สมมติฐานหลายข้อได้รับการเสนอเกี่ยวกับพื้นฐานที่เป็นไปได้ของชีวิตต่างดาวจากมุมมองทางชีวเคมี, วิวัฒนาการ หรือลักษณะทางสัณฐานวิทยา

ชีวเคมี

ทุกชีวิตบนโลกนั้นมีพื้นฐานอยู่บนองค์ประกอบทางเคมี 26 ชนิด อย่างไรก็ดี, ประมาณ 95% ของชีวิตนี้ถูกสร้างขึ้นมาโดยขึ้นอยู่กับองค์ประกอบเพียงหกอย่างเหล่านี้ คือ: คาร์บอน, ไฮโดรเจน, ไนโตรเจน, ออกซิเจน, ฟอสฟอรัส, และกำมะถัน อักษรย่อคือ CHNOPS ทั้งหกองค์ประกอบเหล่านี้เป็นรูปแบบของการสร้างบล็อกขั้นพื้นฐานของแทบทุกชีวิตบนโลกในขณะที่ส่วนใหญ่ขององค์ประกอบที่เหลือจะพบในปริมาณเพียงเล็กน้อย [25]

ชีวิตบนโลกต้องใช้น้ำเป็นตัวทำละลายในการที่ปฏิกิริยาชีวเคมีจะเกิดขึ้นได้ ปริมาณที่เพียงพอของคาร์บอนและองค์ประกอบอื่นๆพร้อมกับน้ำอาจช่วยให้มีการก่อกำเนิดขึ้นของสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่บนดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ ที่มีสารเคมีเป็นต้นกำเนิดพื้นฐาน (make-up) และมีช่วงของอุณหภูมิในย่านที่คล้ายกันกับโลก[26] ดาวเคราะห์หิน เช่น โลกเกิดขึ้นได้จากกระบวนการที่ช่วยให้สำหรับความเป็นไปได้ของการมีองค์ประกอบที่คล้ายคลึงกับโลก การรวมกันของคาร์บอน, ไฮโดรเจน และออกซิเจน ในรูปแบบทางเคมีของคาร์โบไฮเดรต (เช่น น้ำตาล) สามารถเป็นแหล่งของพลังงานเคมีที่ชีวิตจะต้องพึ่งพาอาศัย และสามารถเอื้ออำนวยให้เกิดเป็นองค์ประกอบของโครงสร้างสำหรับชีวิต (เช่น น้ำตาลไรโบส (ribose) ในโมเลกุลดีเอ็นเอ (DNA) และ อาร์เอ็นเอ (RNA) และเซลลูโลส (cellulose) ในพืช) พืชได้รับพลังงานโดยการแปลงพลังงานแสงให้เป็นพลังงานเคมีโดยผ่านทางการสังเคราะห์ด้วยแสง สิ่งมีชีวิตตามที่เป็นที่รับรู้กันในตอนนี้นั้นต้องการคาร์บอนในรูปแบบของปฏิกิริยารีดอกซ์ของทั้งสองแบบ [27] (คือ จำพวกก๊าซมีเธน) และที่อยู่ในสภาพผ่านปฏิกิริยาออกซิเดชันเป็นบางส่วน (คาร์บอนออกไซด์) ไนโตรเจนเป็นสิ่งจำเป็นต่อการลดลงของอนุพันธ์แอมโมเนียในโปรตีนทั้งหมด กำมะถันเป็นอนุพันธ์ของไฮโดรเจนซัลไฟด์ในโปรตีนที่จำเป็นบางส่วนและฟอสฟอรัสจะถูกออกซิไดซ์ไปเป็นฟอสเฟตในสารพันธุกรรมและในการถ่ายโอนพลังงาน

น้ำบริสุทธิ์นั้นมีประโยชน์เพราะมันมีค่าพีเอชที่เป็นกลางเนื่องจากการแยกตัวออกจากกันอย่างต่อเนื่องระหว่างไฮดรอกไซด์และไฮโดรเนียม ไอออน (hydronium ions) เป็นผลทำให้มันสามารถละลายทั้งไอออนบวกของโลหะและไอออนลบของสารที่ไม่ใช่โลหะด้วยความสามารถที่เท่าเทียมกันได้ นอกจากนี้ความจริงที่ว่าโมเลกุลสารอินทรีย์ที่สามารถเป็นได้ทั้งแบบไฮโดรโฟบิกที่ไม่ชอบน้ำ (ขับไล่น้ำ) หรือแบบไฮโดรฟิลิค (hydrophilic) (ละลายในน้ำ) จะช่วยสร้างความสามารถของสารประกอบอินทรีย์ในการที่จะปรับทิศทางของตัวมันเองให้อยู่ในรูปแบบของเยื่อ [28] ทางชีวภาพที่สามารถห่อหุ้มน้ำไว้ได้ (water-enclosing membranes) นอกจากนี้พันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลของน้ำทำให้มันมีความสามารถในการจัดเก็บพลังงานที่มีการระเหยซึ่งเมื่อเกิดการควบแน่นเข้าก็จะถูกปลดปล่อยออกมาได้นี้จะช่วยให้สภาพภูมิอากาศมีอุณหภูมิอยู่ในระดับปานกลาง บริเวณเขตร้อนของโลกก็จะเย็นสบายและบริเวณขั้วโลกก็จะอบอุ่นขึ้น ทำให้ช่วยรักษาเสถียรภาพทางอุณหพลศาสตร์ที่จำเป็นสำหรับชีวิตไว้ได้

คาร์บอนเป็นพื้นฐานในการดำรงชีวิตบนพื้นดินที่มีความยืดหยุ่นอยู่มากในการสร้างเคมีพันธะโคเวเลนต์ (covalent chemical bonds) ที่มีความหลากหลายของธาตุที่ไม่ใช่โลหะ, อันได้แก่ ไนโตรเจน, ออกซิเจน และ ไฮโดรเจน เป็นหลัก ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ เป็นตัวช่วยร่วมกันในการทำให้การจัดเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ให้อยู่ในรูปของน้ำตาลและแป้ง เช่น กลูโคส

ดาวเคราะห์หิน หรือที่เรียกว่า ดาวเคราะห์คล้ายโลก อย่างเช่น โลกของเรา จะก่อตัวขึ้นด้วยกระบวนการที่ช่วยให้ความเป็นไปได้ของการมีองค์ประกอบที่คล้ายคลึงกับที่โลกของเรามีได้ [29] การผสมผสานกันระหว่าง คาร์บอน ไฮโดรเจน และ ออกซิเจน ในรูปแบบทางเคมีของคาร์โบไฮเดรต (carbohydrate) (ตัวอย่างเช่น น้ำตาล) จะสามารถเป็นแหล่งของพลังงานทางเคมีที่ชีวิตจะสามารถพึ่งพาได้และสามารถเอื้ออำนวยก่อให้เกิดองค์ประกอบโครงสร้างทางชีวเคมีที่จำเป็นสำหรับการก่อกำเนิดชีวิตได้ พืชได้รับพลังงานผ่านการแปลงพลังงานแสงให้เป็นพลังงานทางเคมีผ่านทางการสังเคราะห์ด้วยแสง

อย่างไรก็ตาม คาร์ล เซแกนได้ชี้ว่าลักษณะที่ปรากฏในสิ่งชีวิตทั้งหมดบนโลกนี้ก็ไม่แน่ว่าจะเป็นลักษณะที่มีอยู่ในสิ่งชีวิตทั้งหมดในจักรวาล[30] ซึ่งคาร์ลได้เรียกการอนุมานดังกล่าวว่า "การยึดอคติคาร์บอน" (carbon chauvinism)[31] โดยคาร์ลเห็นว่าซิลิคอนและเจอร์เมเนียมนั้นอาจเป็นสิ่งที่อาจแทนที่คาร์บอนได้[31] แต่ขณะเดียวกันก็ชี้ว่าคาร์บอนนั้นดูเหมือนจะมีความหลากหลายทางเคมีมากกว่าและมีปริมาณในจักรวาลมากกว่าด้วย[32]

วิวัฒนาการและสัณฐานวิทยา

นอกจากนี้ยังมีพื้นฐานทางชีวเคมีของสิ่งมีชีวิตนอกโลกจำนวนมากที่ได้มีการพิจารณาทางการวิวัฒนาการ (evolution) และสัณฐานวิทยา (morphology) ในนิยายวิทยาศาสตร์มักจะปรากฏมีภาพของสิ่งมีชีวิตนอกโลกที่มีรูปแบบคล้ายมนุษย์ (humanoid) หรือสัตว์เลื้อยคลาน (reptilian) อยู่เสมอ ๆ เอเลียนตามภาพปรากฏที่เราคุ้นตากันนั้นมักจะเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะที่มีผิวกายสีเขียวหรือสีเทาอ่อน, มีศีรษะขนาดใหญ่เช่นเดียวกับที่มีสี่แขนขา-เหมือนกับ ลักษณะของมนุษย์โดยพื้นฐานทั่วไป ในรูปแบบอื่น ๆ ก็มีเช่น เหมือนสัตว์ในตระกูลแมว, แมลง, หยดสี ฯลฯ ที่เกิดขึ้นในการเป็นตัวแทนสมมติของมนุษย์ต่างดาว

การจัดแยกแบ่งจำแนกตามการพิจารณาถึงความเป็นไปได้ของการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตนอกโลกตามหลักการของวิวัฒนาการและสัณฐานวิทยานี้ ได้รับการเสนอแนะให้อยู่ระหว่างคุณลักษณะของความเป็นสากลทั่วไปและการถูกจำกัดวงแคบ (ถูกจำกัดวงให้แคบเข้า) ความเป็นสากล เป็นคุณสมบัติที่คิดว่าน่าจะมีการวิวัฒนาการอย่างมีความเป็นอิสระมากกว่าหนึ่งครั้งเมื่อคิดเปรียบเทียบกับที่จะเกิดบนดาวเคราะห์เช่น โลก ของเรา (และน่าจะไม่ยากเกินไปที่จะพัฒนา) และจึงมีประโยชน์อย่างยิ่งที่สายพันธุ์ หรือ สปีชีส์ (species) นั้นจะมีแนวโน้มในการวิวัฒนาการมุ่งไปทางสิ่งมีชีวิตรูปแบบเหล่านั้น ความเป็นพื้นฐานที่สุดของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้อาจจะเป็นความสมมาตรแบบครึ่งซีก (bilateral symmetry) [33] [34] แต่ที่มีความซับซ้อนมากขึ้น (แต่ก็ยังคงเป็นพื้นฐาน) นั้นรวมไปถึงลักษณะการบิน การมองเห็น (sight) การสังเคราะห์แสง และ รยางค์ (แขนขา) (limbs) ซึ่งทั้งหมดนี้มีแนวคิดกันว่าน่าจะมีการพัฒนาการเกิดขึ้นหลายครั้งบนโลกใบนี้