[转帖] 【科技】地球为啥只选择碳基生命，而不是硅基生命呢？

转自微信公众号：三体引力波

为什么地球生命非得是碳基生命，而不是非碳基生命呢？
外星生命有可能是硅基生命吗？
宇宙中到底有没有非碳基生命？
本期我们就来啃啃这块硬骨头。
先说说，大自然为什么让地球生命自然选择碳基生命？
大家知道，自从化学尤其是分子生物学快速发展以来，科学家们发现：地球上所有生命形态和物种，无外乎都是由25种化学元素构成的。



一个典型的生物细胞比如人体细胞的总质量当中，有96%是由氧（65%）、碳（18%）、氢（10%）、氮（3%）这4种主要元素构成的，其余的则是由少量其他元素构成的，比如说钙、磷、钾、硫、钠、氯、镁、铁等等。
有人马上会问，人体总质量不是氧元素占了大部分吗？高达65%！我们不是以氧为基础的生命形态吗？为什么我们不叫氧基生命，而叫碳基生命呢？
是这样的，包括人类在内的所有地球生命，活体细胞中多数的氧元素，其实是以水的形式存在的，含在水分子H2O里了。
而对细胞结构和功能起关键作用的，却是另外一种元素——这就是碳。所以呢，我们说地球生命都是以碳元素为基础的，于是就叫碳基生命Carbon-Based Life。

最关键的问题来了，为啥生命选择的是碳元素，而不是其他元素呢？
要想回答这个问题，我们就得进入粒子尺度下，看看碳元素的特点。凡是学过点化学的都知道，分子中的原子，都是通过化学键相互连接在一起的。文科生不妨把化学键想象成每一种元素的手臂。有了这种手和胳膊——化学键，原子之间就可以手拉手，勾勾搭搭混迹天涯了。

不同元素拥有手臂的数量也不同。像氢原子只有一只手臂，这就意味着一次只能跟另一个原子手拉手。像氧原子就有两只手臂，意味着同时能跟两个原子勾勾搭搭。
像碳原子竟有四只手臂，这就意味着：它最多可以同时跟4个原子勾勾搭搭。这就有意思了，想想看每个碳原子都有四只手，如果相互连接一起，上下左右前后，手拉手成三维结构，就会创造出千差万别的各种碳骨架——这就成了各种各样有机化合物的基础。什么？忘了啥是化学键啦？化学键，就是一种粒子间的吸引力，让原子、分子透过这种吸引力，组成——我们宏观尺度下看得见的物质。
科学家把这种含碳的分子统称为有机分子，从最简单的有机分子（碳氢化合物甲烷），一直到复杂多样的高分子有机物（DNA分子），这就为碳基生命的形成，提供了丰富的物质基础。



就像搭建乐高积木一样，大自然通过神奇的碳元素，搭建出丰富多彩的碳基生命。



——这一过程就是壮丽的地球生命演化史，也是大自然本身自然选择生命形态的唯一路径。也是迄今为止人类已知的唯一路径。
有人可能会问：碳原子不过区区四只手，比碳原子手多的原子，不是更能演绎出千奇百怪的分子结构吗？千手观音，不是更精彩嘛？！
问题是，粒子尺度下的三维世界，并非手臂越多就越好。越重的元素虽然手臂越多，复杂度是足够了，但稳定性却远远不行。化学世界，拼的不是量，而是巧。
要知道，碳元素是所有元素中化合物种类最多的，目前已知的纯有机化合物就有近1000万种，但这还只是理论上存在化合物世界的冰山一角而已。


▲碳的同素异形体结构：钻石（a）、石墨（b）、蓝丝黛尔石、富勒烯（C60（d）、C540（e）、C70（f））无定形碳（g）、碳纳米管（h）

再看看，碳元素的异形（学名叫同素异形体）：从极软的石墨，到极硬的钻石，都是碳元素的百变造型。
再看看，碳元素的丰度（丰富程度），在地球地壳上排名第15位，在宇宙中排名更靠前，竟然排在第四。所以毫不夸张地说，碳是地球生命的基石，是碳基生命的化学根本。
此处，一定有人会跳出来质疑：要是论元素丰度，硅元素可比碳元素丰富多了，在地球地壳上，硅是碳的1000倍！硅基文明早晚会替代碳基文明，占领地球世界，甚至统治全宇宙的！
对于这种深陷科幻思维，搞不清科幻世界与真实世界区别的人，我恰恰要反问：既然硅元素丰度如此高，像地球这种固态岩质行星在宇宙更是数不清，那为啥还没有演化出硅基生命呢？大自然为何不青睐硅元素——诞生硅基生命（Silicon-Based Life），而是自然选择碳元素——演化出碳基生命？

针对这种论智商的问题，我还是自问自答吧。


▲艺术家笔下的外星生物——硅基生物。

假设我们充当一把大自然的角色，硬要扶持硅元素当家作主，成为硅基生命的主人，世界将会咋样？
①回到微观尺度下，先说说除了碳元素外，地球天然存在的92种元素王国里，只有硅元素跟碳元素一样，拥有四只手——能够同时形成4个化学键，但硅元素这四只手天生不给力，明显没有碳元素四只手臂，粗壮有力。
所以呢，以硅元素为基础的复杂分子很容易断裂，以至于脆弱到——没法形成活体细胞结构的程度。虽说平时勾勾搭搭也有点感情，一旦有点风吹草动，甩手散伙，那是必然。
②硅元素另一个缺陷就是，通常只能伸出一只手臂，不能同时伸出双臂，给其他原子一个温暖的熊抱。这种形不成双键的化学关系，自然人缘不够好，能够参与的化学反应就很少，大多数趴体都不带它玩。
结果可想而知，不仅找不到女票，就连男票也找不到，更别提什么繁衍下一代了。硅基生命还能延续？
③人家碳元素就跟大白似的，不仅人缘好，而且百变真身。上天入地，去哪儿都行！气态变成二氧化碳，固态变成干冰。

相反，再瞧瞧硅元素，港台地区叫矽，最常见的模样就是二氧化硅，纯度高点的叫石英、水晶，不纯的都是些呆头呆脑的石头嘛。
能从石头缝里蹦出来，创世以来，唯有孙猴儿一个孤例。你还指望能有什么样的硅基生命？


▲艺术家绘制的由硅基生命统治的行星

说了这么多硅元素的硬伤，恐怕有人要说我是个碳基沙文主义者。
还可能有人搬出鼎鼎有名的科学家卡尔·萨根——对此颇有微词的观点来：「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。」
甚至，有人会搬出一门名叫「假定型生物化学」Hypothetical types of biochemistry的学科，而且附上——瞧瞧，这可是正经八百的科学家正在严肃研究的课题呀！看你还敢无视！
这门学科主要是指，替代现有碳基生命为中心的生物化学理论，提出若干种生物化学形式和生命形态，比如硅基生命、氨基生命、硼基生命等。

作为一种理论甚至称其为科学理论，我当然双手赞同，这是学术自由的基本准则嘛。只要有能力有条件搞就好了。

说不准，万一搞成了呢！免得被那篇来自美国国家研究委员会NRC的报告——不幸言中咋办？那份报告称：「没有什么会比这更悲催的了……在太空探索中人类遇到了外星生命，却认不出来它们！」

我当然也不想看到这种结果。但我要强调的是，理论就是理论，凡是未被实证的理论都还只是理论，不能进入科学认知体系之内，更不能拿来当作科学四处说事。
就算科学家在以科研态度、科学思维建构出来的一套科学理论，也只能算作是理论——一种未经验证的假说而已，当然进不了科学殿堂。

总之一句话，碳基生命是人类科学认知体系当中唯一的生命形态。

而其他硅基生命、氨基生命等，目前只是一种假说。

至于科幻、玄幻、宗教、迷信层面所说的那些生命形式，在各自地盘穿越、飞舞，对我来说都无所谓——只要别硬掺乎到科普里就行。

[ 本帖最后由 m8663431 于 2018-10-13 23:55 编辑 ]

一切都是破石头门的选择！不好意思走错了。现在都是碳基生命自然有它的道理。也许别的形式的生命也有过只是被淘汰了。生命这玩意儿，不是人类觉得能有什么形式就有什么形式的。

好深奥的文章！没看懂，得回去看看物理课本，补补课再来看

什么样的环境孕育什么样的生命吧，一切只是探索而已，暂时应该谁也搞不清

记得之前看过一部科幻片叫超速度进化，讲的就是一颗天外陨石上附着的有氮基生命，进化速度很快，但是最后被聪明的主角利用元素周期表的规律找到了硒Se元素是氮基生命的克星，消灭了想要侵占地球的氮基生命。
感觉脑洞很奇特，说不定在另一个星球就有氮基生命的存在呢。

这问题有点意思，地球选择碳基生命还是硅基生命？如果地球有意识，估计根本不会想要什么生命在自己身上，搞不好哪天生命的科技再超进化下玩出个大陆架震荡器啥的，毁灭人类世界不算还把地球搞个灰头土脸的，至于碳基生命还是硅基生命对于已经四十亿岁的地球来说真的有区别吗？哪怕从恐龙开始算也不过是地球生命中的四十分之一的时光，中年人会特别在意自己一年的经历吗？大概不会吧

我觉得如果地球真的有意识话，那么所有的生命都会被这么一个行星生物视为寄生虫。想想人类现在的所作所为，绝逼会被地球清除。

因为人类最开始是由菌类生物进化而来的，自然是碳基，而且硅基生命到底存不存在还有待商榷，说轨迹生命只是从原素谱上觉得两者化学性质想通而引起的猜测而已，并没有实际证实存在

这个问题有点意思，还是自然选择的结果吧

在不同压力、温度，引力，磁场等条件下，有可能形成碳基以外的生命形式。而且那种生命的物质能量的转换储存完全不同，颠覆地球人的想象。如果真的有一天在宇宙中，亦或地面上遇到了，那真的是互相完全不能理解和沟通的完完全全相异的生命，而且两种生命都进化到了高级阶段。当他们见面的时候会发生什么？应该首先看见对方的时候，两方几乎都就吓傻了，然后就是逃跑。放心好了根本不会攻击。