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地球最強矽基生命

生活 更新时间:2024-08-16 17:17:38

從宏觀角度來看,地球是茫茫星海中一顆非常普通的行星,但從生命的角度來看,普通的地球卻一點也不普通,甚至用“傳奇”一詞形容也不為過。

地球最強矽基生命(為什麼地球選擇了碳基生命)1

跟恒星恰到好處的距離,以及有大氣層的保護,讓地球的環境溫度很舒适,同時液态水也得以在表面留存。在這個天然打造的“搖籃”中,地球生物盡情享受着生命的一切美好。

但是,也僅僅是在地球上可以享受美好。在地球之外,絢麗的宇宙空間中其實危機四伏,對于地球生命來說是極為惡劣的。

地球最強矽基生命(為什麼地球選擇了碳基生命)2

在太陽系中,除了地球以外,環境最為舒适的行星無疑是火星,但所謂的“舒适”也隻是相對的,在不借助任何科技力量的情況下,地球生命根本就沒有辦法在火星生存,因為這裡大氣稀薄,液态水極度匮乏,強烈的晝夜溫差幾乎是所有生命都無法承受的。

至于地球的另一個“姊妹”——金星,它的環境就更惡劣了,已經完全失控的溫室效應讓金星已經變成了一個“高壓鍋”,連機械都無法在那裡“存活”超過二十分鐘,就更别提血肉之軀的地球生物了。

地球最強矽基生命(為什麼地球選擇了碳基生命)3

不過,這所謂的“惡劣”其實隻是針對于碳基生命的,就目前已知的情況來看,地球上所有的生命形式都是碳基。

為什麼?

自分子生物學快速發展以來,人類發現了一件事情:地球無論哪種生命或生命形态,全部是由25種元素構成的,無一例外。

地球最強矽基生命(為什麼地球選擇了碳基生命)4

以人類細胞為例,總質量中有96%是氧(65%)、碳(18%)、氫(10%)、氮(3%)組成,剩下的則是一些微量的元素,例如鈣、磷、鐵等等。

應該有人發現了,細胞總質量中氧的含量高達65%,為什麼還叫碳基生命,而不叫氧基生命呢?

地球最強矽基生命(為什麼地球選擇了碳基生命)5

原因很簡單,在地球生物的細胞中,絕大部分氧不是以單質的形式存在,而是以水的形式存在。而水對于穩定細胞結構和功能的作用,要遠遠低于另一種元素——碳。因此才說地球生命是碳基而不是氧基。

為什麼生命選擇了碳作為關鍵元素,而沒有選擇其他元素呢?

高中化學告訴我們,分子中的原子都是靠“化學鍵”連接在一起的,我們可以将化學鍵理解為鈎子,原子們的鈎子互相勾連,這才構成了分子。

地球最強矽基生命(為什麼地球選擇了碳基生命)6

不過,每個原子擁有的鈎子數量是不同的,比如氫原子隻有一個鈎子,這意味着它隻勾住一個原子,氧原子有兩個鈎子,就可以和兩個原子相互勾連。

相比較之下,碳原子就非常厲害了,因為它足足有四個鈎子,也就是說它能夠同時勾連四個原子,由此也就誕生了有機化合物的基礎——碳骨架。科學家們将有碳元素的分子稱為“有機分子”。

地球最強矽基生命(為什麼地球選擇了碳基生命)7

憑借着有個鈎子的先天優勢,碳元素像構築城堡一樣,構建出了豐富多彩的碳基生命和碳基世界。

比碳元素“手臂”多的元素還有很多,它們不是更能搭建出複雜的分子結構嗎?為什麼沒有孕育出生命呢?

地球最強矽基生命(為什麼地球選擇了碳基生命)8

在粒子世界中,并不是手臂越多越好,雖然越重(元素周期表靠後)的元素手臂越多,但它們的複雜度夠了之後會出現一個非常緻命的問題——穩定性不行,這從根本上杜絕了生命的出現。

此外,還有一個重要因素決定了碳原子能夠脫穎而出,那就是碳原子自身的活性。生物體中的一切反應本質上都是化學作用,比如瞳孔放大、各種感覺的産生等等,隻有高活性的碳原子能夠保證這些反應迅速出現。

地球最強矽基生命(為什麼地球選擇了碳基生命)9

地球上都是碳基生命,那地球之外是否有以其他元素為基礎的生命形式呢?

誰也無法給出這個問題的答案,因為人類對于宇宙的了解甚至還談不少“皮毛”。但是,如果真的存在以其他元素為基礎的生命形式的話,那麼大概率會是矽基生命。

為什麼?主要是因為不論是從形态結構上還是化學性質上,矽元素和碳元素都非常相似。

地球最強矽基生命(為什麼地球選擇了碳基生命)10

當然,雖然碳元素和矽元素很相似,但相似并不等價于相同,所以矽基生命和碳基生命必然會有極為迥異的外觀和内在。

如果矽基生命存在,它們會是什麼樣?

首先,在有氧的環境下,碳基生命體内的碳會和環境中的氧氣結合形成二氧化碳,由于它是氣體所以将其排出體内很輕松。

地球最強矽基生命(為什麼地球選擇了碳基生命)11

而矽基生命遇到氧氣會出現二氧化矽,也就是玻璃的主要成分,它是一種固體所以不好直接排出體外,因此,矽基生命的呼吸系統肯定和碳基生命不一樣。

在科幻小說家或科學家的想象中,矽基生命的外表幾乎都覆蓋着一層晶體,類似于一個會移動的水晶,而且他們的身體内部沒有水,取而代之的是能夠溶解二氧化矽的氫氟酸或氫氧化鈉。

地球最強矽基生命(為什麼地球選擇了碳基生命)12

其次,矽擁有比碳更加穩定的化學性質,比如更加耐高溫,這點是碳無法比拟的。因此,碳基生命更加喜歡地球這樣低溫的舒适環境,而矽基生命恰恰相反,它們喜歡高溫高壓的環境,因為這種環境下能夠提高它們的活性。

雖說矽比碳穩定,但它也并不是沒有弱點。從化學性質上看,矽在水中沒有辦法保持穩定性,所以矽基生命必然是畏懼水的,而放到宇宙中這唯一的缺陷也就無所謂了。

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試想,若一種生命喜歡高壓高溫,不需要水,同時也不需要氧氣呼吸,那麼它們能夠生存的星球數量就極為驚人了,僅僅太陽系中這樣的星球都扳手指頭數不過來,更别提浩瀚的宇宙空間了。

在這種情況下,對于碳基生命來說是天堂的地球,在矽基生命那裡反倒變成了“煉獄”,所以從這個角度來看,宇宙可能更加适合矽基生命。

最後需要注意的是,矽基生命隻是理論上存在,現實中基本上不會存在,因為以矽為基礎的複雜分子很脆弱,以至于其無法形成活體細胞結構。

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