硅基生命体称霸宇宙 外星人形态之谜

伤我心太深

外星人都是硅基生命体？或者是人类将进化到硅基？


硅基生命体

　　由于人类活动对自然环境的破坏，从飞鸟到走兽再到游鱼，一个又一个的物种接连灭绝，终于，到了2050年，地球上的人口已经锐减到了1000万左右，地球成为了名副其实的死星，再也不适合生物的生存了。幸而科学家们经过不懈地努力，发明出了能够在宇宙中长距离航行的星际飞船，最后的人类乘坐飞船，希望能够在茫茫宇宙中找到一个新的家园。

　　然而，在广袤无垠的太空之中，想找到一个像地球这般适宜人类生存的星球实在是太难了，最终，由于燃料耗尽，人类不得不迫降在一个类似火星的星球上。这个星球上不存在液态水，也没有大气层，白天的温度高达200℃，傍晚的温度又会骤然降到零下80℃，而且也没有空气存在，人类只能依靠科技的力量，人工制造出氧气、水分和适宜的温度来维持自己的生存。  
　　然而，人类的生命还是太过于脆弱，随着时间的推移，地球移民们因为无法适应如此恶劣的环境，开始成批死亡。最后，经过地球联合议会以及最高生命科学院投票，通过了一个看似疯狂的决议――将人类由脆弱的碳基生命，改造成更能适应恶劣宇宙环境的硅基生命，并建立与之相匹配的跨时代的机甲文明。






　　――这是很多以机甲文明为背景的科幻小说，在阐述人类从地球迁移到宇宙之时最常用的桥段。而在危险四伏的宇宙中，在到处泛着金属光泽的机甲时代，硅基生命的出现频率远比碳基生命要高得多，这是为什么呢？


　　碳元素的化学特性


　　想要回答这个问题，我们先要对碳基和硅基的生命体有个基本的了解。在地球上，我们已知的所有生物都是碳基生物，也就是说，地球上所有生物都是以碳元素为有机物质基础的生物，因为在构成生物的氨基酸中，碳元素起到了连接氨基与羧基的关键作用。地球上的生物干什么偏偏要选择碳基的形式存在呢？或者说，为什么是碳元素，而不是其他什么元素来充当地球生物的有机物质基础呢？





　　简单来说，这是由于碳具有相当特殊而优越的化学特性。我们都知道，碳原子外有四个自由电子，因此其失电子能力（还原性）和得电子能力（氧化性）都很强，这就可以形成复杂多样的高分子有机物，比如DNA分子，为生命提供物质基础。若外层电子太多，则会主要呈氧化性，反之则会主要呈还原性，二者均无法形成复杂的分子。


　　另外，两个碳原子在一起，会形成碳碳双键，即每个键由两个（每个原子出一个）重叠轨道的电子组成，由于这个轨道重叠，两个电子可以运动的空间就翻倍了，而由碳构成的碳基分子的活性也就增加了。这种活性有什么用呢？要知道，地球生物的所有生命特征，比如新陈代谢、繁衍后代、刺激反应等等都是要依靠生物体内的化学反应来实现的。比如光照强烈时，猫咪的瞳孔会立刻收缩成一条线，从而起到保护眼睛不受强光刺激的作用。如果化学反应慢了，光照进眼睛过了五分钟，瞳孔才开始收缩，猫咪敏感的眼睛肯定已经受到了严重的伤害。而碳基分子的高活性就保证了生物的化学反应能够及时进行。


　　除此之外，碳还具有一个独特的优势，那就是它的两种氧化物在常温下都是气体：一氧化碳是火的主要能量来源，而二氧化碳则是参与生命循环的关键物质。如果它们变成了固体，生命或许就要遇到大麻烦了，这也是为什么地球上还未发现我们所谓的硅基生命。


　　硅元素的利与弊


　　我们知道，在元素周期表中，硅刚好位于碳元素的正下方，因此它的很多化学性质都和碳基本相似。比如碳和四个氢原子化合后会形成甲烷（CH4），而硅和四个氢原子化合也能形成硅烷（SiH4）；再比如硅酸盐和碳酸盐也有着很多的相似之处。同时，碳和硅都能组成长链或聚合物，比如它们以最简单的形式与氧交替排列，前者会由碳-氧链形成聚缩醛，而后者则由硅和氧搭成骨架产生出聚合硅酮。






　　正是由于二者化学性质的相似，因此科学家才会猜想，宇宙中应该会有硅基生命存在，但是为什么硅基生命却不存在于地球之上呢？一部科幻小说里写道：“一只徜徉在硅基植物丛中的硅基动物，这种生物体的结构件可能是被类似玻璃纤维的丝线串在一起，由灵活精巧、薄而透明的结构连接起来。看上去这些结晶体似的生物非常漂亮，如果它们可以在常温下生存的话，大概许多地球人都愿意在家里养几只作为装饰，养这种宠物的一个明显好处是不会传播细菌和寄生虫，因为作为碳基生命的细菌和寄生虫对这种完全不同的生命是无能为力的。”

  
　　这段话中透露了两个信息：硅基生物看起来像是一个结晶体；硅基生物不能在常温下生存。而这也正是地球上没有硅基生物的原因。因为硅和碳一样，与氧结合的能力都很强，但与碳不同的是，它与氧结合后会形成固体，如二氧化硅这样的晶体，因此会给硅基生命的呼吸过程带来很大的困难。与此同时，由于大多数硅基化合物比起碳基化合物要更加稳定，比如硅-氧键可以承受大约326℃的温度，而硅-铝键更是能承受约626℃的高温，因此硅基化合物在高温下活性才更好，对硅基生物来说，或许200～400℃的高温才能让它们感到舒适自在。因此它们更适合在高温的环境中生存。



　　除此之外，还有很重要的一点，那就是硅链在水中无法保持稳定，很容易就会断裂，不像碳链一样无论在干湿的环境下都可以保持稳定。所以对于那些存在大量液态水的星球，比如地球，虽然不能完全否认硅基生命存在的可能，但它们能在此生息繁衍的机率也小得可怜。
　　说来说去，似乎碳基生命全是优点而硅基生命则全是缺点，二者完全是云泥之别。但是别忘了，上面的对比全是建立在“地球”的背景之上的，如果将比较换在环境恶劣的宇宙当中，结果可就会截然不同了。


  
　　硅基生命喜欢极端环境



　　我们在学习地理知识时，老师总爱将地球比作“上帝创造的奇迹”，它离太阳不远不近的位置造就了这个适应碳基生命生长的星球。但是，想要在无边无际的太空中再找到一个像地球这样的奇迹，其难度不言而喻。
　　宇宙中更多的，是那些对人类而言充满了危险的恶劣环境：强烈的宇宙射线、稀缺的氧气、极致的高温、火山爆发生成的有毒气体……这一切的一切，对于没有了地球庇护的人类来讲，简直就是一个噩梦。因为无论上述哪一样，都可以轻易地置人于死地。而在这样的条件下，我们突然发现，硅基生命或许能够活得相当滋润。 　　高温就不提了，几百摄氏度的高温或许能将碳基生物烧成灰，但是对硅基生物来说，高温就像是冬天里的一把火，夏天里的一块冰，只会让它们感到无比舒坦。而缺氧也没关系，无论是什么样的星球，总是不缺火山的，火山一爆发，会生成大量的硫，而硫和氧气的化学性质同样极为相似，完全有可能成为氧的替代物。有人说了，硫不是一种固体吗？怎么能替代氧气呢？别忘了，我们所说的星球可不是地球，而是表面温度高达四五百摄氏度的行星，在这个温度下，硫已经无法保持固态而气化了，或许硅基生物真能靠它进行呼吸呢！再说说没有水，这对硅基生物而言，可实在是件天大的好事，或许没有水碳基生物会很快死去，但没有水硅基生物只能活得更长久。因为液体水对于硅基化合物而言，就算说是化尸水也不为过。而宇宙射线呢？问出这个问题可是有点可笑了，你听说过害怕射线的玻璃吗？


　　这样想来，那些艰苦的条件简直就是为硅基生物量身定做的，如果比拼在宇宙的艰苦环境中的生存能力，硅基生命必然大获全胜。如果真的是这样，人类是否有能力让自己由碳基向硅基转化呢？


　　给我来个硅基脑



　　说到硅基人，大多数人都没有什么概念，不过如果说起变形金刚，你一定就不会感到陌生了。按照作家的设定，变形金刚和人类一样，都是由简单生命进化而成的高等生命体，只不过变形金刚是硅基生命，而人类则是碳基生命。所以千万不要将变形金刚与机器人混为一谈，前者可以说是一种具有硅基智能的生命，而后者只是人类制造出来的一种机械。
　　可以看出，其实硅基人与碳基人并没有什么明显的不同，都同样具有情感，同样懂得思考，同样具有智慧，只不过构成二者身体的“材料”不同，硅基人的身体更加适应恶劣的宇宙环境罢了。


　　在科幻小说当中，随便打一针神奇的药剂、被虫子咬中或是沉睡千万年经过一次又一次的“脱壳”，人类就能自然而然地由碳基向硅基转变了。但是在科学家看来，这些方法已经脱离了“科幻”的范畴，而向着“玄幻”的方向发展了。其实想要将碳基人变成硅基人，最简单也最直接的方法莫过于直接换零件了。如果我们能全身上下都换成硅基材料，自然也就能成为所谓的硅基人了。


　　而想要更换人身上的零件，最困难的似乎就是大脑了。如果说人的身体是一个军团，那么大脑就是运筹帷幄的司令，我们身体的所有活动都依靠于大脑的指挥。这个指挥官的能力强不强，很大程度上决定了整个人的实力。幸运的是，经过多年努力，科学家已经制造出了与人脑类似的硅脑。研究人员首先在计算机上编制了一种能够多次复制的人工神经网络程序，最初时，能够运行的虚拟回路连小鼠皮层神经数的40%都达不到，严重限制了人工神经网络学习、记忆和创造性思维的能力。后来研究者发现，人的大脑中并非所有神经元都在不停地运转，只有那些被激活的神经元才会开始运转，其他闲置的神经元仅会耗费很少的能量。以此为鉴，他们对人工神经网络进行了改造，最终将系统扩充到了5300亿个神经元和100万亿个突触，这和人脑的神经网络已经基本一致了。


　　接下来，把计算机里模拟的神经网络用硅制造出来，一个“硅脑”诞生了，虽然新生的硅脑还未真正能与人脑媲美，只能进行比较简单的“思考”，但是相信随着时间的推移和技术的成熟，与人脑功能越来越相似的硅脑也终将被制造出来。
　　未来，当地球面临毁灭或不再宜居时，人类必将要向太空迁徙。只要我们能够把自己变成硅基生命，就再也不用害怕太空中的各种极端环境了。



硅基生命体


NASA公布的砷生命消息，将生命的可能性又大大扩展了一步，这次科学现实走在了科幻的前面。实际上，砷生命仍然是碳基生命，它们只是用砷取代了磷，正所谓“甲之熊掌，乙之砒霜”。科幻中对非碳基生命的描写有很多，绝大多数都集中在硅基生命，硅是上帝创造的第二种生命元素。以下是关于硅基生命的一些资料。

　　有没有硅基生命？不知道这是个科学问题还是科幻问题。科幻作品里的硅基生命随处可见，最著名的恐怕就是变形金刚了（变形金刚不是机器人，而是一种具有智能的外星生命体。同样是由简单生命进化的。说其为硅基生命其实也不算十分准确。 准确来说只是具有硅基智能的，机械生命体。），然而却很值得思考，我们认识对生物的认识是不是完全正确。

　　地球上的已知生命都是以碳和水为基础，而且以我们现在的认识水平很可能会认为宇宙中大部分的生命形态也都是以碳和水为基础。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质也可以为生命提供基础，早在1885年，爱尔兰出生的天文学家兼数学家罗伯特 斯德威尔 鲍尔(Robert Stawell Ball)就曾在他的《天堂的故事》(Story of the Heavens)中提到地外生命可能和地球上的完全不同，他写道：“倘若我们能够得到机会去近距离观察一些天体，我们可能会发现它们也充满了生命，但却是特化适应于环境的生命。以奇特而怪异的形态出现的生命……”

　　说到碳基生命以外的生命形态，对这方面稍有点了解的人首先想到的就是硅基生命。不过硅基生命这个概念到底什么时候有的，大概没几个人了解，说出来可以让人吃一惊，原来这个概念早在19世纪就出现了。1891年，波茨坦大学的天体物理学家儒略 申纳尔(Julius Sheiner)在他的一篇文章中就探讨了以硅为基础的生命存在的可能性，他大概是提及硅基生命的第一个人。这个概念被英国化学家詹姆士 爱默生 雷诺兹(James Emerson Reynolds)所接受，1893年，他在英国科学促进协会的一次演讲中指出，硅化合物的热稳定性使得以其为基础的生命可以在高温下生存。

　　著名英国科幻作家赫伯特 乔治 韦尔斯(Herbert George Wells)吸收了雷诺兹和鲍尔的观念，他写道：
　　“人们会为这种设想所带来的奇异想象所震惊：既然有硅—铝生命体，为什么不会立刻想到硅—铝的人？让我们说，他们在硫磺气组成的大气中漫步，徜徉在温度比熔炉更高的，数千度的融化的钢铁海洋旁。”
　　三十年后，英国遗传学家约翰 波顿 桑德森 霍尔丹(John Burdon Sanderson Haldane)提出在一个行星的深处可能发现基于半融化状态硅酸盐的生命，而铁元素的氧化作用则向它们提供能量。

　　粗看起来，硅的确是一种作为碳替代物构成生命体的很有前途的元素。它在宇宙中分布广泛，而在元素周期表中，它就在碳的下方，所以和碳元素的许多基本性质都相似。举例而言，正如同碳能和四个氢原子化合形成甲烷(CH4)，硅也能同样地形成硅烷(SiH4)，硅酸盐是碳酸盐的类似物，三氯硅烷(HSiCl3)则是三氯甲烷(CHCl3)的类似物，以此类推。而且，两种元素都能组成长链，或聚合物，它们并在其中同氧交替排列，最简单的情形是，碳—氧链形成聚缩醛，它经常用于合成纤维，而用硅和氧搭成骨架则产生聚合硅酮。

　　基于上述情况，一些特异的生命形态就有可能以类似硅酮的物质构成。硅基动物很可能看起来象是些会活动的晶体，就如同迪金森和斯凯勒尔(Dickinson and Schaller)所绘制的想象图一样--一只徜徉在硅基植物丛中的硅基动物，这种生物体的结构件可能是被类似玻璃纤维的丝线串在一起，中间连接以张肌件以形成灵活、精巧甚至薄而且透明的结构。看上去这些结晶体似的生物非常漂亮，如果它们可以在常温下生存的话，大概许多地球人都愿意在家里养几只作为装饰，养这种宠物的一个明显好处是不会传播细菌和寄生虫，因为作为碳基生命的细菌和寄生虫对这种完全不同的生命是无能为力的。但是，但硅基生命的存在的可能性却受到许多缺陷的威胁。


图片：行走在硅基植物丛中的硅基动物


　　一个很大的缺陷就是硅同氧的结合力非常强。当碳在地球生物的呼吸过程中被氧化时，会形成二氧化碳气体，这是种很容易从生物体中移除的废弃物质；但是，硅的氧化会形成固体，因为在二氧化硅刚形成的时候就会形成晶格，使得每个硅原子都被四个氧原子包围，而不是象二氧化碳那样每个分子都是单独游离的，处置这样的固体物质会给硅基生命的呼吸过程带来很大挑战。

　　只要是生命形态，就必须从外界环境中收集、储存和利用能量。在碳基生物这里，储存能量的最基本的化合物是碳水化合物。在碳水化合物中，碳原子由单键连接成一条链，而利用酶控制的对碳水化合物的一系列氧化步骤会释放能量，废弃物产生水和二氧化碳。这些酶是些大而复杂的分子，它们依照分子的形状和左旋右旋对特定的反应进行催化，这里说的左旋右旋是因分子含有的碳的不对称使得分子出现左旋或者右旋，而多数碳基生物体内的物质都显示这个特征，正是这个特点使得酶能够识别和规范碳基生物体内的大量不同新陈代谢进程。然而，硅没能象碳这样产生众多的具有左旋右旋特征的化合物，这也让它难以成为生命所需要大量相互联系的链式反应的支持元素。

　　此外，硅链在水中不稳定，容易断掉，不象碳链这样在干湿环境下都保持稳定。虽然这点不会因此排除硅基生命存在的可能，但存在大量液态水的星球肯定是排斥硅基生命的。
　　存在硅基生命，甚至存在硅基生命出现前的早期生命化学演化的低可能性也被天文观测所验证。不管天文学家向哪里搜寻——陨星、彗星、巨行星的大气、星际物质、冷却恒星的外层——他们都只能找到氧化的硅(二氧化硅和硅酸盐)，而找不到类似硅烷和硅酮这样的作为硅生物化学存在预兆的物质。相反，当我们寻找碳基生命的迹象时会发现，在陨星中不难找到氨基酸这样的碳基有机分子，至于甲烷，不仅在太阳系的众多行星和卫星中很容易找到，而且在星际物质和星云中也能找到，甚至连甲基乙炔和氰基癸五炔这样的复杂分子都能从星际物质中找到。
　

　即使如此，也有必要指出，硅可能曾在地球生命的起源过程中扮演过一定的角色。有一个奇怪的现象是，地球生命特别喜欢利用右旋的糖和左旋的氨基酸。对此的一个理论解释是，生命演化初期的第一批碳化合物在一片有着特定旋性(旋光性)硅石表面上的“原始汤”内形成，而这种硅化合物的旋性决定了我们现在从地球生命体内找到的碳化合物的旋性。


图片：Horta星际旅行系列片中的硅基生命

揭秘者

完了完了，那个时候就等于人类消失了