Предположение, что биохимии пришельцев, вероятно, требует жидкой воды, может показаться немного ориентированным на Землю. Но, учитывая химические возможности, доступные в самых распространенных элементах во вселенной, даже инопланетный ученый с другой биохимией, вероятно, согласится с тем, что биохимия на основе воды и растворителя более чем вероятна в других местах вселенной - и будет наиболее вероятная основа для разумной жизни развиваться.
Исходя из того, что мы знаем о жизни и биохимии, кажется, что биохимии пришельцев понадобится растворитель (например, вода) и одна или несколько элементарных единиц для его структуры и функции (например, углерода). Растворители важны для обеспечения химических реакций, а также для физической транспортировки материалов, и в обоих случаях наличие этого растворителя в жидкой фазе представляется жизненно важным.
Мы можем ожидать, что обычные биохимически полезные растворители, скорее всего, образуются из наиболее распространенных элементов во вселенной - водорода, гелия, кислорода, неона, азота, углерода, кремния, магния, железа и серы, в этом порядке.
Вы, вероятно, можете забыть о гелии и неоне - оба благородных газа, они в значительной степени химически инертны и лишь редко образуют химические соединения, ни одно из которых, очевидно, не обладает свойствами растворителя. Глядя на то, что осталось, полярные растворители, которые могут быть наиболее легко доступны для поддержки биохимии, в первую очередь вода (H2О), затем аммиак (NH3) и сероводород (H2S). Также могут образовываться различные неполярные растворители, особенно метан (СН4). Вообще говоря, полярные растворители имеют слабый электрический заряд и могут растворять большинство растворимых в воде веществ, в то время как неполярные растворители не имеют заряда и действуют больше как промышленные растворители, с которыми мы знакомы на Земле, такие как скипидар.
Исаак Азимов, который, когда он не писал научную фантастику, был биохимиком, предложил гипотетическую биохимию, в которой полилипиды (в основном цепочки молекул жира) могли бы заменить белки в метановом (или другом неполярном) растворителе. Такая биохимия может сработать на луне Сатурна, Титане.
Тем не менее, из списка потенциально обильных растворителей во вселенной, вода выглядит лучшим кандидатом для поддержки сложной экосистемы. В конце концов, в любом случае он, вероятно, будет наиболее универсальным растворителем, а его жидкая фаза протекает в более высоком температурном диапазоне, чем любой другой.
Представляется разумным предположить, что биохимия будет более динамичной в более теплой среде с большим количеством энергии для биохимических реакций. Такая динамическая среда должна означать, что организмы могут расти и размножаться (и, следовательно, развиваться) гораздо быстрее.
Вода также имеет следующие преимущества:
• наличие сильных водородных связей, которые придают ему сильное поверхностное натяжение (в три раза больше, чем у жидкого аммиака) - что будет стимулировать агрегацию пребиотических соединений и развитие мембран;
• способность образовывать слабые нековалентные связи с другими соединениями, что, например, поддерживает трехмерную структуру белков в биохимии Земли; а также
• способность участвовать в реакциях переноса электронов (ключевой метод производства энергии в биохимии Земли), жертвуя ион водорода и соответствующий ему электрон.
Фтористый водород (HF) был предложен в качестве альтернативного стабильного растворителя, который также может участвовать в реакциях переноса электронов - с жидкой фазой между -80 оС и 20 оС при 1 атмосферном давлении (Земля, уровень моря). Это более теплый температурный диапазон, чем у других растворителей, которые, вероятно, повсеместно распространены, кроме воды. Однако сам фтор не очень распространенный элемент, и HF в присутствии воды превратится в плавиковую кислоту.
ЧАС2S также может быть использован для реакций переноса электронов - и так используется некоторыми хемосинтетическими бактериями на Земле - но как жидкость он существует только в относительно узком и холодном диапазоне температур -90 оС до -60 оС на 1 атмосферу.
Эти пункты, по крайней мере, подтверждают, что жидкая вода является наиболее статистически вероятной основой для развития сложных экосистем, способных поддерживать разумную жизнь. Хотя возможны другие биохимические процессы, основанные на других растворителях, они, по-видимому, ограничены холодными средами с низкой энергией, где скорость развития биологического разнообразия и эволюции может быть очень медленной.
Единственным исключением из этого правила могут быть среды с высоким давлением, которые могут выдерживать эти другие растворители в жидкой фазе при более высоких температурах (где они в противном случае существовали бы в виде газа при давлении 1 атмосфера).
На следующей неделе: Почему карбон?
