Założenie, że obca biochemia prawdopodobnie wymaga ciekłej wody, może wydawać się trochę skoncentrowana na Ziemi. Ale biorąc pod uwagę możliwości chemiczne dostępne z najliczniejszych pierwiastków we wszechświecie, nawet obcy naukowiec o innej biochemii prawdopodobnie zgodziłby się, że biochemia oparta na rozpuszczalnikach wodnych najprawdopodobniej wystąpi gdzie indziej we wszechświecie - i byłaby najbardziej prawdopodobne podstawy rozwoju inteligentnego życia.
Na podstawie tego, co wiemy o życiu i biochemii, wydaje się prawdopodobne, że obca biochemia będzie potrzebowała rozpuszczalnika (takiego jak woda) i jednej lub więcej jednostek elementarnych ze względu na swoją strukturę i funkcję (jak węgiel). Rozpuszczalniki są ważne, aby umożliwić reakcje chemiczne, a także fizyczny transport materiałów - i w obu przypadkach, posiadanie tego rozpuszczalnika w fazie ciekłej wydaje się niezbędne.
Można się spodziewać, że najczęściej biochemicznie użyteczne rozpuszczalniki najprawdopodobniej tworzą się z najczęstszych pierwiastków we wszechświecie - wodoru, helu, tlenu, neonu, azotu, węgla, krzemu, magnezu, żelaza i siarki, w tej kolejności.
Prawdopodobnie możesz zapomnieć o helu i neonie - oba gazy szlachetne, są w dużej mierze obojętne chemicznie i rzadko tworzą związki chemiczne, z których żaden oczywiście nie ma właściwości rozpuszczalnika. Patrząc na to, co pozostało, rozpuszczalnikami polarnymi, które mogą być najłatwiej dostępne dla wsparcia biochemii, są przede wszystkim woda (H2O), a następnie amoniak (NH3) i siarkowodoru (H2S). Można również tworzyć różne niepolarne rozpuszczalniki, zwłaszcza metan (CH4). Mówiąc ogólnie, rozpuszczalniki polarne mają słaby ładunek elektryczny i mogą rozpuszczać większość rzeczy, które są rozpuszczalne w wodzie, podczas gdy rozpuszczalniki niepolarne nie mają ładunku i działają bardziej jak rozpuszczalniki przemysłowe, które znamy na Ziemi, takie jak terpentyna.
Isaac Asimov, który nie pisząc science fiction, był biochemikiem, zaproponował hipotetyczną biochemię, w której polip lipidy (zasadniczo łańcuchy cząsteczek tłuszczu) mogłyby zastąpić białka w metanowym (lub innym niepolarnym) rozpuszczalniku. Taka biochemia może działać na Księżycu Saturna, Tytanie.
Niemniej jednak z listy potencjalnie obfitych rozpuszczalników we wszechświecie woda wydaje się najlepszym kandydatem do wspierania złożonego ekosystemu. W końcu i tak najprawdopodobniej będzie to najbardziej powszechny rozpuszczalnik - a jego faza ciekła występuje w wyższym zakresie temperatur niż jakikolwiek inny.
Wydaje się rozsądnym założyć, że biochemia będzie bardziej dynamiczna w cieplejszym środowisku z większą dostępną energią do napędzania reakcji biochemicznych. Tak dynamiczne środowisko powinno oznaczać, że organizmy mogą rosnąć i rozmnażać się (a więc ewoluować) znacznie szybciej.
Woda ma również zalety:
• posiadające silne wiązania wodorowe, które nadają mu silne napięcie powierzchniowe (trzy razy większe niż ciekły amoniak) - co sprzyjałoby agregacji związków prebiotycznych i rozwojowi błon;
• zdolność do tworzenia słabych niekowalencyjnych wiązań z innymi związkami - które na przykład wspierają strukturę 3d białek w biochemii Ziemi; i
• zdolność angażowania się w reakcje transportu elektronów (kluczowa metoda produkcji energii w biochemii Ziemi), poprzez oddanie jonu wodoru i odpowiadającego mu elektronu.
Sugerowano, że fluorowodór (HF) jest alternatywnym trwałym rozpuszczalnikiem, który może również brać udział w reakcjach transportu elektronów - z fazą ciekłą między -80 oC i 20 oC przy ciśnieniu 1 atmosfery (Ziemia, poziom morza). Jest to cieplejszy zakres temperatur niż inne rozpuszczalniki, które prawdopodobnie będą powszechnie obfite, oprócz wody. Jednak sam fluor nie jest bardzo obfitym pierwiastkiem, a HF w obecności wody zamieni się w kwas fluorowodorowy.
H.2S może być również stosowany do reakcji transportu elektronów - i jest tak wykorzystywany przez niektóre bakterie chemosyntetyczne na Ziemi - ale jako płyn występuje tylko w stosunkowo wąskim i zimnym zakresie temperatur -90 oC do -60 oC w 1 atmosferze.
Te punkty przynajmniej uzasadniają, że woda w stanie ciekłym jest najbardziej statystycznie prawdopodobną podstawą rozwoju złożonych ekosystemów zdolnych do wspierania inteligentnego życia. Chociaż możliwe są inne biochemie oparte na innych rozpuszczalnikach - wydają się być ograniczone do zimnych, niskoenergetycznych środowisk, w których tempo rozwoju różnorodności biologicznej i ewolucji może być bardzo wolne.
Jedynym wyjątkiem od tej zasady mogą być środowiska o wysokim ciśnieniu, które mogą utrzymywać te inne rozpuszczalniki w fazie płynnej w wyższych temperaturach (gdzie w innym przypadku istniałyby jako gaz pod ciśnieniem 1 atmosfery).
W następnym tygodniu: Dlaczego węgiel
