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所有已知的地球生物都是碳基生物,碳基生物的意思就是以碳元素为有机为基础的生物,而硅基生物不过是科学家设想的一种生物,它是以硅元素为有机物基础的生物。那么,如果硅基生物存在的话,它们是以什么形式存在的呢?我们简单地来探讨一下这个问题。
硅基生命假说
之所以说现存地球上已知的生物都是碳基生物,是因为所有地球生物体内氨基酸的链接元素就是碳元素,也就是连接氨基和羧(suo)基的就是碳元素。但是,在地球生物体内,含量最多的并不是碳元素,而是氧元素。我们以人为例,占据人类质量65%的是氧元素,而碳元素只排在第二位,占比18%。虽然碳元素不是生物体内最多的元素,但是它除了是细胞结构必不可少的元素外,在细胞干重中碳元素的质量分别占约44%(植物)和56%(动物),因此,碳元素对于地球生物来说是最重要的生命元素,这也是地球生物被称为“碳基生物”的主要原因。
弄清了碳基生物的概念,硅基生物就很好理解了,它就是将连接氨基和羧基的由碳元素,变为了硅元素。最早提出硅基生物概念的是德国的天体物理学家儒略·申纳尔,他在年的论文中首次提出了可能会有以硅元素为基础的生物存在的可能性。理由是,在宇宙中有许多温度很高的星球,而对于碳基生物而言高温的星球显然不是宜居的,但是,硅元素与碳元素的化学性相近,而且相对碳元素,硅元素的耐高温性更强,而这就是我们电脑的CPU和风扇间要涂一层硅胶,而不是其他物质的原因。
从这个角度看,假如宇宙中有其他生物的话,它们是硅基生物的可能性还是很高的。
硅基生物如果存在的话,它们是以什么形态存在的?
首先,碳基生物必须摄入含碳的食物才能够维持正常的生命体征,同样的,硅基生命必须也要以含硅的食物为食,不过,从目前科学对宇宙的探索看,硅元素在宇宙中含量较低,因此,即便是硅基生物存在,它们的数量也比较的少,当然也不排除它们在我们没有探测到的星球上,而这个星球上富含硅元素的可能性。
其次,碳基生物之所以能够存在就是因为碳元素与氧极容易结合,而结合后的二氧化碳是一种气体,可以直接被新陈代谢掉。但是,硅基生物就不同了,硅元素与氧也容易结合,而且结合后的二氧化硅是固体,这就代表着,硅基生物呼吸或者是进食都会在身体中产生大量的固体,而这些固体很难排出体外,而且稳定性极强(熔点为℃左右)。而解决这个问题,最好的办法就是星球上的温度高于二氧化硅的熔点,此时二氧化硅呈液态,才更有助于它们排出这些“垃圾”。
最后就是结合了。在地球上碳基生物有各种各样的形态,这是由什么决定的呢?还是碳原子。碳原子小到我们无法观察到,但是正是这些看不见的原子组成了分子,而让它们组合的就是化学键。碳原子与硅原子都有4个化学键,这就是它们组合的方式。不同的是碳原子在结合时(碳基化合物具备不对称性),因为不对称性出现了左旋和右旋,这就使得分子有了形状,这些简单的分子再合成高分子时,同样也会产生不同的形状,此时,碳基生物的形态多样性就有了。
硅原子虽然和碳原子一样都有4个化学键,但是硅原子比碳原子多了一个电子层,这就导致了硅原子在结合时相当的不稳定,而且硅基化合物具备对称性,所以它们也就没有了左旋右旋,进而它们的形态也较为单一。并且硅原子因为不稳定性很难形成长链,也就无法形成较大的大分子。
基于以上的分析,如果硅基生物存在,几乎可以肯定地说它们生活的星球上一定是高温的,在如此高温的条件下,它们要想形成稳定的形态,那么就需要身体组成的其他部分的熔点要高于二氧化硅。因此,它们要么是由稳定性极高的物质组成的小个体(硅链比较的短),要么是液态甚至是气态的存在。这是一个可能。
看到这里,有些小伙伴会问:硅基生物有没有可能不需要呼吸呢?这个问题也比较有意思,但是只要是生命就要活动(肢体活动或者是生命活体),活动就需要能量,能量是通过物质交换完成的,也就是说呼吸是硅基生物也无法避免的。
不过,从化合物的角度看,虽然二氧化硅是固体,但是硅基生物生活的环境也不一定有氧气,如果没有氧气,呼吸也不会产生二氧化硅,此时,硅基生物的形态又变了。因为,如果它们生存的星球上有氟的话,硅与氟能够产生四氟化硅,而四氟化硅在干燥的环境下是气体存在的。
这个假设即满足了干燥(高温),又解决了呼吸成为固体的问题。所以,如果是这样的硅基生物的话,它们虽然满足体型不大,形态单一,但是好歹也能成为像机器人一样的固态。
总结
硅基生物只是科学家提出的一个假说,到目前为止,没有任何的证据表面硅基生物的存在,当然,我们也不能完全否认它们的存在。假如它们存在的星球上有氧气的话,它们大概是液体甚至是气态的,假如它们存在的星球上没有氧,有大量的氟的话,它们则有可能是固态,不过,不管是哪种形态,它们的形态并不稳定,而且体型也很小。