В предыдущих частях периодически вкратце упоминалась тема уязвимости молекулярных форм жизни перед радиацией. Рассмотрим эту тему подробнее.
С разной степенью условности все виды радиации можно свести к коротковолновому электромагнитному излучению, энергия квантов которого превышает энергию химических связей. Например, в весьма упрощённом виде попадание заряженной частицы в молекулярное вещество можно представить в виде преобразования её кинетической энергии в квант электромагнитного излучения.
Энергия химических связей зависит от многих факторов, в которые входят радиус атома, заполненность валентных орбиталей электронов и их конфигурация и многое другое. Энергия возможных единичных химических связей не превышает 14 эВ, но чаще бывает меньше 3 эВ. Первая величина соответствовала б кванту электромагнитного излучения с длиной волны 88 нм, а вторая - 413 нм.
В упрощённом виде можно представить, что поглощение валентным электроном кванта электромагнитного излучения, энергия которого превышает её величину для химической связи, которую он образует, приводит к разрыву этой связи, но для оценки влияния этого явления на возможные формы жизни следует учитывать ряд дополнительных факторов. Во-первых, если вещество, в котором химическая связь была разрушена, не имеет возможности образовать другое соединение с большим выходом энергии, то разрушенная химическая связь наверняка восстановится. Во-вторых, не все виды химических связей имеют столь явную возможность разрыва, например, ароматические и ряд других связей в составе молекул меланина позволяют выдерживать воздействия квантов электромагнитного излучения достаточно высокой энергии, их дополняют водородные связи разных молекул.
В третьих, далеко не все молекулы, входящие в состав живых организмов, являются критически важными, в подавляющем большинстве от разрушенных молекул разнообразных защитных оболочек организмы способны избавляться, регенерируя повреждённые участки. В принципе это даёт возможность живым организмам переносить воздействие внешнего коротковолнового излучения, но поскольку молекулярное вещество способно лишь в ограниченной степени преимущественно в зависимости от массы атомных ядер и их плотности снижать энергию фотонов, для устойчивости к наиболее коротким волнам защитный слой должен быть весьма основательным.
Механизм достаточно быстрой регенерации защитного слоя у живых организмов существовать в принципе может, в этом случае наибольшее разрушительное воздействие будет оказывать нагрев, поскольку отражение значительной части даже рентгеновского излучения не является возможным. В этом смысле биохимия, использующая одновременно атомы кремния и углерода может быть наиболее устойчивой, поскольку связь самих атомов кремния со сравнительно крупными ядрами может быть достаточно прочной в том числе в плане возможности разрушения тепловой энергией, в то время как атомы углерода могут лучше предотвращать окисление, и в виду меньшего расстояния валентных электронов от ядра легче образовывать связи, не подверженные прямому разрыву квантом излучения.
С достаточно незначительными поправками эти свойства можно обобщить на все виды внешней радиации, которой, при не очень большом её количестве, живые организмы способны противостоять. Особым случаям является только внешний поток нейтронов, поскольку в виду отсутствия электрического заряда при столкновении с молекулярным веществом они не формируют значительного количества электромагнитных волн, но будучи барионами, образуют связи с ядрами атомов, тем самым превращаясь во внутренний источник радиации.
Внутренний источник радиации имеет то значимое отличие, что кванты коротковолнового электромагнитного излучения будут формироваться непосредственно вблизи биохимических молекул. Генетические молекулы, состоящие из цепочек многовалентных элементов, для обеспечения возможности репликации и влияния на взаимодействие организма с окружающей средой, должны иметь выраженные фрагменты, что делает их связи подверженными разрыву электромагнитным излучением достаточно высокой частоты. В итоге, геномы каких-либо молекулярных организмов в очень редких случаях могут быть устойчивыми к незначительной части ультрафиолетового диапазона, и почти наверняка не могут выдерживать квантов большей энергии.
Поскольку кванты электромагнитного излучения, выделяющиеся при радиоактивном распаде, почти всегда попадают в гамма-диапазон, невозможна биохимия, использующая нестабильные элементы. Соответственно, полоний и более тяжёлые элементы можно заведомо исключить из любых вариантов биохимии, никакие молекулярные организмы не могут быть устойчивыми к их наличию в своём составе. Несколько другой является ситуация, когда участвующие в биохимии элементы имеют значительное количество нестабильных изотопов, как химические реакции, так и некоторые физические процессы способны приводить к фракционированию изотопов, соответственно, какие-то живые организмы в принципе могут иметь механизмы предотвращения абсорбирования радиоактивных изотопов.
Если взаимодействие с внешней средой происходит через такой защитный механизм, большая часть радиоактивных изотопов может не проникать дальше защитного слоя, тем самым не нанося значительного урона таким живым организмам. При этом часть энергии радиоактивного распада может использоваться в целях разделения изотопов подобным способом, за счёт чего организмы могут приспосабливаться к существованию в условиях интенсивной внешней радиации.
Главной проблемой для таких защитных механизмов может оказаться безвозвратная потеря атомов веществ, переходящих при внешнем нагреве в газообразное состояние, при условии, что внешняя среда не позволяет восполнять их в достаточном количестве. С этой точки зрения использующая кремний в качестве одного из основных элементов биохимия тоже имеет преимущество, поскольку более тяжёлые атомы сложнее перевести в газообразное состояние. В целом получается, что для всех молекулярных форм жизни наибольшую сложность представляет сочетание сильной радиации с высокой температурой и низким давлением.
В следующей части будут рассмотрены возможные результаты эволюции различных молекулярных форм жизни.