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2023年1月25日星期三

谢选骏:泥土制作的碳基生物具有先天的材料限制



《硅基生命是什么,它们可能存在于宇宙中,甚至比人类还强大?》(2021-12-11 好科普)报道:


古时候,作为具有思想、懂得思考问题的人类,其实一直都在研究人类的起源,只是由于古代没有科学的观念和技术,他们更偏向于用宗教和神学的思维来解释世界,以一种人类无法掌控的力量,来解决人类所无法理解的现象。


这就像是近现代以来,人类总是会认为宇宙里一些无法用现有科学解答的现象,其实是来自神秘的外星生物,这两者其实都是一样的。


因此,为了解释人类的起源,古人塑造出了女娲,也就是一位人身蛇尾的女神,她用泥土捏出了人类的模样,并教会了人类如何繁衍。


无独有偶,在西方《圣经》中,上帝也是用泥土按照自己的样子,创造出了世界上第一个人类——亚当。为了避免亚当太过孤独,上帝将其肋骨作为支撑,又创造了夏娃。


直到后来,随着时间的推移,人类慢慢开始从更加科学的角度来研究世界,从而发现了越来越多的真相,达尔文的“进化论”观点击碎了“神创论”,将人类与猩猩绑定在了一起,认为我们与后者其实是出自同源。


最后我们发现,原来世界真的不是神仙创造的,人类也不是用泥土捏出来的,而是在几十亿年以前,在一次非常偶然的机会下,地球开始出现第一个原核生物,经历了漫长的演变之后,才最终进化出了生命,最后发展出了如今丰富多彩的生命形态。


根据科学家们的分析和研究,地球上不管是人类,还是动物植物,其实都是属于碳基生命。


碳基生命


碳基生命是什么?就像体内大多是碳和水的人类一样,碳基生命是以碳元素为基础的生物,这也是在地球发展下,自然形成的生命形态,我们无法离开氧气,也不能离开水,还需要适宜的温度,如果离开了这些,碳基生命基本上无法存活。也因此,科学家们探索宇宙中是否具有生命的迹象,也是按照碳基生命的特点来寻找的。


比如科学家们会先寻找合适的恒星系统,要保证恒星不会过强或者过弱,不至于活动剧烈导致辐射巨大,也不至于活动衰弱无法发射充足的光热。


一般而言,宇宙中的橙矮星是最适合生命发展的恒星,它比太阳的活动时间要长,而且恒星内部的活动比起太阳来说稍微弱一些,但也有足够的光热,能为生命的出现提供适宜的能量。


寻找到恒星之后,科学家们就会寻找在恒星的宜居带中是否存在类地行星,即恒星的光照能够使得行星地表存在液态水形态的范围。


如果在合适的恒星系统找到了存在于宜居带的类地行星,这并不代表就可以出现碳基生命了。


科学家们在此后也需要观察上面是否有足够的大气层,这样可以使得行星上具有空气产生的条件,还要对该行星的质量、大小等进行观测,确定它的重力范围不会与地球相差过远。


碳本身复杂多变,化学反应的速度十分迅速,这其实也是因为碳原子的原子核外具有4个自由电子,这些电子的数量恰到好处,多则会导致氧化性太强,会较为轻松地与其他物质发生反应,从而更加脆弱易摧,甚至根本无法形成生命形态。


但是如果电子太少,惰性又会过强,很难和其他物质发生化学反应,这也会无法形成生命。


因为生命本身无法离开化学反应,比如人类通过吸入氧气,呼出二氧化碳来获取能量,通过化学反应进行新陈代谢,甚至人类的繁衍也是需要化学反应才能形成。


可这也使得碳基生命并不稳定,如果有高频率的波袭击,很容易就会瓦解成为碳原子。


碳基生命也十分脆弱,例如人类一旦走出了地球,来到了宇宙环境,就算是有充足的氧气、水源和食物,宇宙中非常强烈的辐射射线也会对脆弱的碳基生命造成威胁,导致死亡。因此,人类被迫蜗居在地球之中,因为地球有着丰厚的大气层和磁层,能够将外太空以及太阳辐射削弱甚至是阻隔在外,生活在地表的人类就能够安全地生存下去。


若是想要走出太空,人类必须要准备好足够的防护措施,比如防辐射的航天器、宇航服,还要带上维持生命的氧气、水源和食物,这也造成人类的太空领域发展进程十分缓慢。


硅基生命


事实上,科学家们提出,或许我们不应该仅仅局限于碳基生命,宇宙如此广阔,可能存在着多种形态的生命体。


除了碳基生命以外,科学家认为宇宙世界里可能会有以等离子体、电磁波、信号等等不同形式存在的生命,当然,其中还有一种被部分科学家们认为或许是最可能存在的生命——硅基生命。


比起碳基生命而言,硅基生命是以硅骨架的生物分子所形成的生命形态,因为硅元素在宇宙中的分布非常广,而且与碳元素有着很多较为类似的性质,元素位置距离碳元素也不远。


硅元素和碳元素一样,都可以组成聚合物,或者是长链,在很多方面都能代替碳元素,与其他元素组成物质,硅元素和氧也能够形成聚合硅酮,极有可能宇宙中就存在着以硅酮为主的生物。


早在19世纪就有科学家提出了硅基生命的存在可能性,认为硅化合物具有比碳化合物更加稳定的性质,因此能在高温下生存,更加适合在宇宙中生存。


也有科学家猜测,硅基生命看起来可能会像晶体一样,甚至可能是用像是玻璃纤维一样的东西连接起来的形态。


硅基生命比碳基生命强大吗?


假设硅基生命真的存在,它们的骨架都是以硅元素为主要核心元素而构架出来的,那么它们与碳基生命有什么区别呢?


上面我们也有提到过,碳基生命的生存需要水源,需要氧气,而且因为该生命的体内有DNA,那么它在成长或者说是存活的过程中需要补充充足的蛋白质,这也是为什么人类需要吃饭的原因。


同时DNA的存活时间有限制,这就导致碳基生命的寿命也较为短暂。


碳基生命对周围环境的要求也非常严格,比如对于人类来说,身处的温度一旦超过了40摄氏度,就会因为高温而逐渐死亡,如果温度过低,有时候哪怕是不小心被淋了雨,脆弱的人类也会由于失温症等症状而失去生命。


硅基生命与碳基生命不同,它的新陈代谢非常缓慢,因为最可能会形成硅基生命的就是硅氧烷,而由它所构成的支链属于有机物食物一个原子或者是原子团,随后剩下的部分形成的基团。


这就导致硅基生命的新陈代谢十分复杂,需要更多的酶作为催化剂,同时硅基生命的细胞也就会因为需要容纳更多的酶,而远比碳基生命的细胞要大。


然而通常来说,细胞的表面积和细胞的体积比就是它的相对表面积,当一个细胞体积越大,它的相对表面积反而就会越小,因此会导致细胞的物质运输效率越低,从而造成硅基生命的新陈代谢更加慢。


而且硅基生命没有DNA,它们不需要像碳基生命一样需要按时补充蛋白质,也就不需要吃饭和呼吸,或许还不需要睡觉。这代表它们有充足的时间和精力去研究科技,发展出更加先进完善的科技水平。


同时硅元素比碳元素更加稳定,寿命也十分长,假设真的有硅基生命,那么它的寿命不出意外很有可能会高达100万年。


故此,硅基生命的传承必然是长远的,它们充足的生命和时间也能够让它们全心投入科研发展,进而创造出更加丰富的文化和科学产品,打造出比人类社会更加进步的硅基生命社会。


更何况硅基生命不像碳基生命那样脆弱,它们可以在极其恶劣的高温和低温下生存,如果将它们放在太阳系,对于人类而言十分危险且可怕、有着400多摄氏度高温的水星都能够轻松接纳碳基生命的存在。


它们也不会惧怕辐射,不用准备重重的防护,乘坐飞船来到真空的宇宙,硅基生命甚至可以直接毫无防备地前往太空,无所忌惮地翱翔在宇宙空间。


这样比起来,硅基生命无疑是比人类更加强大的生命形态,但是我们也无需慌张,因为这也只是科学家和科幻爱好者们的推测。


事实上,硅元素的连接能力非常弱,最可能会符合硅基生命的只有硅氧烷,其他的硅烷和它的衍生物都具有非常大的缺陷,还很容易被水等溶剂破坏。


硅氧烷也很难形成像是碳基生命那样的氨基酸等单体,这就代表着它要么是小型环状分子,无法组成成为较大的形态,要么就是由大量的结构非常简单且单调重复的链状分子形成的形态。


结论


除此上述所说,硅元素还有种种问题,从理论上分析,宇宙中是很难形成以硅元素为骨架的硅基生命的。


谢选骏指出:即使“宇宙中是很难形成以硅元素为骨架的硅基生命”有其道理,泥土制作的碳基生物依然具有先天的材料限制——这使得作为碳基生物的人类永远无法挑战神。假如硅基生物出现了,他们的能力机会大大增强了,可能影响宇宙的秩序——这可能是神不愿意看到的吧。泥土制作的碳基生物具有先天的材料限制——这也是一种祝福,使人自我毁灭的能力变得较小。

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