深度长文为什么地球生命只选择碳基生命,而不是硅基生命呢?
为什么地球生命非得是碳基生命,而不是非碳基生命呢?
外星生命有可能是硅基生命吗?
宇宙中到底有没有非碳基生命?
本期我们就来啃啃这块硬骨头。先说说, 大自然为什么让地球生命自然选择碳基生命?
大家知道,自从化学尤其是分子生物学快速发展以来,科学家们发现:地球上所有生命形态和物种,无外乎都是由25种化学元素构成的。
一个典型的生物细胞比如人体细胞的总质量当中,有96%是由氧(65%)、碳(18%)、氢(10%)、氮(3%)这4种主要元素构成的,其余的则是由少量其他元素构成的,比如说钙、磷、钾、硫、钠、氯、镁、铁等等。
有人马上会问,人体总质量不是氧元素占了大部分吗?高达65%!我们不是以氧为基础的生命形态吗? 为什么我们不叫氧基生命,而叫碳基生命呢?
是这样的,包括人类在内的所有地球生命,活体细胞中多数的氧元素,其实是以水的形式存在的,含在水分子H2O里了。
然而,对细胞结构和功能起关键作用的,却是另外一种元素——这就是碳。所以呢,我们说地球生命都是以碳元素为基础的,于是就叫 碳基生命 Carbon-Based Life。
最关键的问题来了, 为啥生命选择的是碳元素,而不是其他元素呢?
要想回答这个问题,我们就得进入粒子尺度下,看看碳元素的特点。凡是学过点化学的都知道,分子中的原子,都是通过化学键相互连接在一起的。
什么?忘了啥是化学键啦?化学键,就是一种粒子间的吸引力,让原子、分子透过这种吸引力,组成——我们宏观尺度下看得见的物质。
文科生不妨 把化学键想象成每一种元素的手臂 。有了这种手和胳膊——化学键,原子之间就可以手拉手,勾勾搭搭混迹天涯了。
不同元素拥有手臂的数量也不同。 像氢原子只有一只手,这就意味着一次只能跟另一个原子手拉手。像氧原子就有两只手,意味着同时能跟两个原子勾勾搭搭。
像碳原子竟有四只手,这就意味着: 它最多可以同时跟4个原子勾勾搭搭 。这就有意思了,想想看每个碳原子都有四只手,如果相互连接一起,上下左右前后,手拉手成三维结构,就会创造出千差万别的各种碳骨架——这就成了各种各样有机化合物的基础。
科学家把这种含碳的分子统称为 有机分子 ,从最简单的有机分子(碳氢化合物甲烷),一直到复杂多样的高分子有机物(DNA分子),这就为碳基生命的形成,提供了丰富的物质基础。
就像搭建乐高积木一样,大自然通过神奇的碳元素,搭建出丰富多彩的碳基生命。
——这一过程就是壮丽的 地球生命演化史 ,也是大自然本身 自然选择生命形态的唯一路径 。也是迄今为止 人类已知的唯一路径 。
有人可能会问:碳原子不过区区四只手,比碳原子手多的原子,不是更能演绎出千奇百怪的分子结构吗?千手观音,不是更精彩嘛?!
碳与各元素之间的键合关系
问题是,粒子尺度下的三维世界,并非手臂越多就越好。越重的元素虽然手臂越多,复杂度是足够了,但稳定性却远远不行。 化学世界拼的不是量,而是巧。
要知道,碳元素是所有元素中化合物种类最多的,目前已知的纯有机化合物就有近1000万种,但这还只是理论上存在化合物世界的冰山一角而已。
碳的同素异形体结构:钻石(a)、石墨(b)、蓝丝黛尔石、富勒烯(C60(d)、C540(e)、C70(f))无定形碳(g)、碳纳米管(h)
再看看,碳元素的异形(学名叫同素异形体):从极软的石墨,到极硬的钻石,都是碳元素的百变造型。
再看看,碳元素的丰度(丰富程度),在地球地壳上排名第15位,在宇宙中排名更靠前,竟然排在第四。所以毫不夸张地说, 碳是地球生命的基石,是碳基生命的化学根本 。
此处,一定有人会跳出来质疑:要是论元素丰度,硅元素可比碳元素丰富多了,在地球地壳上,硅是碳的1000倍!硅基文明早晚会替代碳基文明,占领地球世界,甚至统治全宇宙的!
对于这种深陷科幻思维,搞不清科幻世界与真实世界区别的人,我恰恰要反问: 既然硅元素丰度如此高,像地球这种固态岩质行星在宇宙更是数不清,那为啥还没有演化出硅基生命呢?大自然为何不青睐硅元素——诞生硅基生命(Silicon-Based Life),而是自然选择碳元素——演化出碳基生命?
针对这种论智商的问题,我还是自问自答吧。
假设我们充当一把大自然的角色,硬要扶持硅元素当家作主,成为硅基生命的主人,世界将会怎样?
①回到微观尺度下,先说说除了碳元素外,地球天然存在的92种元素王国里,只有硅元素跟碳元素一样,拥有四只手——能够同时形成4个化学键,但 硅元素这四只手天生不给力 ,明显没有碳元素四只手臂,粗壮有力。
所以呢,以硅元素为基础的复杂分子很容易断裂,以至于脆弱到——没法形成活体细胞结构的程度。虽说平时勾勾搭搭也有点感情,一旦有点风吹草动,甩手散伙,那是必然。
②硅元素另一个缺陷就是,通常只能伸出一只手臂,不能同时伸出双臂,给其他原子一个温暖的熊抱。 硅元素这种形不成双键的化学关系, 自然人缘不够好,能够参与的化学反应就很少,大多数趴体都不带它玩。
结果可想而知,不仅找不到女票,就连男票也找不到,更别提什么繁衍下一代了,硅基生命还能延续?
③人家碳元素就跟大白似的,不仅人缘好,而且百变真身。上天入地,去哪儿都行!气态变成二氧化碳,固态变成干冰。相反,再瞧瞧硅元素, 最常见的模样就是二氧化硅 ,纯度高点的叫石英、水晶,不纯的都是些呆头呆脑的石头嘛。
能从石头缝里蹦出来,创世以来,唯有孙猴儿一个孤例。你还指望能有什么样的硅基生命?
艺术家笔下的外星生物——硅基生物。
说了这么多硅元素的硬伤,恐怕有人要说我是个 碳基沙文主义者 。
还可能有人搬出鼎鼎有名的科学家 卡尔·萨根 ——对此颇有微词的观点来:「碳基生命唯一论、中心论,很可能大大限制了人类对外星生命的探索和想象。」
甚至,有人会搬出一门名叫「 假定型生物化学 」Hypothetical types of biochemistry的学科,而且附上——瞧瞧,这可是正经八百的科学家正在严肃研究的课题呀!看你还敢无视!
这门学科主要是指,替代现有碳基生命为中心的生物化学理论,提出若干种生物化学形式和生命形态,比如 硅基生命、氨基生命、硼基生命 等。
根据假定型生物化学理论,艺术家绘制出的含有氨基生命的行星外表。
作为一种理论甚至称其为科学理论,我当然双手赞同,这是学术自由的基本准则嘛。只要有能力有条件搞就好了。说不准,万一搞成了呢!免得被那篇来自美国国家研究委员会NRC的报告——不幸言中咋办?那份报告称: 「没有什么会比这更悲催的了……在太空探索中人类遇到了外星生命,却认不出来它们!」
我当然也不想看到这种结果。但我要强调的是,理论就是理论,凡是未被实证的理论都还只是理论,不能进入科学认知体系之内,更不能拿来当作科学四处说事。
就算是科学家在以科研态度、科学思维建构出来的一套科学理论,也只能算作是理论——一种未经验证的假说而已,当然进不了科学殿堂。
总之一句话, 碳基生命是人类科学认知体系当中唯一的生命形态。
而其他硅基生命、氨基生命等,目前只是一种假说。
至于科幻、玄幻、宗教、迷信层面所说的那些生命形式,在各自地盘穿越、飞舞,对我来说都无所谓——只要别硬掺乎到科普里就行。
阅读的力量真理是科学家所追求的东西。他在宇宙中找不到什么静止的东西,持久的东西。井非每个事物都是可知的,更不是可预知的。但是,人的意识至少能够把握和理解创造物的一部分,在各种现象的飞驰中,矗
4。2光年外的比邻星系,已经发现了三颗行星,会有生命存在吗?浩瀚的星空有无数的星星,它们基本上都是恒星,每一个恒星的周围也基本会有数量不等的行星环绕,太阳的附近有八颗行星环绕公转,地球是靠近太阳的第三个行星,也是太阳系唯一的生命星球。当然,
中国的天文学相关技术如何了?射电天文一枝独秀,未来更有成就随着科技的不断发展,中国在整个天文学领域也越来越进步了,可能也会有很多网友和笔者一样,想问中国的天文学相关技术现在如何了?或许有人会说还不够先进,但是我们的射电天文是一枝独秀,未来
比地球更好?科学家注意到一颗超级地球,可能已经有生命存在地球是我们人类所知道的唯一一颗拥有生命的星球,毫不夸张地讲,地球上的自然环境可以满足生命所需要的一切条件,正因为如此,在过去的很长一段时间里,人们都认为地球是一颗堪称完美的星球(对
在轨五个月,神十三乘组解锁哪些新成就?神舟十三号乘组在轨驻留已有五个月创造了中国航天员在轨150天的新纪录为期最长的太空出差也进入尾声今年两会期间中国载人航天工程总设计师周建平表示神舟十三号航天员乘组迄今为止已完成计划
盖亚望远镜在L2点拍摄到韦伯望远镜2022年2月18日,欧洲航天局盖亚太空望远镜意外拍摄到詹姆斯韦伯太空望远镜影像。盖亚和韦伯这两个空间望远镜都都位于拉格朗日点2(L2)周围的轨道上,是距离地球150万公里。盖亚望
矮星系是暗物质蜗居的场所(三则)矮星系在宇宙进化过程中发挥了至关重要的作用,天文学家认为,矮星系可能是最早形成的宇宙星系,从矮星系演变成了大星系。迄今为止,矮星系是天文学家在太空中发现的一种最多的星系,其中包含了
神秘的马约拉纳费米子和埃托雷马约拉纳1937年,意大利理论物理学家埃托雷马约拉纳于提出一个假设,即自然界中存在一类特殊的费米子,这类费米子的反粒子是其本身,称为马约拉纳费米子。显然这与狄拉克费米子的性质不相同,即狄拉
银河地籍太阳究竟在哪里,我们在哪里太阳及其行星世界,包括我们的地球,在银河系中处于理想的位置。我们说它是理想的,因为正是这个地方允许我们存在。银河系的中心是一个银河系核心,有一个巨大的黑洞和密集的恒星。那个空间充满
外星人试图攻打人类,被人类秒杀昨天做了个梦外星人攻打地球一个发达的外星文明因为本土旷世战争和过度开发他们的星球,导致环境急剧恶化,地核不稳,已经不适合他们生存。在种族存亡问题的威胁下,他们停止了国与国之间的战争
世界上最孤独的地方尼莫点在我们的地球上,有一处极其神秘而且最不适宜生命存活的海洋禁区,这就是世界上最孤独的地方尼莫点。它是位于太平洋南部一处由三座岛屿所围成的三角区域,由于距离此处最近的陆地也在遥远的26
圆锥动力触探和标准贯入试验,原理方法及成果分析1hr试验设备和方法一试验设备动力触探使用的设备如图31,包括动力设备和贯入系统两大部分。动力设备的作用是提供动力源,为便于野外施工,多采用柴油发动机对于轻型动力触探也有采用人力提
抗滑桩施工图文详解今天跟大家分享一篇关于抗滑移桩施工的内容,希望能帮得到大家。抗滑桩(antislidepile)是穿过滑坡体深入于滑床的桩柱,用以支挡滑体的滑动力,起稳定边坡的作用,适用于浅层和中
何为地基验槽?来现场看看如何验?何为基坑验槽?所有建(构)筑物基坑均应进行验槽。基坑挖至基底设计标高并清理后,施工单位必须会同勘察设计建设(或监理)等单位共同进行验槽,检查坑底土层是否与勘察设计资料相符,是否存在
三轴搅拌桩如何施工?小伙伴们请做好笔记吧一施工技术要求1案例工程止水帷幕为水泥土搅拌桩,截面形式为三头850600,水泥土搅拌桩采用二喷二搅方式施工,搭接形式为套接一孔法。2采用三头搅拌机施工,均用P。O42。5普硅硅酸
PPPBOTBTTOTTBT这下全明白了什么叫BOTBTTOTTBT和PPP投融资模式1BOT(BulidOperateTransfer)即建造运营移交方式这种方式最大的特点就是将基础设施的经营权有期限的抵押以获得项目融
各类土的特征及取样试验方法,岩土人必备一粘性土粘性土分为粉质粘土和粘土一粉质粘土定义塑性指数大于10且小于或等于17的土应定名为粉质粘土,肉眼观察,细土中有砂粒,干时不坚硬,用锤可打成细土粒,湿时有塑性有粘结力,能搓成
边坡锚固结构及设计计算的超详细讲解一概述岩土工程的研究对象是复杂地质体,在漫长的地质年代里,由于地质构造运动自然风化和人类活动等作用,形成了大量诸如断层层理节理软弱夹层溶沟溶槽等地质缺陷。在一定的时间和条件下,岩土
钻孔灌注桩后注浆施工技术详解,值得收藏钻孔灌注桩后注浆技术介绍随着我国高层建筑的大规模开发以及城市环境保护要求的日益提高,采用钻孔灌注桩作为工程桩的建设项目日益增多。钻孔灌注桩具有适用于不同地质条件,桩径桩长变幅大,噪
这么多公路高边坡支护措施,挑一样喜欢的拿走吧土方开挖过程中,土壁是由土体内磨擦阻力和粘结力保持平衡而稳定。一旦土体失去平衡(俗称失稳),土体就会塌方。为了确保道路施工完毕后,辛辛苦苦铺好的公路不会突然就被土盖了,咱们也得想点
基桩检测常见30问详细解答,肯定有你不知道的摘要常用的基桩检测的主要方法有成孔成槽质量检测静载试验钻芯法低应变法高应变法声波透射法等。在基桩检测中,各个检测手段需要配合使用,利用各自的特点和优势,按照实际情况,灵活运用各种方
筏板基础施工技术图片详解,进来看看吧一筏板基础概念当上部结构荷载较大,而所在地的地基承载力又较软弱时,采用简单的条形基础或井格基础已不能适应地基变形的需要时,常将墙或柱下基础连成一片,使整个建筑物的荷载作用在一块整板