Ещё одним значимым фактором распространённости тех или иных молекулярных форм жизни, помимо упомянутых в предыдущих частях, являются принципиальные возможности эволюции в их возможной среде обитания. Как и в случае абиогенеза, этот фактор имеет значение для любых форм жизни, но сильно зависит от материальной основы, поэтому его тоже следует рассматривать отдельно для форм жизни, основанных на химических процессах.
Для земной жизни одним из первых важных ароморфозов был фотосинтез, который обеспечил живые организмы большим количеством энергии, что дало возможность существенно увеличить биомассу. Скорее всего, на многих потенциально обитаемых каменистых планетах, кроме некоторых ранее рассмотренных вариантов вулканически активных планет, основным источником энергии будет излучение центральной звезды, соответственно, фотосинтез тоже понадобится для значительной биомассы, без чего вряд ли возможно появление более или менее сложных организмов.
На нашей планете фотосинтез зарождался с использованием веществ из внешней среды, пока магний не стал выполнять полностью каталитическую функцию без необходимости расхода веществ извне, кроме воды и углекислого газа. В этой связи вновь имеет смысл обратить внимание на возможные принципы фотосинтеза организмами, использующими кремний в своей биохимии.
Кремний на нашей планете представлен преимущественно в виде различных соединений, содержащих кислород. Высвобождение кремния из соединений с кислородом с помощью магния в принципе тоже возможно, но является гораздо более сложным процессом, чем восстановление углерода из углекислого газа. Во-первых, оно требует применения гораздо большего количества энергии на единицу массы, что в принципе может быть проблемой для молекулярных форм жизни. Во-вторых, для этого требуется не окисленный магний, и после восстановления кремния магний, скорее всего, будет окислен, а поскольку в неокисленном виде он вряд ли может присутствовать в окружающей среде, потребуется механизм его восстановления.
В третьих, есть сложности с усвоением живыми организмами соединений кремния, вряд ли они могут усваивать плотные вещества, вроде кварцитов или слюды, как земные организмы не могут использовать углерод из алмазов. Не столь плотные комплексные соединения глинистого типа магния, алюминия, кремния и кислорода могут быть исходным материалом, но это всё равно будет гораздо более сложным процессом, чем фотосинтез земных организмов. В четвёртых, для включения атомов кремния в биохимические процессы необходимо предотвращать их повторное существенное окисление, например, это может обеспечиваться достаточно сложным механизмом их соединения с метиловыми радикалами.
Планеты на орбитах звёзд, сформировавшихся из молекулярных туманностей с большим количеством кислорода, скорее всего, тоже будут содержать кремний в виде его соединений преимущественно с ионными связями подобно нашей планете. В то же время абиогенез организмов, биохимия которых использует кремний, на планетах без значительного количества хотя б карбида кремния на поверхности можно считать невозможным, в этом случае, например, кремниево-углеродные организмы могут появиться только в результате панспермии. Сперва рассмотрим возможность возникновения фотосинтеза на планетах, пригодных для кремниевого абиогенеза.
Разумеется, карбид кремния может быть лишь одним из промежуточных веществ в геологических процессах, способных привести к абиогенезу и не является благоприятным исходным материалом для фотосинтеза. Наиболее благоприятным исходным веществом можно считать ацетат кремния, но его существование в свободном виде вероятно лишь на углеродных планетах. Пригодными для разных вариантов кремниевой биохимии исходными веществами также могут быть фосфид, сульфид и хлорид кремния.
Последний может быть благоприятен тем, что подобно углекислому газу для земных организмов, может усваиваться из атмосферы и участвовать в синтезе биохимических веществ, а сам по себе хлор может быть основным окислителем для получения энергии гетеротрофными организмами с использующей кремний биохимией на планете с температурой от 100 °C до 400 °C. В то ж время вряд ли может существовать абиогенный хлорид кремния, ибо хлор не входит в число наиболее распространённых элементов, а кроме того гораздо легче соединяется с водородом, чем с кремнием, возможно лишь его выделение автотрофными организмами.
Геологические процессы, вызывающие формирование фосфида кремния, являются гораздо более вероятными, одновременно это вещество может выполнять значимую роль в абиогенезе, но оно тоже сравнительно легко разлагается водой и аммиаком, от которых их может изолировать углеводородный слой. Это свойственно и хлориду кремния, поэтому его наличие в атмосфере тоже возможно только на углеродных планетах, в то время как планеты, содержащие много водорода, но оказавшиеся в области высокой инсоляции, не смогут обеспечить столь благоприятную среду для гетеротрофных организмов, какая существует для земной жизни.
Возможным окислителем для кремниево-углеродной биохимии является угарный газ, но при этом важно, чтоб кремний оставался в виде формиатов и ацетатов, если при этом он частично будет переходить в оксид, то фактически будет теряться для биохимии, далее только геологические процессы смогут его вернуть в усваиваемые соединения. Возможные реакции с образованием формиатов и ацетатов неизбежно будут иметь низкий выход энергии, что делает невозможным существование гетеротрофных организмов с развитым метаболизмом, подобных земным животным, иначе как на углеродных планетах. В областях галактик с высоким содержанием кислорода кремниево-углеродные формы жизни хоть в принципе могут приспосабливаться к достаточно экстремальным условиям окружающей среды, будут всегда существовать только в виде простейших организмов, их эволюция даже до уровня насекомых является крайне маловероятной.
Развитый мозг, являющийся необходимым для возникновения разумных существ, вряд ли может существовать иначе как у гетеротрофных организмов с развитым метаболизмом, соответственно, на каменистых планетах в условиях большого количества кислорода возникновение разумных существ иначе как для углеродных форм жизни является чрезвычайно маловероятным. Поэтому рассмотрим возможность появления разумных существ на углеродных планетах.
Вероятнее всего, появление разумных существ среди наземных животных является универсальной особенностью для молекулярных форм жизни, подробнее на эту тему в другой раз. Углеродные планеты, вероятно, могут иметь материки из карбидов, формиатов и ацетатов, высокомолекулярных спиртов, углеводородных полимеров, чистого углерода в виде графита и алмазов и других твёрдых пород. Появление аналога наземных животных в таких условиях скорее всего возможно, роль крови, например, могут выполнять высокомолекулярные спирты, начиная где-то с октанола. Фосфор, сера, йод и другие элементы могут образовать вещества, на основе которых возможны аналоги нервных волокон, эволюция до развитого мозга в таких условиях тоже может оказаться возможной.
Важным шагом к становлению цивилизации у людей было овладение огнём, вряд ли возможен способ становления технически развитой цивилизации без химических технологий, исключение роли которых как источника энергии маловероятно, соответственно, этот шаг на пути к цивилизации можно считать необходимым. Поскольку описанный выше вариант эволюции кремниево-углеродных форм жизни до разумных существ предполагает отсутствие жидкой воды, наиболее подходящими условиями является достаточно высокая температура на такой планете.
Если основным окислителем является хлор, то реакция с выделением значительного количества энергии будет возможной, но таким разумным существам, скорее всего, будет гораздо сложнее получить огонь. Возможно, для высечения огня подойдут карбид алюминия или кальция, но хорошо гореть в атмосфере с небольшой массовой долей хлора, скорее всего, смогут только высокомолекулярные силаны без большого количества метиловых и других углеродных радикалов, которых, вероятнее всего, в таких условиях будет достаточно мало. Массовая доля хлора в атмосфере таких планет наверняка будет низкой по причине не очень высокой распространённости этого элемента, что для существования кремниево-углеродных форм жизни благоприятно в виду низкой электроотрицательности кремния, но для использования огня разумными существами может стать значимым препятствием.
Несколько другая ситуация возможна в случае большого преобладания углерода над кислородом, когда кремниево-углеродная жизнь сможет эволюционировать до разумных существ и на планете с температурой ниже, чем необходима для кипения воды, в таких условиях может быть гораздо больше доступных силанов, которые у таких разумных существ, вероятнее всего, будут основным видом топлива. В таких более редких условиях возможно возникновение цивилизации у неуглеродных форм жизни.
Поскольку у прочих рассмотренных неуглеродных форм жизни, включая кремниево-фосфорные, гораздо меньше возможностей для фотосинтеза, рассматривать их в контексте возможности возникновения разумных существ не имеет смысла, появление среди них организмов, существенно сложнее насекомых, крайне маловероятно. В следующей части будут рассмотрены возможности эволюции для форм жизни, основанных на биохимии в условиях высокого давления.