Припущення, що чужорідним біохімічним ресурсам, ймовірно, потрібна рідка вода, може здатися мало орієнтованим на Землю. Але, враховуючи хімічні можливості, доступні для найпоширеніших елементів у Всесвіті, навіть іноземець-вчений з іншою біохімією, мабуть, погодиться, що біохімія на основі водних розчинників, швидше за все, зустрінеться в інших місцях Всесвіту - і була б найбільшою ймовірно, фундамент для розумного життя.
Виходячи з того, що нам відомо про життя та біохімію, здається, що чужорідній біохімії знадобиться розчинник (як вода) та одна чи кілька елементарних одиниць для своєї структури та функції (як вуглець). Розчинники важливі для хімічних реакцій, а також для фізично транспортуючих матеріалів - і в обох контекстах наявність цього розчинника у рідкій фазі видається життєво важливим.
Можна очікувати, що звичайні біохімічно корисні розчинники, найімовірніше, утворюються з найпоширеніших елементів у Всесвіті - водню, гелію, кисню, неону, азоту, вуглецю, кремнію, магнію, заліза та сірки в такому порядку.
Напевно можна забути про гелій та неон - обидва благородні гази, вони значною мірою хімічно інертні і лише рідко утворюють хімічні сполуки, жодна з яких, очевидно, не має властивостей розчинника. Дивлячись на те, що залишилося, полярні розчинники, які можуть бути найбільш доступними для підтримки біохімії, - це спочатку вода (H2O), потім аміак (NH3) і сірководню (Н2S). Також можуть утворюватися різні неполярні розчинники, зокрема метан (СН4). В цілому полярні розчинники мають слабкий електричний заряд і можуть розчиняти більшість речей, які розчиняються у воді, тоді як неполярні розчинники не мають заряду і діють більше, як промислові розчинники, з якими ми знайомі на Землі, такі як скипидар.
Ісаак Асімов, який, не пишучи наукової фантастики, був біохіміком, запропонував гіпотетичну біохімію, коли поліліпіди (по суті ланцюги молекул жиру) могли замінити білки в метані (або іншому неполярному) розчиннику. Така біохімія може працювати на Місяці Сатурна, Титані.
Тим не менш, зі списку потенційно рясних розчинників у Всесвіті вода виглядає найкращим кандидатом для підтримки складної екосистеми. Зрештою, він, швидше за все, є найбільш універсальним розчинником - і його рідка фаза відбувається в більш високому температурному діапазоні, ніж будь-який з інших.
Здається розумним припустити, що біохімія буде більш динамічною у більш теплому середовищі та матиме більше енергії для керування біохімічними реакціями. Таке динамічне середовище повинно означати, що організми можуть рости та розмножуватися (і, отже, розвиватися) набагато швидше.
Вода також має переваги:
• наявність міцних водневих зв’язків, що надає йому сильного поверхневого натягу (втричі більше рідкого аміаку) - що сприяло б агрегації пребіотичних сполук та розвитку мембран;
• здатність утворювати слабкі нековалентні зв’язки з іншими сполуками, що, наприклад, підтримує 3d структуру білків у біохімії Землі; і
• можливість брати участь в реакціях транспорту електронів (ключовий метод отримання енергії в біохімії Землі), подаючи іон водню та відповідний йому електрон.
Фторид водню (HF) пропонується як альтернативний стабільний розчинник, який також може брати участь в реакціях транспорту електронів - з рідкою фазою між -80 оС і 20 оC при тиску атмосфери 1 (Земля, рівень моря). Це більш теплий діапазон температур, ніж інші розчинники, які, ймовірно, є загальнолюдськими, крім води. Однак фтор сам по собі не є дуже рясним елементом, і HF у присутності води перетвориться на фтористу кислоту.
Н2S також може використовуватися для реакцій транспорту електронів - і так його використовують деякі хіміосинтетичні бактерії на Землі - але як рідина він існує лише у відносно вузькому та холодному температурних інтервалах -90 оЗ до -60 оC на 1 атмосферу.
Принаймні, це є приводом для того, що рідка вода є найбільш статистично вірогідною основою для розвитку складних екосистем, здатних підтримувати розумне життя. Хоча можливі й інші біохімії на основі інших розчинників - вони, мабуть, обмежені холодними, малоенергетичними середовищами, де швидкість розвитку біологічного різноманіття та еволюції може бути дуже повільною.
Єдиним винятком із цього правила можуть бути середовища високого тиску, які можуть витримувати інші розчинники у рідкій фазі при більш високих температурах (де вони в іншому випадку існували б як газ при тиску 1 атмосфера).
Наступного тижня: Чому вуглець?
