قد يبدو الافتراض القائل بأن الكيمياء الحيوية الغريبة تتطلب ماءً سائلاً قليلاً متمحورًا حول الأرض. ولكن نظرًا للإمكانيات الكيميائية المتاحة من أكثر العناصر وفرة في الكون ، فحتى عالم غريب لديه كيمياء حيوية مختلفة قد يوافق على الأرجح على أن الكيمياء الحيوية القائمة على مذيب الماء أكثر من المحتمل أن تحدث في مكان آخر من الكون - وستكون الأكثر من المرجح أن تتطور الأساس لحياة ذكية.
بناءً على ما نعرفه عن الحياة والكيمياء الحيوية ، يبدو من المحتمل أن الكيمياء الحيوية الغريبة ستحتاج إلى مذيب (مثل الماء) ووحدة عنصرية واحدة أو أكثر لهيكلها ووظيفتها (مثل الكربون). المذيبات مهمة لتمكين التفاعلات الكيميائية ، وكذلك نقل المواد ماديًا - وفي كلا السياقين ، يبدو وجود هذا المذيب في طور السائل أمرًا حيويًا.
قد نتوقع أن تكون المذيبات الشائعة المفيدة بيوكيميائيًا على الأرجح من العناصر الأكثر شيوعًا في الكون - الهيدروجين والهليوم والأكسجين والنيون والنيتروجين والكربون والسيليكون والمغنيسيوم والحديد والكبريت ، بهذا الترتيب.
ربما يمكنك نسيان الهيليوم والنيون - كلاهما غازات نبيلة ، وهما خاملتان كيميائيًا إلى حد كبير ونادرًا ما يشكلان مركبات كيميائية ، لا يوجد أي منها له خصائص المذيب. بالنظر إلى ما تبقى ، فإن المذيبات القطبية التي قد تكون متاحة بسهولة لدعم الكيمياء الحيوية هي الماء أولاً (H2O) ، ثم الأمونيا (NH3) وكبريتيد الهيدروجين (H2س). يمكن أيضًا تشكيل مذيبات مختلفة غير قطبية ، وخاصة الميثان (CH4). بشكل عام ، المذيبات القطبية لديها شحنة كهربائية ضعيفة ويمكن أن تذوب معظم الأشياء القابلة للذوبان في الماء ، في حين أن المذيبات غير القطبية ليس لديها شحنة وتعمل أكثر مثل المذيبات الصناعية التي نعرفها على الأرض ، مثل التربنتين.
إسحاق أسيموف ، الذي عندما كان لا يكتب الخيال العلمي كان كيميائيًا حيويًا ، اقترح كيمياء حيوية افتراضية حيث يمكن للدهون المتعددة (أساسا سلاسل جزيئات الدهون) أن تحل محل البروتينات في مذيب الميثان (أو غير قطبي آخر). قد تعمل مثل هذه الكيمياء الحيوية على قمر زحل ، تيتان.
ومع ذلك ، من قائمة المذيبات التي يحتمل أن تكون وفيرة في الكون ، يبدو أن الماء هو أفضل مرشح لدعم نظام بيئي معقد. بعد كل شيء ، من المرجح أن يكون أكثر المذيبات وفرة على مستوى العالم على أي حال - ويحدث طوره السائل عند درجة حرارة أعلى من أي درجة حرارة أخرى.
يبدو من المعقول افتراض أن الكيمياء الحيوية ستكون أكثر ديناميكية في بيئة أكثر دفئًا مع المزيد من الطاقة المتاحة لدفع التفاعلات الكيميائية الحيوية. يجب أن تعني هذه البيئة الديناميكية أن الكائنات الحية يمكن أن تنمو وتتكاثر (وبالتالي تتطور) بهذه السرعة.
تتميز المياه أيضًا بمزايا:
• وجود روابط هيدروجينية قوية تمنحه توترًا سطحيًا قويًا (ثلاث مرات من الأمونيا السائلة) - مما يشجع على تجميع مركبات البريبايوتك وتطور الأغشية ؛
• القدرة على تكوين روابط ضعيفة غير تساهمية مع مركبات أخرى - والتي ، على سبيل المثال ، تدعم التركيب ثلاثي الأبعاد للبروتينات في الكيمياء الحيوية للأرض ؛ و
• القدرة على الانخراط في تفاعلات نقل الإلكترون (الطريقة الرئيسية لإنتاج الطاقة في الكيمياء الحيوية للأرض) ، من خلال التبرع بأيونات الهيدروجين والإلكترون المقابل لها.
تم اقتراح فلوريد الهيدروجين (HF) كمذيب بديل مستقر يمكن أن يشارك أيضًا في تفاعلات نقل الإلكترون - مع طور سائل بين -80 سج و 20 سC عند 1 ضغط جوي (الأرض ، مستوى سطح البحر). هذا نطاق درجة حرارة أكثر دفئًا من المذيبات الأخرى التي من المرجح أن تكون وفيرة عالميًا ، بصرف النظر عن الماء. ومع ذلك ، فإن الفلور نفسه ليس عنصرًا وفيرًا للغاية وسيتحول HF ، في وجود الماء ، إلى حمض الهيدروفلوريك.
ح2يمكن استخدام S أيضًا في تفاعلات نقل الإلكترون - ويتم استخدامه أيضًا من قبل بعض بكتيريا التخليق الكيميائي القائمة على الأرض - ولكن كسائل لا يوجد إلا في نطاق درجة الحرارة الضيقة والباردة نسبيًا من -90 سC إلى -60 سC في 1 جو.
هذه النقاط على الأقل تثير حجة قوية لأن الماء السائل هو الأساس الأكثر احتمالية من الناحية الإحصائية لتطوير النظم البيئية المعقدة القادرة على دعم الحياة الذكية. على الرغم من أن السجلات الحيوية الأخرى القائمة على المذيبات الأخرى ممكنة - يبدو أنها من المحتمل أن تقتصر على البيئات الباردة والمنخفضة الطاقة حيث قد يكون معدل تطور التنوع البيولوجي والتطور بطيئًا جدًا.
قد يكون الاستثناء الوحيد لهذه القاعدة هو بيئات الضغط العالي التي يمكن أن تحافظ على تلك المذيبات الأخرى في طور السوائل عند درجات حرارة أعلى (حيث كانت ستوجد كغاز عند ضغط 1 جو).
الاسبوع القادم: لماذا الكربون؟
