Antagelsen om at fremmede biokjemier sannsynligvis krever flytende vann kan virke litt jord-sentrisk. Men gitt de kjemiske mulighetene som er tilgjengelige fra de mest tallrike elementene i universet, ville til og med en fremmed forsker med en annen biokjemi nok være enig i at en vann-løsemiddelbasert biokjemi er mer enn sannsynlig å oppstå andre steder i universet - og vil være den mest sannsynligvis grunnlaget for at intelligent liv kan utvikle seg.
Basert på hva vi vet om liv og biokjemi, virker det sannsynlig at en fremmed biokjemi trenger et løsningsmiddel (som vann) og en eller flere elementære enheter for dens struktur og funksjon (som karbon). Løsningsmidler er viktige for å muliggjøre kjemiske reaksjoner, så vel som fysisk transport av materialer - og i begge sammenhenger virker det å ha dette løsningsmidlet i sin flytende fase viktig.
Vi kan forvente at vanlige biokjemisk nyttige løsningsmidler sannsynligvis vil dannes fra de vanligste elementene i universet - å være hydrogen, helium, oksygen, neon, nitrogen, karbon, silisium, magnesium, jern og svovel, i den rekkefølgen.
Du kan sikkert glemme helium og neon - begge edle gasser, de er stort sett kjemisk inerte og danner bare sjelden kjemiske forbindelser, hvorav ingen åpenbart har egenskapene til et løsningsmiddel. Ser vi på hva som er igjen, er de polare løsningsmidlene som kanskje er lettest tilgjengelig for å støtte en biokjemi, for det første vann (H2O), deretter ammoniakk (NH3) og hydrogensulfid (H2S). Ulike ikke-polare løsningsmidler kan også dannes, spesielt metan (CH4). Grovt sett har polare løsningsmidler en svak elektrisk ladning og kan løse opp det meste som er vannløselig, mens ikke-polare løsningsmidler har ingen ladning og fungerer mer som de industrielle løsningsmidlene vi er kjent med på jorden, for eksempel terpentin.
Isaac Asimov, som når han ikke skrev science fiction var biokjemiker, foreslo en hypotetisk biokjemi der poly-lipider (i hovedsak kjeder av fettmolekyler) kunne erstatte proteiner i et metan (eller annet ikke-polært) løsemiddel. En slik biokjemi kan fungere på Saturns måne, Titan.
Fra listen over potensielt mange løsemidler i universet ser vann ut til å være den beste kandidaten til å støtte et komplekst økosystem. Tross alt er det sannsynligvis det mest rikholdige løsningsmidlet uansett - og dens væskefase oppstår i et høyere temperaturområde enn noen av de andre.
Det virker rimelig å anta at en biokjemi vil være mer dynamisk i et varmere miljø med mer energi tilgjengelig for å drive biokjemiske reaksjoner. Et slikt dynamisk miljø bør bety at organismer kan vokse og reprodusere (og dermed utvikle seg) så mye raskere.
Vann har også fordelene med:
• å ha sterke hydrogenbindinger som gir den en sterk overflatespenning (tre ganger større enn flytende ammoniakk) - noe som vil oppmuntre til aggregering av prebiotiske forbindelser og utvikling av membraner;
• å kunne danne svake ikke-kovalente bindinger med andre forbindelser - som for eksempel støtter 3d-strukturen til proteiner i jordbiokjemi; og
• kunne delta i elektrontransportreaksjoner (nøkkelmetoden for energiproduksjon i jordbiokjemi), ved å donere et hydrogenion og det tilhørende elektronet.
Hydrogenfluorid (HF) er blitt foreslått som et alternativt stabilt løsningsmiddel som også kan delta i elektrontransportreaksjoner - med en væskefase mellom -80 oC og 20 oC ved 1 atmosfæretrykk (Jord, havnivå). Dette er et varmere temperaturområde enn de andre løsningsmidlene som sannsynligvis vil være universelt rikelig, bortsett fra vann. Imidlertid er fluor i seg selv ikke et veldig rikelig element, og HF, i nærvær av vann, vil bli til fluoridsyre.
H2S kan også brukes til elektrontransportreaksjoner - og brukes slik av noen jordbaserte kjemosyntetiske bakterier - men som en væske eksisterer den bare i det relativt smale og kalde temperaturområdet -90 oC til -60 oC ved 1 atmosfære.
Disse punktene gjør i det minste en sterk sak for at flytende vann er det mest statistisk sannsynlige grunnlaget for utvikling av komplekse økosystemer som er i stand til å støtte intelligent liv. Selv om andre biokjemikalier basert på andre løsningsmidler er mulige - ser det ut til at de er begrenset til kalde, lave energimiljøer der utviklingshastigheten for biologisk mangfold og evolusjon kan være veldig langsom.
Det eneste unntaket fra denne regelen kan være miljøer med høyt trykk som kan opprettholde de andre løsningsmidlene i væskefase ved høyere temperaturer (hvor de ellers ville eksistere som en gass ved et trykk på 1 atmosfære).
Neste uke: Hvorfor karbon?
