Olete, että vieraat biokemiat vaativat todennäköisesti nestemäistä vettä, saattaa vaikuttaa hiukan maapallonkeskeiseltä. Mutta ottaen huomioon kemialliset mahdollisuudet, joita on saatavana maailmankaikkeuden runsaimmista elementeistä, jopa muukalainen tiedemies, jolla on erilainen biokemia, todennäköisesti suostuisi siihen, että vesiliuotinpohjaista biokemiaa esiintyy enemmän kuin todennäköisesti muualla maailmankaikkeudessa - ja se olisi eniten todennäköinen perusta älykkään elämän kehittymiselle.
Sen perusteella, mitä tiedämme elämästä ja biokemiasta, näyttää todennäköiseltä, että muukalainen biokemia tarvitsee liuottimen (kuten vesi) ja yhden tai useamman alkuaineyksikön rakenteeltaan ja toiminnaltaan (kuten hiili). Liuottimet ovat tärkeitä kemiallisten reaktioiden mahdollistamiseksi, samoin kuin materiaalien fyysinen kuljetus - ja molemmissa yhteyksissä kyseisen liuottimen pitäminen nestemäisessä faasissa vaikuttaa tärkeältä.
Voimme odottaa, että yleiset biokemiallisesti käyttökelpoiset liuottimet muodostuvat todennäköisimmin maailmankaikkeuden yleisimmistä elementeistä - vety, helium, happi, neoni, typpi, hiili, pii, magnesium, rauta ja rikki, tässä järjestyksessä.
Voit todennäköisesti unohtaa heliumin ja neonin - molemmat jalokaasut, ne ovat suurelta osin kemiallisesti inerttejä ja muodostavat vain harvoin kemiallisia yhdisteitä, joista kummallakaan ei selvästikään ole liuottimen ominaisuuksia. Kun tarkastellaan mitä jäljellä, polaariset liuottimet, jotka saattavat olla helpoimmin käytettävissä biokemian tukemiseen, ovat ensinnäkin vesi (H2O), sitten ammoniakki (NH3) ja rikkivetyä (H2S). Voidaan myös muodostaa erilaisia ei-polaarisia liuottimia, erityisesti metaania (CH4). Yleisesti ottaen polaarisilla liuottimilla on heikko sähkövaraus ja ne voivat liuottaa suurimman osan vesiliukoisista asioista, kun taas ei-polaarisilla liuottimilla ei ole varausta ja ne toimivat enemmän kuin teollisuuden liuottimet, jotka olemme tuttuja maapallolla, kuten tärpätti.
Isaac Asimov, joka, kun ei kirjoittanut tieteiskirjallisuutta, oli biokemisti, ehdotti hypoteettista biokemiaa, jossa poly-lipidit (olennaisesti rasvamolekyylien ketjut) voisivat korvata proteiinit metaanissa (tai muussa ei-polaarisessa) liuottimessa. Tällainen biokemia saattaa toimia Saturnin kuussa, Titanissa.
Siitä huolimatta, että vesi näyttää olevan paras ehdokas tukemaan monimutkaista ekosysteemiä maailmankaikkeuden mahdollisesti runsaiden liuottimien luettelosta. Loppujen lopuksi se on todennäköisesti kaiken kaikkiaan yleisimmin liuotin - ja sen nestemäinen faasi esiintyy korkeammalla lämpötila-alueella kuin mikään muu.
Vaikuttaa kohtuulliselta olettaa, että biokemia on dynaamisempaa lämpimässä ympäristössä, jossa on enemmän energiaa biokemiallisten reaktioiden johtamiseen. Tällaisen dynaamisen ympäristön pitäisi tarkoittaa, että organismit voivat kasvaa ja lisääntyä (ja siten kehittyä) paljon nopeammin.
Veden etuna on myös:
• joilla on vahvat vety sidokset, jotka antavat sille voimakkaan pintajännityksen (kolminkertaisesti nestemäisen ammoniakin kanssa) - mikä edistäisi prebioottisten yhdisteiden aggregaatiota ja membraanien kehittymistä;
• kyky muodostaa heikkoja ei-kovalenttisia sidoksia muiden yhdisteiden kanssa - mikä tukee esimerkiksi proteiinien 3D-rakennetta maan biokemiassa; ja
• kyky osallistua elektronien kuljetusreaktioihin (tärkein energiantuotantomenetelmä maan biokemiassa) luovuttamalla vetyionia ja sitä vastaavaa elektronia.
Vetyfluoridia (HF) on ehdotettu vaihtoehtona stabiilina liuottimena, joka voisi myös osallistua elektronien kuljetusreaktioihin - nestemäisen faasin välillä -80 OC ja 20 OC 1 ilmakehän paineessa (maa, merenpinta). Tämä on lämpimämpi lämpötila-alue kuin muut liuottimet, joita todennäköisesti on yleisesti runsaasti, paitsi vettä. Fluori itsessään ei kuitenkaan ole kovin runsas alkuaine ja HF muuttuu veden läsnä ollessa fluorivetyhapoksi.
H2S: tä voidaan käyttää myös elektronin kuljetusreaktioissa - ja sitä käyttävät jotkut maapallossa sijaitsevat kemosynteettiset bakteerit -, mutta nesteenä sitä esiintyy vain suhteellisen kapealla ja kylmällä lämpötila-alueella -90 ° C. OC - -60 OC 1 ilmakehässä.
Nämä seikat tekevät ainakin vahvan perusteen nestemäiselle vedelle, joka on tilastollisesti todennäköisin perusta monimutkaisten ekosysteemien kehittämiselle, jotka kykenevät tukemaan älykästä elämää. Vaikka muut biokemiat, jotka perustuvat muihin liuottimiin, ovat mahdollisia - ne näyttävät rajoittuvan kylmiin, vähän energiaa kuluttaviin ympäristöihin, joissa biologisen monimuotoisuuden kehitys ja kehitys voivat olla hyvin hitaita.
Ainoa poikkeus tästä säännöstä saattaa olla korkeapaineympäristöt, jotka voivat ylläpitää näitä muita liuottimia nestefaasissa korkeissa lämpötiloissa (joissa ne muuten olisivat kaasuna 1 ilmakehän paineessa).
Ensi viikko: Miksi hiiltä?
