Η υπόθεση ότι η βιοχημεία των εξωγήινων πιθανότατα απαιτεί υγρό νερό μπορεί να φαίνεται λίγο γαιοκεντρική. Όμως, δεδομένων των χημικών δυνατοτήτων που είναι διαθέσιμες από τα πιο άφθονα στοιχεία στο σύμπαν, ακόμη και ένας εξωγήινος επιστήμονας με διαφορετική βιοχημεία πιθανότατα θα συμφωνούσε ότι μια βιοχημεία που βασίζεται σε διαλύτες νερού είναι περισσότερο από πιθανό να συμβεί αλλού στο σύμπαν - και θα ήταν η πιο πιθανή βάση για την ανάπτυξη ευφυούς ζωής.
Με βάση όσα γνωρίζουμε για τη ζωή και τη βιοχημεία, φαίνεται πιθανό ότι μια εξωγήινη βιοχημεία θα χρειαστεί έναν διαλύτη (όπως το νερό) και μία ή περισσότερες στοιχειώδεις μονάδες για τη δομή και τη λειτουργία της (όπως ο άνθρακας). Οι διαλύτες είναι σημαντικοί για την ενεργοποίηση χημικών αντιδράσεων, καθώς και για τη φυσική μεταφορά υλικών – και και στις δύο περιπτώσεις, η ύπαρξη αυτού του διαλύτη στην υγρή του φάση φαίνεται ζωτικής σημασίας.
Θα μπορούσαμε να περιμένουμε ότι οι κοινοί βιοχημικά χρήσιμοι διαλύτες είναι πιο πιθανό να σχηματιστούν από τα πιο κοινά στοιχεία στο σύμπαν – όπως υδρογόνο, ήλιο, οξυγόνο, νέο, άζωτο, άνθρακας, πυρίτιο, μαγνήσιο, σίδηρος και θείο, με αυτή τη σειρά.
Πιθανότατα μπορείτε να ξεχάσετε το ήλιο και το νέο – και τα δύο ευγενή αέρια, είναι σε μεγάλο βαθμό χημικά αδρανή και σπάνια σχηματίζουν χημικές ενώσεις, καμία από τις οποίες προφανώς δεν έχει τις ιδιότητες ενός διαλύτη. Κοιτάζοντας τι έχει απομείνει, οι πολικοί διαλύτες που μπορεί να είναι πιο εύκολα διαθέσιμοι για να υποστηρίξουν μια βιοχημεία είναι πρώτα το νερό (H2Ο), μετά αμμωνία (ΝΗ3) και υδρόθειο (Η2ΜΙΚΡΟ). Μπορούν επίσης να σχηματιστούν διάφοροι μη πολικοί διαλύτες, κυρίως μεθάνιο (CH4). Σε γενικές γραμμές, οι πολικοί διαλύτες έχουν ασθενές ηλεκτρικό φορτίο και μπορούν να διαλύσουν τα περισσότερα πράγματα που είναι υδατοδιαλυτά, ενώ οι μη πολικοί διαλύτες δεν έχουν φορτίο και λειτουργούν περισσότερο όπως οι βιομηχανικοί διαλύτες που γνωρίζουμε στη Γη, όπως π.χ. νέφτι .
Ο Isaac Asimov, ο οποίος όταν δεν έγραφε επιστημονική φαντασία ήταν βιοχημικός, πρότεινε μια υποθετική βιοχημεία όπου τα πολυλιπίδια (ουσιαστικά αλυσίδες μορίων λίπους) θα μπορούσαν να υποκαταστήσουν τις πρωτεΐνες σε ένα μεθάνιο (ή άλλο μη πολικό) διαλύτη. Μια τέτοια βιοχημεία μπορεί να λειτουργήσει στο φεγγάρι του Κρόνου, τον Τιτάνα.
Ωστόσο, από τη λίστα των δυνητικά άφθονων διαλυτών στο σύμπαν, το νερό φαίνεται να είναι ο καλύτερος υποψήφιος για να υποστηρίξει ένα περίπλοκο οικοσύστημα. Σε τελική ανάλυση, είναι πιθανό να είναι ούτως ή άλλως ο πιο άφθονος διαλύτης παγκοσμίως – και η υγρή του φάση εμφανίζεται σε υψηλότερο εύρος θερμοκρασίας από οποιονδήποτε από τους άλλους.
Φαίνεται λογικό να υποθέσουμε ότι μια βιοχημεία θα είναι πιο δυναμική σε ένα θερμότερο περιβάλλον με περισσότερη ενέργεια διαθέσιμη για να οδηγήσει τις βιοχημικές αντιδράσεις. Ένα τέτοιο δυναμικό περιβάλλον θα πρέπει να σημαίνει ότι οι οργανισμοί μπορούν να αναπτυχθούν και να αναπαραχθούν (και ως εκ τούτου να εξελιχθούν) πολύ πιο γρήγορα.
Το νερό έχει επίσης τα πλεονεκτήματα:
• Έχοντας ισχυρούς δεσμούς υδρογόνου που του δίνουν ισχυρή επιφανειακή τάση (τριπλάσια αυτής της υγρής αμμωνίας) – που θα ενθάρρυνε τη συσσώρευση πρεβιοτικών ενώσεων και την ανάπτυξη μεμβρανών.
• να είναι σε θέση να σχηματίζει ασθενείς μη ομοιοπολικούς δεσμούς με άλλες ενώσεις – οι οποίες, για παράδειγμα, υποστηρίζουν την τρισδιάστατη δομή των πρωτεϊνών στη βιοχημεία της Γης. και
• να είναι σε θέση να συμμετέχει αντιδράσεις μεταφοράς ηλεκτρονίων (η βασική μέθοδος παραγωγής ενέργειας στη βιοχημεία της Γης), με τη δωρεά ενός ιόντος υδρογόνου και του αντίστοιχου ηλεκτρονίου του.
Η πολική φύση του νερού - και λειτουργεί ως διαλύτης. Πίστωση: Addison-Wesley.
Το υδροφθόριο (HF) έχει προταθεί ως εναλλακτικός σταθερός διαλύτης που θα μπορούσε επίσης να εμπλέκεται σε αντιδράσεις μεταφοράς ηλεκτρονίων - με υγρή φάση μεταξύ -80ήΓ και 20ήC σε πίεση 1 ατμόσφαιρας (Γη, επίπεδο θάλασσας). Αυτό είναι ένα θερμότερο εύρος θερμοκρασίας από τους άλλους διαλύτες που είναι πιθανό να είναι παγκοσμίως άφθονοι, εκτός από το νερό. Ωστόσο, το ίδιο το φθόριο δεν είναι πολύ άφθονο στοιχείο και το HF, παρουσία νερού, θα μετατραπεί σε υδροφθορικό οξύ.
H2Το S μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για αντιδράσεις μεταφοράς ηλεκτρονίων – και έτσι χρησιμοποιείται από ορισμένους με βάση τη Γη χημειοσυνθετικά βακτήρια – αλλά ως ρευστό υπάρχει μόνο στο σχετικά στενό και ψυχρό εύρος θερμοκρασίας των -90ήC έως -60ήC σε 1 ατμόσφαιρα.
Αυτά τα σημεία τουλάχιστον αποδεικνύουν ότι το υγρό νερό είναι η πιο πιθανή στατιστικά βάση για την ανάπτυξη πολύπλοκων οικοσυστημάτων ικανών να υποστηρίξουν ευφυή ζωή. Αν και άλλες βιοχημείες που βασίζονται σε άλλους διαλύτες είναι δυνατές - φαίνεται πιθανό να περιορίζονται σε ψυχρά περιβάλλοντα χαμηλής ενέργειας όπου ο ρυθμός ανάπτυξης της βιολογικής ποικιλότητας και της εξέλιξης μπορεί να είναι πολύ αργός.
Η μόνη εξαίρεση σε αυτόν τον κανόνα μπορεί να είναι περιβάλλοντα υψηλής πίεσης που μπορούν να διατηρήσουν αυτούς τους άλλους διαλύτες σε ρευστή φάση σε υψηλότερες θερμοκρασίες (όπου διαφορετικά θα υπήρχαν ως αέριο σε πίεση 1 ατμόσφαιρας).
Την επόμενη εβδομάδα:Γιατί Carbon;
Περαιτέρω ανάγνωση:
Meadows et al The Search for Habitable Environments and Life in the Universe.
Βικιπαίδεια Υποθετικοί τύποι Βιοχημείας .