地球外における炭素や水に依存しない生命の可能性

代わりの生化学（Alternative biochemistry）とは、地球上の生命が基本としている炭素や水によらない、異なる元素や溶媒に基づいた生化学システムの理論や仮説を指す学術的分野である。宇宙生物学の見地から研究されているが、2022年時点では炭素を基盤としない生命は発見されておらず、空想科学的な理論の域を出ない。

炭素に代わる元素の候補

現在知られているタンパク質や核酸などの有機化学に基づくシステム以外に、別の原子を骨格とした生化学の可能性が議論されている。

ケイ素による生化学

最も頻繁に提唱されるのが、炭素と化学的性質が類似し、同じ元素の族に属するケイ素である。しかし、ケイ素原子は質量が大きく原子半径も広いため、生化学で重要な二重結合や三重結合を形成することが難しくなる。また、二酸化炭素に対応する二酸化ケイ素は、水が液体として存在する温度帯では固体として存在し水に溶けないため、生化学の構成要素とすることは困難である。

窒素とリンによる生化学

リンは炭素のように自己結合して長い連鎖を構成でき、複雑な高分子を形作る潜在能力を持つが、非常に反応しやすい性質がある。しかし、窒素と結合することで安定した共有結合構造を形成できる。

リンと窒素（P-N）を基盤とする生物の仮説では、酸化還元反応を通じて糖のような物質を生産する代謝系が想定されている。一方で、必要なエネルギー量や、宇宙空間における存在比率については疑問視する見方もある。

その他の元素候補

塩素は、酸素の代替物として提案されることがあるが、惑星表面で生化学的な基礎となるほど十分に豊富に存在するかは分かっていない。また、硫黄も長く連鎖を構成できるが反応性の高さが欠点となる。地球上では、一部の古細菌やバクテリアが酸素の代わりに硫黄を利用する例が確認されている。

水以外の溶媒の可能性

地球上の生命は溶媒として水を必要とする。水の特性は、液体である温度範囲の広さ、高い熱容量、溶解力など生命維持に不可欠である。これに代わる溶媒としていくつかの化学物質が提案されている。

アンモニア

アンモニアは最も一般的な代替溶媒の候補である。多くの化学反応を溶液中で起こすことができ、多くの金属元素を溶かす性質を持つ。しかし、水の半分程度の気化熱や低い表面張力など、水素結合が弱いという問題点がある。さらに、アンモニアが液体で存在する温度帯（-78℃から-33℃）は非常に冷たく、化学反応の速度が極めて遅くなる。

その他の溶媒

メタノール、六フッ化ウラン、硫化水素、濃硫酸、塩化水素などが提案されている。金星の雲粒構成物質として注目される濃硫酸は、ほとんどの有機物を分解するものの、特定の有機物は安定して溶解することが分かっている。また、タイタンの表面にあるメタンやエタンの海も広い温度範囲で溶媒として機能しうるが、極性に欠けるという特徴がある。