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科普:科幻热门——硅基生命

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硅基生命一直是许多科幻作品的主题,从《星际迷航》和《X档案》到《黑衣人》系列,外星硅基生命一直是科幻电影的宠儿。

硅基生命是理论上存在的一种生命形式,最初于1891年由波兹坦大学的天体物理学家儒略·申纳尔于一篇探讨以硅为基础的生命存在的可能性的文章中提出,要理解硅基生命首先要从碳说起。

众所周知,地球上的生命是以碳元素为基础框架所构建的复杂有机体,从DNA到蛋白质,从激素到糖,碳元素都是其分子中最重要的组成部分,它的独特之处在于它的结合多功能性使它具有多种形式:长链构成脂肪酸和细胞膜,环状结构构成激素和糖类,简单点的有气体分子如甲烷(CH4)或二氧化碳(CO2)。

像这样以碳元素为基础结构的生命形式我们称为碳基生命。地球上特有的环境使得碳基生命能够在地球上稳定的繁衍和发展。

碳元素有如此本领是由碳元素特殊的理化性质所决定,这种特殊的理化性质则来自碳元素在元素周期表上的位置——第二周期,第四主族。而硅元素正好在碳元素下方,属于第三周期,第四主族,高中化学老师就讲过,同一主族元素化学性质相似,既然碳能够构成如此多样的生命,硅元素应该也有这个能力,由此便引发了硅基生命的各种理论猜想,今天,硅基生命已经活跃在了各大科幻电影中,最新的硅基生命是来自《雷神3》中的石头人Korg.

所谓硅基生命,定义跟碳基生命一样,是由硅元素为基础框架所构建的硅有机体。根据推测,硅基生命有这么些特点:

晶体状的身体

由硅的特殊性质所决定,硅基生物在外形上很可能呈晶体状,类似于“山岭巨人”,他们移动缓慢但力量强大。相比于碳基生物,硅由于不好形成双键和三键,这让硅化合物的多样性大打折扣,所以硅基生物的内部结构更加稳定但也更加简单,这更能抵御病菌的侵蚀和射线的照射,但代价是它们的新陈代谢速度会比碳基生物慢许多倍,进而也就限制了他们的中央处理器(大脑)不会太发达。

高温、无氧的环境

常温下硅的化学性质太稳定,要形成足以产生生命的复杂有机体,硅基生命的生存环境其温度必须非常高,同时,硅对氧的强大亲和力是一个问题,当碳在陆地生物体的呼吸过程中被氧化时,它变成二氧化碳气体,容易从生物体中除去,而硅的氧化产生固体,这就阻碍了硅基生物的生命活动,所以硅基生物的生存环境里应该没有氧气,取而代之的可能是氟气,通过吸入氟气氧化自身的储蓄物和吸入氟化氢与二氧化硅反应,最后都呼出四氟化硅;也有可能是氢气,在高温环境下吸入氢气而呼出四氢化硅。硅基植物则通过“光合作用”吸入四氟化硅、水和光经过一系列反应生成氟化氢排回大气中并生成“硅淀粉”。这样看来,硅基生物的生存环境非常恶劣,高温、无氧、充满氟气或氢气,对于人类来说,这绝对是地狱。

硅基生物的存在性

目前的理论认为硅基生命存在的可能性非常低,这倒不是硅基生命所需要的环境所致。首先,硅元素在宇宙中的含量不高,无论天文学家怎么观察,在陨石、彗星、巨行星的大气中、星际空间和冷星的外层中,它们都只发现硅的一般分子,如氧化硅,没有硅烷或硅酮之类的有机硅物质。

其次是“手性”的问题,所谓“手性“是指一个分子有两种结合形式,这两种结合形式在空间上方向相对,这两个分子在形状上互为“镜像”,也被称为“对映异构”。在碳基生物中,大多生物大分子都有手性,而生命只利用那些特殊的手性形状,比如生命只利用糖分子的右手形式,在组成蛋白质时,生命只利用左手形式的氨基酸等等。而在硅基物质中很难找到有手性的分子。

由此看来,硅基生命有可能只能存在于各种科幻大片了,你们觉得硅基生命存在的可能性有多大呢?

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