為什麼地球生命非得是碳基生命，而不是非碳基生命呢？

外星生命有可能是矽基生命嗎？

宇宙中到底有沒有非碳基生命？

本期我們就來啃啃這塊硬骨頭。先說說，大自然為什麼讓地球生命自然選擇碳基生命？

大家知道，自從化學尤其是分子生物學快速發展以來，科學家們發現：地球上所有生命形态和物種，無外乎都是由25種化學元素構成的。

一個典型的生物細胞比如人體細胞的總質量當中，有96%是由氧（65%）、碳（18%）、氫（10%）、氮（3%）這4種主要元素構成的，其餘的則是由少量其他元素構成的，比如說鈣、磷、鉀、硫、鈉、氯、鎂、鐵等等。

有人馬上會問，人體總質量不是氧元素占了大部分嗎？高達65%！我們不是以氧為基礎的生命形态嗎？為什麼我們不叫氧基生命，而叫碳基生命呢？

是這樣的，包括人類在内的所有地球生命，活體細胞中多數的氧元素，其實是以水的形式存在的，含在水分子H2O裡了。

然而，對細胞結構和功能起關鍵作用的，卻是另外一種元素——這就是碳。所以呢，我們說地球生命都是以碳元素為基礎的，于是就叫碳基生命 Carbon-Based Life。

最關鍵的問題來了，為啥生命選擇的是碳元素，而不是其他元素呢？

要想回答這個問題，我們就得進入粒子尺度下，看看碳元素的特點。凡是學過點化學的都知道，分子中的原子，都是通過化學鍵相互連接在一起的。

什麼？忘了啥是化學鍵啦？化學鍵，就是一種粒子間的吸引力，讓原子、分子透過這種吸引力，組成——我們宏觀尺度下看得見的物質。

文科生不妨把化學鍵想象成每一種元素的手臂。有了這種手和胳膊——化學鍵，原子之間就可以手拉手，勾勾搭搭混迹天涯了。

不同元素擁有手臂的數量也不同。像氫原子隻有一隻手，這就意味着一次隻能跟另一個原子手拉手。像氧原子就有兩隻手，意味着同時能跟兩個原子勾勾搭搭。

像碳原子竟有四隻手，這就意味着：它最多可以同時跟4個原子勾勾搭搭。這就有意思了，想想看每個碳原子都有四隻手，如果相互連接一起，上下左右前後，手拉手成三維結構，就會創造出千差萬别的各種碳骨架——這就成了各種各樣有機化合物的基礎。

科學家把這種含碳的分子統稱為有機分子，從最簡單的有機分子（碳氫化合物甲烷），一直到複雜多樣的高分子有機物（DNA分子），這就為碳基生命的形成，提供了豐富的物質基礎。

就像搭建樂高積木一樣，大自然通過神奇的碳元素，搭建出豐富多彩的碳基生命。

——這一過程就是壯麗的地球生命演化史，也是大自然本身自然選擇生命形态的唯一路徑。也是迄今為止人類已知的唯一路徑。

有人可能會問：碳原子不過區區四隻手，比碳原子手多的原子，不是更能演繹出千奇百怪的分子結構嗎？千手觀音，不是更精彩嘛？！

▲碳與各元素之間的鍵合關系

問題是，粒子尺度下的三維世界，并非手臂越多就越好。越重的元素雖然手臂越多，複雜度是足夠了，但穩定性卻遠遠不行。化學世界拼的不是量，而是巧。

要知道，碳元素是所有元素中化合物種類最多的，目前已知的純有機化合物就有近1000萬種，但這還隻是理論上存在化合物世界的冰山一角而已。

▲碳的同素異形體結構：鑽石（a）、石墨（b）、藍絲黛爾石、富勒烯（C60（d）、C540（e）、C70（f））無定形碳（g）、碳納米管（h）

再看看，碳元素的異形（學名叫同素異形體）：從極軟的石墨，到極硬的鑽石，都是碳元素的百變造型。

再看看，碳元素的豐度（豐富程度），在地球地殼上排名第15位，在宇宙中排名更靠前，竟然排在第四。所以毫不誇張地說，碳是地球生命的基石，是碳基生命的化學根本。

此處，一定有人會跳出來質疑：要是論元素豐度，矽元素可比碳元素豐富多了，在地球地殼上，矽是碳的1000倍！矽基文明早晚會替代碳基文明，占領地球世界，甚至統治全宇宙的！

對于這種深陷科幻思維，搞不清科幻世界與真實世界區别的人，我恰恰要反問：既然矽元素豐度如此高，像地球這種固态岩質行星在宇宙更是數不清，那為啥還沒有演化出矽基生命呢？大自然為何不青睐矽元素——誕生矽基生命（Silicon-Based Life），而是自然選擇碳元素——演化出碳基生命？

針對這種論智商的問題，我還是自問自答吧。

假設我們充當一把大自然的角色，硬要扶持矽元素當家作主，成為矽基生命的主人，世界将會怎樣？

①回到微觀尺度下，先說說除了碳元素外，地球天然存在的92種元素王國裡，隻有矽元素跟碳元素一樣，擁有四隻手——能夠同時形成4個化學鍵，但矽元素這四隻手天生不給力，明顯沒有碳元素四隻手臂，粗壯有力。

所以呢，以矽元素為基礎的複雜分子很容易斷裂，以至于脆弱到——沒法形成活體細胞結構的程度。雖說平時勾勾搭搭也有點感情，一旦有點風吹草動，甩手散夥，那是必然。

②矽元素另一個缺陷就是，通常隻能伸出一隻手臂，不能同時伸出雙臂，給其他原子一個溫暖的熊抱。矽元素這種形不成雙鍵的化學關系，自然人緣不夠好，能夠參與的化學反應就很少，大多數趴體都不帶它玩。

結果可想而知，不僅找不到女票，就連男票也找不到，更别提什麼繁衍下一代了，矽基生命還能延續？

③人家碳元素就跟大白似的，不僅人緣好，而且百變真身。上天入地，去哪兒都行！氣态變成二氧化碳，固态變成幹冰。相反，再瞧瞧矽元素，最常見的模樣就是二氧化矽，純度高點的叫石英、水晶，不純的都是些呆頭呆腦的石頭嘛。

能從石頭縫裡蹦出來，創世以來，唯有孫猴兒一個孤例。你還指望能有什麼樣的矽基生命？

▲藝術家筆下的外星生物——矽基生物。

說了這麼多矽元素的硬傷，恐怕有人要說我是個碳基沙文主義者。

還可能有人搬出鼎鼎有名的科學家卡爾·薩根——對此頗有微詞的觀點來：「碳基生命唯一論、中心論，很可能大大限制了人類對外星生命的探索和想象。」

甚至，有人會搬出一門名叫「假定型生物化學」Hypothetical types of biochemistry的學科，而且附上——瞧瞧，這可是正經八百的科學家正在嚴肅研究的課題呀！看你還敢無視！

這門學科主要是指，替代現有碳基生命為中心的生物化學理論，提出若幹種生物化學形式和生命形态，比如矽基生命、氨基生命、硼基生命等。

▲根據假定型生物化學理論，藝術家繪制出的含有氨基生命的行星外表。

作為一種理論甚至稱其為科學理論，我當然雙手贊同，這是學術自由的基本準則嘛。隻要有能力有條件搞就好了。說不準，萬一搞成了呢！免得被那篇來自美國國家研究委員會NRC的報告——不幸言中咋辦？那份報告稱：「沒有什麼會比這更悲催的了……在太空探索中人類遇到了外星生命，卻認不出來它們！」

我當然也不想看到這種結果。但我要強調的是，理論就是理論，凡是未被實證的理論都還隻是理論，不能進入科學認知體系之内，更不能拿來當作科學四處說事。

就算是科學家在以科研态度、科學思維建構出來的一套科學理論，也隻能算作是理論——一種未經驗證的假說而已，當然進不了科學殿堂。

總之一句話，碳基生命是人類科學認知體系當中唯一的生命形态。

而其他矽基生命、氨基生命等，目前隻是一種假說。

至于科幻、玄幻、宗教、迷信層面所說的那些生命形式，在各自地盤穿越、飛舞，對我來說都無所謂——隻要别硬摻乎到科普裡就行。

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