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当你仰望星空的时候,是否想过在遥远的星河中,也有一双眼睛正在凝望着同样孤独的我们?
硅基生命长相和母星的生活环境会是什么...
碳基生命相关解析
什么是硅基生命?宇宙中是否存在智慧型硅基生命?若存在,其模样、与碳基生命相比的优劣势又如何?在探讨这些前,得先了解碳基生命。
以人体为例,人体由众多细胞构成,细胞含蛋白质、核酸、糖分等物质,细分后成各种有机分子,有机分子即碳基分子,因其以碳元素为骨架,可将碳元素想象成树干,氢、氧、氮等元素如同树叶依附其上,二者构成有机分子。
碳元素在人体中至关重要,能组合各元素形成有机分子,缺了它就没碳链骨架,人体也就不存在了,所以以碳为分子骨架的生命体就是碳基生命。
地球上已发现的生命形式都是碳基生命,无论植物、动物还是微生物,都选碳作生命基础元素。
那地球生命为何独爱碳元素呢?从物理层面分析,碳原子最外层有四个电子,可与其他原子形成4个共价键,共价键越多,捕获元素越多,分子结构越复杂。
碳元素共价键最多,而氢只能形成1个共价键,氧只能形成2个,以氢或氧打造生命,化合物种类单一,就像搭积木,插槽少结构就简单,碳元素像四面有插槽的积木,能搭出复杂结构。
人体含数百万种有机分子,只有碳基分子能满足要求,氢、氧做不到。
再看硼元素,其最外层有3个电子,能形成3个共价键,虽理论上能形成复杂结构,但它在地壳中含量极少,仅0.001%,且不易自身结合形成硼链骨架,没骨架就没复杂分子结构,所以也被排除在外。
硅元素与地球碳基生命主导原因
科学家注意到硅元素,它和碳同属元素周期表一列,最外层电子数都是四个,能形成四个共价键,还可自身结合形成硅链骨架结构,这让部分科学家觉得宇宙中可能存在硅基生命。
地球硅含量达28%,比碳丰富,石头、沙子都含硅,按说地球更易诞生硅基生命,可现实是碳基生命主导地球。
这是因为硅原子核外有三层电子,比碳多一层,其外层电子离核远,受束缚力弱,两个硅原子结合形成的硅链不如碳链稳定,有机分子多样性受影响,硅基分子无法与庞大的碳基分子相比,所以地球生命选了碳元素,因其打造生命优势明显。
硅基生命可能诞生的星球环境及特点(基于液体假说)
宇宙浩瀚,行星众多,环境各异,有些恶劣环境可能更适合硅基生命。
若存在这样的星球,环境会怎样,硅基生命又有何特点呢?
先看地球生命诞生假说,有一种较可靠的说法是生命诞生依赖介质,水是理想介质,空气流动快,有机物难聚合反应,陆地缺乏流动性,无法汇聚有机物,而水有良好流动性与亲和力,最初简单有机分子在水流推动下反应形成更复杂分子,如氨基酸,进而组合成细胞。
若此假说成立,硅基生命诞生的星球上,首个硅基细胞大概率诞生在液体里,但不会是水,因为液态水对应的温度适合碳基生命。
硅基生命耐寒耐热性好,在极端温度下才更易出现。
像液态甲烷、乙烷、氨等低温液体可作溶剂,氨在零下34°c就呈液态,若星球低温且充满液态氨,就可能诞生硅基生命,换作甲烷需零下162°c、乙烷需零下89°c(以地球标准大气压为准,气压高时温度要求会变),不过低温还是必要的。
若星球气压高,重力往往也大,硅元素比碳重,硅基生命一出生就面临高压高重力环境,久而久之会进化得强壮、肌肉发达,甚至可能进化出类似螃蟹的外骨骼。
像硅藻,虽是碳基内核,但细胞壁含二氧化硅,结构坚硬能透光、防护,硅基生命也可能进化出类似坚硬外壳对抗极端环境。
硅基生命在光照条件下的特点
除液体外,阳光和大气对生命进化也重要。
从光照角度看,若星球温度低,光照往往微弱甚至没有,没有光照就没光合作用的植物,似乎硅基生命就无法存在,但事实未必如此。
地球上天麻这种植物不需光照,靠与真菌共生获取养分,所以即便星球无光照,植物也可能借助微生物存活,有了植物,食物链就能形成。
若星球漆黑,硅基生命无需进化出眼睛,不过其听觉、嗅觉系统会更发达,甚至可能进化出类似蝙蝠、海豚的超声波能力用于捕食和躲避追捕,且它们可能无色或透明,因为色素没意义了。
若星球有微弱光照,硅基生命可能进化出大眼睛捕捉光线,或身体部位能发光适应昏暗环境,相应地,植物可能进化成纯黑色以便吸收各种光线进行光合作用。
硅基生命在大气条件下的特点及智慧型硅基生物诞生条件
再看大气条件,若星球有氧,硅基生命也需呼吸,但其呼吸产生二氧化硅这种固体,不像二氧化碳易排出体外。
不过生命总有办法,硅基生命可能进化出特殊排沙方式,比如皮肤或鳃具备排出沙子的功能,也可能存在以二氧化硅为食并释放氧气的物种维持生态圈平衡。
若星球无氧,硅基生命可能进化出无氧呼吸或发酵功能,但这会降低能量获取效率,导致其体型矮小、生长繁殖周期长、进化效率低,难以进化成智慧生物。
总之,若想诞生智慧型硅基生物,星球需具备以下条件:一是有氨、甲烷、乙烷等液体作生命诞生溶剂(氨较理想,零下34°c成液态);二是有微弱光照利于植物诞生,丰富生态圈;三是有充足氧气提升能量获取,保障繁衍进化效率,使生物个体高大,为进化成智慧生物打基础。
以上是基于生命诞生于液体假说的推论,若抛弃此假说,硅基生命可能性会大增,毕竟它耐寒耐热,宇宙又如此广阔,说不定在极端环境星球上会有奇特的硅基生命形态出现。
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