Predpoklad, že cudzie biochémie pravdepodobne vyžadujú tekutú vodu, sa môže zdať trochu zameraný na Zem. Ale vzhľadom na chemické možnosti dostupné z najhojnejších prvkov vo vesmíre by sa aj cudzí vedec s odlišnou biochémiou pravdepodobne zhodol na tom, že biochémia na báze vody a rozpúšťadla je viac ako pravdepodobná na inom mieste vo vesmíre - a bola by najčastejšou pravdepodobne základom pre rozvoj inteligentného života.
Na základe toho, čo vieme o živote a biochémii, sa zdá pravdepodobné, že mimozemská biochémia bude potrebovať rozpúšťadlo (ako vodu) a jednu alebo viac elementárnych jednotiek pre svoju štruktúru a funkciu (ako uhlík). Rozpúšťadlá sú dôležité na umožnenie chemických reakcií, ako aj fyzického transportu materiálov - a v obidvoch kontextoch sa zdá, že je nevyhnutné, aby bolo rozpúšťadlo v kvapalnej fáze.
Dalo by sa očakávať, že bežné biochemicky užitočné rozpúšťadlá sa s najväčšou pravdepodobnosťou budú tvoriť z najbežnejších prvkov vo vesmíre - vodíka, hélia, kyslíka, neónu, dusíka, uhlíka, kremíka, horčíka, železa a síry v tomto poradí.
Pravdepodobne môžete zabudnúť na hélium a neóny - oba ušľachtilé plyny sú zväčša chemicky inertné a iba zriedka tvoria chemické zlúčeniny, z ktorých žiadna nemá zjavne vlastnosti rozpúšťadla. Pri pohľade na to, čo zostalo, sú polárnymi rozpúšťadlami, ktoré môžu byť najjednoduchšie dostupné na podporu biochémie, predovšetkým voda (H2O), potom amoniak (NH3) a sírovodík (H2S). Môžu sa tiež tvoriť rôzne nepolárne rozpúšťadlá, najmä metán (CH4). Všeobecne povedané, polárne rozpúšťadlá majú slabý elektrický náboj a môžu rozpúšťať väčšinu vecí, ktoré sú rozpustné vo vode, zatiaľ čo nepolárne rozpúšťadlá nemajú žiadny náboj a pôsobia skôr ako priemyselné rozpúšťadlá, ktoré poznáme na Zemi, napríklad terpentín.
Isaac Asimov, ktorý pri písaní sci-fi nebol biochemikom, navrhol hypotetickú biochémiu, v ktorej by poly-lipidy (v podstate reťazce tukových molekúl) mohli nahradiť proteíny v metánovom (alebo inom nepolárnom) rozpúšťadle. Takáto biochémia by mohla fungovať na Saturnovom mesiaci, Titane.
Avšak zo zoznamu potenciálne hojných rozpúšťadiel vo vesmíre sa zdá, že voda je najlepším kandidátom na podporu komplexného ekosystému. Koniec koncov, je to pravdepodobne aj tak najrozšírenejšie rozpúšťadlo - a jeho kvapalná fáza sa vyskytuje pri vyššom teplotnom rozmedzí ako ktorékoľvek iné.
Zdá sa byť rozumné predpokladať, že biochemia bude v teplejšom prostredí dynamickejšia a bude k dispozícii viac energie na riadenie biochemických reakcií. Takéto dynamické prostredie by malo znamenať, že organizmy môžu rásť a množiť sa (a teda vyvíjať sa) oveľa rýchlejšie.
Voda má tiež výhody:
• mať silné vodíkové väzby, ktoré mu dodávajú silné povrchové napätie (trikrát väčšie ako tekuté amoniak) - čo by podporilo agregáciu prebiotických zlúčenín a vývoj membrán;
• schopnosť vytvárať slabé nekovalentné väzby s inými zlúčeninami - ktoré napríklad podporujú 3D štruktúru proteínov v biochémii Zeme; a
• schopnosť zapojiť sa do reakcií elektrónového transportu (kľúčová metóda výroby energie v biochémii Zeme) darovaním vodíkového iónu a jeho zodpovedajúceho elektrónu.
Fluorid vodíka (HF) bol navrhnutý ako alternatívne stabilné rozpúšťadlo, ktoré by sa mohlo zapojiť aj do reakcií transportu elektrónov - s kvapalnou fázou medzi -80 oC a 20 oC pri tlaku 1 atmosféry (Zem, hladina mora). Toto je teplejší teplotný rozsah ako iné rozpúšťadlá, ktoré sú pravdepodobne všade univerzálne bohaté na vodu. Samotný fluór však nie je veľmi hojným prvkom a HF sa v prítomnosti vody premení na kyselinu fluorovodíkovú.
H2S možno použiť aj na reakcie prenosu elektrónov - a tak ich používajú niektoré chemosyntetické baktérie na Zemi - ale ako tekutina existuje iba v relatívne úzkom a chladnom teplotnom rozmedzí -90 oC až -60 oC pri 1 atmosfére.
Tieto body sú prinajmenšom silným dôvodom pre to, aby kvapalná voda bola štatisticky najpravdepodobnejším základom pre rozvoj zložitých ekosystémov schopných podporovať inteligentný život. Aj keď sú možné aj iné biochémie založené na iných rozpúšťadlách, zdá sa, že sú obmedzené na chladné prostredie s nízkou spotrebou energie, kde rýchlosť vývoja biologickej diverzity a vývoja môže byť veľmi pomalá.
Jedinou výnimkou z tohto pravidla môžu byť vysokotlakové prostredia, ktoré dokážu udržať tie ostatné rozpúšťadlá v kvapalnej fáze pri vyšších teplotách (kde by inak existovali ako plyn pri tlaku 1 atmosféry).
Budúci týždeň: Prečo Carbon?
