外星人生命形态大猜想

　　我们知道，在地球上，碳原子是生命的基石，已知的所有生物都使用碳化合物作为其基本分子结构。一个重要的原因是每个碳原子都可以同时与高达四个其他原子形成键。这种特质使得碳适合形成长分子链，进而形成构成生命的“重要部件”，如蛋白质和DNA。

　　虽然地球上的生命都是碳基生命。然而，外星球环境和地球完全不同，外星生命会不会和地球生命有完全不同的化学基础呢?例如，它们可能根本不需要碳原子来创建生物分子，或者也完全可以不需要液态水。

　　现在，就让我们看看，哪些化学元素能组建一个外星生命，外星生命又会有哪些千奇百态的形态。

　　硅基生命

　　在《星际迷航》系列电影中，吃岩石的奥尔塔一定会让你印象深刻，这种样子看上去像一摊“腐肉“的高智能外星生物，以岩石为食物，能够自由穿梭于岩石中，而人类的仪器根本无法探测到它们，因为它们是硅基生命。

　　硅基生命是科幻小说中常见的外星人形态，那么，外星人有没有可能真的是“硅”做的呢?

　　无论在任何星球，一个生物必须完成一系列生命活动才能生存和繁衍，比如吸收营养和食物，将食物转换成能量、排出废物、修复身体损伤、繁殖等，所有这些复杂的任务都需要从基本的生命单元细胞开始，也就是说构成细胞的分子机器需要高效运转才能完成这些任务。而要高效运转，就需要组建生命的化学元素能形成大分子。而硅和碳有许多非常相似的化学特征，比如，硅原子也可以同时与高达四个其他原子成键，同样可以产生足够大的携带生物信息的分子。

氨分子组成的有机大分子

　　此外，硅是宇宙中最常见的一种元素。例如，硅占地壳质量的近30%，比地壳中的碳多150倍。这意味着，与碳不同，大多数小型岩石行星上可能会存在大量的硅。科学家们也早就知道地球上的生命有操纵硅的能力。例如，在草和其他植物中可以找到硅酸体，这是一种二氧化硅的微观粒子。被称为硅藻的光合藻类就能合成二氧化硅到它们的硅壳里。

　　虽然一直以来科学家们都没有在地球上发现有机硅化合物，不过，这一情况现在被改变了。美国加州理工大学的研究者在冰岛的温泉里发现了一种海洋红嗜热盐菌，让研究者们惊喜的是这种细菌的细胞色素c蛋白质(通常用于将电子传递到其他蛋白质)，能合成少量的有机硅化合物。

　　随后，科学家们对其不断编码、测试，最后使其创造有机硅化合物的能力显著增强。最终，突变体酶能产生至少20个不同的有机硅化合物，其中19种对于科学家来说是全新的。除此之外，科学家们还表明，转基因后的大肠杆菌也可以创建有机硅化合物。这就说明，微生物可能有自然进化出创建这些有机硅化合物的能力，外星生命真有可能是硅基生命。

　　能否靠液态氨存活?

　　在地球上，地球生物体内分子离不开水，宇宙里液态水非常少，但液体却很丰富。研究表明，在许多行星表面会至少有一种液体。比如土星卫星云层有氨，海王星的卫星海卫一还有液态氮间歇泉，外星生命是否能依赖这些液体存活呢?

　　在回答这个问题前，我们不妨先看看支撑生命存在的液体需要哪些必备的特征。首先这种液体需要是一种良好的溶剂，特别重要的是有溶解大分子的能力。因为生命分子往往是非常大的，比如蛋白质通常每个至少包含有几千个原子。其次流动性范围需要非常大，这个范围指的是其熔点和沸点之间的温度差异，大范围意味着生物体内使用溶剂的细胞将不太容易受到气候变化的影响。最后还需要具备黏度弱、表面张力强等特点，因为低黏度有利于促进细胞的相互作用，而高表面张力又提高了吸附效率，有助于将生物分子集中在细胞表面。

土卫六上很可能有以甲烷为生的生命

　　综合考虑，科学家们认为氨是最可能的替代溶剂，因为它在化学性质上类似于水，它也能形成强氢键，能溶解大多数水能溶解的有机分子。它也是宇宙中第四大分子，在许多行星上存在。

　　不过，氨也有一些自身弱点。比如，氨具有较弱的介电常数，只有水的三分之一，介电常数说的是溶剂溶解带电离子和分子的能力，大的介电常数对于溶解盐，支持酸碱化学和溶解大的带电分子是非常重要的，这就说明在氨溶液中，保存大而复杂的分子可能会很难。其次，氨表面张力较弱，细胞表面吸附生物分子的能力也会很弱。

　　除了作为生命溶剂，氨有很多不足外，氨实际上还有非常多的问题。比如，氨会与氧气剧烈反应最终会燃烧起来，所以氨基生命如果存在的话，几乎肯定是要生活在无氧的环境里。氨在紫外线面前，也根本无力提供任何屏障。当水与高能紫外光反应时，会分解成O2，随后进一步转化成臭氧(O3)。臭氧会吸收紫外线，从而防止水分子进一步分解。相比之下，氨会分解成氮(N2)，不提供任何保护，最终在强烈辐射面前会自我瓦解。

　　甲烷生命会是什么样?

　　如果你有幸遨游太空，将会发现土星最大的卫星泰坦是一个非常有趣的地方。这个卫星非常寒冷，平均温度在−179.5℃，却拥有广阔的海洋，这是因为其海洋由甲烷构成。通常情况下，甲烷是气体形态，不过在非常冷的环境下会变成液体。土卫六上还有很多活火山，将甲烷喷发到大气中，形成云、雨或者雪。

　　在宇宙中，甲烷是非常普遍的物质，也许有更多寒冷的星球会像土卫六一样。科学研究已经表明，地球上有依靠甲烷存活的生物。高能辐射会使甲烷与大气中的氮反应，产生更复杂的分子阵列。而在一定条件下，甲烷一类的有机化合物能够与水分子结合起来，相互作用后可形成氨基酸，而氨基酸正是生命形成的基石所在。那么，这是否就说明土卫六上会有生命，依赖甲烷生存呢?

　　一个非常大的挑战是甲烷具有非常低的熔点和沸点，它的熔点为-182.5℃，沸点为-161.5℃，之间只有21℃的液态范围，这就说明甲烷生命很难承受环境里温度的剧烈变化。第二个主要挑战是如何形成类似于细胞膜的东西。因为甲烷是非极性分子，某些极性有机分子会被排除在外。

　　尽管存在这些挑战，美国康奈尔大学的科学家们依旧提出了独特的甲烷生命形态。

有机硅基生命的艺术家渲染图

　　我们知道，在地球上，细胞有一个外膜——双层磷脂细胞膜。这种强韧的生物膜以水为基础，允许物质从中透过，它们构成的囊泡为每个细胞中的有机物质提供了容身之处。由这样一层膜构成的小囊泡被称为脂质体。研究者们设想，土卫六的生命可能也是由细胞组成，但细胞膜会是由甲烷化合物构成。

　　这个设想中的细胞膜，被命名为含氮体，由氮、碳、氢分子组成，这些分子都可以在土卫六的超冷甲烷海洋中找到。通过计算机模拟，科学家们还找到了最稳定的含氮体，其由三个碳原子、三个氢原子和一个氮原子组成，与地球上发现的构成细胞膜的磷脂相比，非常小，结构也很简单，但它非常稳定，不易分解，并拥有与地球细胞磷脂膜类似的柔韧性，更重要的是，它也存在于土卫六的大气层中。

　　下一步科学家们将会测试这种细胞如何在甲烷环境中生存，尤其是如何繁殖和代谢。