Cosmic Biology How Life Could Evolve on Other Worlds Louis Neal Irwin and Dirk Schulze-Makuch Cosmic Biology How Life Could Evolve on Other Worlds Published in association with & Springer Praxis Publishing Chichester, UK #(cid:24)(cid:2)(cid:14)(cid:15)(cid:3)(cid:3)(cid:2)(cid:24) (cid:13)(cid:2)(cid:16)(cid:5)(cid:3) (cid:26)(cid:15)(cid:27)(cid:8) (cid:28)(cid:24)(cid:12)(cid:5)(cid:20) #(cid:24)(cid:2)(cid:14)(cid:15)(cid:3)(cid:3)(cid:2)(cid:24) (cid:29)(cid:5)(cid:24)(cid:30) (cid:31)(cid:6)(cid:23)(cid:16)(cid:8) (cid:15)!"(cid:27)(cid:30)(cid:16)(cid:6)(cid:23) )(cid:23)(cid:15) ’(cid:20)(cid:5)(cid:19)(cid:15)(cid:24)(cid:3)(cid:5)(cid:22)(cid:10) (cid:2)(cid:14) )(cid:15)%(cid:27)(cid:3) (cid:27)(cid:22) (cid:18)(cid:8) #(cid:27)(cid:3)(cid:2) (cid:25)(cid:27)(cid:3)(cid:23)(cid:5)(cid:20)(cid:9)(cid:22)(cid:2)(cid:20) (cid:31)(cid:22)(cid:27)(cid:22)(cid:15) ’(cid:20)(cid:5)(cid:19)(cid:15)(cid:24)(cid:3)(cid:5)(cid:22)(cid:10) (cid:18)(cid:8) #(cid:27)(cid:3)(cid:2) #(cid:16)(cid:8)(cid:8)(cid:4)(cid:27)(cid:20) )(cid:15)%(cid:27)(cid:3) (cid:25)(cid:27)(cid:3)(cid:23)(cid:5)(cid:20)(cid:9)(cid:22)(cid:2)(cid:20) ’(cid:31)* ’(cid:31)* (cid:31)#+(cid:28)(cid:26),(cid:18)+-#+*.(cid:28)(cid:31) (cid:7)(cid:21)(cid:21)((cid:31) (cid:28)(cid:26)#(cid:21)#’(cid:13)*+ *(cid:31))+(cid:21)(cid:26)(cid:21)"/ (cid:31)’(cid:7)0(cid:18)(cid:1))(cid:1)(cid:2)(cid:3)(cid:4)(cid:5)(cid:6)(cid:7)(cid:8)(cid:9)(cid:2)(cid:4)(cid:10)(cid:6)(cid:7)1 0(cid:2)(cid:23)(cid:20)"(cid:27)(cid:3)(cid:2)(cid:20)&"2(cid:7)2(cid:18)2& (cid:7)2(cid:31)(cid:6)2& "2(cid:31)(cid:6)2& #(cid:23)2(cid:29)2 (cid:28)(cid:31)(cid:7)(cid:26) 345!6!7763!6878!7 (cid:15)!(cid:28)(cid:31)(cid:7)(cid:26) 345!6!7763!6874!6 (cid:29)(cid:21)(cid:28) 6926994:345!6!7763!6874!6 (cid:31);(cid:24)(cid:5)(cid:20)(cid:9)(cid:15)(cid:24) (cid:26)(cid:15)(cid:12)/(cid:2)(cid:24)(cid:30) (cid:29)(cid:2)(cid:24)(cid:17)(cid:24)(cid:15)(cid:6)(cid:23)(cid:22) (cid:11)(cid:15)(cid:5)(cid:17)(cid:15)(cid:8)$(cid:15)(cid:24)(cid:9) (cid:13)(cid:2)(cid:20)(cid:17)(cid:2)(cid:20) (cid:1)(cid:31);(cid:24)(cid:5)(cid:20)(cid:9)(cid:15)(cid:24) (cid:31)(cid:6)(cid:5)(cid:15)(cid:20)(cid:6)(cid:15)>(cid:7)(cid:16)(cid:3)(cid:5)(cid:20)(cid:15)(cid:3)(cid:3) "(cid:15)(cid:17)(cid:5)(cid:27)& (cid:13)(cid:13)(cid:1) <966 *(cid:8)(cid:8) (cid:24)(cid:5)(cid:9)(cid:23)(cid:22)(cid:3)(cid:24)(cid:15)(cid:3)(cid:15)(cid:24)(cid:19)(cid:15)(cid:17)2)(cid:23)(cid:5)(cid:3) (cid:12)(cid:2)(cid:24)(cid:30)(cid:4)(cid:27)(cid:10) (cid:20)(cid:2)(cid:22) $(cid:15)(cid:22)(cid:24)(cid:27)(cid:20)(cid:3)(cid:8)(cid:27)(cid:22)(cid:15)(cid:17) (cid:2)(cid:24)(cid:6)(cid:2);(cid:5)(cid:15)(cid:17)(cid:5)(cid:20)(cid:12)(cid:23)(cid:2)(cid:8)(cid:15) (cid:2)(cid:24) (cid:5)(cid:20);(cid:27)(cid:24)(cid:22)(cid:12)(cid:5)(cid:22)(cid:23)(cid:2)(cid:16)(cid:22)(cid:22)(cid:23)(cid:15) (cid:12)(cid:24)(cid:5)(cid:22)(cid:22)(cid:15)(cid:20);(cid:15)(cid:24)(cid:4)(cid:5)(cid:3)(cid:3)(cid:5)(cid:2)(cid:20)(cid:2)(cid:14) (cid:22)(cid:23)(cid:15) ;(cid:16)$(cid:8)(cid:5)(cid:3)(cid:23)(cid:15)(cid:24) ?(cid:31);(cid:24)(cid:5)(cid:20)(cid:9)(cid:15)(cid:24) (cid:31)(cid:6)(cid:5)(cid:15)(cid:20)(cid:6)(cid:15)>(cid:7)(cid:16)(cid:3)(cid:5)(cid:20)(cid:15)(cid:3)(cid:3) "(cid:15)(cid:17)(cid:5)(cid:27)& (cid:13)(cid:13)(cid:1)& <@@ (cid:31);(cid:24)(cid:5)(cid:20)(cid:9)(cid:31)(cid:22)(cid:24)(cid:15)(cid:15)(cid:22)& (cid:26)(cid:15)(cid:12) /(cid:2)(cid:24)(cid:30)& (cid:26)/ 6996@& ’(cid:31)*A (cid:15)%(cid:6)(cid:15);(cid:22) (cid:14)(cid:2)(cid:24) $(cid:24)(cid:5)(cid:15)(cid:14) (cid:15)%(cid:6)(cid:15)(cid:24);(cid:22)(cid:3) (cid:5)(cid:20) (cid:6)(cid:2)(cid:20)(cid:20)(cid:15)(cid:6)(cid:22)(cid:5)(cid:2)(cid:20) (cid:12)(cid:5)(cid:22)(cid:23) (cid:24)(cid:15)(cid:19)(cid:5)(cid:15)(cid:12)(cid:3) (cid:2)(cid:24) (cid:3)(cid:6)(cid:23)(cid:2)(cid:8)(cid:27)(cid:24)(cid:8)(cid:10) (cid:27)(cid:20)(cid:27)(cid:8)(cid:10)(cid:3)(cid:5)(cid:3)2 ’(cid:3)(cid:15) (cid:5)(cid:20) (cid:6)(cid:2)(cid:20)(cid:20)(cid:15)(cid:6)(cid:22)(cid:5)(cid:2)(cid:20) (cid:12)(cid:5)(cid:22)(cid:23) (cid:27)(cid:20)(cid:10) (cid:14)(cid:2)(cid:24)(cid:4) (cid:2)(cid:14) (cid:5)(cid:20)(cid:14)(cid:2)(cid:24)(cid:4)(cid:27)(cid:22)(cid:5)(cid:2)(cid:20) (cid:3)(cid:22)(cid:2)(cid:24)(cid:27)(cid:9)(cid:15) (cid:27)(cid:20)(cid:17) (cid:24)(cid:15)(cid:22)(cid:24)(cid:5)(cid:15)(cid:19)(cid:27)(cid:8)& (cid:15)(cid:8)(cid:15)(cid:6)(cid:22)(cid:24)(cid:2)(cid:20)(cid:5)(cid:6) (cid:27)(cid:17)(cid:27);(cid:22)(cid:27)(cid:22)(cid:5)(cid:2)(cid:20)&(cid:6)(cid:2)(cid:4);(cid:16)(cid:22)(cid:15)(cid:24)(cid:3)(cid:2)(cid:14)(cid:22)(cid:12)(cid:27)(cid:24)(cid:15)&(cid:2)(cid:24)$(cid:10)(cid:3)(cid:5)(cid:4)(cid:5)(cid:8)(cid:27)(cid:24)(cid:2)(cid:24)(cid:17)(cid:5)(cid:3)(cid:3)(cid:5)(cid:4)(cid:5)(cid:8)(cid:27)(cid:24)(cid:4)(cid:15)(cid:22)(cid:23)(cid:2)(cid:17)(cid:2)(cid:8)(cid:2)(cid:9)(cid:10)(cid:20)(cid:2)(cid:12)(cid:30)(cid:20)(cid:2)(cid:12)(cid:20)(cid:2)(cid:24)(cid:23)(cid:15)(cid:24)(cid:15)(cid:27)(cid:14)(cid:22)(cid:15)(cid:24) (cid:17)(cid:15)(cid:19)(cid:15)(cid:8)(cid:2);(cid:15)(cid:17)(cid:5)(cid:3) (cid:14)(cid:2)(cid:24)$(cid:5)(cid:17)(cid:17)(cid:15)(cid:20)2 )(cid:23)(cid:15)(cid:16)(cid:3)(cid:15)(cid:5)(cid:20)(cid:22)(cid:23)(cid:5)(cid:3);(cid:16)$(cid:8)(cid:5)(cid:6)(cid:27)(cid:22)(cid:5)(cid:2)(cid:20)(cid:2)(cid:14)(cid:22)(cid:24)(cid:27)(cid:17)(cid:15)(cid:20)(cid:27)(cid:4)(cid:15)(cid:3)&(cid:22)(cid:24)(cid:27)(cid:17)(cid:15)(cid:4)(cid:27)(cid:24)(cid:30)(cid:3)&(cid:3)(cid:15)(cid:24)(cid:19)(cid:5)(cid:6)(cid:15)(cid:4)(cid:27)(cid:24)(cid:30)(cid:3)&(cid:27)(cid:20)(cid:17)(cid:3)(cid:5)(cid:4)(cid:5)(cid:8)(cid:27)(cid:24)(cid:22)(cid:15)(cid:24)(cid:4)(cid:3)&(cid:15)(cid:19)(cid:15)(cid:20)(cid:5)(cid:14) (cid:22)(cid:23)(cid:15)(cid:10)(cid:27)(cid:24)(cid:15)(cid:20)(cid:2)(cid:22)(cid:5)(cid:17)(cid:15)(cid:20)(cid:22)(cid:5)(cid:14)(cid:5)(cid:15)(cid:17)(cid:27)(cid:3)(cid:3)(cid:16)(cid:6)(cid:23)&(cid:5)(cid:3)(cid:20)(cid:2)(cid:22)(cid:22)(cid:2)$(cid:15)(cid:22)(cid:27)(cid:30)(cid:15)(cid:20)(cid:27)(cid:3)(cid:27)(cid:20)(cid:15)%;(cid:24)(cid:15)(cid:3)(cid:3)(cid:5)(cid:2)(cid:20)(cid:2)(cid:14)(cid:2);(cid:5)(cid:20)(cid:5)(cid:2)(cid:20)(cid:27)(cid:3)(cid:22)(cid:2)(cid:12)(cid:23)(cid:15)(cid:22)(cid:23)(cid:15)(cid:24)(cid:2)(cid:24)(cid:20)(cid:2)(cid:22) (cid:22)(cid:23)(cid:15)(cid:10) (cid:27)(cid:24)(cid:15)(cid:3)(cid:16)$B(cid:15)(cid:6)(cid:22)(cid:22)(cid:2);(cid:24)(cid:2);(cid:24)(cid:5)(cid:15)(cid:22)(cid:27)(cid:24)(cid:10) (cid:24)(cid:5)(cid:9)(cid:23)(cid:22)(cid:3)2 (cid:1)(cid:2)(cid:19)(cid:15)(cid:24)(cid:17)(cid:15)(cid:3)(cid:5)(cid:9)(cid:20)10(cid:5)(cid:4)(cid:25)(cid:5)(cid:8)(cid:30)(cid:5)(cid:15) #(cid:24)(cid:2)B(cid:15)(cid:6)(cid:22)(cid:6)(cid:2);(cid:10)(cid:15)(cid:17)(cid:5)(cid:22)(cid:2)(cid:24)1(cid:29)(cid:24)0(cid:2)(cid:23)(cid:20)"(cid:27)(cid:3)(cid:2)(cid:20) )(cid:10);(cid:15)(cid:3)(cid:15)(cid:22)(cid:22)(cid:5)(cid:20)(cid:9)1(cid:7)(cid:2)(cid:2)(cid:30)(cid:18)(cid:20)(cid:3)& +(cid:2)(cid:10)(cid:3)(cid:22)(cid:2)(cid:20)&(cid:11)(cid:15)(cid:24)(cid:22)(cid:3)2&’( #(cid:24)(cid:5)(cid:20)(cid:22)(cid:15)(cid:17) (cid:2)(cid:20)(cid:27)(cid:6)(cid:5)(cid:17)!(cid:14)(cid:24)(cid:15)(cid:15);(cid:27);(cid:15)(cid:24) Springer is part of Springer Science+Business Media (springer.com) Contents Preface xv List of illustrations xix 1 Rare Earths and Life Unseen 1 1.1 How habitats come about 3 1.1.1 Genesis: A scientific story of creation 3 1.1.2 How solar systems and planets form 5 1.1.3 Exoplanets 7 1.2 The Rare Earth model 9 1.3 The Life Unseen model 10 1.4 Strategy for the study of cosmic biology 11 1.5 Chapter summary 13 1.6 References and further reading 14 2 Life, Chemistry, Action! 15 2.1 The challenge of defining "life" 15 2.1.1 Life as a duality of process and entity 16 2.1.2 Defining a living organism 17 2.2 Matter gone wild: the special chemistry of life 21 2.2.1 The elemental composition of living things 22 2.2.2 Biomolecules 25 2.2.3 Macromolecules 29 2.3 The advantages of liquids for life (cid:18)(cid:26) 2.3.1 General properties of liquids 32 2.3.2 The special properties of water (cid:2)3*2 2.4 The need for and sources of energy for living systems 36 2.4.1 Oxidation-reduction chemistry 36 2.4.2 Thermal energy 38 2.4.3 Kinetic energy 39 2.4.4 Ionic diffusion 39 2.4.5 Osmosis 40 2.4.6 Other sources of energy 41 2.5 Chapter Summary 42 2.6 References and further reading 43 3 Life's Fundamentals 45 3.1 Beginnings 45 vi Cosmic Biology 3.1.1 A nine-step program for the origin of life on Earth 45 3.1.2 Qualifications and limitations 51 3.1.3 Alternative origin scenarios 52 3.2 Organic evolution: the process of biological change through time 54 3.2.1 Selection 55 3.2.2 Chance 58 3.2.3 Heredity 60 3.3 Ecosystems: from populations to pyramids 61 3.3.1 Food webs 61 3.3.2 Trophic structures 61 3.4 Chapter summary 64 3.5 References and further reading 66 4 Fire and Water 69 4.1 Nature of Earth 69 4.1.1 Atmosphere 70 4.1.2 Building blocks 70 4.1.3 Energy 70 4.1.4 Temperature 70 4.1.5 Topography 71 4.1.6 Cycles 72 4.1.7 Conditions for life on Earth 72 4.1.8 Facts consistent with the existence of life on Earth 73 4.1.9 Possible assumptions about the nature of Earth's biosphere 74 4.2 A model for the history of life on Earth 74 4.2.1 Origin of life on Earth 74 4.2.2 Early stages of life on Earth 75 4.2.3 The dilemma of oxygen and the earliest forms of life 76 4.2.4 Transition to multicellularity 76 79 4.2.5 A brief descriptive history of life on Earth 89 4.3 A deduced biosphere for Earth 90 4.3.1 Trophic levels of life on Earth 94 4.3.2 Ecosystems on Earth 95 4.3.3 Biotic communities on Earth 96 4.4 Characteristics of biota on Earth 96 4.4.1 Metabolism 97 4.4.2 Reproduction 98 4.4.3 Motility 98 4.4.4 Sensory systems 99 4.4.5 Cognition 100 4.4.6 Technology 101 4.5 What alien observers could get wrong about life on Earth 102 4.6 Chapter Summary 103 4.7 References and further reading (cid:1)(cid:2)(cid:3)(cid:4)(cid:5)(cid:3)(cid:4)(cid:6) (cid:2)(cid:3)(cid:3) # (cid:30)(cid:8)(cid:2)$(cid:5)(cid:3) %(cid:5)(cid:6)(cid:5)(cid:8)(cid:4) (cid:4)&(cid:30) (cid:30)(cid:5)(cid:4) ;(cid:16)(cid:16)(cid:27)(cid:3)(cid:20)) (cid:12)(cid:9)(cid:24)(cid:7)(cid:17))(cid:9) (cid:27)(cid:10)(cid:25)(cid:16)(cid:24)(cid:13) (cid:7)(cid:23) /(cid:10)(cid:24)(cid:12)(cid:3)(cid:10)(cid:20) (cid:15)(cid:25)(cid:13)(cid:12)(cid:16)(cid:24)(cid:25) (cid:4)&(cid:30) (cid:30)(cid:5)(cid:26) 2(cid:2)(cid:16)(cid:24)(cid:2)(cid:3)(cid:16)(cid:8) (cid:7)(cid:23) /(cid:10)(cid:24)(cid:12)(cid:3)(cid:10)(cid:20) (cid:29)(cid:27)(cid:10)(cid:20)(cid:16)(cid:12)(cid:10)(cid:24)(cid:25) (cid:9)(cid:3)(cid:13)(cid:12)(cid:7)(cid:24)(cid:25) (cid:4)(cid:4)(cid:4) (cid:30)(cid:5)(cid:18) "(cid:16)(cid:14)(cid:7)(cid:20)(cid:13)(cid:12)(cid:24)(cid:17)(cid:14)(cid:12)(cid:3)(cid:20)) (cid:10) (cid:29)(cid:27)(cid:10)(cid:17)(cid:13)(cid:3)(cid:11)(cid:27)(cid:16) (cid:16)(cid:2)(cid:7)(cid:27)(cid:17)(cid:12)(cid:3)(cid:7)(cid:20)(cid:10)(cid:24)(cid:25) (cid:9)(cid:3)(cid:13)(cid:12)(cid:7)(cid:24)(cid:25) (cid:23)(cid:7)(cid:24) (cid:29)(cid:17)(cid:12)(cid:10)(cid:12)(cid:3)(cid:2)(cid:16) (cid:27)(cid:3)(cid:23)(cid:16) (cid:7)(cid:20) /(cid:10)(cid:24)(cid:13) (cid:4)(cid:4)(cid:30) (cid:30)(cid:5)(cid:18)(cid:5)(cid:4) "(cid:3)(cid:13)(cid:16) (cid:7)(cid:23) (cid:12)(cid:9)(cid:16) (cid:10)(cid:17)(cid:12)(cid:7)(cid:12)(cid:24)(cid:7)(cid:29)(cid:9)(cid:13) (cid:4)(cid:4)+ (cid:30)(cid:5)(cid:18)(cid:5)(cid:26) ;(cid:9)(cid:7)(cid:12)(cid:7)(cid:12)(cid:24)(cid:7)(cid:29)(cid:9)(cid:3)(cid:14) (cid:28)(cid:3)(cid:2)(cid:16)(cid:24)(cid:13)(cid:3)(cid:23)(cid:3)(cid:14)(cid:10)(cid:12)(cid:3)(cid:7)(cid:20) (cid:4)(cid:4)+ (cid:30)(cid:5)(cid:18)(cid:5)(cid:18) !(cid:9)(cid:16) (cid:9)(cid:16)(cid:12)(cid:16)(cid:24)(cid:7)(cid:12)(cid:24)(cid:7)(cid:29)(cid:9)(cid:3)(cid:14) (cid:13)(cid:17)(cid:14)(cid:14)(cid:16)(cid:13)(cid:13)(cid:3)(cid:7)(cid:20) (cid:4)(cid:4)4 (cid:30)(cid:5)(cid:18)(cid:5)’ *(cid:7)(cid:27)(cid:7)(cid:20)(cid:3)(cid:10)(cid:27) (cid:9)(cid:16)(cid:12)(cid:16)(cid:24)(cid:7)(cid:12)(cid:24)(cid:7)(cid:29)(cid:9)(cid:13) (cid:16)(cid:20)(cid:13)(cid:17)(cid:16) (cid:4)(cid:4)4 (cid:30)(cid:5)(cid:18)(cid:5)(cid:30) 2(cid:23)(cid:23)(cid:13)(cid:9)(cid:7)(cid:7)(cid:12)(cid:13) (cid:7)(cid:23) (cid:14)(cid:7)(cid:27)(cid:7)(cid:20)(cid:3)(cid:10)(cid:27) (cid:27)(cid:3)(cid:23)(cid:16) (cid:28)(cid:3)(cid:2)(cid:16)(cid:24)(cid:13)(cid:3)(cid:23)(cid:25) (cid:4)(cid:4)# (cid:30)(cid:5)(cid:18)(cid:5)+ (cid:22) (cid:13)(cid:17)(cid:14)(cid:14)(cid:16)(cid:13)(cid:13)(cid:3)(cid:7)(cid:20) (cid:7)(cid:23) (cid:13)(cid:17)(cid:11)(cid:12)(cid:16)(cid:24)(cid:24)(cid:10)(cid:20)(cid:16)(cid:10)(cid:20) (cid:24)(cid:16)(cid:12)(cid:24)(cid:16)(cid:10)(cid:12)(cid:13) (cid:4)(cid:4)# (cid:30)(cid:5)(cid:18)(cid:5) !(cid:9)(cid:16) (cid:13)(cid:10)(cid:20)(cid:14)(cid:12)(cid:17)(cid:10)(cid:24)(cid:25) (cid:7)(cid:23) (cid:14)(cid:10)(cid:2)(cid:16)(cid:13) (cid:4)(cid:26)& (cid:30)(cid:5)(cid:18)(cid:5)4 $(cid:3)(cid:2)(cid:3)(cid:20)) (cid:13)(cid:12)(cid:7)(cid:20)(cid:16)(cid:13) (cid:4)(cid:26)(cid:4) (cid:30)(cid:5)(cid:18)(cid:5)# *(cid:24)(cid:25)(cid:29)(cid:12)(cid:7)(cid:11)(cid:3)(cid:7)(cid:20)(cid:12)(cid:13) (cid:4)(cid:26)(cid:4) (cid:30)(cid:5)(cid:18)(cid:5)(cid:4)& 8(cid:7)(cid:13)(cid:13)(cid:3)(cid:27) (cid:24)(cid:16)(cid:15)(cid:20)(cid:10)(cid:20)(cid:12)(cid:13) (cid:10)(cid:20)(cid:28) (cid:27)(cid:3)(cid:23)(cid:16) (cid:17)(cid:20)(cid:13)(cid:16)(cid:16)(cid:20) (cid:4)(cid:26)(cid:4) (cid:30)(cid:5)’ (cid:22) (cid:29)(cid:17)(cid:12)(cid:10)(cid:12)(cid:3)(cid:2)(cid:16) /(cid:10)(cid:24)(cid:12)(cid:3)(cid:10)(cid:20) (cid:11)(cid:3)(cid:7)(cid:13)(cid:29)(cid:9)(cid:16)(cid:24)(cid:16) (cid:4)(cid:26)(cid:26) (cid:30)(cid:5)(cid:30) (cid:31)(cid:14)(cid:7)(cid:13)(cid:25)(cid:13)(cid:12)(cid:16)(cid:15)(cid:13) (cid:7)(cid:20) /(cid:10)(cid:24)(cid:13) (cid:4)(cid:26)’ (cid:30)(cid:5)+ 0(cid:3)(cid:7)(cid:12)(cid:3)(cid:14) (cid:14)(cid:7)(cid:15)(cid:15)(cid:17)(cid:20)(cid:3)(cid:12)(cid:3)(cid:16)(cid:13) (cid:7)(cid:20) /(cid:10)(cid:24)(cid:13) (cid:4)(cid:26)(cid:30) (cid:30)(cid:5) (cid:31)(cid:10)(cid:24)(cid:12)(cid:9) (cid:10)(cid:20)(cid:10)(cid:27)(cid:7))(cid:17)(cid:16)(cid:13) (cid:7)(cid:23) /(cid:10)(cid:24)(cid:12)(cid:3)(cid:10)(cid:20) (cid:9)(cid:10)(cid:11)(cid:3)(cid:12)(cid:10)(cid:12)(cid:13) (cid:4)(cid:26)+ (cid:30)(cid:5)4 *(cid:9)(cid:10)(cid:24)(cid:10)(cid:14)(cid:12)(cid:16)(cid:24)(cid:3)(cid:13)(cid:12)(cid:3)(cid:14)(cid:13) (cid:7)(cid:23) (cid:27)(cid:3)(cid:23)(cid:16) (cid:7)(cid:20) /(cid:10)(cid:24)(cid:13) (cid:4)(cid:26)4 (cid:30)(cid:5)4(cid:5)(cid:4) /(cid:16)(cid:12)(cid:10)(cid:11)(cid:7)(cid:27)(cid:3)(cid:13)(cid:15) (cid:4)(cid:26)4 (cid:30)(cid:5)4(cid:5)(cid:26) "(cid:16)(cid:29)(cid:24)(cid:7)(cid:28)(cid:17)(cid:14)(cid:12)(cid:3)(cid:7)(cid:20) (cid:4)(cid:26)4 (cid:30)(cid:5)4(cid:5)(cid:18) /(cid:7)(cid:12)(cid:3)(cid:27)(cid:3)(cid:12)(cid:25) (cid:4)(cid:26)# (cid:30)(cid:5)4(cid:5)’ ((cid:16)(cid:20)(cid:13)(cid:7)(cid:24)(cid:25) (cid:13)(cid:25)(cid:13)(cid:12)(cid:16)(cid:15)(cid:13) (cid:4)(cid:18)& (cid:30)(cid:5)4(cid:5)(cid:30) *(cid:7))(cid:20)(cid:3)(cid:12)(cid:3)(cid:7)(cid:20) (cid:4)(cid:18)& (cid:30)(cid:5)# <(cid:9)(cid:10)(cid:12) (cid:14)(cid:7)(cid:17)(cid:27)(cid:28) (cid:11)(cid:16) (cid:8)(cid:24)(cid:7)(cid:20)) (cid:8)(cid:3)(cid:12)(cid:9) (cid:12)(cid:9)(cid:3)(cid:13) (cid:29)(cid:3)(cid:14)(cid:12)(cid:17)(cid:24)(cid:16)= (cid:4)(cid:18)& (cid:30)(cid:5)(cid:4)& $(cid:3)(cid:23)(cid:16) (cid:15)(cid:10)(cid:25) (cid:9)(cid:10)(cid:2)(cid:16) (cid:11)(cid:16)(cid:16)(cid:20) (cid:28)(cid:3)(cid:13)(cid:14)(cid:7)(cid:2)(cid:16)(cid:24)(cid:16)(cid:28) (cid:7)(cid:20) /(cid:10)(cid:24)(cid:13) (cid:10)(cid:27)(cid:24)(cid:16)(cid:10)(cid:28)(cid:25) (cid:4)(cid:18)(cid:4) (cid:30)(cid:5)(cid:4)(cid:4) *(cid:9)(cid:10)(cid:29)(cid:12)(cid:16)(cid:24) (cid:13)(cid:17)(cid:15)(cid:15)(cid:10)(cid:24)(cid:25) (cid:4)(cid:18)(cid:18) (cid:30)(cid:5)(cid:4)(cid:26) "(cid:16)(cid:23)(cid:16)(cid:24)(cid:16)(cid:20)(cid:14)(cid:16)(cid:13) (cid:10)(cid:20)(cid:28) (cid:23)(cid:17)(cid:24)(cid:12)(cid:9)(cid:16)(cid:24) (cid:24)(cid:16)(cid:10)(cid:28)(cid:3)(cid:20)) (cid:4)(cid:18)’ & ’(cid:5)(cid:14)(cid:14) (cid:30)(cid:13)(cid:8)(cid:5) (cid:10)(cid:3)(cid:20) !(cid:8)(cid:13)(cid:24)(cid:6)(cid:4)(cid:2)(cid:3)(cid:5) (cid:4)(cid:18) +(cid:5)(cid:4) 9(cid:10)(cid:12)(cid:17)(cid:24)(cid:16) (cid:7)(cid:23) >(cid:16)(cid:20)(cid:17)(cid:13) (cid:4)(cid:18) +(cid:5)(cid:4)(cid:5)(cid:4) (cid:22)(cid:12)(cid:15)(cid:7)(cid:13)(cid:29)(cid:9)(cid:16)(cid:24)(cid:16) (cid:4)(cid:18)4 +(cid:5)(cid:4)(cid:5)(cid:26) !(cid:7)(cid:29)(cid:7))(cid:24)(cid:10)(cid:29)(cid:9)(cid:25) (cid:4)(cid:18)# +(cid:5)(cid:4)(cid:5)(cid:18) >(cid:7)(cid:27)(cid:14)(cid:10)(cid:20)(cid:3)(cid:13)(cid:15) (cid:4)’& +(cid:5)(cid:4)(cid:5)’ !(cid:16)(cid:14)(cid:12)(cid:7)(cid:20)(cid:3)(cid:14) (cid:23)(cid:16)(cid:10)(cid:12)(cid:17)(cid:24)(cid:16)(cid:13) (cid:4)’(cid:26) +(cid:5)(cid:26) ;(cid:27)(cid:10)(cid:20)(cid:16)(cid:12)(cid:10)(cid:24)(cid:25) (cid:9)(cid:3)(cid:13)(cid:12)(cid:7)(cid:24)(cid:25) (cid:7)(cid:23) >(cid:16)(cid:20)(cid:17)(cid:13) (cid:4)’(cid:18) +(cid:5)(cid:18) (cid:22) (cid:29)(cid:7)(cid:13)(cid:13)(cid:3)(cid:11)(cid:27)(cid:16) (cid:16)(cid:2)(cid:7)(cid:27)(cid:17)(cid:12)(cid:3)(cid:7)(cid:20)(cid:10)(cid:24)(cid:25) (cid:9)(cid:3)(cid:13)(cid:12)(cid:7)(cid:24)(cid:25) (cid:23)(cid:7)(cid:24) (cid:29)(cid:17)(cid:12)(cid:10)(cid:12)(cid:3)(cid:2)(cid:16) (cid:27)(cid:3)(cid:23)(cid:16) (cid:7)(cid:20) >(cid:16)(cid:20)(cid:17)(cid:13) (cid:4)’(cid:30) +(cid:5)(cid:18)(cid:5)(cid:4) $(cid:3)(cid:23)(cid:16) (cid:3)(cid:20) (cid:12)(cid:9)(cid:16) (cid:10))(cid:16) (cid:7)(cid:23) (cid:8)(cid:10)(cid:12)(cid:16)(cid:24) (cid:7)(cid:20) >(cid:16)(cid:20)(cid:17)(cid:13) (cid:4)’(cid:30) +(cid:5)(cid:18)(cid:5)(cid:26) $(cid:3)(cid:23)(cid:16) (cid:10)(cid:13) >(cid:16)(cid:20)(cid:17)(cid:13) (cid:11)(cid:16)(cid:14)(cid:10)(cid:15)(cid:16) (cid:9)(cid:7)(cid:12)(cid:12)(cid:16)(cid:24) (cid:10)(cid:20)(cid:28) (cid:12)(cid:9)(cid:16) (cid:8)(cid:10)(cid:12)(cid:16)(cid:24) (cid:16)(cid:2)(cid:10)(cid:29)(cid:7)(cid:24)(cid:10)(cid:12)(cid:16)(cid:28) (cid:4)’ +(cid:5)(cid:18)(cid:5)(cid:18) !(cid:9)(cid:16) (cid:29)(cid:7)(cid:13)(cid:13)(cid:3)(cid:11)(cid:3)(cid:27)(cid:3)(cid:12)(cid:25) (cid:7)(cid:23) (cid:27)(cid:3)(cid:23)(cid:16) (cid:11)(cid:16)(cid:27)(cid:7)(cid:8) (cid:12)(cid:9)(cid:16) (cid:13)(cid:17)(cid:24)(cid:23)(cid:10)(cid:14)(cid:16) (cid:7)(cid:23) >(cid:16)(cid:20)(cid:17)(cid:13) (cid:4)’4 +(cid:5)’ !(cid:9)(cid:16) (cid:29)(cid:24)(cid:7)(cid:13)(cid:29)(cid:16)(cid:14)(cid:12) (cid:7)(cid:23) (cid:23)(cid:3)(cid:20)(cid:28)(cid:3)(cid:20)) (cid:23)(cid:7)(cid:13)(cid:13)(cid:3)(cid:27) (cid:16)(cid:2)(cid:3)(cid:28)(cid:16)(cid:20)(cid:14)(cid:16) (cid:7)(cid:23) (cid:27)(cid:3)(cid:23)(cid:16) (cid:7)(cid:20) >(cid:16)(cid:20)(cid:17)(cid:13) (cid:4)’# +(cid:5)(cid:30) (cid:31)(cid:14)(cid:7)(cid:13)(cid:25)(cid:13)(cid:12)(cid:16)(cid:15) (cid:29)(cid:7)(cid:13)(cid:13)(cid:3)(cid:11)(cid:3)(cid:27)(cid:3)(cid:12)(cid:3)(cid:16)(cid:13) (cid:23)(cid:7)(cid:24) (cid:27)(cid:3)(cid:23)(cid:16) (cid:7)(cid:20) >(cid:16)(cid:20)(cid:17)(cid:13) (cid:4)’# +(cid:5)+ *(cid:9)(cid:10)(cid:24)(cid:10)(cid:14)(cid:12)(cid:16)(cid:24)(cid:3)(cid:13)(cid:12)(cid:3)(cid:14)(cid:13) (cid:7)(cid:23) (cid:27)(cid:3)(cid:23)(cid:16) (cid:7)(cid:20) >(cid:16)(cid:20)(cid:17)(cid:13) (cid:4)(cid:30)& +(cid:5) ;(cid:7)(cid:13)(cid:13)(cid:3)(cid:11)(cid:3)(cid:27)(cid:3)(cid:12)(cid:3)(cid:16)(cid:13) (cid:23)(cid:7)(cid:24) (cid:27)(cid:3)(cid:23)(cid:16) (cid:7)(cid:20) (cid:16)(cid:1)(cid:7)(cid:29)(cid:27)(cid:10)(cid:20)(cid:16)(cid:12)(cid:13) (cid:27)(cid:3):(cid:16) >(cid:16)(cid:20)(cid:17)(cid:13) (cid:4)(cid:30)& viii Cosmic Biology 6.8 Chapter summary 151 6.9 References and further reading 152 7 Suspended Animation 153 7.1 Prospects for life in the clouds of Venus 153 7.1.1 Composition and characteristics of Venusian clouds 154 7.1.2 Properties conducive to life in the clouds of Venus 155 7.1.3 Challenges for life in the clouds of Venus 157 7.1.4 Possible trajectories for the evolution of life in the clouds of Venus 157 7.1.5 Ecosystem possibilities in the clouds of Venus 160 7.2 Prospects for life in the atmospheres of gas giant planets 160 7.2.1 Composition of the gas giants 161 7.2.2 Conceivable habitats for life on the gas giants 164 7.2.3 Assessing the plausibility of life in the atmosphere of the gas giants 166 7.3 Prospects for life in the atmospheres of exoplanets 169 7.4 Chapter summary 170 7.5 References and further reading 172 8 Deep and Dark 173 8.1 Nature of Europa 173 8.2 Planetary history of Jovian satellites 176 8.3 Conditions for life on Europa 178 8.4 Energy for life on Europa 178 8.4.1 Light 178 8.4.2 Radiation 179 8.4.3 Chemistry 179 8.4.4 Fluid in motion 179 8.4.5 Osmotic and ionic gradients 180 8.4.6 Heat 180 8.4.7 Other long-shot possibilities 183 8.5 Forms of life on Europa 183 8.5.1 Producers 183 8.5.2 Consumers 185 8.6 Possible evolutionary history for putative life on Europa 186 189 8.7 Ecosystems on Europa 193 8.8 Biotic communities on Europa 193 8.8.1 The near-surface community 193 8.8.2 The ice ceiling community 193 8.8.3 The benthic community 194 8.8.4 The pelagic community 194 8.9 Characteristics of Europan biota 194 8.9.1 Metabolism 194 8.9.2 Reproductive systems Contents ix 8.9.3 Motility 195 8.9.4 Sensory systems 195 48(cid:5).#6(cid:5).5(cid:30) Cognition 195 8.10 Properties of Europa not conducive for life 196 8.11 Enceladus: variations on a theme 196 8.12 Significance of the potential for life on Europa or Enceladus 198 8.13 Chapter summary 199 8.14 References and further reading 199 9 Fire and Ice 201 9.1 Nature of lo 201 9.1.1 Geology 202 9.1.2 Thermal environment 207 9.1.3 Radiation environment 209 9.2 Planetary history of lo 210 9.3 Conditions for life on lo 210 9.3.1 Solvents for life on lo 212 9.3.2 Chemical building blocks for life on lo 213 9.3.2 Energy for life on lo 214 9.4 Origin of life on lo 214 9.5 Habitats for life on lo 215 9.6 A possible evolutionary history for life on lo 216 9.7 Ecosystem possibilities for life on lo 218 9.8 Characteristics of life on lo 219 9.8.1 Radiation resistance 219 9.8.2 Metabolism 220 9.8.3 Growth and reproduction 220 9.8.4 Motility 220 9.8.5 Sensory systems 220 9.8.6 Cognition 221 9.9 Chapter summary 221 9.10 References and further reading 222 10 Petrolakes 225 10.1 Nature of Titan 226 10.1.1 Atmosphere and climate 226 10.1.2 Topography 228 10.1.3 Interior 231 10.2 Planetary history of Titan 232 10.3 Conditions (good and bad) for life on Titan 234 10.3.1 Chemistry 234 10.3.2 Temperature 237 10.3.3 Habitats 237 10.4 A possible evolutionary history for putative life on Titan 239 10.4.1 An aqueous origin and evolution for life on Titan 240