Maan ulkopuolinen elämä
Elämän mahdollinen perusta > Biokemia

Kaikki elämä maapallolla perustuu 26 alkuaineeseen. 95 % elämästä rakentuu kuitenkin vain kuudesta alkuaineesta: hiilestä,vedystä, typestä, hapesta, fosforista ja rikistä. Astrobiologiassa tästä yhdistelmästä käytetään aineiden kemiallisten merkkien mukaista lyhennettä CHNOPS. Nämä kuusi alkuainetta muodostavat perustan käytännössä kaikelle maapallon elämälle, sillä useimpia muita alkuaineita on planeetalla vain hyvin pieniä määriä. Tähän sääntöön löytyi mahdollinen poikkeus vuonna 2010 Kaliforniassa sijaitsevasta Mono-järvestä: bakteeri nimeltä GFAJ-1. Tämä bakteeri vaikuttaa käyttävän arseenia fosforin sijasta DNA:nsa ja proteiiniensa luomiseen.
Maapallon elämä tarvitsee vettä liuottimeksi biokemiallisiin reaktioihin. Veden ohella riittävät määrät hiiltä ja muita elämälle tärkeitä pääalkuaineita voivat mahdollistaa eliöiden syntymisen sellaisilla planeetoilla, jotka muistuttavat kemialliselta koostumukseltaan ja lämpötiloiltaan Maata. Maapallo ja maankaltaiset planeetat ovat muodostuneet ”avaruuspölystä”, ja on mahdollista, että samankaltaisen tapahtumasarjan seurauksena on syntynyt muitakin rakenteeltaan samankaltaisia planeettoja.
Hiilen, vedyn ja hapen yhdisteitä olevat hiilihydraatit, kuten sokeri, voivat toimia elämälle välttämättömän kemiallisen energian lähteenä ja synnyttää erilaisia elämän rakenneosia, kuten riboosia DNA- ja RNA-molekyyleissa sekä kasvien selluloosaa. Kasvit saavat energiaa muuntamalla valoenergiaa kemialliseksi energiaksi yhteyttämällä. Nykytiedon mukaan hiili on elämälle välttämätöntä sekä pelkistyneinä metaanin johdannaisina että osittain hapettuneina hiilen oksideina. Typpeä tarvitaan puolestaan kaikissa proteiineissa pelkistyneenä ammoniakin johdannaisena, rikkiä joissain välttämättömissä proteiineissa rikkivetynä ja fosforia fosfaateiksi hapettuneina geneettisessä materiaalissa ja energiansiirrossa. Liuottimena toimiva vesi välittää riittävästi happea biokemiallisten aineiden rakenneosiksi.
Puhdas vesi on käyttökelpoista sen neutraalin pH:n ansiosta; tämä johtuu sen hydroksidi- ja oksoniumionien autoprotolyysista. Sen ansiosta vesi liuottaa yhtä tehokkaasti sekä positiivisia metalli-ioneja että negatiivisia epämetalli-ioneja. Orgaaniset molekyylit voivat myös olla joko vesipakoisia eli veteen liukenemattomia tai vesihakuisia eli veteen liukenevia. Tämän ansiosta orgaaniset yhdisteet pystyvät muodostamaan vettä sisällään pitäviä solukalvoja.
Nestemäinen vesi on (tietyn lämpötila-alan rajoissa) kiinteää vettä (jäätä) tiheämpää, minkä ansiosta jää kelluu ja estää Maapallon valtameriä jäätymästä. Ilman tätä veden ominaisuutta valtameret olisivat voineet jäätyä pohjiaan myöten Lumipallomaa-ajanjaksojen aikana. Lisäksi vesimolekyylien väliset vetysidokset sitovat energiaa höyrystymisen yhteydessä ja vapauttavat sitä, kun vesi tiivistyy. Tämä auttaa ilmaston säätelyssä viilentämällä tropiikkia ja lämmittämällä napoja, mikä ylläpitää elämän vaatimaa termodynaamista tasapainoa.
Hiili on elämälle välttämätöntä, koska se kykenee luomaan monipuolisesti kovalenttisia sidoksia erilaisten epämetallien, etenkin typen, hapen ja vedyn kanssa. Hiilidioksidi ja vesi yhdessä mahdollistavat auringon energian varastoitumisen sokeriin, kuten glukoosiin. Glukoosin hapettuminen vapauttaa biokemiallista energiaa, jota tarvitaan muiden biokemiallisten reaktioiden polttoaineeksi.
Karboksyylihapporyhmä (-COOH) ja aminoryhmä (-NH2) saavat aikaan kondensaatioreaktion, jossa aminohapot liittyvät toisiinsa ja muodostavat pitkiä peptidejä ja entsyymejä. Aminohappoja ja fosfaatteja yhdistämällä voidaan rakentaa perinnöllisen informaation sisältäviä molekyylejä, DNA:ta sekä soluissa energian siirrosta huolehtivia molekyylejä, ATP:tä.
Myös muualla universumissa kehittyneiden elämänmuotojen voidaan olettaa käyttävän hyväkseen näitä monilukuisia perusalkuaineita. Elämän perustana voivat kuitenkin toimia myös muut alkuaineet ja liuottimet. Piitä pidetään mahdollisena hiilen korvikkeena. Piipohjaisten elämänmuotojen rakennetta arvellaan kiteiseksi ja niiden teoretisoidaan selviävän hyvin kuumissa olosuhteissa, kuten planeetoilla, jotka ovat hyvin lähellä tähteään. Myös ammoniakkipohjaisten elämänmuotojen olemassaoloa on ehdotettu, mutta ammoniakki ei ole elämälle yhtä ihanteellinen vaihtoehto kuin vesi.
Elämä on kemian näkökulmasta katsottuna pohjimmiltaan itseään monistava reaktio. Se voi muodostua monien eri olosuhteiden vallitessa ja monista eri ainesosista. Parhaiten tämä tosin toteutuu hiili-happiyhdisteiden lämpötilan ollessa 0-100 Celcius-astetta. Joidenkin näkemysten mukaan monistumisreaktioita voisi tapahtua myös tähden plasmassa, joskin se olisi erittäin epätavallista.
Useita alustavia ajatuksia maapallon ulkopuolisen elämän piirteistä on kyseenalaistettu. Esimerkiksi NASA:n asiantuntijat uskovat, että eksoplaneetoilla yhteyttävä pigmentti ei välttämättä olisikaan vihreä.