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?


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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 。

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