Альтернативна біохімія

Серед найбільш вірогідних претендентів на роль структуроутворювального атома в альтернативній біохімії називають кремній. Він знаходиться в тій же групі періодичної системи, що й вуглець, їх властивості багато в чому схожі. Проте, атоми кремнію мають велику масу й радіус, вони складніше утворюють подвійний або потрійний ковалентний зв'язок, що може перешкодити утворенню біополімерів. Сполуки кремнію не можуть бути настільки різноманітні, як сполуки вуглецю.

Силани — сполуки кремнію й водню, що є аналогом алканів (сполук вуглецю та водню), менш стійкі, ніж вуглеводні. У той же час, силікони — полімери, що включають ланцюжки атомів кремнію й кисню, більш жароміцні. На цій підставі передбачається, що кремнієве життя може існувати на планетах з середньою температурою, що значно перевищує земну. У цьому випадку, роль універсального розчинника має грати не вода, а сполука зі значно вищою температурою кипіння.

Так, наприклад, передбачається, що сполуки кремнію будуть стабільнішими за вуглецеві молекули в середовищі сірчаної кислоти, тобто в умовах, які можуть існувати на інших планетах[1]. В цілому ж, складні молекули з кремнієво-кисневим ланцюгом менш стійкі в порівнянні з вуглецевими аналогами.

При всій різноманітності молекул, які були виявлені в міжзоряному середовищі, 84 засновані на вуглеці і лише 8 — на кремнії[2]. Більш того, з цих 8 сполук 4 включають вуглець. (Це побічно вказує на невелику можливість проміжного — кремній-вуглецевого — варіанту біохімії). Приблизне співвідношення космічного вуглецю до кремнію: 10 до 1. Це дає підставу припускати, що складні вуглецеві сполуки більш поширені у Всесвіті, зменшуючи шанс формування життя на основі кремнію, принаймні в тих умовах, що можна очікувати на поверхнях планет.

Слід зазначити, що сполуки кремнію (зокрема, діоксид кремнію) використовуються деякими організмами на Землі. З них свій панцир формують діатомові водорості, отримуючи кремній із води. Як структурний матеріал сполуки кремнію також використовуються радіолярією, деякими губками й рослинами, вони входять також до складу сполучної тканини людини.

Азот і фосфор вважають іншими претендентами на роль основи для біологічних молекул. Як і вуглець, фосфор може складати ланцюжки з атомів, які, в принципі, могли б утворювати складні макромолекули, якби він не був таким активним. Однак, у комплексі з азотом, можливе утворення більш складних ковалентних зв'язків, що робить можливим виникнення великої різноманітності молекул, включаючи кільцеві структури.

Атоми азоту й бору, що знаходяться в «зв'язці», певною мірою імітують зв'язок «вуглець-вуглець». Так, відомий боразол ${\displaystyle ~\mathrm {B_{3}N_{3}H_{6}} }$, який іноді називають «неорганічним бензолом» (правильніше його було б назвати «невуглецевим бензолом»). Все ж, на основі комбінації бору з азотом неможливо створити все те розмаїття хімічних реакцій і сполук, відомих у хімії вуглецю. Проте, принципову можливість такої заміни у вигляді якихось окремих фраґментів штучних (або інопланетних) біомолекул не можна повністю виключати.

Аміак часто розглядається як найбільш імовірний (після води) розчинник для виникнення життя на якійсь із планет. При тиску в 100 кПа він знаходиться в рідкому стані за температур від -78 до -33 °C. Рідкий аміак за рядом властивостей нагадує воду, але слід зауважити, що при замерзанні твердий аміак не спливає вгору, а тоне (на відміну від водного льоду).

Джеральд Файнберг і Роберт Шапіро взяли під сумнів, чи міг аміак утримувати молекули пребіотика досить добре, щоб дозволити появі самовідтворювальної системи^{[джерело?]}.

За рядом властивостей фтороводень нагадує воду. Так, він теж здатний до утворення водневих зв'язків. Проте, варто враховувати, що на 1 атом фтору в спостережуваному Всесвіті припадає 10000 атомів кисню, тому важко уявити на будь-якій планеті умови, які сприяли б утворенню океану, що складається з ${\displaystyle ~\mathrm {HF} }$, а не із ${\displaystyle ~\mathrm {H_{2}O} }$.

Синильна кислота HCN також здатна до утворення водневих зв'язків, але на відміну від HF, вона складається з широко розповсюджених у Всесвіті елементів. Більш того, вважається, що ця сполука відігравала значну роль у хімії Землі — наприклад, в утворенні амінокислот, нуклеотидів та інших компонентів «первинного бульйону».