Giả định rằng các hóa sinh ngoài hành tinh có thể cần nước lỏng có vẻ hơi trung tâm Trái đất. Nhưng với khả năng hóa học có sẵn từ các nguyên tố dồi dào nhất trong vũ trụ, ngay cả một nhà khoa học ngoài hành tinh với hóa sinh khác nhau cũng có thể đồng ý rằng sinh hóa dựa trên dung môi nước có nhiều khả năng xảy ra ở nơi khác trong vũ trụ - và sẽ là nhất nền tảng có khả năng cho cuộc sống thông minh để phát triển.
Dựa trên những gì chúng ta biết về sự sống và hóa sinh, có vẻ như một sinh hóa ngoài hành tinh sẽ cần một dung môi (như nước) và một hoặc nhiều đơn vị nguyên tố cho cấu trúc và chức năng của nó (như carbon). Dung môi rất quan trọng để cho phép các phản ứng hóa học, cũng như các vật liệu vận chuyển vật lý - và trong cả hai bối cảnh, có dung môi đó trong pha lỏng của nó có vẻ quan trọng.
Chúng ta có thể hy vọng rằng các dung môi hữu ích hóa sinh phổ biến rất có thể hình thành từ các nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ - là hydro, heli, oxy, neon, nitơ, carbon, silicon, magiê, sắt và lưu huỳnh, theo thứ tự đó.
Có lẽ bạn có thể quên đi heli và neon - cả hai loại khí hiếm, chúng chủ yếu trơ về mặt hóa học và hiếm khi tạo thành các hợp chất hóa học, không có chất nào trong số đó rõ ràng có tính chất của dung môi. Nhìn vào những gì mà trái để lại, các dung môi phân cực có thể có sẵn nhất để hỗ trợ hóa sinh là nước đầu tiên (H2O), rồi amoniac (NH3) và hydro sunfua (H2S). Các dung môi không phân cực khác nhau cũng có thể được tạo thành, đáng chú ý là metan (CH4). Nói rộng ra, dung môi phân cực có điện tích yếu và có thể hòa tan hầu hết mọi thứ hòa tan trong nước, trong khi dung môi không phân cực không có điện tích và hoạt động giống như dung môi công nghiệp mà chúng ta quen thuộc trên Trái đất, như nhựa thông.
Isaac Asimov, người không viết tiểu thuyết khoa học là một nhà hóa sinh, đã đề xuất một sinh hóa giả thuyết trong đó poly-lipid (về cơ bản là các chuỗi phân tử chất béo) có thể thay thế cho protein trong dung môi metan (hoặc không phân cực khác). Một hóa sinh như vậy có thể hoạt động trên mặt trăng Sao Thổ, Titan.
Tuy nhiên, từ danh sách các dung môi có khả năng dồi dào trong vũ trụ, nước có vẻ là ứng cử viên tốt nhất để hỗ trợ một hệ sinh thái phức tạp. Xét cho cùng, dù sao đi nữa, nó có khả năng là dung môi phổ biến nhất - và pha lỏng của nó xảy ra ở một phạm vi nhiệt độ cao hơn bất kỳ loại nào khác.
Có vẻ hợp lý khi cho rằng một hóa sinh sẽ năng động hơn trong môi trường ấm hơn với nhiều năng lượng hơn để điều khiển các phản ứng sinh hóa. Một môi trường năng động như vậy có nghĩa là các sinh vật có thể phát triển và sinh sản (và do đó tiến hóa) nhanh hơn nhiều.
Nước cũng có những ưu điểm của:
• có các liên kết hydro mạnh tạo cho nó một sức căng bề mặt mạnh (gấp ba lần so với amoniac lỏng) - điều này sẽ khuyến khích sự kết hợp các hợp chất prebiotic và sự phát triển của màng;
• có thể hình thành các liên kết không cộng hóa trị yếu với các hợp chất khác - ví dụ, hỗ trợ cấu trúc 3d của protein trong sinh hóa Trái đất; và
• có thể tham gia vào các phản ứng vận chuyển điện tử (phương pháp chính để sản xuất năng lượng trong hóa sinh Trái đất), bằng cách tặng một ion hydro và electron tương ứng của nó.
Hydrogen fluoride (HF) đã được đề xuất như một dung môi ổn định thay thế cũng có thể tham gia vào các phản ứng vận chuyển điện tử - với pha lỏng giữa -80 oC và 20 oC ở áp suất khí quyển 1 (Trái đất, mực nước biển). Đây là một phạm vi nhiệt độ ấm hơn so với các dung môi khác có khả năng là phổ biến rộng rãi, ngoài nước. Tuy nhiên, bản thân flo không phải là một nguyên tố rất phong phú và HF, với sự có mặt của nước, sẽ biến thành axit hydrofluoric.
H2S cũng có thể được sử dụng cho các phản ứng vận chuyển điện tử - và được sử dụng bởi một số vi khuẩn hóa tổng hợp trên Trái đất - nhưng như một chất lỏng, nó chỉ tồn tại trong phạm vi nhiệt độ tương đối hẹp và lạnh -90 oC đến -60 oC ở 1 khí quyển.
Những điểm này ít nhất làm cho một trường hợp mạnh mẽ cho nước lỏng là cơ sở có khả năng thống kê nhất cho sự phát triển của các hệ sinh thái phức tạp có khả năng hỗ trợ cuộc sống thông minh. Mặc dù các hóa sinh khác dựa trên các dung môi khác là có thể - chúng dường như bị giới hạn trong môi trường lạnh, năng lượng thấp, nơi tốc độ phát triển của đa dạng sinh học và tiến hóa có thể rất chậm.
Ngoại lệ duy nhất cho quy tắc này có thể là môi trường áp suất cao có thể duy trì các dung môi khác đó trong pha lỏng ở nhiệt độ cao hơn (trong trường hợp chúng tồn tại dưới dạng khí ở áp suất 1 khí quyển).
Tuần tới: Tại sao lại là Carbon?
