Сам по себе абиогенез означает переход процессов неживой природы в их разновидность для живой природы, и поскольку большинство возможных форм материи не способны к эволюции, являющейся отличительной характеристикой живой природы, как таковой абиогенез будет существовать для любых форм жизни, не обязательно молекулярных. Но поскольку возможные процессы на разных уровнях строения материи имеют значительное количество отличий, имеет смысл рассматривать абиогенез молекулярных форм жизни отдельно.
Точный механизм возникновения земной жизни в настоящее время не является известным, но некоторые его особенности можно считать установленными достоверно. Какие-то черты сходства из явлений эволюции жизни имеет ароморфоз, и если некоторые сформированные им химические процессы требуют механизма гомеостаза, поддерживаемые им условия обладают значительным сходством с внешней средой, в которой эти процессы впервые возникали.
Почти наверняка в этом смысле не является исключением процесс репликации, с возможности которого может начинаться биологическая эволюция. Иначе говоря, абиогенез возможен в такой среде, в которой генетические и ферментативные молекулы способны сохранять стабильность и создавать свои копии. Для земной жизни эта внешняя среда, скорее всего, тем или иным способом связана с геотермальными источниками.
Несмотря на отсутствие полной и достоверной информации о происхождении земной жизни, возможно установить некоторые необходимые условия среды, в которой мог б произойти абиогенез тех или иных молекулярных форм жизни. Земная жизнь приспособлена к наличию жидкой воды, и наверняка в процессе абиогенеза вода тоже выполняла важную роль. Хотя многие сложные молекулы формируются в её отсутствии, их достаточная концентрация может возникнуть только при характерном для жидкой среды процессе диффузии, изменение температуры воды, приводящее к изменению растворимости разных веществ, в сочетании с периодическим испарением, могло обеспечить необходимые для абиогенеза условия.
По крайней мере полное отсутствие жидкой среды заметно снижает количество возможных путей абиогенеза. Твёрдые вещества в некоторых случаях тоже способны самопроизвольно концентрироваться, например, при их подходящих свойствах электризуемости. Но дальнейшие биохимические процессы вряд ли могут основываться на каком-то другом явлении, кроме диффузии, которая для твёрдых веществ происходит очень медленно. Это неизбежно будет сказываться на скорости выработки механизмов гомеостаза эволюционным путём, соответственно, необходимым условием абиогенеза при отсутствии жидкости становится достаточно длительное сохранение необходимых условий для существования пребиотических молекул.
Помимо того, что подобные стабильные условия вряд ли могут длительное время существовать на какой-либо планете, имеется другое препятствие для абиогенеза при отсутствии жидкой среды. Метаболизм даже самых простых организмов наверняка будет сопровождаться значительным разнообразием химических реакций, в ходе которых как минимум некоторые промежуточные вещества могут переходить в газообразное состояние, и они значительной частью будут улетучиваться. Некоторые другие вещества, напротив, в таком случае могут формироваться при участии атмосферных газов.
Конечно, есть вероятность возникновения биохимических процессов, для которых подходящей внешней средой может быть атмосфера планеты. Но жидкости, которым, в отличие от газов, свойственно сохранять объём, могут обеспечить гораздо более разнообразные условия внешней среды для начала репликации пребиотических молекул, чем те условия, которые могут возникнуть в атмосфере какой-либо планеты. Например, для земной жизни геотермальные источники обеспечили значительное количество фосфора во внешней среде, который не входит в число самых распространённых элементов, в то время как атмосфера любой планеты неизбежно перемешивалась б, соответственно, было б невозможным присутствие значительного количества какого-то элемента, распространённость которого даже на уровне фосфора.
Естественно, какая-либо жидкость хоть в каком-то количестве присутствует на поверхности почти любой планеты при условии достаточного атмосферного давления. Но если пребиотические молекулы будут иметь ничтожно малую растворимость в этой жидкости, вряд ли будут значимые отличия от условий её отсутствия. Жидкость, способная разрушать пребиотические молекулы, будет, напротив, препятствовать абиогенезу.
Пористые минералы могут лишь в некоторых пределах способствовать специфическим условиям внешней среды, её газовый состав, включающий пребиотические молекулы, в случае медленной диффузии в твёрдых телах, скорее всего, будет выравниваться с атмосферой планеты быстрее, чем формирующиеся живые организмы смогут эволюционным путём вырабатывать механизм гомеостаза. Необходимой ролью внешней среды является также наличие исходных материалов для построения механизма гомеостаза, например, определённо из её веществ была сформирована клеточная мембрана первых земных организмов. Таким образом, на планетах, где отсутствует подходящая для соответствующих форм жизни жидкая среда, вероятность успешного завершения абиогенеза является ничтожно малой.
Другим важным фактором абиогенеза является появление пребиотических молекул в условиях неживой природы, для земной жизни ими являются аминокислоты, жирные кислоты и ряд других классов веществ. Существенным отличием будут обладать пребиотические молекулы тех возможных на каменистых планетах вариантов биохимии, в которых одним из основных элементов является кремний. Как для самих кремниевых форм жизни, так и для его пребиотических молекул, препятствием к их формированию является кислород, образующий с кремнием прочные ионные связи.
Атомы кремния сами по себе являются достаточно тяжёлыми, и очень немногие его сколь-нибудь устойчивые соединения имеют низкую температуру кипения, что приводит к концентрации основной его массы в тех протопланетных дисках, что находятся в области высокой инсоляции. Эта область почти не содержит свободного водорода, который мог б поспособствовать формированию сложных молекул на основе кремния. Принимать лишние атомы кислорода в принципе могут углерод и активные металлы, например, натрий и магний. Углерод в этом смысле может быть эффективнее тем, что его соединение с кислородом - углекислый газ - имеет весьма низкую температуру кипения, что может поспособствовать его перемещению в область низкой инсоляции.
Этот сценарий формирования пребиотических кремниевых молекул лучше всего может происходить в углеродных областях галактик. Уносимый излучением звезды в область более низкой инсоляции в виде углекислого газа избыточный кислород в этом случае может обеспечивать условия для формирования соединений кремния с углеродом и азотом, далее с участием различных металлов возможно появление более сложных молекул на основе кремния, в состав которых затем могут включаться йод, фосфор, сера и другие элементы, способные участвовать в кремниевой биохимии.
Если объёма нефтяного океана на углеродной планете будет достаточно для связывания значительной части не только кислорода, но и азота, с сохранением при этом преобладания углеводородных веществ, то при участии натрия и магния углерод может высвобождаться из соединений кремния, формируя кремниевую биохимию в чистом виде, а дно такого океана может покрываться формиатными и ацетатными породами.
Абиогенез каких-либо форм жизни, с использующей кремний в качестве одного из основных элементов биохимией, при значительном количестве кислорода в протозвёздной туманности выглядит во многом маловероятным. Вариант более или менее массивных планет, сформировавшихся в области низкой инсоляции и содержащих много водорода, но затем сместившихся в область высокой инсоляции, в некотором смысле выглядит благоприятно с точки зрения возможности абиогенеза кремниево-углеродных форм жизни, но сложность состоит в том, что при общем значительном количестве кислорода кремний концентрируется преимущественно в области высокой инсоляции, соответственно, есть сложность его наличия в значительном количестве на такой планете.
Очень многие соединения кремния, включая карбид, который в отличие от его оксида может в определённых условиях преобразовываться в пребиотические молекулы, имеют очень высокую температуру кипения, в то время как силан, температура кипения которого намного ниже, окисляется кислородом и азотом даже при достаточно низкой температуре, таким образом почти не имея возможности оказаться в области низкой инсоляции в значительном количестве. Напротив, молекулярный водород, а также вещества с его значительной массовой долей - метан и аммиак - имеет очень низкую температуру кипения, поэтому сформировавшиеся в области высокой инсоляции планеты будут содержать сравнительно мало водорода.
Недостаток водорода почти полностью исключает всякую возможность абиогенеза кремниевых форм жизни, включая комбинацию с углеродом и фосфором. Какой-либо ещё способ восстановления хотя б отдельных атомов кремния из его исходных соединений, в том числе даже карбида, кроме как ионами водорода вряд ли возможен. Сам по себе водород гораздо легче соединяется даже с углеродом, чем с кремнием, не говоря уже о кислороде и азоте.
Значительно разделённые в протопланетных дисках кремний и водород могут в большом количестве оказаться на одной планете, если в процессе смещения в область высокой инсоляции будет поглощено достаточно много вещества протопланетных дисков, из которых могли б сформироваться каменистые планеты, иначе говоря, такая планета должна успеть сместиться в область высокой инсоляции до того, как движущееся по орбите твёрдое вещество сформирует планеты. Это может произойти, если на более высокой орбите быстро сформируется крупный газовый гигант, который, поглощая газообразное вещество, будет терять орбитальную скорость, замедляя своей гравитацией планеты на более низкой орбите. В случае, если высокая плотность газа заканчивается на подходящем расстоянии от звезды, расположенная на более низкой орбите планета может в итоге стать пригодной для возникновения кремниево-углеродных форм жизни, приобретя подходящий состав, массу и величину инсоляции на итоговой орбите.
Если такая планета дольше останется в области низкой инсоляции, то формирование каменистых планет наверняка произойдёт, поскольку области значительного количества водорода и кремния при изначально высокой доле кислорода будут на значительном расстоянии, и если масса такой планеты будет не слишком большой для возможности твёрдой поверхности, гравитация такой планеты никак не сможет помешать формированию каменистых планет из протопланетных дисков, в которых содержание кремния заметно больше.
В принципе, содержание кремния на такой планете может увеличиться в случае падения значительного количества каменистых астероидов или столкновения с каменистой планетой. Но падение астероидов столь значительной суммарной массы крайне маловероятно, а вероятность столкновения планет, сформировавшихся на существенно разных орбитах, тоже достаточно низкая. Именно эти факторы могут заметно снижать распространённость каких-либо форм жизни на основе кремния, поскольку все эти варианты подходящих условий для их абиогенеза в случае протозвёздной туманности с высоким содержанием кислорода выглядят сравнительно маловероятными, в то время как для формирования углеродных форм жизни при типичном для вселенной соотношении элементов не требуется какого-то особенного сценария миграции планет или каких-то ещё редких условий.
Говоря о распространённости каких-либо вариантов биохимии, использующих кремний, разумеется, следует рассматривать возможность панспермии, о чём подробнее будет говориться позже. А непосредственно в следующей части будет рассмотрена возможность абиогенеза для вариантов биохимии, пригодных для газовых гигантов.