium aber in der Natur nicht gebrauchen.

[irony]

Interessant wäre, wofür Lebewesen Siliziumcarbid, SiC nutzen könnten. Die Materialeigenschaften sind vielfältig. Ein Lebenwesen mit SiC-Panzerung wäre ziemlich robust.

[xanrof]

Prinzipiell sind erstmal Netzwerkbildner notwendig. Das heisst, man braucht ein chemisches Element, dass moeglichst viele verschiedene Kombinationen von Bindungen mit dem selben oder mit anderen Elementen eingehen kann. Irony hat darauf bereits hingewiesen.
Hier ist Kohlenstoff klar im Vorteil, da dieser seine Elektronenkonfiguration (also seinen aeusseren Aufbau, der fuer Bindungen zustaendig ist) so umwandlen kann, dass er verschiedene Arten von Bindungen (Einfach-, Doppel- und Dreifachbindungen) aufbauen kann. Silizium kann das nicht. Ferner sind die Bindungsenergien (also die Energie, die notwendig ist, um z.B. eine bestimmte Bindung aufzubrechen) bei Kohlenstoff niedriger als bei Silizium. Warum sollte die Natur Energie verschwenden?
Und tatsaechlich: Eine der wichtigsten Eigenschaften von Lebewesen ist die Faehigkeit, Stoffe umzuwandeln (zur Energieaufnahme (=Essen) oder zur Fortpflanzung oder ...). Das bedeutet, chemische Verbindungen muessen staendig geloest und wieder neu zusammengesetzt werden.
Aufgrund der niedrigen Energien haben Kohlenstoff-Verbindungen eben auch niedrige Schmelz- bzw. Verdampfungstemperaturen, was fuer schnelle Reaktionen notwendig ist.
Zum Vergleich: Silizium-Verbindungen bilden den ueberwiegenden Teil der Minerale, die unsere Erdkruste ausmachen. Und sie schmelzen erst bei vielen hundert bis ein- oder zweitausend Grad Celcius (je nach Zusammensetzung). Und Silikate sind oftmals hart und sproede und extrem schwer in einer Fluessigkeit zu loesen. Nicht die besten Voraussetzungen fuer komplexes Leben.

Wenn ueberhaupt, dann koennte ich mir nur hoechst primitive Formen von Leben vorstellen.
Das gilt sowohl fuer die aeussere Form wie auch fuer die Koerperchemie.
Nach meiner Meinung gaebe hierfuer allerdings eine zwingende Voraussetzung: Das Nichtvorhandensein von Kohlenstoff!
Denn ansonsten wuerde sich eine Kohlenstoffchemie entwickeln (wie gesagt, dessen Energien sind niedriger)

[Dannyboy]

Ferner sind die Bindungsenergien (also die Energie, die notwendig ist, um z.B. eine bestimmte Bindung aufzubrechen) bei Kohlenstoff niedriger als bei Silizium. Warum sollte die Natur Energie verschwenden?

Das wäre vielleicht noch egal, denn die Natur würde dann ja auch bei der Bindungsknüpfung sehr viel Bindungsenergie gewinnen.
Aber ein Unterschied zwischen C und Si liegt in den Atomradien. Si ist größer. Das führt dazu, dass Si weniger Tendenz zeigt, Pi-Bindungen einzugehen. Aber während die Bindungsenergien beim Kohlenstoff niedriger sind, sind die Aktivierungsenergien i.d.R. höher. Eben weil die C-Atome kleiner und damit weniger angreifbar sind. Das führt dazu, dass man eine Menge C-Verbindungen haben kann, die katalytisch gesteuert viele verschiedene Bindungen eingehen. Beim Silizium ist die Tendenz, direkt einen besonders günstigen Zustand einzunehmen und dort dann zu bleiben, viel größer.

Das Problem ist nicht der Kohlenstoff als Konkurrenz, sondern der Sauerstoff. Der reagiert mit Silizium eben zu chemisch wenig aktiven Silikat.

[pollux83]

Es gibt noch andere Unterschiede. Bei einer C-H Bindung ist der Kohlenstoff negativ und der Wasserstoff positiv Polarisiert. Bei Si-H ist H hingegen negativ und Si ist positiv. Dies hat große Auswirkungen auf die Reaktivität.

Bei Star Trek gibt es mehrere Beispiele für Leben auf Si-Basis. Z.B. Horta, die Lebensform auf Velara 3 und das Virus bei Archers Enterprise. Die Tholianer sind lebende Kristalle und die Sheliak sehen auch sehr merkwürdig aus.

Alles in Allem ist Leben auf Si-Basis nicht unmöglich, aber sehr unwahrscheinlich.

[Liopleurodon]

Interessant wäre, wofür Lebewesen Siliziumcarbid, SiC nutzen könnten. Die Materialeigenschaften sind vielfältig. Ein Lebenwesen mit SiC-Panzerung wäre ziemlich robust.

Unglücklicherweise erfordern die bisher bekannten Formen von Siliciumcarbid bei der Herstellung sehr hohe Temperaturen. Es wäre dann Aufgabe des Autors, sich einen glaubhaften biologischen (enzymgesteuerten) Prozess dafür auszudenken.

Siliciumcarbid ? Wikipedia

[xanrof]

Unglücklicherweise erfordern die bisher bekannten Formen von Siliciumcarbid bei der Herstellung sehr hohe Temperaturen. Es wäre dann Aufgabe des Autors, sich einen glaubhaften biologischen (enzymgesteuerten) Prozess dafür auszudenken.

Ja, Organismen, die Opal (SiO2) eingebaut haben, bilden sich auch nicht bei 1730°C.

Aber Viecher mit SiC-Panzer waeren gut geschuetzt, das Zeug ist fast so hart wie Diamant...

[Thomas W. Riker]

Opale ausatmen wäre sicher merkwürdig und Kieselsäure (H²SiO³) als Pendant zu Kohlensäure in Erfrischungsgetränken wäre sicher auch singulär oder gewöhnungsbedürftig.

[Liopleurodon]

Ja, Organismen, die Opal (SiO2) eingebaut haben, bilden sich auch nicht bei 1730°C.

Das ist ja schon mal ein Hinweis in die richtige Richtung.
Dann müsste man nur noch ein Szenario konstruieren, dass die biologische Bildung von SiC fördern würde. Vielleicht auf einem Planeten mit hoher Schwerkraft und monströsen Winden?

[xanrof]

Ich glaub, das wird ziemlich schwierig.
Meines Wissens kommt SiC "natuerlich" nur als winzige + seltene Bestandteile in einigen wenigen Meteoriten vor. Dort werden sie als extrasolare Teilchen interpretiert (interstellar matter, ISM). Gebildet wurden sie bei wahrscheinlich waehrend einer Supernova und dann durchs All geschleudert.

Keine Ahnung, ob es -ausser kuenstlich- noch andere Wege der SiC-Bildung gibt?

[Mr. Klack Klack]

Ich denke auch höher entwickeltes Leben aus Siliziumbasis ist garnicht so abwegig, wir ürfen uns es nur einfach nicht unter unseren Bedingungen vorstellen. Beispielsweise wäre ein Zirkulationssystem wie unser Blut, auf Wasserbasis bei Siliziumwesen nich zwangsläufig möglich.

[Liopleurodon]

Ich denke auch höher entwickeltes Leben aus Siliziumbasis ist garnicht so abwegig, wir ürfen uns es nur einfach nicht unter unseren Bedingungen vorstellen. Beispielsweise wäre ein Zirkulationssystem wie unser Blut, auf Wasserbasis bei Siliziumwesen nich zwangsläufig möglich.

Und wie würden die dann ihren Stoffaustausch gewährleisten? Wasser als Lösungsmittel ist ja deswegen im Vorteil, weil sich darin Salze und auch andere Verbindungen gut lösen lassen.

[Marvek]

Prof. Lesch ist kein Chemiker bzw. Biochemiker. Da sollte man vorsichtig sein, was er erzählt, auch wenn er oft im Fernsehen auftritt.

Ich halte siliziumbasierte Lebensformen auch für reines SciFi - wie schon vorher gesagt wurde: Silizium ist bezüglich des chemischen Verhaltens nicht vielfältig genug, um alleine eine Grundlage zu bilden.