【腦洞系列】宇宙中很可能沒有自然產生的矽基生命,碳基才是宇宙主流生命形式

天空之城 2020/10/26 檢舉 我要评论

探索與發現

宇宙中有沒有矽基生命?多年來,科學家們一直在討論這個問題。其實這個問題大家也糾結很久了,我平時經常看大家的評論,不過我看到一些朋友對於矽基生命的認識是有錯誤的,矽基生物沒有我們想像的那麼強大,但是它們一定會很特殊,如果真實存在,這將是前所未見的,一定非常有趣。一說到尋找外星生命,就會有很多朋友說宇宙中的生命不一定都是碳基生物。如果宇宙中有很多生命,相比較與矽基或者其他生物,碳基生物才是更主流的存在,為什麼這麼說呢?大家接著看下去就會明白了。

首先,在海洋星球或在富氧星球上,以矽為基礎的生命幾乎是不可能的,因為任何游離矽都會迅速劇烈地反應,形成矽酸鹽岩石。全劇終,根本沒有下一步的反應。那除了這些星球呢?宇宙中的星球太多了,沒錯,科學家們研究了矽的替代溶劑,包括低溫溶劑,不過,任何化合物都很難在如此低溫的環境下有反應,這是為了模擬其他星球的表面環境,就比如月球,你想不到吧,太陽系最寒冷的地方在月球背面的隕石坑中,數十億年來那裡從來沒有過一絲陽光。所以,儘管矽在地球上有許多生物學用途,但矽是其他地方生命的主要組成部分的可能性是很低的。

其實我們認為的矽基生物,不是純矽基生物,而是一種結合碳基生物的混合矽基生物,科學家們已經做過類似實驗了。我們可以幫助一個新的物種進化,我們甚至可以創造新的物種,那就是將矽結合到碳基分子中。另外,科學家們早就知道地球上的生命能夠用化學方法與矽融合,但是這僅限於融合。比如說科學家們在其他植物中發現一種被稱為植矽體的二氧化矽微粒,而被稱為矽藻的光合藻類中擁有二氧化矽。然而,這些反應遠遠達不到矽基生物的標準,它們說到底還是碳基生物,也許是一些朋友過度解讀了。

我們知道,碳是所有已知生物的非常重要的組成部分,一開始我們也說過了,地球上的生命是以碳為基礎的,為什麼我們不是矽基生物?是因為每個碳原子可以同時與多達四個其他原子形成鍵,碳的這種性質使碳非常適合形成長鏈分子,這些分子是我們所知道的生命的基礎,例如蛋白質和DNA。蛋白質和DNA對我們有多重要,我就不在這裡具體說了。

探索可能存在的矽基生物的起源

碳和矽的化學性質非常相似,因為矽原子也可以同時與最多四個原子形成鍵。此外,矽是宇宙中最常見的元素之一。在地球上,矽也是非常普遍的,矽占地殼品質的30%,大約是地殼中碳含量的150倍。矽與碳是最接近的,但是還是差點意思,下邊會具體說到……

特殊生命,特殊的結構,你可能會問,矽基生物也許不需要什麼DNA或者蛋白質,那麼,外星生命是否可能具有與地球生命完全不同的化學基礎呢。例如,外星生命可能依賴氨或甲烷,而不是依賴水作為生物分子的運行溶劑,或許外星生命可以用矽代替碳來製造生命分子?

之前還有科學家們研究過一種被稱為定向改變的策略,引導微生物創造出在自然界中從未見過的分子,1990年代就有類似的實驗與思考了。舉一個例子,我們知道農民們長期以來都是通過培育一代又一代的有機體農作物來改造農作物的特性和牲畜,這就和那一樣,科學家們希望這些生物能呈現出他們想要的特徵,科學家也培育了微生物來創造他們想要的分子。

所以多年來,科學家們一直採用定向改變策略來製造家用產品,如洗滌劑,並開發出環保型的方法來製造藥品、燃料和其他工業產品。傳統的化學製造工藝可能需要有毒的化學物質,但是恰恰相反,定向改變策略可以使用活生物體來創造分子,這可以避免使用對生命有害的化學物質,但是這些還都只是副產物,不是說這些生物體就是矽基生物了。

眾多科學家都專注于研究一種酶,這是一種催化或加速化學反應的蛋白質,他們的目標是創造能產生有機矽化合物的酶。具體過程就是科學家們先從某些特定的酶入手,接下來,他們以或多或少隨機的方式對這些蛋白質的DNA進行突變,並測試所產生的酶是否具有所需的特性。表現最好的酶再次進行突變,這個過程不斷重複,直到產生他們想要的結果。科學家們從被稱為血紅素蛋白的酶開始,這些酶的都含有鐵,能夠催化多種反應。最後的實驗結果證明,血紅素蛋白通常會將電子傳遞給微生物中的其他蛋白質,科學家們發現,它能產生低水準的有機矽化合物。

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