Předpoklad, že mimozemská biochemie pravděpodobně vyžadují kapalnou vodu, se může zdát trochu zaměřený na Zemi. Ale vzhledem k chemickým možnostem, které jsou k dispozici od nejhojnějších prvků ve vesmíru, by se i cizí vědec s odlišnou biochemií pravděpodobně shodl na tom, že biochemie založená na vodě a rozpouštědlech je více než pravděpodobná na jiném místě ve vesmíru - a že by byla nejvíce pravděpodobně základ pro rozvoj inteligentního života.
Na základě toho, co víme o životě a biochemii, se zdá pravděpodobné, že mimozemská biochemie bude potřebovat rozpouštědlo (jako je voda) a jednu nebo více elementárních jednotek pro svou strukturu a funkci (jako je uhlík). Rozpouštědla jsou důležitá pro umožnění chemických reakcí a také pro fyzikální transport materiálů - a v obou kontextech se zdá, že je toto rozpouštědlo v kapalné fázi životně důležité.
Dalo by se očekávat, že běžná biochemicky užitečná rozpouštědla se s největší pravděpodobností vytvoří z nejběžnějších prvků ve vesmíru - vodíku, helia, kyslíku, neonu, dusíku, uhlíku, křemíku, hořčíku, železa a síry, v tomto pořadí.
Pravděpodobně můžete zapomenout na helium a neon - oba vzácné plyny jsou z velké části chemicky inertní a jen zřídka tvoří chemické sloučeniny, z nichž žádný zjevně nemá vlastnosti rozpouštědla. Při pohledu na to, co zbývá, jsou polárními rozpouštědly, která by mohla být pro biologickou chemii nejsnadněji dostupná, nejprve voda (H2O), potom amoniak (NH3) a sirovodík (H2S). Mohou být také vytvořena různá nepolární rozpouštědla, zejména metan (CH4). Obecně řečeno, polární rozpouštědla mají slabý elektrický náboj a mohou rozpustit většinu věcí, které jsou rozpustné ve vodě, zatímco nepolární rozpouštědla nemají žádný náboj a působí spíše jako průmyslová rozpouštědla, která známe na Zemi, jako je terpentýn.
Isaac Asimov, který, když nenapsal sci-fi, byl biochemik, navrhl hypotetickou biochemii, kde by poly-lipidy (v podstatě řetězce tukových molekul) mohly nahradit proteiny v methanovém (nebo jiném nepolárním) rozpouštědle. Taková biochemie by mohla fungovat na Saturnově měsíci, Titane.
Nicméně ze seznamu potenciálně hojných rozpouštědel ve vesmíru vypadá voda jako nejlepší kandidát na podporu komplexního ekosystému. Koneckonců je to pravděpodobně nejrozšířenější rozpouštědlo - a jeho kapalná fáze se vyskytuje ve vyšším teplotním rozmezí než kterékoli jiné.
Zdá se rozumné předpokládat, že biochemie bude v teplejším prostředí dynamičtější a bude k dispozici více energie k řízení biochemických reakcí. Takové dynamické prostředí by mělo znamenat, že organismy mohou růst a množit se (a tedy vyvíjet se) mnohem rychleji.
Voda má také výhody:
• mít silné vodíkové vazby, které mu dodávají silné povrchové napětí (třikrát větší než tekuté amoniak) - což by povzbudilo agregaci prebiotických sloučenin a vývoj membrán;
• schopnost tvořit slabé nekovalentní vazby s jinými sloučeninami - které například podporují 3d strukturu proteinů v biochemii Země; a
• schopnost zapojit se do reakcí transportu elektronů (klíčová metoda produkce energie v biochemii Země) darováním vodíkového iontu a jeho odpovídajícího elektronu.
Fluorid vodíku (HF) byl navržen jako alternativní stabilní rozpouštědlo, které by se také mohlo zapojit do reakcí transportu elektronů - s kapalnou fází mezi -80 ÓC a 20 ÓC při tlaku 1 atmosféry (Země, hladina moře). Jedná se o teplejší teplotní rozsah než jiná rozpouštědla, která jsou s výjimkou vody pravděpodobně univerzálně hojná. Samotný fluor však není příliš hojným prvkem a HF se v přítomnosti vody změní na kyselinu fluorovodíkovou.
H2S lze také použít pro reakce přenosu elektronů - a je tak používán některými chemosyntetickými bakteriemi na Zemi - ale jako tekutina existuje pouze v relativně úzkém a chladném teplotním rozmezí -90 ÓC až -60 ÓC při 1 atmosféře.
Tyto body přinášejí alespoň silný důvod pro to, aby kapalná voda byla statisticky nejpravděpodobnějším základem pro vývoj komplexních ekosystémů schopných podporovat inteligentní život. Ačkoliv jsou možná jiná biochemie založená na jiných rozpouštědlech - zdá se, že jsou omezena na chladná nízkoenergetická prostředí, kde rychlost vývoje biologické rozmanitosti a evoluce může být velmi pomalá.
Jedinou výjimkou z tohoto pravidla mohou být vysokotlaká prostředí, která mohou udržovat tato další rozpouštědla v kapalné fázi při vyšších teplotách (kde by jinak existovala jako plyn při tlaku 1 atmosféry).
Příští týden: Proč Carbon?
