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为什么地球的生物都是碳基生命?科学家:大自然环境选择的结果

 三辅 2022-12-12

人工智能学家于 2022-11-23 18:57:36 发布75 收藏

文章标签: 人工智能

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来源:科学的乐园

地球是一个有着多达数百万种生物形式的生命世界,不管这些物种的外形有多大的差异,也不管是植物还是动物,它们都有一个共同的本质,都是碳基生命。

可能有朋友会说了,生命体内最多的物质不是氧吗,为什么我们没有被称为氧基生物?没错,不管是人体内还是其他的生物体内,最多存在的物质都是氧,占到了65%以上,如此巨大的氧元素占比,可是地球生命却不能称之为氧基生命,这跟物质对生物体形成结构的重要性有关。

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组成人体的元素多达60多种,其中氧元素占比达到了65%以上,碳元素其次,达到了18%,即使如此大的占比差异,人类仍然属于碳基生物,而不是氧基生物,其他的生命体也是如此。

生物体没有被称之为氧基生命,是因为氧元素的主要来源是体内的水,虽然水和氧对于我们的身体非常重要,但是它们并不是构成生命本质的主要物质,而碳则不同,它构成了生命细胞的基本结构和各种功能。

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在我们眼里的宏观世界物体,其实都是由微观的原子构成,一块石头如此,一个生命体也是如此。原子通过一些特定的排列形成了各种物质形态,这个过程非常复杂,而生命体基本的细胞结构同样也是由碳原子构成,如果细胞结构不稳定,那生命体就无法形成,即使勉强形成了,也会很快消逝。

原子要形成具体的物质,需要通过特定的形式排列,在排列的过程中,稍微有一些不稳定的偏差就会导致物质形成的失败。而生命的形成远比非生命的物质形成要复杂千万倍,更是需要一个稳定的原子排列过程,不能有丝毫的偏差,否则生命的形成就会失败。

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而在众多的元素中,碳原子的稳定性是最强的,并且还有诸多的其他优势存在,能够彼此连接形成稳定的三维结构,更有利于生命的形成和稳定发育。

碳原子之间的连接形成了稳定了细胞,而众多的细胞又形成了复杂的生命体,大自然在经过长过数十亿年的演化过程中,将碳原子以不同的排列形式,形成了一个个独一无二的DNA序列,也就逐渐有了生命的大爆发,有了现在丰富多彩的碳基生命大世界。

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除了碳原子的结构特别稳定之外,它的另一个重大优势就是在宇宙中的分布极为广泛,如果宇宙中的物质分布是均匀的,那么我们可以想象到,在宇宙的各处都有丰富的碳元素存在。

地球是一颗岩质行星,在它的地壳中有丰富的碳元素,碳原子在地球上同时具备了量大和稳定两个特征,才有了地球环境选择碳基生命的结果,如果碳原子在地球上非常稀有,即使它的稳定性再好,地球环境也很难选择以它为基础来形成生命,没有足够丰富的量,碳基生命即使形成,也很难发展延续。

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由此可见,碳基生命在地球上出现,是地球的大自然环境选择的结果,什么样的环境造就什么样的生命形式,这就是“物竟天泽,适者生存”的生命法则。

宇宙中是否会存在碳基生命之外的生命形式,例如:硅基生命?

在宇宙中的元素物质中,能够跟碳元素相媲美的稳定性元素,自然是硅元素。硅元素跟碳元素有很高的相似性,它的原子形态跟碳原子基本一致,在稳定性方面也略弱于碳原子,可是跟其他元素相比,稳定性是远远超过的。

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硅原子构成的各种物质也是非常稳定的,丝毫不亚于碳原子构成的物质,所以,不少的科学家认为,如果宇宙中存在外星生命,它们的生命形式或许只有碳基生命和硅基生命两种,不会有第三种。

硅基生命如果存在,它们会是什么样子?碳基生命和硅基生命是完全由不同基本原子形成的生命,在生命形式和外观上必然也会有很大的差异,我们不能以碳基生命的标准来认知硅基生命,例如:硅基生命可能不需要喝水吃饭,不需要氧气呼吸等,它们体内的能量供应有着其他的方式。

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如果硅基生物存在的话,它们必然会表现出耐高压,耐高温的特性,这是因为有硅形成的物质普通具有这两种性质,而组成生物体的硅原子排列更为复杂强大,这两个特性也会更加强大,即使面对数百摄氏度的高温,也可以承受,甚至硅基生物还可以在太空中长久生存,生存能力远远超过碳基生命。

硅基生物的外形很可能是类似于玻璃或者晶体一样的结构,碳元素跟氧元素结构会形成二氧化碳,而硅元素跟氧元素结合会形成二氧化碳,这种物质的外形就是我们在地球上熟悉的沙石和晶体,所以,硅基生物在漫长的进化演化中,身体大概率会向晶体内转变。

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通过对比,我们可以看出,在适应环境能力方面,硅基生物要远远超过碳基生物。即使如此,宇宙中想要诞生硅基生物也是非常难,相对来说,碳基生物形式才是宇宙生命的主要进化演化方向,这跟碳元素在宇宙中的分布广泛有关。

虽然从宇宙的宏观角度来看,物质的分布是均匀的,可是宇宙太大了,在特定的区域范围内,物质的分布有可能并不均匀,例如:在室女座超星系团内,银河系分布着广泛的碳元素,而有的星系碳元素可能非常少,反而硅元素才是最多的。

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在硅元素丰富,碳元素稀有的星系内,如果有生态星球要演化出生命,那么星球的环境就会选择向硅基生命发展,而不是碳基生命。

当然,对于硅基生命,目前我们也只是猜测,人类现在连小小的太阳系也无法走出去,更不要说探索外星系了。什么时候等到人类成为了星系文明,能够走出银河系探索更加遥远的星空,或许才有机会去认知更多的宇宙生命,或许宇宙的生命形式跟我们想象的不一样,远比我们猜想的要复杂而神秘。

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