生命第一元素：还有没有其他选择

生命第一元素：还有没有其他选择？

另一些科学家则认为，以碳元素为基础的蛋白质生命，在地球上存在纯属偶然，外星上很可能出现以硅元素为基础的“硅原子物质”的生命。并认为碳基生命、硅基生命都是化学生命，在中子星上还可能出现非化学生命——核生命。以下主要讨论硅基生命的可能性。“硅化合物的热稳定性使得以其为基础的生命可以在高温下生存。” （英国化学家詹姆士・爱默生・雷诺兹(James Emerson Reynolds)，1893，英国科学促进协会演讲）所以硅基生命很

可能出现于温度比较高的星球上，比如说一个到处都是火山的星球上，因为许多硅基化合物

比碳基更稳定，且硅-氧键可以承受大约 600K 的温度，而硅-铝键能承受将近 900K 的温度，

所以耐高温的性能要好，而且同样是由于相对稳定，在高温下活性更好。如图 1。

 

图 1 幻想中的硅基生命与碳基生命的对比

粗看起来，硅的确是一种作为碳替代物构成生命体的很有前途的元素。它在 宇宙中分布广泛 ，而在元素周期表中，它就在碳的下方，所以 和碳元素的许多基本性质都相似 。举例而言，正如碳能和四个氢原子化合形成甲烷(CH4)，硅也能同样地形成硅烷(SiH4)，硅酸盐是碳酸盐的类似物，三氯硅烷(HSiCl 3 )则是三氯甲烷(CHCl 3 )的类似物，以此类推，两种元素都能组成长链，或聚合物，而 C和 Si 并在长链或聚合物中与氧交替排列，最简单的情形是，碳—氧链可形成聚缩醛（经常用于合成纤维），而硅和氧搭成骨架可产生聚合硅酮。基于上述情况，一些特异的生命形态就有可能以类似硅酮的物质构成。硅基动物很可能看起来像一些会活动的晶体，如想象图 2.这种生物体的结构可能是被类似玻璃纤维的丝线串在一起，以形成灵活、精巧，薄而透明的结构。

 图 2 行走在硅基植物丛中的硅基动物

但 Si 的一个很大的 缺陷就是它与氧的结合力过于强 。C 在地球生物的呼吸作用中的代谢终产物主要为二氧化碳气体，是种很容易从生物体中移除的废弃物质；但是，硅的氧化则会形成固体，因为在二氧化硅刚形成的时候就会形成晶格，使得每个硅原子都被四个氧原子包围，而不是像二氧化碳那样每个分子都是单独游离的，而是非常稳定的固体，处置这样的固体物质会给硅基生命的呼吸过程带来很大挑战。如果以现在的人体结构考虑，当生命在进行一系列纷繁复杂的生命活动以后，我们需要经常用氟化氢清理呼吸道……

只要是生命形态，就必须 从外界环境中收集、储存和利用能量 。碳基生物储存能量的最基本的化合物是碳水化合物。在碳水化合物中，碳原子由单键连接成一条链，而利用酶控制的对碳水化合物的一系列氧化步骤会释放能量，废弃物产生水和二氧化碳。这些酶是些大而复杂的分子，它们依照分子的形状和左旋右旋对特定的反应进行催化，而多数碳基生物体内的物质都显示这个特征，正是这个特点使得酶能够识别和规范碳基生物体内的大量不同新陈代谢进程。然而，硅没能像碳那样产生众多的具有左旋右旋特征的化合物，这使它难以成为生命所需要大量相互联系的链式反应的支持元素。

此外，硅链在水中不稳定，容易断掉，不像碳链那样在干湿环境下都保持稳定。虽然这

点不会因此排除硅基生命存在的可能，但存在大量液态水的星球肯定是排斥硅基生命的。存在硅基生命，甚至存在硅基生命出现前的早期生命化学演化的低可能性也被天文观测所验证。

不管天文学家向哪里搜寻——陨星、彗星、巨行星的大气、星际物质、冷却恒星的外层——他们都只能找到氧化的硅(二氧化硅和硅酸盐)，而找不到类似硅烷和硅酮这样的作为硅生物化学存在预兆的物质。相反，当我们寻找碳基生命的迹象时会发现，在陨星中不难找到氨基酸这样的碳基有机分子，至于甲烷，不仅在太阳系的众多行星和卫星中很容易找到，而且在星际物质和星云中也能找到，甚至连甲基乙炔和氰基癸五炔这样的复杂分子都能从星际物质中找到。

即使如此，也有必要指出，硅可能曾在地球生命的起源过程中扮演过一定的角色。因为有一个奇怪的现象是，地球生命特别喜欢利用右旋的糖和左旋的氨基酸。对此的一个理论解

释是，生命演化初期的第一批碳化合物在一片有着旋光性的硅石表面上的“原始汤”内形成，而这种硅化合物的旋光性决定了我们现在从地球生命体内找到的碳化合物的旋光性。

若提出另一种可能的硅基生命：硅—氟体系生命。其以硅为骨架，四氟化硅作为代谢产

生的气体，氟化氢取代水，氟气替换氧气。为了保证让氟气和四氟化硅在那时的大气环境下氟化氢是液体。是气体， （假定一个大气压下）在此种情况下，大气温度应该是-19.51~-33.55之间。(如表 1)

但硅参加的反应大多数是高温反应，所以，那时的人类必须要有一套强大的体温调控系统。尽管设想十分美好，但在地球环境下依旧存在着诸多硅基生命无法解决的问题，（不排

除地外也存在非碳基生命的可能性）因此，我们不得不承认，碳是地球上无可争议的最理想

的生命元素。