L'assunto che i biochimici alieni probabilmente richiedono acqua liquida può sembrare un po 'incentrato sulla Terra. Ma date le possibilità chimiche disponibili dagli elementi più abbondanti nell'universo, anche uno scienziato alieno con una diversa biochimica sarebbe probabilmente d'accordo sul fatto che una biochimica a base di solventi d'acqua è più che probabile che si verifichi altrove nell'universo - e sarebbe il più probabile base per lo sviluppo della vita intelligente.
Sulla base di ciò che sappiamo della vita e della biochimica, sembra probabile che una biochimica aliena abbia bisogno di un solvente (come l'acqua) e di una o più unità elementali per la sua struttura e funzione (come il carbonio). I solventi sono importanti per consentire reazioni chimiche, nonché il trasporto fisico di materiali - e in entrambi i contesti, avere quel solvente nella sua fase liquida sembra vitale.
Potremmo aspettarci che i solventi biochimicamente utili più comuni si formino più probabilmente dagli elementi più comuni nell'universo - essendo idrogeno, elio, ossigeno, neon, azoto, carbonio, silicio, magnesio, ferro e zolfo, in questo ordine.
Probabilmente puoi dimenticare l'elio e il neon - entrambi gas nobili, sono in gran parte chimicamente inerti e solo raramente formano composti chimici, nessuno dei quali ovviamente ha le proprietà di un solvente. Osservando ciò che resta, i solventi polari che potrebbero essere più facilmente disponibili per supportare una biochimica sono innanzitutto l'acqua (H2O), quindi ammoniaca (NH3) e idrogeno solforato (H2S). Possono anche essere formati vari solventi non polari, in particolare metano (CH4). In generale, i solventi polari hanno una carica elettrica debole e possono dissolvere la maggior parte delle cose che sono solubili in acqua, mentre i solventi non polari non hanno carica e agiscono più come i solventi industriali che conosciamo sulla Terra, come la trementina.
Isaac Asimov, che quando non scriveva fantascienza era un biochimico, propose un'ipotetica biochimica in cui i poli-lipidi (essenzialmente catene di molecole di grasso) potevano sostituire le proteine in un solvente a metano (o altro non polare). Una tale biochimica potrebbe funzionare sulla luna di Saturno, Titano.
Tuttavia, dall'elenco di solventi potenzialmente abbondanti nell'universo, l'acqua sembra essere il miglior candidato per supportare un ecosistema complesso. Dopotutto, è probabilmente il solvente più universalmente abbondante - e la sua fase liquida si verifica a un intervallo di temperatura più elevato rispetto a qualsiasi altro.
Sembra ragionevole presumere che una biochimica sarà più dinamica in un ambiente più caldo con più energia disponibile per guidare le reazioni biochimiche. Un ambiente così dinamico dovrebbe significare che gli organismi possono crescere e riprodursi (e quindi evolversi) molto più velocemente.
L'acqua ha anche i vantaggi di:
• avere forti legami idrogeno che gli conferiscono una forte tensione superficiale (tre volte quella dell'ammoniaca liquida), il che favorirebbe l'aggregazione dei composti prebiotici e lo sviluppo delle membrane;
• essere in grado di formare deboli legami non covalenti con altri composti - che, ad esempio, supporta la struttura 3d delle proteine nella biochimica terrestre; e
• essere in grado di impegnarsi in reazioni di trasporto di elettroni (il metodo chiave di produzione di energia nella biochimica della Terra), donando uno ione idrogeno e il suo corrispondente elettrone.
Il fluoruro di idrogeno (HF) è stato suggerito come un solvente stabile alternativo che potrebbe anche impegnarsi in reazioni di trasporto di elettroni - con una fase liquida tra -80 oC e 20 oC a 1 pressione atmosferica (Terra, livello del mare). Si tratta di un intervallo di temperatura più caldo rispetto agli altri solventi che possono essere universalmente abbondanti, a parte l'acqua. Tuttavia il fluoro stesso non è un elemento molto abbondante e l'HF, in presenza di acqua, si trasformerà in acido fluoridrico.
H2S può anche essere usato per reazioni di trasporto di elettroni - ed è così usato da alcuni batteri chemiosintetici basati sulla Terra - ma come fluido esiste solo nell'intervallo di temperatura relativamente stretto e freddo di -90 oDa C a -60 oC a 1 atmosfera.
Questi punti costituiscono almeno un valido motivo per cui l'acqua liquida è la base statisticamente più probabile per lo sviluppo di ecosistemi complessi in grado di supportare la vita intelligente. Sebbene siano possibili altri biochimici basati su altri solventi, sembrano probabilmente limitati ad ambienti freddi ea bassa energia in cui il tasso di sviluppo della diversità biologica e dell'evoluzione può essere molto lento.
L'unica eccezione a questa regola potrebbe essere costituita da ambienti ad alta pressione che possono sostenere quegli altri solventi in fase fluida a temperature più elevate (dove altrimenti esisterebbero come gas a una pressione di 1 atmosfera).
La prossima settimana: Perché il carbonio?
