硅能像地球上的碳一样，成为外星人形式的基础吗？

jeff963

硅基生命想象图

元素周期表的第四组含有碳(C)、硅(Si)和几种重金属。碳，当然，是我们所知道的生命的组成部分。
那么，是否有可能在其他星系中存在一颗行星，在那里硅可以代替碳，作为生命的主要组成部分呢?
有些科幻小说都以硅为基础的生命形式为特色——有知觉的晶体、可怕的金色沙粒，甚至还有一种生物，它的粪便就是硅砖。这些小说读起来不错，但在化学方面存在一些问题。
的确，碳和硅有许多相同的特性。每个原子都有4个价电子，也就是说，单个原子在形成化合物时与其他元素成四键。每一单元都与氧结合，每一种都形成长链，称为聚合物，在其中与氧交替。

云母矿物

在最简单的情况下，碳产生一种叫做聚缩醛的聚合物，一种用于合成纤维和设备的塑料。硅产生聚合硅酮，我们用它来做防水布或润滑剂。
但是，当碳氧化时，或者说在燃烧过程中与氧结合，它就变成了气体二氧化碳;而硅氧化成固体二氧化硅。
为什么硅基生命很难存在？
硅氧化成固体的事实是它不能维持生命的一个基本原因。二氧化硅或沙子是固体，因为硅非常喜欢氧，而二氧化硅形成一个晶格，其中一个硅原子被四个氧原子包围。硅酸盐化合物也存在于长石、云母、沸石或滑石等矿物中。这些固体系统会给生物系统带来处理问题。

还要考虑到生命形式需要某种方式来收集、储存和利用能量。能源必须来自环境。一旦被吸收或摄入，能量必须准确地释放到需要的地方和时间。否则，所有的能量都可能同时释放热量，将生命焚毁。
在以碳为基础的世界中，基本的存储元素是一种碳水化合物，其分子式为Cx(HOH)y。这种碳水化合物氧化成水和二氧化碳，然后与空气交换。
碳被单键连接成一条链，这个过程叫做链化。一种以碳为基础的生命体利用一种叫做酶的速度调节器，通过控制步骤来“燃烧”这种燃料。
这些大而复杂的分子之所以能精确地完成它们的工作，仅仅是因为它们具有一种叫做“旋向性”的特性。
当任何一种酶与它帮助反应的化合物“配对”时，这两种分子形状就像一把锁和钥匙，或者握手一样紧密结合在一起。

地球的碳基生命

事实上，许多碳基分子利用了左右两种形式。例如，大自然选择了同样稳定的六碳碳水化合物来储存我们肝脏(以糖原聚合物的形式)和树木(以聚合物纤维素的形式)的能量。
糖原和纤维素的区别主要在于单个碳原子的旋向性，当碳水化合物聚合或形成链时，就会形成这种旋向性。
纤维素具有两种可能性中最稳定的形式，而糖原是第二稳定的。因为人类没有把纤维素分解成基本的碳水化合物的酶，所以我们不能把它用作食物。但许多低等生命形式可以，如细菌。
简而言之，旋向性是一种特征，它使各种生物分子具有识别和调节各种生物过程的能力。硅不会形成很多具有旋向性的化合物。
因此，硅基生物很难实现碳基酶为我们提供的所有奇妙的调节和识别功能。

《星际迷航》中硅基生命

硅化合物的用途
尽管如此，自从弗雷德里克·斯坦利·基平(Frederic Stanley Kipping, 1863-1949)发现一些有趣的硅化合物可以制成以来，化学家们一直孜孜不倦地创造新的硅化合物。
硅领域最高的国际奖项是基平奖（Kipping Award）。经过多年的研究，尽管现代“炼金术士”有各种可用的试剂，但许多碳化合物的硅类似物就是无法形成。

硅化合物

热力学数据证实，这些类似物往往太不稳定或反应性太强。但是硅化合物的用途还是非常广泛的。
可以考虑硅的微观和纳米结构；太阳能应用；一种硅酮液体，它可以携带氧化剂到收缩由其他硅酮组成的肌肉样元素;硅酸盐骨骼材料;硅胶膜等等。
其中一些结构甚至看起来是活的。但创造生命形式所需的化学物质根本不存在。生命的复杂舞蹈需要连锁反应。这些反应只能在很窄的温度和pH值范围内发生。考虑到这些限制，硅基生命很难形成。
硅还做了一件关于生命事。地球上的生命主要由右利的碳水化合物和左利的氨基酸组成。为什么它们没有相反的旋向性，或者它们都有相同的旋向性?
许多化学家认为，第一个“手性”碳化合物形成于“粘稠”的岩石池中，具有“手性”二氧化硅表面。而这个表面的旋向性促进了碳化合物的产生，这些碳化合物现在是地球生命形式的首选。

快速阅读
1、虽然碳和硅有许多相同的特性，但很难存硅基生命。
2、原因一：氧化成固体不能维持生命
3、原因二：硅不会形成很多具有旋向性的化合物，所以很难收集、存储和利用能量。
4、硅化合物的用途很广泛，但是最重要的是硅促进了地球生命的形成。

  
本文选自：今日头条