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为什么地球选择了碳基生命,而不是硅基生命?硅基生命长什么样?

  从宏观角度来看,地球是茫茫星海中一颗非常普通的行星,但从生命的角度来看,普通的地球却一点也不普通,甚至用"传奇"一词形容也不为过。
  跟恒星恰到好处的距离,以及有大气层的保护,让地球的环境温度很舒适,同时液态水也得以在表面留存。在这个天然打造的"摇篮"中,地球生物尽情享受着生命的一切美好。
  但是,也仅仅是在地球上可以享受美好。在地球之外,绚丽的宇宙空间中其实危机四伏,对于地球生命来说是极为恶劣的。
  在太阳系中,除了地球以外,环境最为舒适的行星无疑是火星,但所谓的"舒适"也只是相对的,在不借助任何科技力量的情况下,地球生命根本就没有办法在火星生存,因为这里大气稀薄,液态水极度匮乏,强烈的昼夜温差几乎是所有生命都无法承受的。
  至于地球的另一个"姊妹"——金星,它的环境就更恶劣了,已经完全失控的温室效应让金星已经变成了一个"高压锅",连机械都无法在那里"存活"超过二十分钟,就更别提血肉之躯的地球生物了。
  不过,这所谓的"恶劣"其实只是针对于碳基生命的,就目前已知的情况来看,地球上所有的生命形式都是碳基。
  为什么?
  自分子生物学快速发展以来,人类发现了一件事情:地球无论哪种生命或生命形态,全部是由25种元素构成的,无一例外。
  以人类细胞为例,总质量中有96%是氧(65%)、碳(18%)、氢(10%)、氮(3%)组成,剩下的则是一些微量的元素,例如钙、磷、铁等等。
  应该有人发现了,细胞总质量中氧的含量高达65%,为什么还叫碳基生命,而不叫氧基生命呢?
  原因很简单,在地球生物的细胞中,绝大部分氧不是以单质的形式存在,而是以水的形式存在。而水对于稳定细胞结构和功能的作用,要远远低于另一种元素——碳。因此才说地球生命是碳基而不是氧基。
  为什么生命选择了碳作为关键元素,而没有选择其他元素呢?
  高中化学告诉我们,分子中的原子都是靠"化学键"连接在一起的,我们可以将化学键理解为钩子,原子们的钩子互相勾连,这才构成了分子。
  不过,每个原子拥有的钩子数量是不同的,比如氢原子只有一个钩子,这意味着它只勾住一个原子,氧原子有两个钩子,就可以和两个原子相互勾连。
  相比较之下,碳原子就非常厉害了,因为它足足有四个钩子,也就是说它能够同时勾连四个原子,由此也就诞生了有机化合物的基础——碳骨架。科学家们将有碳元素的分子称为"有机分子"。
  凭借着有个钩子的先天优势,碳元素像构筑城堡一样,构建出了丰富多彩的碳基生命和碳基世界。
  比碳元素"手臂"多的元素还有很多,它们不是更能搭建出复杂的分子结构吗?为什么没有孕育出生命呢?
  在粒子世界中,并不是手臂越多越好,虽然越重(元素周期表靠后)的元素手臂越多,但它们的复杂度够了之后会出现一个非常致命的问题——稳定性不行,这从根本上杜绝了生命的出现。
  此外,还有一个重要因素决定了碳原子能够脱颖而出,那就是碳原子自身的活性。生物体中的一切反应本质上都是化学作用,比如瞳孔放大、各种感觉的产生等等,只有高活性的碳原子能够保证这些反应迅速出现。
  地球上都是碳基生命,那地球之外是否有以其他元素为基础的生命形式呢?
  谁也无法给出这个问题的答案,因为人类对于宇宙的了解甚至还谈不少"皮毛"。但是,如果真的存在以其他元素为基础的生命形式的话,那么大概率会是硅基生命。
  为什么?主要是因为不论是从形态结构上还是化学性质上,硅元素和碳元素都非常相似。
  当然,虽然碳元素和硅元素很相似,但相似并不等价于相同,所以硅基生命和碳基生命必然会有极为迥异的外观和内在。
  如果硅基生命存在,它们会是什么样?
  首先,在有氧的环境下,碳基生命体内的碳会和环境中的氧气结合形成二氧化碳,由于它是气体所以将其排出体内很轻松。
  而硅基生命遇到氧气会出现二氧化硅,也就是玻璃的主要成分,它是一种固体所以不好直接排出体外,因此,硅基生命的呼吸系统肯定和碳基生命不一样。
  在科幻小说家或科学家的想象中,硅基生命的外表几乎都覆盖着一层晶体,类似于一个会移动的水晶,而且他们的身体内部没有水,取而代之的是能够溶解二氧化硅的氢氟酸或氢氧化钠。
  其次,硅拥有比碳更加稳定的化学性质,比如更加耐高温,这点是碳无法比拟的。因此,碳基生命更加喜欢地球这样低温的舒适环境,而硅基生命恰恰相反,它们喜欢高温高压的环境,因为这种环境下能够提高它们的活性。
  虽说硅比碳稳定,但它也并不是没有弱点。从化学性质上看,硅在水中没有办法保持稳定性,所以硅基生命必然是畏惧水的,而放到宇宙中这唯一的缺陷也就无所谓了。
  试想,若一种生命喜欢高压高温,不需要水,同时也不需要氧气呼吸,那么它们能够生存的星球数量就极为惊人了,仅仅太阳系中这样的星球都扳手指头数不过来,更别提浩瀚的宇宙空间了。
  在这种情况下,对于碳基生命来说是天堂的地球,在硅基生命那里反倒变成了"炼狱",所以从这个角度来看,宇宙可能更加适合硅基生命。
  最后需要注意的是,硅基生命只是理论上存在,现实中基本上不会存在,因为以硅为基础的复杂分子很脆弱,以至于其无法形成活体细胞结构。

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