地球最強矽基生命（為什麼地球選擇了碳基生命）

2023-08-07 16:28:21 1

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。

跟恆星恰到好處的距離，以及有大氣層的保護，讓地球的環境溫度很舒適，同時液態水也得以在表面留存。在這個天然打造的「搖籃」中，地球生物盡情享受著生命的一切美好。

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，對於地球生命來說是極為惡劣的。

在太陽系中，除了地球以外，環境最為舒適的行星無疑是火星，但所謂的「舒適」也只是相對的，在不藉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，液態水極度匱乏，強烈的晝夜溫差幾乎是所有生命都無法承受的。

至於地球的另一個「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，就更別提血肉之軀的地球生物了。

不過，這所謂的「惡劣」其實只是針對於碳基生命的，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態，全部是由25種元素構成的，無一例外。

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？

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。而水對於穩定細胞結構和功能的作用，要遠遠低於另一種元素——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，我們可以將化學鍵理解為鉤子，原子們的鉤子互相勾連，這才構成了分子。

不過，每個原子擁有的鉤子數量是不同的，比如氫原子只有一個鉤子，這意味著它只勾住一個原子，氧原子有兩個鉤子，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，因為它足足有四個鉤子，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。科學家們將有碳元素的分子稱為「有機分子」。

憑藉著有個鉤子的先天優勢，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？

在粒子世界中，並不是手臂越多越好，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致命的問題——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、各種感覺的產生等等，只有高活性的碳原子能夠保證這些反應迅速出現。

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，因為人類對於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態結構上還是化學性質上，矽元素和碳元素都非常相似。

當然，雖然碳元素和矽元素很相似，但相似並不等價於相同，所以矽基生命和碳基生命必然會有極為迥異的外觀和內在。

如果矽基生命存在，它們會是什麼樣？

首先，在有氧的環境下，碳基生命體內的碳會和環境中的氧氣結合形成二氧化碳，由於它是氣體所以將其排出體內很輕鬆。

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像中，矽基生命的外表幾乎都覆蓋著一層晶體，類似於一個會移動的水晶，而且他們的身體內部沒有水，取而代之的是能夠溶解二氧化矽的氫氟酸或氫氧化鈉。

其次，矽擁有比碳更加穩定的化學性質，比如更加耐高溫，這點是碳無法比擬的。因此，碳基生命更加喜歡地球這樣低溫的舒適環境，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，但它也並不是沒有弱點。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。

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，更別提浩瀚的宇宙空間了。

在這種情況下，對於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，宇宙可能更加適合矽基生命。

最後需要注意的是，矽基生命只是理論上存在，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，以至於其無法形成活體細胞結構。