地球为什么选择了碳基生命为什么地球生命是碳基生命而不是硅基生命 _小知识

这是一张让万千初中生痛不欲生的表格，从153年前门捷列夫首次制作它至今，元素家族的成员数量已经翻了快两倍，目前是118个，而未来会增加多少，还不能确定。

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现在，我们目光所能触及的一切，都是由这张表上的元素构成的，甚至包括复杂的生命在内。
【地球为什么选择了碳基生命为什么地球生命是碳基生命而不是硅基生命】目前，一般认为地球生命必需的元素共有28种，但最基础、含量最多的主要是四种，分别是“氧、碳、氢、氮” 。

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而这其中又有一个元素以绝对的地位，主宰着整个地球生命，它就是碳。
因此，地球上的生命又被称为“碳基生命” 。
可能有人会奇怪，明明大部分地球生命的体内，含量最高的元素是氧，而不是碳，比如人类体内氧元素的含量高达65%，而碳元素的含量仅为18% 。

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但为什么地球生命还叫“碳基生命”，而不叫“氧基生命”呢？
其实原因很简单，在大部分地球生物体内，氧元素并不是以单质形式存在的，而是和氢元素一起组合成了水。

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对于体内的细胞来说，水虽然重要，但真正对细胞结构和功能起关键作用的，却是碳。
那么地球生命为什么选择了碳元素，而不是其他元素呢？这还要从原子的结构开始说起。

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我们都知道，原子之所以能够紧密地联系在一起形成分子，是因为化学键的作用，具体来说，就是最外层电子的数量不同。
对于原子们而言，稳定的状态是它们毕生的追求，也就是要让最外层电子的数量变成2或者8 。

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比如氧原子家里有8个电子，最外层只有6个，为了达到稳定状态，它渴望再得到2个电子，让最外层电子变成8个。
这时它的选择是，从隔壁两个氢原子邻居那里，各抢一个电子。

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但两个被抢的氢原子邻居不乐意了，在保护自己电子的同时，邻居决定以其人之道还治其人之身，也开始动手抢夺氧原子的电子。
它们离得越来越近，最终三个元素的家重合了，中间的墙合二为一，被抢夺的电子成了三者共用的电子。

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对于氧元素来说，它多了两个电子，达到了稳定状态，而对于两个氢原子来说，它们也分别得到了一个电子，也达到了稳定状态。
由于它们的手，都死死抓着对方的电子，它们再也不能分开了。

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这样的结合方式在化学中有一个名称，叫做“共价键”，而它们牢牢抓在一起的手，就是“化学键” 。
对化学键有一定的了解之后，我们可以根据刚刚的例子，将化学键简单的想象成，每种元素长出的手臂，而不同元素根据最外层电子的数量不同，拥有的手臂数量也是不同的。

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比如氢原子只有一只手，所以它每次只能和一个原子牵手，而氧原子长出了两只手，因此它最多可以同时和两个原子牵手。

而碳元素就厉害了，它足足有四条手臂，这意味着它最多能够同时和四个原子手牵手。

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想像一下，每个碳元素都有四只手，如果它们相互连接一起，手拉手形成三维结构，就会创造出千差万别的各种碳骨架——这就形成了各种各样有机化合物的基础。

在科学界，科学家们将这种含有碳元素的分子称为“有机分子”，而专门研究有机物的化学也因此拥有了一个别称——“碳化学” 。

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从最简单的碳氢化合物甲烷，到复杂的高分子有机物DNA，以碳元素为基础的化合物，用极为庞大的构成形式，为碳基生命的形成，提供了丰富的物质基础。

就像搭积木一样，大自然以神奇的碳元素为框架，搭建出了缤纷多彩的碳基生命，而这一过程就是壮丽的地球生命演化史，同时也是大自然选择生命形态的唯一方式。

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这时可能有人要说了，碳元素不过是四只手，自然界中有很多元素都比它多，如果以这些元素为基础，不是能组合成更多样的分子结构吗？

没错，手臂越多的元素，组合成的分子结构数量也就越多。但化学世界比的是巧，而不是量。分子结构的复杂性是增加了，但它的稳定性就会不足。

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正因为如此，碳元素凭借着一手复杂性和稳定性，并存的特性，成为了化合物种类最多的元素，目前已知的纯有机化合物就有1000多万种，而这仅仅是理论上，化合物世界中的冰山一角而已。

除了复杂多样性，以碳元素为基础的化合物在常温下的反应速度，也是自然选择的重要依据。

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生命的任何活动，像新陈代谢，繁殖和对环境刺激的种种反应，都需要依靠化学反应来完成。

以环境刺激的反应为例，从猎豹的飞速追逐猎物，到变色龙瞬间改变体表颜色，从眼睛遇到强光时瞳孔的收缩，到植物的向光性，都是生物趋利避害的本能。

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而这些反应实际上都是由生物体内的化学反应来支撑的。这些化学反应的速度，很大程度上决定了生物反应的速度，而有机分子的活性，则保证了这些化学反应能够及时、快速地进行，以应对环境中可能出现的一些列复杂变化。

如果刚刚对碳元素的描述，算是生命选择它的充分条件的话，那么它庞大的体量则是生命选择它的必要条件。

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在地壳中，碳元素的含量排在第15位，而在整个宇宙中，排名则骤然上升到了第四位，仅次于氢、氦和氧之后。

如此丰富的含量，让碳元素一开始就拥有了其他元素只能仰视的竞争力，所以我们可以说，碳是地球生命的基石，是碳基生命的化学根本。

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地球上都是碳基生命，那在地球之外，会不会存在以其他元素为基础的生命形式呢？

1891年，波茨坦大学的天体物理学家儒略申纳(Julius Sheiner)，首次提出了以硅为基础的硅基生命概念。

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1893年，英国化学家詹姆斯·爱默生雷诺兹(James Emerson Reynolds)在一次会议中指出了硅基生命存在的可能性。

比如“硅元素”和“碳元素”属于同族元素，它们拥有相似的基本化学性质，就如同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，以及两种元素都能组成长链，或聚合物等等。

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所以硅元素，很可能成为，构成生命的有机化合物中，碳原子的可替代物。

但这种观点，也并不是所有人都赞同的。

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反对者指出，虽然硅元素跟碳元素一样，拥有四只手，也就是能够同时形成4个化学键，但硅元素四只手天生不给力，明显没有碳元素的四只手安全可靠。

这主要是由于，硅原子比碳原子多了一个电子层，导致其对最外层4个电子的控制力，远小于碳原子，使得以它为基础骨架的化合物极不稳定，很容易断裂。

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更何况，地球上硅元素的含量要比碳元素多了一千多倍，如果硅基生命真的能够在现实中存在的话，那现在统治地球的就不是碳基生命了。

因此，大多数研究者认为，宇宙中存在硅基生命的可能性是非常低的，如果其他星球存在生命的话，那么它们大概率也是碳基生命。

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不过，就像著名天文学家卡尔萨根说过的那样，碳基生命唯一论、中心论，很可能大大限制了人类对外星生命的探索和想象，这是一种彻头彻底的“碳沙文主义” 。

毕竟宇宙之大已经远远超出了我们的认知，或许在人类想象不到的地方，就安然生活着一群“不可能存在的”硅基生命。

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而天体物理学家维克多·J·斯腾格（Victor John Stenger）的观点更是激进，他认为，生命由分子组成，这个观点其实也是一种“沙文主义”，在具有不同性质的宇宙中，原子核或其他结构，可能会以完全陌生的方式组装，从而出现我们认知以外的生命形式。

如果按照卡尔萨根的观点，碳基生命并不一定是宇宙中唯一的生命形式的话，那么作为最有可能存在的硅基生命，它们和我们会有哪些不同之处呢？

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首先，我们能够确定的是，呼吸系统肯定会有极大的差异。

在有氧环境下，当碳在碳基生物的呼吸过程中被氧化时，会形成二氧化碳气体，这很容易排出体外。

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而硅在被氧化时，会形成二氧化硅，也就是玻璃或沙子，处理这样的固体物质，会给硅基生命的呼吸系统带来很大的挑战，或者说困难。

除非某个星球上的温度高到，能够让固态的二氧化硅变成气态或液态，它们才有可能像地球生物一样呼吸。

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其次，它们对环境温度的需求，相较地球上的碳基生命来说，要更“狂野”不少。

比如一些硅基化合物具有非常高的热稳定性，像硅-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。

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对于这样的硅基生物来说，200度甚至到400度才能让它们感到舒适，而在我们觉得舒适的室温下，它们很可能会被冻死。

最后，也是最明显的一点，硅基生命的外观，肯定和碳基生命有非常大的不同。

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大部分研究者相信，硅基生命看起来更像是晶体，可以理解为拥有生命、会移动的水晶块。
天文学家特伦斯·狄金森（Terence Dickinson）就曾在《外星人：地球人实地指南》《Extraterrestrials: A Field Guide for Earthlings》一书中，对硅基生命进行了简单的描绘。

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他的这种描绘，基本满足了研究者，对自然硅基生命的初步想象。
其实除了硅基生命之外，宇宙中还有很多，可能存在的生命形式。

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比如著名科幻小说家阿西莫夫，曾在《并非我们所知的：论生命的化学形式》这篇文章中，从生物化学的角度，描述过6种其他的生命形态，比如砷（shēn）基生命、硼基生命，甚至是硫基生命。
看到这里，应该有人已经发现了，我们对于非碳生命化学形式的各种猜想，本质上，其实只是我们对于，碳基生命化学，基本原理认知的延伸。

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这主要是由于，我们对其他任何一种生命形式的完全无知，在很大程度上限制了我们的眼界和想象力。

与此同时，它也会导致一种悲催的情况出现——在太空探索中，人类遇到了外星生命，但是却认不出它们。

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其实根据这种可能，我们可以结合费米悖论思考一下，人类找不到外星人，会不会是因为，不同环境中诞生的生命形式不同，而我们缺少辨别的方法，这才看到了一个“寂静”的宇宙呢？

反过来，是否有可能，宇宙主流的生命形式并不是碳基生命，而是某种人类完全未知的形式，我们才是别人无法发现和理解的“异类”呢？

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