Предположението, че извънземните биохимии вероятно изискват течна вода, може да изглежда малко ориентирано към Земята. Но като се имат предвид химическите възможности, налични от най-изобилните елементи във Вселената, дори извънземен учен с различна биохимия вероятно би се съгласил, че биохимията на базата на вода разтворител е повече от вероятно да се среща другаде във Вселената - и би била най-много вероятна основа за развитие на интелигентен живот.
Въз основа на това, което знаем за живота и биохимията, изглежда вероятно, че извънземната биохимия ще се нуждае от разтворител (като вода) и една или повече елементарни единици за своята структура и функция (като въглерод). Разтворителите са важни за осигуряване на химични реакции, както и за физически транспортиране на материали - и в двата контекста наличието на този разтворител в течната му фаза изглежда жизненоважно.
Можем да очакваме, че най-вероятно биохимично полезните разтворители се образуват от най-често срещаните елементи във Вселената - като водород, хелий, кислород, неон, азот, въглерод, силиций, магнезий, желязо и сяра в този ред.
Вероятно можете да забравите за хелия и неона - и двамата благородни газове, те до голяма степен са химически инертни и само рядко образуват химични съединения, нито едно от които очевидно няма свойствата на разтворител. Като погледнем какво е останало, полярните разтворители, които може би са най-лесно достъпни за поддържане на биохимия, първо са вода (H2О), след това амоняк (NH3) и сероводород (H2С). Могат да се образуват и различни неполярни разтворители, по-специално метан (СН4). Най-общо казано, полярните разтворители имат слаб електрически заряд и могат да разтворят повечето неща, които са водоразтворими, докато неполярните разтворители нямат заряд и действат повече като индустриалните разтворители, с които сме познати на Земята, като терпентин.
Исак Асимов, който, когато не пишеше научна фантастика, беше биохимик, предложи хипотетична биохимия, при която полилипидите (по същество вериги от мастните молекули) могат да заместват протеините в метанов (или друг неполярен) разтворител. Подобна биохимия може да работи на Луната на Сатурн, Титан.
Независимо от това, от списъка на потенциално изобилните разтворители във Вселената водата изглежда е най-добрият кандидат за поддържане на сложна екосистема. В края на краищата, той вероятно е най-широко разпространеният разтворител, а течната му фаза протича в по-висок температурен диапазон от всеки от останалите.
Изглежда разумно да се предположи, че биохимията ще бъде по-динамична в по-топла среда с повече енергия на разположение за задвижване на биохимичните реакции. Такава динамична среда трябва да означава, че организмите могат да растат и да се размножават (и следователно да се развиват) много по-бързо.
Водата също има предимствата на:
• има силни водородни връзки, което му придава силно повърхностно напрежение (три пъти по-високо от течния амоняк) - което би насърчило агрегирането на пребиотични съединения и развитието на мембрани;
• способност да образува слаби нековалентни връзки с други съединения - което например поддържа 3d структурата на протеините в биохимията на Земята; и
• да могат да участват в реакции на транспорт на електрон (основният метод за производство на енергия в биохимията на Земята), като даряват водороден йон и съответния му електрон.
Водородният флуорид (HF) е предложен като алтернативен стабилен разтворител, който също може да участва в реакции на транспорт на електрон - с течна фаза между -80 оС и 20 оС при атмосферно налягане 1 (земно, морско ниво). Това е по-топъл температурен диапазон в сравнение с другите разтворители, които могат да бъдат универсално изобилни, освен вода. Въпреки това флуорът сам по себе си не е много изобилен елемент и HF, в присъствието на вода, ще се превърне в флуороводородна киселина.
Н2S може да се използва и за реакции на транспорт на електрон - и така се използва от някои хемосинтетични бактерии на Земята - но като течност той съществува само в относително тесния и студен температурен диапазон от -90 оС до -60 оC при 1 атмосфера.
Тези точки са най-малкото основание за течната вода като най-статистически вероятната основа за развитието на сложни екосистеми, способни да поддържат интелигентен живот. Въпреки че са възможни други биохимични бази, базирани на други разтворители - изглежда, че те са ограничени до студени, нискоенергийни среди, където скоростта на развитие на биологичното разнообразие и еволюцията може да е много бавна.
Единственото изключение от това правило може да бъде среда с високо налягане, която може да поддържа тези други разтворители във флуидна фаза при по-високи температури (където иначе биха съществували като газ при налягане 1 атмосфера).
Следващата седмица: Защо въглерод?
