Les formes de vie non carbonées et la biochimie alternative comprennent la vie basée sur le silicium et l'oxygène, l'azote et le phosphore, l'azote et l'hydrogène.
Silicium + oxygène
Le silicium est considéré comme le principal candidat au rôle d'atome formateur de structure dans la biochimie alternative. Il est situé dans le même groupe du tableau périodique que le carbone, leurs propriétés sont donc similaires. Mais les atomes de silicium ont une masse importante et un rayon plus important, ils sont plus difficiles à former une liaison covalente, et cela peut interférer avec la formation de biopolymères (une classe de polymères qui se produit naturellement dans la nature et fait partie des organismes vivants: protéines, acides nucléiques, polysaccharides, lignine - NS). De plus, les composés du silicium ne sont pas aussi diversifiés que les composés du carbone.
Dans le même temps, par exemple, les composés de silicium et d'hydrogène - les silanes - sont plus résistants à la chaleur que les composés carbone-hydrogène. Par conséquent, les scientifiques pensent que la vie du silicium peut exister sur des planètes dont les températures moyennes sont beaucoup plus élevées que celles de la Terre. Dans ce cas, le solvant naturel ne devrait pas être de l'eau vitale pour les terriens, mais des composés ayant un point d'ébullition et un point de fusion plus élevés.
En décembre 2010, une chercheuse de la NASA Astrobiology Research Felisa Wolfe-Simon a annoncé la découverte de la bactérie GFAJ-1 du genre Halomonadaceae, capable de remplacer le phosphore par l'arsenic sous certaines conditions.
On pense également que les composés de silicium sont plus résistants à l'acide sulfurique. Mais par rapport à d'autres environnements, les composés de silicium sont considérés comme moins stables que ceux de carbone.
Azote + phosphore
Comme le carbone, le phosphore peut former des chaînes d'atomes qui, en principe, pourraient former des macromolécules complexes s'il n'était pas aussi actif. Cependant, dans un complexe avec l'azote, une variante de la formation de liaisons covalentes plus complexes est possible, ce qui permet l'émergence d'une grande variété de molécules, dont des structures cycliques.
Il y a environ 78% d'azote dans l'atmosphère de notre planète, mais en raison de l'inertie de l'azote diatomique, le "coût" énergétique de la formation d'une liaison trivalente est trop élevé. Dans le même temps, certaines plantes peuvent lier l'azote du sol en symbiose avec les bactéries anaérobies qui vivent dans leur système racinaire. Si une quantité importante de dioxyde d'azote ou d'ammoniac est présente dans l'atmosphère, la disponibilité de l'azote sera plus élevée. De plus, l'atmosphère des exoplanètes peut être saturée d'autres oxydes d'azote.
Dans une atmosphère d'ammoniac, les plantes dont les molécules sont composées de phosphore et d'azote recevraient l'azote de l'atmosphère et le phosphore du sol. Leurs cellules oxyderaient l'ammoniac pour former des analogues de monosaccharides, et de l'hydrogène serait libéré comme sous-produit. Par conséquent, les animaux dans ce cas inhalent de l'hydrogène, décomposant les analogues des polysaccharides en ammoniac et en phosphore. Ainsi, les chaînes énergétiques se formeraient dans l'ordre inverse par rapport à ce que nous observons sur Terre (le méthane serait abondant sur notre planète dans ce cas).
Azote + hydrogène
Récemment, selon le théoricien cristallographe, chimiste, physicien et scientifique des matériaux, vulgarisateur de la science Artem Oganov, leur groupe a établi une caractéristique intéressante des composés azotés et hydrogènes. Il s'est avéré que l'azote hydrogène comprimé peut donner une chimie beaucoup plus diversifiée que les hydrocarbures (et ces composés existent dans un état thermodynamiquement stable). Mais c'est la diversité des hydrocarbures, évoquée plus haut, qui nous donne une telle biodiversité.
Pendant ce temps, il y a beaucoup d'hydrogène et d'azote dans l'Univers. Ainsi, les planètes Uranus et Neptune sont composées à 8% d'ammoniac (appartenant au plus simple hydrogène azote), ce qui est bien plus présent que sur Terre. Entre autres choses, les composés d'azote et d'hydrogène ont un point de fusion bas, qui augmente avec la pression (comme la température à l'intérieur des planètes).
"Pour les composés azotés covalents avec des liaisons directionnelles très fortes, la métastabilité sera également caractéristique - en d'autres termes, non seulement il y a un nombre inhabituellement grand de composés stables sous pression, il y aura également un nombre presque illimité de composés métastables", écrit Artem Oganov. - Et si vous commencez à y ajouter d'autres atomes: oxygène, soufre, alors la diversité chimique dépassera la diversité de la chimie organique. C'est le domaine de la chimie que nous ne connaissons pratiquement pas encore et qui est ressorti de nos calculs."
La vie est-elle possible sur des planètes comme Uranus et Neptune ? Inconnu. "Un problème potentiel est que la durée de vie des composés métastables dans des conditions planétaires (températures et pressions élevées) peut ne pas être assez longue", conclut le chimiste.