Η υπόθεση ότι οι εξωγήινοι βιοχημεία απαιτούν πιθανώς υγρό νερό μπορεί να φαίνεται λίγο επικεντρωμένη στη Γη. Όμως, λαμβάνοντας υπόψη τις διαθέσιμες χημικές δυνατότητες από τα πιο άφθονα στοιχεία του σύμπαντος, ακόμη και ένας εξωγήινος επιστήμονας με διαφορετική βιοχημεία θα συμφωνούσε πιθανώς ότι μια βιοχημεία με βάση διαλύτες νερού είναι πιθανότερο να συμβεί αλλού στο σύμπαν - και θα ήταν η πιο πιθανό θεμέλιο ανάπτυξης έξυπνης ζωής.
Με βάση όσα γνωρίζουμε για τη ζωή και τη βιοχημεία, φαίνεται πιθανό ότι μια εξωγήινη βιοχημεία θα χρειαστεί έναν διαλύτη (όπως το νερό) και μία ή περισσότερες στοιχειώδεις μονάδες για τη δομή και τη λειτουργία της (όπως ο άνθρακας). Οι διαλύτες είναι σημαντικοί για να επιτρέψουν χημικές αντιδράσεις, καθώς και φυσικά υλικά μεταφοράς - και και στα δύο πλαίσια, η ύπαρξη αυτού του διαλύτη στην υγρή φάση του φαίνεται ζωτικής σημασίας.
Θα μπορούσαμε να περιμένουμε ότι κοινά βιοχημικά χρήσιμοι διαλύτες είναι πιθανότερο να σχηματιστούν από τα πιο κοινά στοιχεία του σύμπαντος - το υδρογόνο, ήλιο, οξυγόνο, νέον, άζωτο, άνθρακας, πυρίτιο, μαγνήσιο, σίδηρος και θείο, με αυτή τη σειρά.
Μπορείτε πιθανώς να ξεχάσετε το ήλιο και το νέον - και τα δύο ευγενή αέρια, είναι σε μεγάλο βαθμό χημικά αδρανή και σπάνια σχηματίζουν χημικές ενώσεις, καμία από τις οποίες προφανώς δεν έχει τις ιδιότητες ενός διαλύτη. Κοιτάζοντας τι απομένει, οι πολικοί διαλύτες που μπορεί να είναι πιο εύκολα διαθέσιμοι για την υποστήριξη μιας βιοχημείας είναι πρώτα το νερό (H2Ο), μετά αμμωνία (ΝΗ3) και υδρόθειο (Η2ΜΙΚΡΟ). Μπορούν επίσης να σχηματιστούν διάφοροι μη πολικοί διαλύτες, κυρίως μεθάνιο (CH4). Σε γενικές γραμμές, οι πολικοί διαλύτες έχουν ασθενές ηλεκτρικό φορτίο και μπορούν να διαλύσουν τα περισσότερα πράγματα που είναι υδατοδιαλυτά, ενώ οι μη πολικοί διαλύτες δεν έχουν φορτίο και ενεργούν περισσότερο σαν τους βιομηχανικούς διαλύτες που γνωρίζουμε στη Γη, όπως η τερεβινθίνη.
Ο Isaac Asimov, ο οποίος όταν δεν γράφει επιστημονική φαντασία ήταν βιοχημικός, πρότεινε μια υποθετική βιοχημεία όπου τα πολυ-λιπίδια (ουσιαστικά αλυσίδες λιπαρών μορίων) θα μπορούσαν να υποκαταστήσουν τις πρωτεΐνες σε έναν μεθάνιο (ή άλλο μη πολικό) διαλύτη. Μια τέτοια βιοχημεία μπορεί να λειτουργήσει στο φεγγάρι του Κρόνου, στον Τιτάνα.
Ωστόσο, από τη λίστα των δυνητικά άφθονων διαλυτών στο σύμπαν, το νερό φαίνεται να είναι ο καλύτερος υποψήφιος για την υποστήριξη ενός σύνθετου οικοσυστήματος. Σε τελική ανάλυση, είναι πιθανότατα να είναι ο πιο άφθονος παγκοσμίως διαλύτης - και η υγρή φάση του εμφανίζεται σε υψηλότερο εύρος θερμοκρασίας από οποιονδήποτε από τους άλλους.
Φαίνεται λογικό να υποθέσουμε ότι μια βιοχημεία θα είναι πιο δυναμική σε ένα θερμότερο περιβάλλον με περισσότερη ενέργεια διαθέσιμη για να προκαλέσει βιοχημικές αντιδράσεις. Ένα τέτοιο δυναμικό περιβάλλον πρέπει να σημαίνει ότι οι οργανισμοί μπορούν να αναπτυχθούν και να αναπαραχθούν (και συνεπώς να εξελιχθούν) τόσο πολύ γρηγορότερα.
Το νερό έχει επίσης τα πλεονεκτήματα:
• Έχοντας ισχυρούς δεσμούς υδρογόνου που του δίνουν μια ισχυρή επιφανειακή τάση (τρεις φορές εκείνη της υγρής αμμωνίας) - η οποία θα ενθάρρυνε τη συσσώρευση πρεβιοτικών ενώσεων και την ανάπτυξη μεμβρανών.
• η ικανότητα δημιουργίας ασθενών μη ομοιοπολικών δεσμών με άλλες ενώσεις - οι οποίες, για παράδειγμα, υποστηρίζουν την τρισδιάστατη δομή πρωτεϊνών στη βιοχημεία της Γης. και
• να είναι σε θέση να συμμετάσχει σε αντιδράσεις μεταφοράς ηλεκτρονίων (η βασική μέθοδος παραγωγής ενέργειας στη βιοχημεία της Γης), δωρίζοντας ένα ιόν υδρογόνου και το αντίστοιχο ηλεκτρόνιο του.
Το υδροφθόριο (HF) έχει προταθεί ως ένας εναλλακτικός σταθερός διαλύτης που θα μπορούσε επίσης να προκαλέσει αντιδράσεις μεταφοράς ηλεκτρονίων - με μια υγρή φάση μεταξύ -80 οC και 20 οC σε πίεση ατμόσφαιρας 1 (Γη, επίπεδο θάλασσας). Αυτό είναι ένα θερμότερο εύρος θερμοκρασιών από τους άλλους διαλύτες που είναι πιθανό να είναι καθολικά άφθονοι, εκτός από το νερό. Ωστόσο, το ίδιο το φθόριο δεν είναι πολύ άφθονο στοιχείο και το HF, παρουσία νερού, θα μετατραπεί σε υδροφθορικό οξύ.
Η2Το S μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για αντιδράσεις μεταφοράς ηλεκτρονίων - και χρησιμοποιείται έτσι από ορισμένα χημειοσυνθετικά βακτήρια με βάση τη Γη - αλλά ως υγρό υπάρχει μόνο στο σχετικά στενό και κρύο εύρος θερμοκρασίας -90 οC έως -60 οC σε 1 ατμόσφαιρα.
Αυτά τα σημεία αποτελούν τουλάχιστον μια ισχυρή περίπτωση για το υγρό νερό να είναι η πιο στατιστικά πιθανή βάση για την ανάπτυξη σύνθετων οικοσυστημάτων ικανών να υποστηρίξουν έξυπνη ζωή. Αν και είναι πιθανές άλλες βιοχημικές ουσίες που βασίζονται σε άλλους διαλύτες - φαίνεται πιθανό να περιορίζονται σε ψυχρά περιβάλλοντα χαμηλής ενέργειας όπου ο ρυθμός ανάπτυξης της βιολογικής ποικιλομορφίας και της εξέλιξης μπορεί να είναι πολύ αργός.
Η μόνη εξαίρεση σε αυτόν τον κανόνα μπορεί να είναι περιβάλλοντα υψηλής πίεσης που μπορούν να διατηρήσουν αυτούς τους άλλους διαλύτες σε ρευστή φάση σε υψηλότερες θερμοκρασίες (όπου διαφορετικά θα υπήρχαν ως αέριο σε πίεση 1 ατμόσφαιρας).
Την επόμενη εβδομάδα: Γιατί άνθρακα;
