为什么地球走上了碳基生命的演化道路,而不选择硅基生命?

2021 10/19 16:31

追剧场的小青年 企鹅号

我们都知道,地球是一颗物种丰富的生命星球,除了智慧生命人类之外,还有数百万种各式各样的生物。不管是简单的微生物还是复杂的动物以及更高级的人类,它们从本质上来讲并没有什么区别,都是由25种元素构成的生命形态。

于是不少人们产生了这样一个疑问:为什么地球会走上碳基生命的道路,而不是选择硅基生命?理论上来讲,硅是比碳更稳定的一种元素,而且硅对环境的适应能力更强,可以在更恶劣的环境下生存。

要解开这个谜团,我们先来看下碳基生命的组成,我们以人类的细胞为例,96%的元素是氧,碳占到了18%,其次是氢10%,氮3%,剩余的则是一些微量元素,包括钙,磷,铁等,总共是25种元素。

人类如此,其他的地球生物也是一样,组成细胞的元素比例都差不多。看到这里,细心的朋友会发现一个问题:在生物的细胞里,占比最多的是氧,为什么我们不称之为氧基生命?其实原因并不复杂,地球生物的细胞中,大部分的氧元素无法以单质的形式存在,而是以氢氧元素组成的水存在。

可是水在稳定细胞结构和功能方面的作用是远远低于碳这种元素,所以我们称地球生命为碳基生命而不是氧基生命。既然地球能够走上碳基生命的演化之路,那么理论上来讲硅基生命应该也可以存在,可为什么地球在40亿年前不选择这条路呢?

如果是从宏观的角度来研究,我们很难去解开背后的谜团。可是当人类走进了微观世界之后,我们逐渐发现了事物背后的本质,宏观的背后是微观,微观组成了宏观,影响着宏观的外在表现。

相信很多朋友都知道,组成分子的结构是原子,而原子之间要互相影响需要一种特殊的化学键,我们可以称之为钩子。每一种原子都有数量不等的化学健,也就是钩子,这些钩子可以互相勾连,形成分子。

拥有化学健数量越多的原子,那么就可以连接更多的原子,从而组成更复杂的分子。氢原子只有一个化学健,只能连接一个原子,而氧原子有两个化学键,可以连接两个原子。相对来说,碳原子就比较厉害了,它有四个化学健,可以连接四个原子,组成更复杂的分子,这也是诞生有机化合物的基础。

碳原子互相连接形成的分子我们称之为有机分子,有机分子非常稳定,原因就是碳原子的四个分学健是一种非常完美稳定的结构,能够构筑成更稳定,更丰富的碳分子,从而形成一个碳基世界。

可能有朋友会说了,碳元素有四个化学健并不算什么,比它重的元素拥有更多的化学健,那不是可以形成更稳定,更复杂的结构,诞生更好的生命吗?其实在微观世界里,原子的钩子并不是越多越好,越多的钩子的确可以连接更多的原子,但是这里有一个致命的缺陷,那就是稳定性会变得非常差。

而生命的诞生是以非常稳定分子结构为基础的,如果原子连接形成的分子没有稳定的结构,那么生命就不可能出现。能够兼顾稳定性和复杂性的元素最优的自然是碳原子,它本身的活性非常好,四个化学健连接四个原子形成的有机分子非常稳定,并且也具备了复杂的特点。

高活性的碳原子具备了稳定的特性,奠定了生命的选择道路。那么硅这种元素相比碳元素如何呢?从形态结构和化学性质上来看,硅元素和碳元素是非常相似的,硅元素同样也有四个化学健,可以连接四个原子,只不过碳与氧形成的是二氧化碳,而硅与氧形成的是二氧化硅。

二氧化硅是玻璃的主要成分,是一种坚硬的固体,如果硅基生命存在,那么它的呼吸系统等肯定与碳基生命有着巨大的差异,二者完全是不同性质的两种生命形态。

那么硅基生命有可能存在吗?既然硅元素与碳元素非常相似,同样具备更稳定的化学性质,那么理论上来讲,硅基生命也是有可能存在的,只不过到目前为止,我们还没有在宇宙中发现任何的地外生命,自然也不知道外星生命是什么样的生命形态,是碳基生命还是碳基生命。

从稳定上来讲,硅元素还要胜于碳元素,这是它的一个巨大优点,可是硅元素同样也有弱点,那就是在水中无法保持稳定性。这一点跟碳元素正好相反,碳元素与水有着很好的融合性,而且碳基生命还离不开水,所以科学家在寻找地外生命的时候,表面是否存在液态水是一个重要的参考标准。

当然,如果外星生命是硅基生命,那需要的环境就完全不同了,地球这样的生态环境,硅基生命是无法生存的,反而是金星那样高温高压的炼狱世界,更适合硅基生命的生存。

而在宇宙之中,高温高压的恶劣星球占据着主导地位,数量是非常惊人的,反而是像地球这样的美丽蓝色富水生态星球是比较稀有的。如果宇宙中没有硅基生命,只有碳基生命,那么宇宙中的生命星球数量必然也非常稀有,而智慧生命的数量也就更加稀有了。

如果宇宙中存在硅基生命,那么可以生存的星球数量就会非常多,因为越是地狱般的恶劣星球,反而是硅基生命的天堂。科幻电影《变形金刚》中的汽车人就是硅基生命,它们可以在各种恶劣的环境下生存,更能够适用于宇宙复杂的环境。

相对来说,硅基生命是非常脆弱的,对环境的要求也非常高,只要生态环境发生重大变化,碳基生命就有可能迎来灭绝的风险。而走向宇宙之后,碳基生命的适应能力也是非常差的,需要强大的保护装备才能够在宇宙中生存。

当然,硅基生命目前还只是理论上的存在,现实的宇宙是否存在,还需要我们不断地探索发现。只有真正走出太阳系,走向星系,我们才能够接触到更广阔的宇宙世界,接触到其他的行星系统,或许在我们不了解的宇宙深处,正有类似于汽车人这样的硅基文明飞速发展着。

(来源:腾讯网,见https://new.qq.com/omn/20211019/20211019A07TSI00.html)

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