Antagandet att främmande biokemi antagligen kräver flytande vatten kan verka lite jordcentriskt. Men med tanke på de kemiska möjligheterna som finns från de rikligaste elementen i universum, till och med en främmande forskare med en annan biokemi skulle förmodligen enas om att en vatten-lösningsmedelsbaserad biokemi är mer än troligt att inträffa någon annanstans i universum - och skulle vara den mest sannolikt grunden för intelligent liv att utvecklas.
Baserat på vad vi vet om liv och biokemi verkar det troligt att en främmande biokemi behöver ett lösningsmedel (som vatten) och en eller flera elementenheter för dess struktur och funktion (som kol). Lösningsmedel är viktiga för att möjliggöra kemiska reaktioner såväl som fysiskt transport av material - och i båda sammanhang verkar det nödvändigt att ha det lösningsmedlet i sin vätskefas.
Vi kan förvänta oss att vanliga biokemiskt användbara lösningsmedel troligen kommer att bildas från de vanligaste elementen i universum - att vara väte, helium, syre, neon, kväve, kol, kisel, magnesium, järn och svavel, i den ordningen.
Du kan förmodligen glömma helium och neon - båda ädla gaser, de är till stor del kemiskt inerta och bildar endast sällan kemiska föreningar, varav ingen uppenbarligen har egenskaperna till ett lösningsmedel. När man tittar på vad som finns kvar är de polära lösningsmedlen som kanske är mest tillgängliga för att stödja en biokemi för det första vatten (H2O), sedan ammoniak (NH3) och vätesulfid (H2S). Olika icke-polära lösningsmedel kan också bildas, särskilt metan (CH4). I stort sett har polära lösningsmedel en svag elektrisk laddning och kan lösa de flesta saker som är vattenlösliga, medan icke-polära lösningsmedel har ingen laddning och fungerar mer som de industriella lösningsmedel som vi känner till på jorden, till exempel terpentin.
Isaac Asimov, som när man inte skrev science fiction var biokemist föreslog en hypotetisk biokemi där poly-lipider (i huvudsak kedjor av fettmolekyler) skulle kunna ersätta proteiner i ett metan (eller annat icke-polärt) lösningsmedel. En sådan biokemi kan fungera på Saturnus måne, Titan.
I listan över potentiellt rikliga lösningsmedel i universum ser vatten ändå ut som den bästa kandidaten för att stödja ett komplext ekosystem. När allt kommer omkring är det troligtvis det mest allmänt förekommande lösningsmedlet - och dess vätskefas inträffar vid ett högre temperaturområde än någon av de andra.
Det verkar rimligt att anta att en biokemi kommer att vara mer dynamisk i en varmare miljö med mer energi tillgängligt för att driva biokemiska reaktioner. En sådan dynamisk miljö borde innebära att organismer kan växa och reproducera sig (och därmed utvecklas) så mycket snabbare.
Vatten har också fördelarna med:
• ha starka vätebindningar som ger den en stark ytspänning (tre gånger den för flytande ammoniak) - vilket skulle uppmuntra aggregeringen av prebiotiska föreningar och utvecklingen av membran;
• kunna bilda svaga icke-kovalenta bindningar med andra föreningar - som till exempel stödjer proteinernas 3d-struktur i jordbiokemi; och
• kunna delta i elektrontransportreaktioner (den viktigaste metoden för energiproduktion i jordbiokemi), genom att donera en vätejon och dess motsvarande elektron.
Vätefluorid (HF) har föreslagits som ett alternativt stabilt lösningsmedel som också kan engagera sig i elektrontransportreaktioner - med en vätskefas mellan -80 oC och 20 oC vid 1 atmosfärstryck (Jorden, havsnivån). Detta är ett varmare temperaturområde än de andra lösningsmedlen som troligen kommer att vara allmänt överflödiga, förutom vatten. Men fluor i sig är inte ett mycket rikligt element och HF, i närvaro av vatten, kommer att förvandlas till fluorvätesyra.
H2S kan också användas för elektrontransportreaktioner - och används så av några jordbaserade kemosyntetiska bakterier - men som en vätska finns den bara i det relativt smala och kalla temperaturområdet -90 oC till -60 oC vid 1 atmosfär.
Dessa punkter gör åtminstone ett starkt fall för att flytande vatten är den mest statistiskt troliga grunden för utveckling av komplexa ekosystem som kan stödja intelligent liv. Även om andra biokemikalier baserade på andra lösningsmedel är möjliga - verkar de sannolikt begränsas till kalla, låga energimiljöer där utvecklingen av biologisk mångfald och utveckling kan vara mycket långsam.
Det enda undantaget från denna regel kan vara högtrycksmiljöer som kan upprätthålla de andra lösningsmedlen i vätskefas vid högre temperaturer (där de annars skulle existera som en gas vid ett atmosfärstryck).
Nästa vecka: Varför kol?
