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为什么地球上的生命是碳基,而不是硅基或其他?

 kadiwinyang 2023-07-19 发布于甘肃

说到外星生命,有一个大家非常熟悉的科幻片中的异形,你看,它的血液是强酸性的,这跟我们碳基生物完全不一样,所以它很有可能就是人类幻想出来的硅基生命。

所以我们首先能够想到的问题是,既然硅基生命有可能,那为什么地球上的生命是碳基而不是硅基?

其实当你纵观元素周期表,你会发现,能够成为生命基本组成部分的元素并不多。首先我们要排除主要形成离子键和金属键的元素,因为离子键靠的是离子之间的静电吸引力,非常稳定。

金属键形成的是重复的晶体结构,无法形成生命所需的多样性的分子结构。因此最后,就只剩下了一种化学键可供选择,那就是共价键。

共价键说的是原子与一个或者是多个相连的原子共享他们最外层的电子,以填满他们的架电子层。

比如碳有4个价电子,但它还渴望再得到4个才能满足达到最稳定的状态,所以它会连接4个氢原子并共享它们的单个电子来实现这种稳定性。同时,每个氢原子也额外获得了一个电子,填满了它们自己的价电子层。

这种互惠互利的牢靠的合作关系,就是共价线。而碳氢的这种排列组合就是甲烷。如果我们从两个甲烷分子,分别去掉一个氢原子,把它们粘在一起,就变成了乙烷。如果把一个氢换成一个,就变成了乙醇。

可以看出,共价键最神奇的地方在于,就像搭建积木一样,不同的元素可以有无数种方式来共享电子,从而实现分子结构巨大的多样化和复杂性。金属键和离子键,根本无法实现这一点。

这就在元素周期表中,除了大部分的元素,只留下了少部分易于形成共价键的元素。

其次,其次我们还要排除惰性元素,因为它们几乎不参与化学反应。我们还要排除这个卤素,因为它们和其他物质通常会发生爆炸性的化学反应,非常的猛烈。

我们还要排除第四行及其以下的元素,虽然这些元素可以形成共价键,但这些原子太大,所以导致了原子核对最外层电子的束缚强度不够,稳定性变得非常的差。这就是为啥砷在磷的下方,但砷有毒的原因。

因为砷和磷具有相同数量的价电子,因此它们的化学性质极其相似,所以细胞无法分辨它们的区别,就会把砷当作磷来构建分子。

但砷形成的共价键比较弱,所以形成的分子容易发生断裂,从而破坏细胞的结构,或者是中断重要的生命化学过程。那经过简单的排除之后,最后只剩下了7种元素,氢、碳、氮、氧、硅、磷、硫。

在这些元素中,除了硅以外,其他的元素都是地球生命的基本组成部分。其中碳具有非常特殊的地位,它是组成蛋白质和DNA的分子骨架,就像大楼的框架一样,其他的元素只是装饰而已。

但硅为什么会在生命进化的过程中被排除在外?

你要知道,硅在碳的下方价电子的数量是一样的,这意味着它和碳具有非常相似的化学性质。甚至你可以把有机分子中的碳用硅来替代,形成的分子和碳分子具有相似的性质。

可事实上,我们身体里面的硅,比铁铜,锌等等这些微量元素还要少。

这是为啥?可能最重要的一个原因是,就跟磷和神一样,硅基分子不够碳基分子来的稳定,尤其是对水来说,大多数的硅基分子在水中容易被分解。所以在地球这种主要以液态水为溶剂的地方,硅基生命是很难形成的。

但我们并不排除在宇宙的其他地方就没有硅基生命,因为水并不是唯一的选择。比如在土卫六中就有液态甲烷湖泊,它也可以当作生命的溶剂,而且硅基分子在这种液态碳氢化合物中是绝对稳定的。

但问题是这些碳氢化合物的液态需要极低的温度,而这样的温度并不利于化学反应的进行。

他其实是硅和氧,太容易反应了,而且他俩形成的化学键还超级的强,所以说,硅基分子很容易被氧破坏,而且它俩形成硅氧键以后也很难被破坏,所以就导致了龟很难进入循环。

这就导致了虽然地球上的硅很多,但都被锁在了岩石当中,生物根本无法利用。

地球上的碳,基本上都以二氧化碳的形式储存在大气中,它可以被植物通过光合作用变成其他有机分子,然后被我们吃进去,通过和氧气结合释放能量被我们利用,同时我们会排出气体形式的废物二氧化碳。

但硅基生命无法实现这样的能量循环。

虽然二氧化硅比二氧化碳更加的稳定,反应的时候可以释放更多的能量,但二氧化硅是沙子,很难从身体里排出来。也许有其他的办法可以解决这个问题,但肯定不像我们直接呼出二氧化碳来的方便节能。

所以总结起来就是根据我们目前掌握的知识来看,如果我们有幸能遇见外星人的话,它有极大的可能跟我们一样都是碳基生物,因为这是我们目前所知最合理的生命形式。

但我们现在又不能排除在极不寻常的环境中,可能会塑造出硅基生命。

但它到底是啥样子的?

在科幻小说中,我们常会把硅基生命描绘成晶体或者是岩石的变体,因为这是硅在地球上的样子。

但我们反过来想,如果是一个硅基生命在思考我们碳基生命呢?在他们的星球上,碳不是煤块就是钻石,难道我们碳基生物也应该是行走的钻石或者是煤炭?很显然这是不对的。

但不管硅基生物长啥样子,他们来到我们的地球,对不是一个明智的选择,因为地球对它来说充满了毒液和毒气!

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