科学网—碳基生命或许不是宇宙生命的唯一存在方式(原创科普)
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2025-11-30 17:14
| 系统分类: 人文社科
想象力的外延：碳基生命或许不是宇宙生命的唯一存在方式
（原创科普）
作者：杨天林
我们的家园 地球 是 目前太阳系中唯一存在生命形态且拥有高级智慧 和 文明的星球， 相对 舒适的自然环境、适宜的大气层 、 合适的引力大小、 磁场条件 及 液态水 等 资源 是 多种碳基生命存在的 关键要素 ， 我们探索地外生命的基本思路和诸多要求也受此局限。
地球生命无一例外都是碳基生命，人类本身就是碳基生命的完美展现。碳原子的最大特点是用四个化学键和其它原子相连，形成生命所需要的各种复杂分子，在这些生命分子中，碳原子彼此以单键或双键相连，形成各种各样的链状或环状结构，结构上面拥有各种功能基团，因此，我们可以十分肯定地说，没有碳就没有地球生命。碳原子结构及成键方式的多样化是奠定复杂碳基生命的基础，甚至还是孕育人类创造性格的基础。
放眼宇宙，谁敢保证人类就不是唯一具有自我意识和复杂情感的碳基生命呢？而且是一个从感觉到思想都相当丰富的庞大群体，从我们已经具备的化学知识和哲学思想综合判断，碳基生命一定是宇宙中最合理的存在形式，也是唯一能演化出思想的生命形态。
虽然在整个宇宙中，我们不敢断言碳基生命与地球生命具有一模一样的形式，但能创造出像人类文明这样的碳基生命的概率一定是无限小，能进化出像恐龙和鲸鱼这样的碳基生命也极其罕见，能孕育出覆盖大地的高大树木和广阔草原这样的碳基生命也同样难觅，宇宙的奇绝和幸运在这一层面展示得非常充分，这也是人类在精神上永远孤独的根本原因。
以我们对化学和生命存在形式及演化的理解，生命的形成和发展至少应该具备以下三个基本条件：一个是具备基本的形体结构，如以碳为支撑、以硅为支撑，或以别的什么元素为支撑，有众多重要物质参与其中，如碳基生命中的核酸、糖类、蛋白质和脂肪等，另一个是有合适的生存环境，如温度、压力、天体自身的引力大小、磁场、各种食物等，第三个是生命本身能与外界发生物质、能量与信息的交流，等等。
在这里，你可以尽情放任自己的想象，很多想象都属于自己的一厢情愿，因为 在 整个 宇宙中， 不论是哪一颗星球（行星），都 必须 同时 具备适应生命生存的 诸多 必要 合适 环境，如温度 、 压力、磁场、光照、营养生命的食物，等等，然后 生命 才有可能出现 。 据我们所知， 地球上所有的生命种类，包括动物、植物、微生物、细菌 等 都是 以 碳 为骨架 ， 碳在地球上的丰度其实不大，根本无法与硅相比，比氧元素也少很多，这样的元素竟然形成了规模庞大的 碳基生命 ！你不觉得神奇吗？
截止目前 ，我们对生命诞生的认知 仍然 处于非常初级的阶段， 我们基本理解 氨基酸到蛋白质 的反应历程，但仍有很多生命起源之谜困扰着我们，如 蛋白质分子如何组合成具有生命活性的细胞？ 激发 细胞生命活性的 因素是什么？化学反应在生命演化中的作用如何？对 神奇生命的 进一步认识仍然是人类探索的课题。
在整个 宇宙中 ， 类似 地球这样的环境 不会很多，但绝对数目一定不少 ， 只是宇宙无限、人类的视野狭小，我们很难在宇宙中找到生命知音。但一想到宇宙中 恒星、 行星、 岩石、氢、碳 、 氧 等元素 是一种 普遍存在，我们 就 没有理由 怀疑 地外生命的存在。
宇宙浩瀚无穷，生命只囿于一隅， 地球上的生命 大概率 就以 我们所熟知的 方式拉开帷幕 ， 如果 地球 生命 以这样 的方式诞生， 我们就有理由推测， 宇宙中将会有 更 多的星球 会以同样方式 诞生出 各色 生命形态， 只是我们无法看见。
泛泛地说 宇宙 中的 生命 可以有 更多的 存在形式 并没有错 ， 有人 就罗列 出 了很多种生命的存在形式，他们不一定是某个研究领域的科学家，但一定对此问题有过思考 。这几种生命存在形式的先后顺序并非人类的刻意安排，或者说它们的出现是随机的。
你是否这样想过 ， DNA 中的磷 被 砷 代替 后会是一种什么样子，在 这 个 生命 最核心的地方磷 会消逝得无踪无影吗？ 对于 我们 来说 ， 剧毒 物质 砷 成了这类 生命 中 必不可少的组成元素， 这属于不可思议还是无法理解？一些人 还 煞有介事 地 把它们描述为 一种 能 抱团的菌类生命体，它们裹成一个个空心球在接近两极地区的湖泊中飘动 ， 不知道它们以什么物质为食物？
硫基生命 一定是一种极其原始的生命，大约在 35 亿年前 ， 地球上 就有一种微生物以硫和铁 构成 的黄铁矿为食 物 ， 这种微生物 代谢 的主要产物是 硫酸盐 和特别难闻的 硫化氢， 那时候，地球大气层主要还是还原型的，以我们现在的眼光来看，当时 的生存环境 极其苛刻， 遍地熔岩，没有植物和藻类，没有 光合 作用，甚至没有氧气。
地球上所有 生命 物质 都以 液态水 为 生存根基 ， 但 在别的行星上却不一定是这样，因为液 氨、液态甲烷 等也 有可能是它们的食物，比如说氨基生命， 氨基生命的最大特点是它们体内的 核酸或蛋白质以氨为介质， 对我们来说，液态氨环境的温度很低，但这类生命却能舒适地生活在其中 ， 很 低 的 环境温度 导致维持这类生命的 营养物质交换 也很 缓慢，它们的 运动 速度 有 可能极其迟缓 ， 它们甚至还拥有华丽 外表 ，不过，我们千万不要被这类绚丽的画面所迷惑，它们的天堂一定是我们的地狱。
硅基生命 是科幻小说中最常出现的生命形式， 人们 对这类生命形式的幻想 似乎 有一定道理。 从化学的角度 看， 硅基生命 的形成 并非不可能 ， 我们知道， 在 元素周期表中，硅就在碳的下方， 它们属于同一个家族， 所以 ， 这两种 元素 有 许多相似 的化学 性质。如碳能和四个氢原子化合形成甲烷 (CH 4 ) ，硅也能形成 类似的 硅烷 (SiH 4 ) ，硅酸盐是碳酸盐的类似物，三氯硅烷 (HSiCl 3 ) 是三氯甲烷 (CHCl 3 ) 的类似物， 等等 ， 如果仅仅是这些类似，还根本不足以把硅拉进一种属于自己的生命形态 。 更加令人好奇的是硅 元素 也能形成 长链， 形成 聚合物， 学化学的人都知道，碳链在很多情况下表现出良好的柔性，但有时候也有一定的刚性，硅的原子大小决定了它很难有这样优异的表现， 硅 似乎更倾向于 形成杂链高分子化合物 。
硅与 氧 通过化学键 交替排列 的情形与碳也有一比 ， 如通过 碳 - 氧 键合 可以 形成聚缩醛，硅 与 氧 同样可以通过某种 骨架 形成 聚合硅酮。 作为碳的替代元素， 硅 确实 是一种很有前 景 、 令人遐想的生命物质构筑体 ， 最 有可能出现 的生命形态是 由 类似硅酮的物质构成 的 。
很多科学家或科幻作家都构筑过一种硅基生命 ， 据说美国著名科幻小说家和科普作家 阿西莫夫 （ Isaac Asimov ， 1920 - 1992 ） 当初构思了以氟化硅酮为介质的氟化硅酮生物 ， 在 阿西莫夫 的想象中， 氟化硅酮生物是一种黑色结晶状 的 六边形生命体，这种生命体 的 每一个角都有一条 向外 延伸 的 肢节 ， 它们成群结队地生活在积淀着混合酸的巨大湖泊中， 它们 行动非常迟缓， 甚至会 叠合在一起 形 成类似于珊瑚礁 那样的结构 ， 阿西莫夫幻想它们 能够捕捉 到 周围的次声波。
一想到靠自身成键的 硅 在以水为溶剂的生存环境中很 不稳定，硅基生命 似乎 只能在非质子溶剂中诞生 ， 我们就很容易想象， 宇宙中那些有水的 地方一定不 是硅基生命的 天堂 ， 这种生命的生存条件 远比我们想象的要复杂 。
它们一定是很 特异的生命形态 ， 硅基动物看起来很 像 会 移动 的晶体， 这种晶体十分缓慢地 徜徉在 灰色的 硅基植物丛中。 不用咨询专业人员，你都能想到 硅基生命的代谢 一定非常缓慢，也可能 更为复杂， 不知道各种各样 的酶 是否能参与到它们的代谢过程中 ？ 有人认为， 如果真有硅基生命 存在 ， 它们的移动速度一定会比我们想象的还要迟缓，它们远不如珊瑚那样灵动，蜗牛也比它们灵巧许多，时间的作用甚至会使它们缓慢代谢的躯体最终形成比珊瑚礁还要 坚硬 的构造 。
想象中的硅基生命一定会活得更加长久，它们绝不会产生 “一万年太久”的想法，也不会产生“只争朝夕”的比拼意识？对它们来说，更高或更低的耐受温度均不在话下，它们能轻而易举地忍受 零下 100 多度的低温和几百度的高温，它们甚至连续 好多 年不吃不喝仍然不觉得饿，但它们能 够有如人这样的碳基生命的感觉、知觉、心理活动甚至思想吗？
也有一种可能，时间在 硅基生命 面前根本不值一提，对我们来说常常会有 “白驹过隙”的匆忙，会有“人生如梦”的虚无，但它们并不急于表达自己对世界的感受，一 种发自心底的真知灼见也需会孕育 成千上万年 时间。
地球上 有如此之多的 硅元素 （ 约占 26% ，仅次于氧 ）， 而碳 在 地球元素 中的占比只有 0.027% ， 尚不及硅元素的 零头 ， 但充满 地球 各个角落的 却是碳基生命 ， 也使我们对整个宇宙中硅基生命的存在充满疑虑。我们是信任无限宇宙的任意可能性，还是对自己的科学思维有更多把握？
毕竟地球上 如此之多的 的硅 最终也 没能形成硅基生命 ， 今天的地球生命以水和氧气为生存介质，当然不适合硅基生命的存在，但在 几十亿年前 ， 地球上到处 都 是 高温，大气中处 处是甲烷， 那时候，怎么不见 硅基生命 的踪影？
一些人认为，硼元素和碳元素或有一比， 硼 元素 的原子 比硅原子小 ， 但有更强 的 连接能力 ， 特别重要的是硼 和碳一样具有无限延伸的能力， 这是 硼作为构成生命骨架的 化学基础 。 而且， 硼 原子的缺电子特征使其比碳有更加 多样 化的 成键 方式 ，稳定性也 可以预计 。 不过，他们似乎忘记了重要的一点 ， 几乎仅靠 宇宙射线裂变产生的 硼 元素 在 宇宙中的含量太低， 这无疑限制了我们对硼基 生命 的进一步幻想 。
哲学上 有一种观点认为 ，不论是自然界中的生命，还是基于 数学和 物理 原理的机器 都属于生命 的 范畴 ， 像美国著名科幻电影《终结者》和《变形金刚》中，或当今世界在各个领域所展示的各种 机器人， 包括能在特殊条件下进行切割和焊接的机器人，能与专业高手下围棋和国际象棋的机器人，能进行高速运算的机器人，能在外太空征战的机器人，或能理家的机器人，等等， 如果说它们也属于 一种 生命 形式 ，那这种有数字特征 、缺乏自主意识和思想根基、也无惧生死 的 生命 就彻底颠覆 了 我们对生命的理解 。
从某种角度来 看 ，这种生命 形式 和 我们 不在一个维度，但 在一定程度上能 影响人类 的 未来 ， 它们永不 知 疲倦地奔波在数字或 网络之中， 在程序可控的范围内 具有 某种 学习、获得性 遗传和进化能力 ， 它们甚至能活跃在更高的维度上 。 人类只是 存在于 四维 时空 的一种生命 ，但 英国理论物理学家霍金（ Stephen William Hawking ， 1942-2018 ）所幻想的 宇宙 生命 存在 于 不同的维度空间 ， 更高维度的宇宙和我们的宇宙有 着 完全不同的规则，或许我们的理论在 那里 会 百无一用 。 如果 多 维度 时空 真的 存在生命， 那 种生命形式 将远超我们的 想象 ， 宇宙的多维结构也将变得 更加 神秘莫测 。 当科学终将走到尽头的时候，我们还会 信仰 什么？
现实世界魅力无穷，或诱惑太多，那里很可能就是展示你想象力的空间。不过，如果你没有做过艰难困苦的化学合成实验，你就不可能从化学反应的角度去理解生命存在和繁衍的不易，也一定体会不到生命演化的山重水复。所以我们才会对那些博人眼球的奇谈怪论嗤之以鼻，基本的科学素质不允许我们那样做，对那些言论的熟视无睹就是对科学的大不敬。
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