这是碳基生物能想出来的吗?这句话是对天马行空想象力的夸赞,里面提到的碳基生物,就是包括你我在内的一切地球有机生命体。
丰富美丽的碳基生命世界
人类无法解释,到底是生命选择了碳元素,还是碳元素选择了生命。
因为没有碳,不要说生命了,就连有机物都没办法诞生。
一切有机物都是以碳链为主体,其他原子与之结合,这样的排列组合,形成了丰富的有机化学,继而形成了我们今天的地球生态。
为什么偏偏是碳?和碳元素同一主族的硅为什么不行?硅基生命真的存在吗?还有哪些生命形态?
有机物的结构
地球为什么选择了碳基生命,而不是硅基生命?硅基生命长什么样?
碳的圆滑之道
为什么地球上的生命都是以碳链作为基础,而不是其他元素?
如果我们仔细观看元素周期表各个元素的特性,也许就会知道原因了。
元素周期表
首先,碳原子是宇宙中数量比较多的元素,它的原子序号是6。
也就是说,它是宇宙中第6个诞生的元素,来源于比它更小的原子的核聚变。
我们都知道,整张元素周期表其实就是以氢原子开始,越往后就越难形成,因为聚变反应难进行,反应条件越来越苛刻。
从这一点上,碳就领先了很多元素。
碳原子结构
其次,原子是由原子核和核外电子构成,除了第一周期的两个元素,其他元素都是有两层及其以上数目的电子层。
电子不一定全部属于原子核,它们会受到外界的干扰,从而让原子失去电子或者被硬塞电子。
最外层要8个电子才会最稳定,别人抢不走,其他电子也没办法挤进来。
原子的结构
一般来说,最外层电子数小于4的,更偏向于失去电子,而最层电子大于4的,更倾向于得到电子。
那么最外层电子刚好4个呢?那么就看元素下菜,要么它主动失去电子,要么它得到电子,或者,和其它元素共享电子。
碳就是这样一个元素,凭借着圆滑的处世之道,它不仅可以和其它元素组成化合物。
且还能和其它碳原子手拉手,空出来的位置其它原子都可以参加。
它们不是来拆散这个家的,而是来加入这个家的,家的名字叫做有机物,而碳原子的手也越拉越长,碳链上的位子也越来越多,家也在不断扩大。
碳链结构
最后,有机物们组合起来,开始明确分工,地球上诞生了第一个生命——露卡。
今天地球上的所有生物,都是露卡的后代,正是它为生命奠定了以碳为主体的生命结构。
人体内含量最多的元素是氧,但是单看细胞,含量最多的元素是碳,我们可以说,没有碳元素就没有细胞。
然而,碳不是元素周期表中唯一的圆滑元素,和它同一主族的硅元素,同样秉承了这一套,而且硅还是地球含量第二多的元素,占据26.3%,为何它无法成为生命的地基?
硅原子的结构
硅输在了哪里?
科学家曾经试图用硅元素合成烃烷类物质,但是却发现,硅原子的连接能力很差,它的极限只能到8个,比起碳原子的成百上千,逊色的不是一星半点。
并且硅-硅键和硅-氢键还特别容易在水中被破坏,要知道生命起源自水,怕水这一点硅元素就败了。
硅氢键
为何一个主族的元素,硅和碳的差距这么远?因为硅比碳多了一层电子,它有三层电子层,而碳只有两层。
这导致,硅的原子核对于最外层电子的控制比碳弱,因此硅也很圆滑,但是没有碳原子那么灵活地圆滑。
此外,碳基生命呼吸的时候会产生二氧化碳,同时依靠食物保持体内的碳平衡。
硅基生物如果也要呼吸,产物就会是二氧化硅,这是一种固体,可能会直接阻塞呼吸道。
就算以其他方式排出了体外,那么如何补充硅原子呢?
早期的地球生命可以利用大气中的甲烷等物质,那么硅基生命就只能吃地球的沙子和岩石了。
含有硅酸盐的石头
比较一下是吃甲烷更容易,还是吃沙石更容易?
这样看来,就算地球上曾经存在过硅基生命,它也竞争不过碳基生命这样高效的新陈代谢速度。
在地球这样的行星上硅基生命不可能存在。
可是在浩瀚的宇宙,一切皆有可能,硅基生命也许是存在的。
宇宙中可能存在硅基生命
硅基生命真的存在吗?
科学家们认为,他们使用硅原子合成硅烃或者硅烷,所处的环境依然是在地球上,无法成功只能说明硅基有机物不适合在地球上存在。
可是宇宙中的行星数量是上亿的,不能否认也许有的星球,硅基生命就十分适应它的环境。
那么硅基生物会长成什么样呢?首先肯定是和碳基生物长得不一样的,因为它的生活方式也不可能与碳基生物相同。
硅基生物的新陈代谢会比碳基生物慢,因此它们的移动速度是很慢的,可能是外表有硅晶体的硬物。
人们想象的硅基生命
其次,硅基生命可以不呼吸氧气,它们能以二氧化碳和二氧化硫这样的有害气体作为呼吸作用的气体。
因此,它们可以生活在环境比较恶劣的星球,比如温度非常高的地方,高到二氧化硅成为了气体,这样硅基生物就能顺利呼吸。
最后,硅基生命可能更适合地下生活,尤其是一个星球的地壳之下的地幔,因为那里的硅元素更容易被获得,且很有可能是熔融态,方便生物吸取硅元素。
并且硅基生命的身体偏向于结晶,能承受碳基生命无法承受的高压。
生活在外星的硅基生命
如果非要说地球上哪个地方满足上面的条件,那么可能是地核,也就是地心,那里的温度达到了4000到6000摄氏度,压强更是高达200多万个大气压。
难怪有人怀疑地核生活着另一种人类,有可能是传说中的硅基人。
近些年,随着人工智能兴起,它们被称呼为新的硅基生命,因为各种电子元器件的主要原料就是硅元素。
然而,这个想法受到了很多人的反对,以为人工智能不能算作生命,因为它连细胞结果都没有,它顶多只能算以硅为主的产品。
人工智能不能算作硅基生命
那么除了硅基生命,还有哪些我们意想不到的生命形态呢?
其他生命形态
元素表中,碳已经形成了今天的碳基生物,硅有可能在其他星球形成生命,除此之外,还有以硼元素为基础的硼基生命,甚至还有以金属为基础的生命形态。
宇宙中可能存在多种生命形式
有科学家提到了硼基生命,它们生活的环境没有水,于是氨、氟化氢或硫化氢等物质,代替水的功能。
它们也不以氧气呼气,而是呼吸二氧化硫,或者直接没有呼吸作用。
原本应该是氧原子的位置,全部换成了硫原子。此外,以硼为中心的烃烷类物质,稳定性高于碳基生命。
科学家猜测可能存在硼基生命
不管是碳、硅还是硼,都是非金属元素,而金属也是有可能形成生命形态的。
科学家已经在实验室合成了一种金属细胞,是以金属钨的杂多酸阴离子。
从生物上说,这个细胞没有遗传物质,甚至都没有生命特征;从化学上说,金属形成的物质属于无机物,与有机物千差万别。
可谁又能知道宇宙中的情况呢?哪个星球上就有金属人也说不定。
可能存在金属细胞
或许人类学习的生命化学知识,只不过是宇宙生命体的一小部分。说不定在宇宙中,任何一种元素都能作为生命的基础,只不过恰好出现在地球上的是碳基生物罢了。
我们的地球也许恰好生活着碳基生命
只能说大千宇宙,无奇不有!