Prielaida, kad svetimiems biochemikams tikriausiai reikalingas skystas vanduo, gali atrodyti mažai orientuota į Žemę. Bet, atsižvelgiant į chemines galimybes, kurias teikia gausiausi elementai Visatoje, net ir ateivių mokslininkas, turintis kitokią biochemiją, tikriausiai sutiktų, kad vandens tirpikliais pagrįsta biochemija yra didesnė nei tikėtina kitur Visatoje - ir ji būtų pati didžiausia tikėtinas protingo gyvenimo vystymosi pagrindas.
Remiantis tuo, ką žinome apie gyvenimą ir biochemiją, panašu, kad svetimosios biochemijos struktūrai ir funkcijai (pavyzdžiui, anglies) reikės tirpiklio (pavyzdžiui, vandens) ir vieno ar daugiau elementų. Tirpikliai yra svarbūs vykstant cheminėms reakcijoms, taip pat fiziškai gabenančios medžiagas - ir abiem atvejais gyvybiškai svarbu turėti tą tirpiklį skystoje fazėje.
Galėtume tikėtis, kad dažniausiai biochemiškai naudingi tirpikliai susidaro iš įprasčiausių visatos elementų - vandenilio, helio, deguonies, neono, azoto, anglies, silicio, magnio, geležies ir sieros, tokia tvarka.
Tikriausiai galite pamiršti apie helį ir neoną - abi tauriosios dujos, jos iš esmės yra chemiškai inertiškos ir tik retai sudaro cheminius junginius, iš kurių nė vienas akivaizdžiai neturi tirpiklio savybių. Žvelgiant į tai, kas liko, poliniai tirpikliai, kurie yra lengviausiai prieinami biochemijai palaikyti, pirmiausia yra vanduo (H2O), tada amoniakas (NH3) ir vandenilio sulfidas (H2S). Taip pat gali būti formuojami įvairūs nepoliniai tirpikliai, ypač metanas (CH4). Apskritai kalbant, poliniai tirpikliai turi silpną elektrinį krūvį ir gali ištirpinti daugumą vandenyje tirpių dalykų, tuo tarpu nepoliniai tirpikliai neturi krūvio ir veikia labiau kaip pramoniniai tirpikliai, kuriuos mes esame pažįstami Žemėje, pavyzdžiui, terpentinas.
Isaacas Asimovas, kuris, nerašydamas mokslinės fantastikos, buvo biochemikas, pasiūlė hipotetinę biochemiją, kurioje polipidai (iš esmės riebalų molekulių grandinės) galėtų pakeisti baltymus metano (arba kitame nepoliniame) tirpiklyje. Tokia biochemija gali veikti Saturno mėnulį Titaną.
Nepaisant to, iš visatos tirpiklių, kurių gali būti gausu, sąrašo vanduo atrodo geriausias kandidatas palaikyti sudėtingą ekosistemą. Galų gale, tai greičiausiai vis dėlto yra pats gausiausias tirpiklis - ir jo skystoji fazė įvyksta aukštesnėje nei bet kurios kitos temperatūros diapazone.
Atrodo pagrįsta manyti, kad šiltesnėje aplinkoje biochemija bus dinamiškesnė, joje bus daugiau energijos biocheminėms reakcijoms sukelti. Tokia dinamiška aplinka turėtų reikšti, kad organizmai gali daugėti ir daugintis (taigi vystytis) daug greičiau.
Vanduo taip pat turi privalumų:
• turintys stiprius vandenilio ryšius, kurie suteikia jam stiprų paviršiaus įtempimą (tris kartus didesnį nei skysto amoniako) - tai paskatintų prebiotinių junginių sankaupas ir membranų vystymąsi;
• sugebėjimas sudaryti silpnus nekovalentinius ryšius su kitais junginiais - tai, pavyzdžiui, palaiko 3D baltymų struktūrą Žemės biochemijoje; ir
• sugebėjimas dalyvauti elektronų pernešimo reakcijose (pagrindinis energijos gamybos būdas Žemės biochemijoje), dovanojant vandenilio joną ir jo atitinkamą elektroną.
Vandenilio fluoridas (HF) buvo pasiūlytas kaip alternatyvus stabilus tirpiklis, kuris taip pat galėtų dalyvauti elektronų pernešimo reakcijose - kai skysčio fazė yra nuo –80 oC ir 20 oC esant 1 atmosferos slėgiui (žemė, jūros lygis). Temperatūros diapazonas yra šiltesnis nei kitų tirpiklių, kurių paprastai yra gausu, išskyrus vandenį. Tačiau pats fluoras nėra labai gausus elementas, o HF, esant vandeniui, virsta vandenilio fluorido rūgštimi.
H2S taip pat gali būti naudojamas elektronų pernešimo reakcijoms - jį naudoja kai kurios žemės cheminės sintezės bakterijos - tačiau kaip skystis jis egzistuoja tik santykinai siauroje ir šaltoje temperatūroje -90 ° C. oC iki -60 oC esant 1 atmosferai.
Šie punktai bent jau patvirtina, kad skystas vanduo yra statistiškai tikėtiniausias pagrindas kuriant sudėtingas ekosistemas, galinčias palaikyti intelektualų gyvenimą. Nors galimi kiti biochemijos, pagrįstos kitais tirpikliais, tikėtina, kad jos apsiriboja šalta, mažai energijos naudojančia aplinka, kurioje biologinės įvairovės ir evoliucijos tempai gali būti labai lėti.
Vienintelė šios taisyklės išimtis gali būti aukšto slėgio aplinka, galinti palaikyti tuos kitus tirpiklius skysčio fazėje aukštesnėje temperatūroje (kur jie kitu atveju egzistuotų kaip dujos esant 1 atmosferos slėgiui).
Kitą savaitę: Kodėl anglis?
