早在1953年，“斯坦利·米勒”设计并进行了前生物合成实验，用电来击穿由甲烷、氨、氢气和水模拟的原始大气，这些气体触电产生了氨基酸，他的结果震惊了全世界。在自然产生说的科学辩论出现三个世纪后，随着生物化学、分子生物学、遗传学和太空探索的发展，前生物进化成为科学前沿。21世纪的基础研究中，只有少数的科学领域会像前生物进化和“太空生物学”一样获得丰硕的研究成果。

探索地外行星生命存在的基本要素

对水的需求

在太空生物学探索中，对水的探索是始终不变的。它的重要性体现在许多方面。

第一，水有非常好的物理性质。它在冰点的异常膨胀及高比热容，使得水很难完全结冰。而较高的介电常数则令水成为带电离子和氢键的良好溶剂。若没有离子和氢键，通过质子梯度产能及模板介导的复制过程将不能进行。蛋白质、核酸和类似的多聚物也需要水作为溶剂，脱水后，活细胞会坍缩失活，并常常立刻死亡。

第二，大气中的二氧化碳溶解于水，形成碳酸，它能够将硅酸盐岩石风化为碳酸钙，这个过程可以减少二氧化碳，并将它以不溶的碳酸钙形式储存在海底。最主要的再生过程“碳硅循环”是通过水中的碳酸钙释放到大气中。若没有这种依赖于液态水的再生过程，游离二氧化碳的耗尽将导致所有依赖于二氧化碳的自养活动及大气有机物合成终止，而大气有机物合成正是异养养分的主要来源。

第三，亲水物质易溶于水，而疏水物质如油、脂肪则易与水分离，他们的不相溶性是细胞膜构建的基础。当这两类化合物搅到一起时，它们不会混合，而会立刻分成两个相态，（例如海上的浮油，尽管巨浪搅动，但依然漂流在水面上。）亲水物质和疏水物质的不相溶性是细胞膜构建的首要条件。膜的主要组分“磷脂”为两亲化合物，该结构的头部亲水，尾部疏水。悬浮在水中时，它们会自动排列成双层，两层的尾部都在中间，远离水，并使两层间的疏水-疏水接触最大化两层的亲水头部都露在外面，被水分子包围。这些双层膜使所有细胞都具有独立性，这结细胞水平上的自然选择是必需的。没有水就不能形成细胞膜。

可居住区

第一，对于任何地外区域是否适合太空生物学的探索，一个基本概念是可居住区，它不太冷也不太热。组成地球生命体的主要化学元素为氢、碳、氮、氧、磷、硫、铁在元素周期表中都具有较低的原子序数，它们可以与其它原子形成单键或多键，从而形成生物多聚体。用更大的原子构成生物多聚体将会产生大分子，它们的构型在空间上受到很大限制。考虑到地球生命体所需的蛋白质、酶、核酸和核糖体构型的适当折叠，在任何星球或卫星上，这些较轻的氢、碳、氮、氧元素都更有可能构成生物分子的核心，但是氢、碳、氮、氧构成的多键分子通常不能忍耐极高的温度。

图解：类地星球

第二，所有化学反应都会在低温下变慢，每降低10℃，反应速度会下降为原来的1/2~1/3，这种下降主要是因为反应分子在低温状态下能量较低，不易跨过能垒使化学反应发生，这对宇宙中的所有行星或卫星都适用。因此，温度太高或太低都是难以产生生命的。水的冰点和沸点将可居住的范围缩小到-5℃-110℃这也是地球上微生物的耐受极限。

第三，基于可居住性需要行星表面具有液态水这个前提，对于主序星，其具有二氧化碳、水、氮大气的主序星类地行星赫兹的内缘由光解和氢逃逸造成的水分缺失来决定。赫兹的外缘由二氧化碳云的形成决定，通过增加反照率（对太阳/恒星能量的反射）来降低行星表面温度。太阳系中对这两个距离的保守估计分别是0.95~1.37AU（天文单位，1AU=1496*108km,为地球到太阳的平均距离）。由于太阳光度随年增加，赫兹也随着时间扩大。对太阳系中一直都是可居住区范围的保守估计为0.95~1.15AU,但其它因素也会影响赫兹：

1）对地球来说，一方面，如果太阳不可预料地变暗，二氧化碳将浓缩成为二氧化碳云，增加反照率并降低地表温度，这将带来更多的雪和冰，这个时候反照率会更高，导致“失控冰川效应”。另一方面，如果二氧化碳的极度排放增加温室效应，或者太阳辐射强度不可预料的增加，那么地表温度将会升高，向大气中蒸发更多的水，并减缓对空间的红外辐射，导致“失控温室效应”。