利維坦按：本文出自果殼網，主要是滿足了我對於矽基生命猜想的種種好奇。
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文/萬象
NASA公布的砷生命消息，將生命的可能性又大大擴展了一步，這次科學現實走在了科幻的前面。實際上，砷生命仍然是碳基生命，它們只是用砷取代了磷，正所謂「甲之熊掌，乙之砒霜」。科幻中對非碳基生命的描寫有很多，絕大多數都集中在矽基生命，矽是上帝創造的第二種生命元素。以下是關於矽基生命的一些資料。
有沒有矽基生命？不知道這是個科學問題還是科幻問題。科幻作品裡的矽基生命隨處可見，最著名的恐怕就是變形金剛了（變形金剛不是機器人，而是一種具有智能的外星生命體。同樣是由簡單生命進化的。說其為矽基生命其實也不算十分準確。準確來說只是具有矽基智能的，機械生命體。），然而卻很值得思考，我們認識對生物的認識是不是完全正確。
地球上的已知生命都是以碳和水為基礎，而且以我們現在的認識水平很可能會認為宇宙中大部分的生命形態也都是以碳和水為基礎。但是也有很多人相信碳以外的其他元素以及水以外的其他介質也可以為生命提供基礎，早在1885年，愛爾蘭出生的天文學家兼數學家羅伯特·斯德威爾·鮑爾（Robert StawellBall）就曾在他的《天堂的故事》（Story of theHeavens）中提到地外生命可能和地球上的完全不同，他寫道：「倘若我們能夠得到機會去近距離觀察一些天體，我們可能會發現它們也充滿了生命，但卻是特化適應於環境的生命。以奇特而怪異的形態出現的生命……」
行走在矽基植物叢中的矽基動物假想圖
說到碳基生命以外的生命形態，對這方面稍有點了解的人首先想到的就是矽基生命。不過矽基生命這個概念到底什麼時候有的，大概沒幾個人了解，說出來可以讓人吃一驚，原來這個概念早在19世紀就出現了。1891年，波茨坦大學的天體物理學家儒略·申納爾（JuliusSheiner）在他的一篇文章中就探討了以矽為基礎的生命存在的可能性，他大概是提及矽基生命的第一個人。這個概念被英國化學家詹姆士·愛默生·雷諾茲（James EmersonReynolds）所接受，1893年，他在英國科學促進協會的一次演講中指出，矽化合物的熱穩定性使得以其為基礎的生命可以在高溫下生存。
著名英國科幻作家赫伯特·喬治·韋爾斯（Herbert George Wells）吸收了雷諾茲和鮑爾的觀念，他寫道：「人們會為這種設想所帶來的奇異想像所震驚：既然有矽-鋁生命體，為什麼不會立刻想到矽-鋁的人？讓我們說，他們在硫磺氣組成的大氣中漫步，徜徉在溫度比熔爐更高的，數千度的融化的鋼鐵海洋旁。」
三十年後，英國遺傳學家約翰·波頓·桑德森·霍爾丹（John Burdon Sanderson Haldane）提出在一個行星的深處可能發現基於半融化狀態矽酸鹽的生命，而鐵元素的氧化作用則向它們提供能量。
粗看起來，矽的確是一種作為碳替代物構成生命體的很有前途的元素。它在宇宙中分布廣泛，而在元素周期表中，它就在碳的下方，所以和碳元素的許多基本性質都相似。舉例而言，正如同碳能和四個氫原子化合形成甲烷（CH4），矽也能同樣地形成矽烷（SiH4），矽酸鹽是碳酸鹽的類似物，三氯矽烷（HSiCl3）則是三氯甲烷（CHCl3）的類似物，以此類推。而且，兩種元素都能組成長鏈或聚合物，它們並在其中同氧交替排列，最簡單的情形是，碳-氧鏈形成聚縮醛，它經常用於合成纖維，而用矽和氧搭成骨架則產生聚合矽酮。
基於上述情況，一些特異的生命形態就有可能以類似矽酮的物質構成。矽基動物很可能看起來象是些會活動的晶體，就如同迪金森和斯凱勒爾（Dickinson andSchaller）所繪製的想像圖一樣——一隻徜徉在矽基植物叢中的矽基動物，這種生物體的結構件可能是被類似玻璃纖維的絲線串在一起，中間連接以張肌件以形成靈活、精巧甚至薄而且透明的結構。看上去這些結晶體似的生物非常漂亮，如果它們可以在常溫下生存的話，大概許多地球人都願意在家裡養幾隻作為裝飾，養這種寵物的一個明顯好處是不會傳播細菌和寄生蟲，因為作為碳基生命的細菌和寄生蟲對這種完全不同的生命是無能為力的。但是，但矽基生命的存在的可能性卻受到許多缺陷的威脅。
一個很大的缺陷就是矽同氧的結合力非常強。當碳在地球生物的呼吸過程中被氧化時，會形成二氧化碳氣體，這是種很容易從生物體中移除的廢棄物質；但是，矽的氧化會形成固體，因為在二氧化矽剛形成的時候就會形成晶格，使得每個矽原子都被四個氧原子包圍，而不是象二氧化碳那樣每個分子都是單獨游離的，處置這樣的固體物質會給矽基生命的呼吸過程帶來很大挑戰。
只要是生命形態，就必須從外界環境中收集、儲存和利用能量。在碳基生物這裡，儲存能量的最基本的化合物是碳水化合物。在碳水化合物中，碳原子由單鍵連接成一條鏈，而利用酶控制的對碳水化合物的一系列氧化步驟會釋放能量，廢棄物產生水和二氧化碳。這些酶是些大而複雜的分子，它們依照分子的形狀和左旋右旋對特定的反應進行催化，這裡說的左旋右旋是因分子含有的碳的不對稱使得分子出現左旋或者右旋，而多數碳基生物體內的物質都顯示這個特徵，正是這個特點使得酶能夠識別和規範碳基生物體內的大量不同新陳代謝進程。然而，矽沒能象碳這樣產生眾多的具有左旋右旋特徵的化合物，這也讓它難以成為生命所需要大量相互聯繫的鏈式反應的支持元素。
此外，矽鏈在水中不穩定，容易斷掉，不象碳鏈這樣在乾濕環境下都保持穩定。雖然這點不會因此排除矽基生命存在的可能，但存在大量液態水的星球肯定是排斥矽基生命的。
存在矽基生命，甚至存在矽基生命出現前的早期生命化學演化的低可能性也被天文觀測所驗證。不管天文學家向哪裡搜尋——隕星、彗星、巨行星的大氣、星際物質、冷卻恆星的外層——他們都只能找到氧化的矽（二氧化矽和矽酸鹽），而找不到類似矽烷和矽酮這樣的作為矽生物化學存在預兆的物質。相反，當我們尋找碳基生命的跡象時會發現，在隕星中不難找到胺基酸這樣的碳基有機分子，至於甲烷，不僅在太陽系的眾多行星和衛星中很容易找到，而且在星際物質和星雲中也能找到，甚至連甲基乙炔和氰基癸五炔這樣的複雜分子都能從星際物質中找到。
即使如此，也有必要指出，矽可能曾在地球生命的起源過程中扮演過一定的角色。有一個奇怪的現象是，地球生命特別喜歡利用右旋的糖和左旋的胺基酸。對此的一個理論解釋是，生命演化初期的第一批碳化合物在一片有著特定旋性（旋光性）矽石表面上的「原始湯」內形成，而這種矽化合物的旋性決定了我們現在從地球生命體內找到的碳化合物的旋性。
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