Pieņēmums, ka svešzemju bioķīmiskajām vielām, iespējams, ir vajadzīgs šķidrs ūdens, var šķist nedaudz uz Zemes vērsts. Bet, ņemot vērā ķīmiskās iespējas, kas pieejamas no visbagātīgākajiem elementiem Visumā, pat svešzemju zinātnieks ar atšķirīgu bioķīmiju droši vien piekristu, ka bioķīmija, kas balstīta uz ūdens šķīdinātājiem, vairāk nekā iespējams, sastopama citur Visumā, un tā būtu visvairāk visticamākais pamats saprātīgas dzīves attīstībai.
Balstoties uz to, ko mēs zinām par dzīvi un bioķīmiju, šķiet iespējams, ka citplanētiešu bioķīmijai būs nepieciešams šķīdinātājs (piemēram, ūdens) un viena vai vairākas elementāras vienības tās struktūrai un funkcijām (piemēram, ogleklis). Šķīdinātāji ir svarīgi, lai nodrošinātu ķīmiskas reakcijas, kā arī materiāli fiziski pārvadā - un abos gadījumos izšķiroša nozīme ir šā šķīdinātāja klātbūtnei šķidrā fāzē.
Varētu sagaidīt, ka visizplatītākie bioķīmiski noderīgie šķīdinātāji visdrīzāk veidojas no visizplatītākajiem elementiem Visumā - ūdeņraža, hēlija, skābekļa, neona, slāpekļa, oglekļa, silīcija, magnija, dzelzs un sēra, tādā secībā.
Droši vien jūs varat aizmirst par hēliju un neonu - abām cēlgāzēm, tās lielākoties ir ķīmiski inertas un tikai reti veido ķīmiskus savienojumus, no kuriem nevienam acīmredzami nav šķīdinātāja īpašību. Raugoties uz to, kas palicis, polārie šķīdinātāji, kas varētu būt visvieglāk pieejami bioķīmijas atbalstam, pirmkārt, ir ūdens (H2O), pēc tam amonjaks (NH3) un sērūdeņradis (H2S). Var veidoties arī dažādi nepolāri šķīdinātāji, īpaši metāns (CH4). Plaši runājot, polārajiem šķīdinātājiem ir vājš elektriskais lādiņš, un tie var izšķīdināt lielāko daļu ūdenī šķīstošo lietu, savukārt nepolārajiem šķīdinātājiem nav lādiņa un tie darbojas vairāk kā rūpnieciskie šķīdinātāji, kas mums ir pazīstami uz Zemes, piemēram, terpentīns.
Īzaks Asimovs, kurš, nerakstot zinātnisko fantastiku, bija bioķīmiķis, ierosināja hipotētisku bioķīmiju, kurā polipide (galvenokārt tauku molekulu ķēdes) varētu aizstāt olbaltumvielas metāna (vai citā nepolārā) šķīdinātājā. Šāda bioķīmija varētu darboties uz Saturna mēness Titāna.
Neskatoties uz to, no visumā potenciāli bagātīgo šķīdinātāju saraksta ūdens izskatās labākais kandidāts, lai atbalstītu sarežģītu ekosistēmu. Galu galā tas, iespējams, ir vispiemērotākais šķīdinātājs, un tā šķidrā fāze notiek augstākā temperatūras diapazonā nekā jebkura cita.
Šķiet pamatoti pieņemt, ka siltākā vidē bioķīmija būs dinamiskāka, un tajā būs vairāk enerģijas bioķīmisko reakciju virzīšanai. Šādai dinamiskai videi vajadzētu nozīmēt, ka organismi var daudz ātrāk augt un vairoties (un līdz ar to arī attīstīties).
Ūdenim ir arī šādas priekšrocības:
• spēcīgām ūdeņraža saitēm, kas piešķir tai spēcīgu virsmas spraigumu (trīs reizes vairāk nekā šķidrā amonjaka gadījumā) - kas veicinātu prebiotisko savienojumu agregāciju un membrānu veidošanos;
• spēja veidot vāju nekovalento saikni ar citiem savienojumiem - kas, piemēram, atbalsta 3D olbaltumvielu struktūru Zemes bioķīmijā; un
• spēja iesaistīties elektronu transporta reakcijās (galvenā enerģijas iegūšanas metode Zemes bioķīmijā), ziedojot ūdeņraža jonu un tam atbilstošo elektronu.
Fluorūdeņradis (HF) ir ierosināts kā alternatīvs stabils šķīdinātājs, kas arī varētu iesaistīties elektronu transporta reakcijās - ar šķidro fāzi no -80 oC un 20 oC pie 1 atmosfēras spiediena (Zeme, jūras līmenis). Šis ir siltāks temperatūras diapazons nekā citiem šķīdinātājiem, kas, iespējams, ir visdažādākie, izņemot ūdeni. Tomēr pats fluors nav ļoti bagātīgs elements, un HF ūdens klātbūtnē pārvērtīsies fluorūdeņražskābē.
H2S var izmantot arī elektronu transporta reakcijās - un to izmanto dažas Zemes esošās ķemosintētiskās baktērijas -, taču kā šķidrums tas pastāv tikai relatīvi šaurā un aukstā temperatūras diapazonā -90 oC līdz -60 oC pie 1 atmosfēras.
Šie punkti vismaz skaidri norāda, ka šķidrais ūdens ir statistiski visiespējamākais pamats sarežģītu ekosistēmu attīstībai, kas spēj nodrošināt saprātīgu dzīvi. Lai gan ir iespējamas arī citas bioķīmijas, kuru pamatā ir citi šķīdinātāji - tās, iespējams, aprobežojas ar aukstu, zemas enerģijas vidi, kur bioloģiskās daudzveidības attīstības un evolūcijas ātrums var būt ļoti lēns.
Vienīgais izņēmums no šī noteikuma varētu būt augsta spiediena vide, kas var uzturēt šos citus šķīdinātājus šķidruma fāzē augstākās temperatūrās (ja citādi tie pastāvētu kā gāze ar 1 atmosfēras spiedienu).
Nākamnedēļ: Kāpēc ogleklis?
