В предыдущих частях речь шла о гипотетических формах жизни на основе кремния, и вывод получился таким, что при существующем составе вселенной кремниевая жизнь по крайней мере будет гораздо менее распространённой, чем углеродная. Рассмотрим, какие ещё могут быть замены углероду.
Рассматривать дальше четвёртую группу не имеет смысла, поскольку проблема уязвимости биохимических цепочек перед сильными окислителями будет только увеличиваться, и будет требоваться всё более экзотическая среда. Германий и олово сами по себе не являются распространёнными элементами, а преобладание, например, бромоводорода тем более выглядит чрезвычайно маловероятным. Для биохимии на основе свинца и вовсе понадобились б элементы без стабильных изотопов, об уязвимости каких-либо форм жизни перед радиацией подробнее будет сказано в следующих частях.
Метаболизм без связей различной прочности между разными частями биохимических молекул вряд ли возможен. Для двухвалентных элементов это было б возможно только их определённым чередованием, но сперва рассмотрим трёхвалентные элементы, в которых возможно чередование одинарных и двойных связей. Четвёртая группа обеспечивает максимально возможную валентность для нашего оптимального для жизни на планетах трёхмерного мира, в котором могут существовать три p-орбитали, дополненные s-орбиталью, соответственно, трёхвалентные элементы будут относиться к соседним группам.
Самым распространённым из этих элементов является азот, который легко образуется заодно с углеродом в процессе термоядерного синтеза в звёздах. Азот, имеющий меньше пустующих орбиталей, чем углерод, имеет большие окислительные свойства, но это одновременно делает ковалентные связи между его атомами менее прочными. В итоге стабильным является только соединение двух атомов азота, более длинные цепочки гораздо легче могут разрушаться.
Разумеется, выше упоминавшаяся особенность метаболизма делает необходимыми более длинные цепочки. Повысить их стабильность для азота может либо низкая температура, либо высокое давление. Если говорить о давлении, сколь-нибудь сравнимом с земным, то при такой температуре большинство веществ затвердевает, так что на роль хоть какого-то растворителя может годиться только водород.
С одной стороны это благоприятно тем, что водород является самым распространённым элементом во вселенной. Но при земном атмосферном давлении температурный диапазон жидкого агрегатного состояния для водорода является очень узким. Повышение давления будет способствовать как увеличению этого диапазона, так и большей стабильности азотной биохимии. Но в то ж время увеличение давления чаще всего приводит к адиабатическому увеличению температуры, причём водород имеет сравнительно высокий адиабатический коэффициент, поэтому его температура будет достаточно существенно меняться при изменении давления.
В итоге основным источником стабильности азотной биохимии неизбежно оказывается давление, поэтому потенциально пригодные для азотных форм жизни планеты оказываются в категории газовых гигантов. С одной стороны внутренняя энергия таких планет в результате различных атмосферных процессов может формировать свободную химическую энергию, которая может использоваться соответствующими организмами. С другой стороны сама по себе атмосферная активность сильно ограничивает возникновение сложных организмов, вынужденных вырабатывать устойчивость к мощным ураганам.
Стоит также заметить, что панспермия для таких особенных форм жизни оказывается практически невозможной, поскольку кометы, попадающие под какое-либо излучение, не смогут обеспечивать внутри достаточно низкую температуру и высокое давление, чтоб цепочки из азота сохраняли стабильность. Впрочем, абиогенез на крупных планетах может происходить сравнительно легко.
В целом можно заметить, что хотя подходящие для азотной биохимии планеты присутствуют в солнечной системе, в первую очередь это Нептун, исследования вряд ли возможны в обозримом будущем, поскольку никакие даже перспективные технологии не позволят изучать области столь высокого давления.
В следующей части будут рассмотрены гипотетические возможности биохимии на основе других элементов соседних с углеродом групп.
