為什麼地球上不存在矽基生命?

2020-12-04 火星科普
地球生命都是碳基生命

人類的好奇心無窮無盡,對地外生命的推測從未停止過。為了了解是否有其他生命存在,我們發射了幾艘星際無人探測器,探索浩瀚外太空中的其他地方。如果外星生命真的存在,它們會是怎樣的存在呢?

從地球生命來看,我們都是碳基生命。然而,美國天文學家卡爾薩根把這種狹隘的觀點稱為「碳沙文主義」, 他認為我們不應該限制我們的想像力,做出外星生命會類似於地球生命的愚蠢假設。

儘管如此,由於碳在地球上的絕對優勢,這仍然是我們最佳猜測。那麼,碳為何如此特殊?

想像中的矽基生命

每一種生命形式,無論是植物還是動物,都體現了複雜性。第一個自我複製的生物體通過融合越來越多分子的複雜性,進化出愈加複雜的生物功能。這裡的複雜性指的是促進形成數百萬複雜的化學鍵和反應,這些都是維持更高生命形式的必要條件。諸如變形蟲這樣原始的生命形式,它們發展出的分子複雜性遠遠小於更高等的哺乳動物。

分子的複雜性使得一些高級功能可以出現,如呼吸、排洩、消化,最重要的是,繁殖。如果沒有碳元素,這一切都不可能實現。如果沒有碳,就不會有DNA、蛋白質、脂質、糖類、脂肪、肌肉組織或任何其他構成生命的東西。

目前,人類已經發現了118種元素,奇怪的是為什麼只有幾種元素被用來構成有機生命。當然,其中最常見的是碳元素。由於碳的特殊熱力學和化學性質,使它比其他元素更為優越。

元素周期表

一個碳原子由四個價電子組成,使它可形成四根單鍵(比如甲烷),兩根雙鍵(比如二氧化碳)和一根三鍵(比如乙炔)。然而,碳的主導地位並不是因為它形成這些複雜化學鍵的能力,而是它形成這些鍵時非常容易和靈活。事實上,元素周期表中與碳同族的元素都有4個價電子,但是它們所形成的鍵的穩定性無法與碳相比。

在元素周期表中,6號元素碳的正下方是14號元素矽。這種元素也能形成無數的分子,但是雙鍵的矽分子不像雙鍵的碳分子那樣穩定,它們只能短暫存在,它們的不穩定性最終迫使其轉變為單鍵。碳分子,如碳氫化合物,是維持生命的最關鍵分子種類之一,它們既不會太活潑而導致容易分解,也不會太穩定而妨礙可塑性和適應性,這使得酶能夠很容易地操縱碳分子。

DNA雙螺旋結構的4種鹼基對片段

因此,矽基生命很難能在地球上生存。矽比碳更為親氧,在相對較低的溫度下,它也會與氧氣發生劇烈反應。這意味著矽鏈或矽烷無法在我們的大氣層中存在。如果生物體直接將能量儲存為碳氫化合物,那碳基生命也無法生存,因為烷烴本身就很易燃(比如汽油和煤油)。但碳基生物是將能量儲存為如糖、脂質、醇類以及其他具有非常不同化學性質的碳氫化合物。

所有這些性質都可以解釋為:碳是擁有4個價電子的最小原子。它的大小合適,可以形成各種化學鍵。如果大自然缺乏這種原材料,生命是不可能產生的。又由於地球上的碳很豐富,所以大自然就利用碳的特性開始構建生命,使得所有的地球生命都是碳基生命。至於宇宙中是否存在諸如矽基生命這樣不同基質的生命,還需進一步研究才知道。

相關焦點

  • 為什麼地球上不存在矽基生命?原因是什麼
    我們所在星球上的所有生命,都是由碳元素為核心組成的基本有機物,像蛋白質,糖類,脂肪等等。它們中含量最多的雖然是氧,但是碳卻是最重要的元素,沒有碳元素也就不會存在這些生命物質。那麼,這到底是為什麼呢?每一個生命都有非常複雜的結構以及許許多多的物質構成的,甚至連變形蟲這樣的單細胞生命也不例外,大家有沒有好奇,為什麼人是碳基而不是矽基呢?這其實是因為矽比碳元素更容易氧化,甚至我們在普通生活中都看不到矽烷或者更長鏈的物質,所以,在我們的生活中是不可能出現矽基的生命的。
  • 地球生命以碳為基礎,為什麼宇宙中不會存在矽基生命?
    ,其中碳是有機分子的骨架,因此我們把地球上的生物稱為碳基生命。生物和化學家們普遍認為,如果地球之外的某一個地方存在生命體,它一定也與我們一樣,是碳基的。於是有些人很自然地認為,既然這兩種元素如此相像,地球上有豐富的碳基生命,也理應存在矽基生命。
  • 地球上全是碳基生命,宇宙中有可能存在矽基生命嗎?
    地球上的生命是從哪裡產生的是一個未知的命題,也眾說紛紜。但是我們能非常肯定的一點是,我們星球上的生命全部是以碳和水作為基礎的,也就是碳基生命,基於有機物的原始概念。那麼矽基生命就是以矽為核心的生物分子所構成的生命。那為什麼是矽呢?
  • 太陽系可能存在著一種矽基生命,它們的能力比人類強大得多
    碳元素,而碳元素是地球上分布最廣泛的元素之一,而碳循環也是自然界最基本的循環之一,正因為於此,地球才形成了以碳元素為基礎的生物,科學家把這種生命形態叫做碳基生命,就是以碳為基礎組成的生命,由於地球上普遍存在碳基生命,因此我們也以為地外生命也是由碳元素組成的,於是人類就一直以地球的碳基生命為參照去尋找地外生命,可是找啊找,一直都找不到。
  • 為什麼地球上都是碳基生命,科學家探索的矽基生命有沒有可能存在
    地球上生命的形式雖然多種多樣,物種龐雜繁複,但從本質上來說,所有的生命都源於一個共同的基礎,那就是碳元素,也就是說所有的生命都是碳基生命。人類如此,植物動物如此,就連微生物也是如此。為什麼地球上的生命都是炭基生命?
  • 地球上的生物都是碳基生物,為什麼宇宙當中,還會存在矽基生物?
    地球上的生物都是碳基生物,為什麼宇宙當中,還會存在矽基生物?大家都知道,地球能夠誕生生物,是各種力量結合的結果,就外部環境來說,地球處於太陽系的宜居帶上面,能夠不多不少的吸收太陽的能量,而內部環境來說,地球有完整的磁場和優良的大氣系統,更加重要的是,地球擁有著大量的液態水,這也為地球生物的存在,提供了必要的條件。
  • 聊聊碳基生命和矽基生命
    拿對環境刺激的反應為例,從獵豹的飛速追逐獵物,到變色龍刷刷的改變體表顏色,從眼睛遇到強光時的瞳孔收縮,到植物的向光性,都是生物趨利避害的本能。而這些反應實際上都是由生物體內化學反應來支撐。這些化學反應的速度很大程度上決定了生物反應的速度,而碳基分子的活性則保證了這些化學反應能夠及時地進行,以應對地球上環境可能出現的改變。
  • 宇宙中可能存在著一種矽基生命,它們的能力比人類強大得多!
    從理論上來講,矽基生命是可以在宇宙中存在的,但是由於矽這種元素的化學特性遠遠比不上我們熟知的碳元素,所以科學家推論矽基生命只能在非常特殊的環境下,以非常特殊的方式存在。有多特殊呢?根據相關理論的推測,如果真有矽基生命存在的話,它們應該生活在高溫的環境裡,它們的身體應該像是亮晶晶玻璃,由於矽的化學反應速度較慢,體現在矽基生命身上就是慢吞吞的動作。最離譜的是矽基生命的呼吸,很可能它們吸入了氧氣,但是呼出的卻是固體的粉末!這樣的生物會比碳基生命高級嗎?顯而易見的,除了能夠適應極端的環境以外,它們根本無法與碳基生命媲美。
  • 為什麼地球上都是碳基生命?
    你可能聽過地球上的生命都是「碳基生命」。但是「碳基生命」真正意味著什麼呢?我們真的是由營火後留下的黑色燒焦的東西,還是鉛筆裡的碳組成的?碳基生物,顧名思義,就是以碳元素為基礎的生命形式。地球生命最初產生和應用的能量是糖,糖又叫什麼?碳水化合物。還是碳。地球上所有已知生命都是主要由碳、氫、氧構成的,生命活動也主要圍繞這幾種元素展開,所以我們都是碳基生物。
  • 【元素家族】矽基生命
    早在1891年,波茨坦大學的天體物理學家儒略*申納爾(Julius Sheiner)就探討過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。值得注意的是,阿西莫夫將矽基生物放在第一位,其原因有三:1、矽元素在宇宙中相對豐富,尤其在類地行星上,矽元素和碳元素的質量比為925:1。碳元素都跟著甲烷散逸掉了,矽元素則會跟它的親密愛人:氧牢牢結合在一起。2、矽元素可以通過矽氧鏈結合成多變的、穩定的、不活潑的有機矽,在浩瀚的宇宙中,可能性意味著必然性。
  • 為什麼說矽基生命比碳基生命高級?矽基生命真的存在嗎?
    地球上擁有許許多多的生命,無論是植物、動物還是微生物,它們都有一個共同的特徵——構成其生命的基礎是碳元素。所以,這些生命又被稱為碳基生命!而地球上的所有生命就是通過碳元素為根基,搭建出了一個個迥異的生命。
  • 宇宙中不止一種生命形態,但存在碳基生命的可能性最高!
    地球上的生命就屬於碳基生命,外星球上也有可能存在碳基生命,人類目前尋找外星生命就是按照地球生命所需要的條件來尋找。那什麼是碳基生命?因為構成生命的化學物質都需要以碳元素來進行連接,所以稱作碳基生命。簡單來說就是由有機物構成的生命。
  • 碳基生命和矽基生命哪個強?科學家:1個可打10個!你猜誰打誰?
    文/行走天涯碳基生命和矽基生命哪個強?科學家:1個可打10個!你猜誰打誰?倘若問矽基生命和碳基生命哪個更強的話?那麼也許很多人都不了解矽基生命和碳基生命的區別在哪裡?實際上我們人類以及地球上的很多生物都被認為是碳基生命。這是因為地球上絕大多物質的組成部分都離不開碳元素。碳也被認為是地球上最穩定的一種元素,但凡和其他物質生成一種物質結構都是頗為穩定的。至於什麼是矽基生命呢?說明這種生命中最主要的元素組成肯定是矽。一直以來科學家都在宇宙中尋找類地行星,猜測這些星球上如果有生命被孕育出來的話,那麼有極大的可能性和人類非常相似。
  • 任何生命形式都可能存在,這麼說對嗎?地球上為何全是碳基生命?
    正是因為地球上所有的生命形式都是以碳作為基礎,所以我們可以在任何兩種不同的生命形式身上找到相似的地方。地球生命是如此,那麼是不是代表宇宙中所有的生命形式都只能如此呢?具體一點來講,是不是所有的生命形式都只能以碳作為基礎?是不是任何環境之下都有生命存在的可能呢?首先我們就要來看看,為什麼所有的地球生命都是碳基的,這當然不會是一個巧合。生命的基礎是什麼呢?
  • 地球是碳基生命的天堂,而宇宙更適合矽基生命,矽基生命什麼樣?
    在太陽系之中,除去地球,環境最為宜居的行星就是火星了,然而生命要想在火星上生存幾乎是不可能的。火星沒有磁場的保護,大氣異常稀薄,晝夜溫差可以達到200多度,這些都是生命所無法承受的。而地球的另一個鄰居金星,其環境就更加惡劣了。
  • 矽是地殼中第二豐富的元素,為什麼地球上沒有矽基生命?
    三、為什麼地球上有那麼多可能形成生命的化合物,卻只出現了碳基生命?而碳基生命從碳水化物中獲取能量的過程則是有氧化過程完成的,儘管碳基在地球上多種優越性,但碳基生命分子結構並不穩定,無論是高溫還是低溫都可以破壞這個結構,或者在輻射的條件下可以達到破壞條件,因此從這個角度講碳基生命也是非常脆弱的!那麼吃瓜群眾的問題也來了,為什麼就有四個電子的碳原子可以呢?別的不行嗎?
  • 宇宙中可能存在的生命形態是怎樣的?矽基、甲烷、非有機生命
    雖然在地球上是不可能的,但它們很可能存在於宇宙的其他地方的生命形式: 矽基生命 事實上,細胞膜可以由已知存在於泰坦海洋中的氮、碳和氫分子組成,這一功能意味著簡單的生物體可以存在於冰凍的甲烷海洋深處。與以氨為基礎的生物體一樣,甲烷海洋中的生命的節奏本來就比地球上的生命慢得多。由於維持液體海洋所必需的寒冷溫度,緩慢的進化和新陳代謝將會發生。
  • 地球是碳基生命的天堂,而宇宙更適合矽基生命,矽基生命長什麼樣?
    生命是宇宙中最為神奇的事物,迄今為止,我們已知只有我們地球上有生命體,這裡是屬於碳基生命的世界,但是科學家們根據元素周期表上各種元素不同性質的表現認為,生命未必只會基於碳基存在,另外很可能還有硫基生命、氨基生命、硼基生命、矽基生命、砷基生命等,氨之外的這些元素的某些化學性質與碳元素相類,有可能與其他元素或化合物形成某種生命體。
  • 矽基生命究竟會以怎樣的生命形態存在?
    眾所周知,地球上的生命最重要的組成元素是碳,而碳與矽在元素周期表中同處第四主族,兩種元素之間存在著一些相似的地方。矽與碳的相似讓不少科學家相信,矽元素或許有成為構成生命體的可能,因為矽元素可以形成生命基礎所需的長鏈分子。比如:DNA和蛋白質。難道矽基生命的形成真的這麼容易?
  • NASA:土衛六上可能存在生命!而且是氮基生命!
    地球和土衛六經過NASA的多年觀測,逐漸鎖定了土衛六上存在大量丙烯氰!而丙烯氰是一種非常特殊的物質,它對於生命的形成具有非常重要的作用!在地球上,丙烯氰非常常見,是用來加工塑料的化工原料!氮質體氮基生命一直以來,科學家們認為生命存在的形式可以歸納為兩大類:碳基生命和矽基生命!然而土衛六的出現使得另外一種生命形態稱為了可能,那就是氮基生命!