【腦洞系列】矽基生物如果存在的話,會是什麼形式存在的?

天空之城 2021/01/20 檢舉 我要評論
 

哇!真的第一次見哎,知识不会,只是姿势不对;科学凡此种种,用人话讲才能听懂

文/天空之城

 

所有已知的地球生物都是碳基生物,碳基生物的意思就是以碳元素為有機為基礎的生物,而矽基生物不過是科學家設想的一種生物,它是以矽元素為有機物基礎的生物。那麼,如果矽基生物存在的話,它們是以什麼形式存在的呢?我們簡單地來探討一下這個問題。

矽基生命假說

之所以說現存地球上已知的生物都是碳基生物,是因為所有地球生物體內氨基酸的連結元素就是碳元素,也就是連接氨基和羧(suo)基的就是碳元素。但是,在地球生物體內,含量最多的並不是碳元素,而是氧元素。我們以人為例,佔據人類品質65%的是氧元素,而碳元素只排在第二位元,占比18%

。雖然碳元素不是生物體內最多的元素,但是它除了是細胞結構必不可少的元素外,在細胞幹重中碳元素的品質分別占約44%(植物)和56%(動物),因此,碳元素對於地球生物來說是最重要的生命元素,這也是地球生物被稱為「碳基生物」的主要原因。

弄清了碳基生物的概念,矽基生物就很好理解了,它就是將連接氨基和羧基的由碳元素,變為了矽元素。最早提出矽基生物概念的是德國的天體物理學家儒略·申納爾,他在1981年的論文中首次提出了可能會有以矽元素為基礎的生物存在的可能性。

理由是,在宇宙中有許多溫度很高的星球,而對於碳基生物而言高溫的星球顯然不是宜居的,但是,矽元素與碳元素的化學性相近,而且相對碳元素,矽元素的耐高溫性更強,而這就是我們電腦的CPU和風扇間要塗一層矽膠,而不是其他物質的原因。

從這個角度看,假如宇宙中有其他生物的話,它們是矽基生物的可能性還是很高的。

矽基生物如果存在的話,它們是以什麼形態存在的?

首先,碳基生物必須攝入含碳的食物才能夠維持正常的生命體征,同樣的,矽基生命必須也要以含矽的食物為食,不過,從目前科學對宇宙的探索看,矽元素在宇宙中含量較低,因此,即便是矽基生物存在,它們的數量也比較的少,當然也不排除它們在我們沒有探測到的星球上,而這個星球上富含矽元素的可能性。

其次,碳基生物之所以能夠存在就是因為碳元素與氧極容易結合,而結合後的二氧化碳是一種氣體,可以直接被新陳代謝掉。但是,矽基生物就不同了,矽元素與氧也容易結合,而且結合後的二氧化矽是固體,這就代表著,矽基生物呼吸或者是進食都會在身體中產生大量的固體,而這些固體很難排出體外,而且穩定性極強(熔點為1650℃左右)。

而解決這個問題,最好的辦法就是星球上的溫度高於二氧化矽的熔點,此時二氧化矽呈液態,才更有助於它們排出這些「垃圾」。

最後就是結合了。在地球上碳基生物有各種各樣的形態,這是由什麼決定的呢?還是碳原子。碳原子小到我們無法觀察到,但是正是這些看不見的原子組成了分子,而讓它們組合的就是化學鍵。碳原子與矽原子都有4個化學鍵,這就是它們組合的方式。不同的是碳原子在結合時(碳基化合物具備不對稱性),因為不對稱性出現了左旋和右旋,這就使得分子有了形狀,這些簡單的分子再合成高分子時,同樣也會產生不同的形狀,此時,碳基生物的形態多樣性就有了。

矽原子雖然和碳原子一樣都有4個化學鍵,但是矽原子比碳原子多了一個電子層,這就導致了矽原子在結合時相當的不穩定,而且矽基化合物具備對稱性,所以它們也就沒有了左旋右旋,進而它們的形態也較為單一。並且矽原子因為不穩定性很難形成長鏈,也就無法形成較大的大分子。

基於以上的分析,如果矽基生物存在,幾乎可以肯定地說它們生活的星球上一定是高溫的,在如此高溫的條件下,它們要想形成穩定的形態,那麼就需要身體組成的其他部分的熔點要高於二氧化矽。因此,它們要麼是由穩定性極高的物質組成的小個體(矽鏈比較的短),要麼是液態甚至是氣態的存在。這是一個可能。

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