碳可能不是生命的唯一基础。也寻找硅

当我们在其他行星上寻找生命时,我们通常的意思是我们正在寻找生活 – 基于碳的生命,它需要液态水,并将光或化学物质用作其能量

当我们在其他行星上寻找生命时,我们通常的意思是我们正在寻找我们所知道的生命 – 基于碳的生命,它需要液态水,并将光或化学物质用作其能源。当在像火星一样(相当)的地球般的星球上寻找生命时,这是有道理的。但是,对于其他行星机构,尤其是我们太阳系以外的人来说,这是否有意义?

科幻小说中的一个常见建议是,碳可以用硅作为生命的主要组成部分取代。您可能还记得1967年《星际迷航》情节“黑暗中的魔鬼”或以撒·阿西莫夫(Isaac Asimov)短篇小说《说话的石头》中的硅生命形式。

为什么碳占主导地位的生命

但是在地球上,有机化学是指碳化学。这是由于碳在形成复合物,稳定分子方面的多功能性 – 不仅与自身,而且还与其他元素,尤其是氢,氧气和氮。有数百万个碳化合物,其中许多是我们所知道的生命必不可少的 – 从蛋白质和DNA到气态甲烷和二氧化碳,这对于我们地球上许多生命形式的代谢至关重要。

在地球上,用硅作为生命的要素代替碳是行不通的。生物化学在我们星球上的现实不允许。当暴露于大气中的氧气时,元素硅会迅速而疯狂地氧化成硅酸盐(岩石)。暴露于液态水的元素硅也会发生同样的事情。在地球上,大多数岩石(例如花岗岩和玄武岩)是由硅酸盐矿物建造的,这些矿物基于硅和氧框架。任何自由硅都将在此框架中绑定,并且会在中等温度下惰性(即无法与其他元素结合在一起)。硅只能在非常高温下与其他元素结合使用,例如岩浆室。但是,即便如此,根据麻省理工学院的Janusz Petkowski领导的一篇论文,强大的硅氧键在大约同一时间都会破裂,这将使它们不适合生物学过程。但是,硅。被称为硅藻的常见藻类需要硅才能生长。没有硅,植物将无法保持直立但灵活。在毛,指甲和皮肤的结缔组织中发现硅酸。当骨头骨折时,在断裂愈合时会发现高水平的二氧化硅。

硅的生活方式

具有讽刺意味的是,地球是一个富含硅的星球。因此,如果没有机会在地球上硅生命,那不会像我们自己一样取消其他行星的资格吗?不必要。基于硅的生命的先决条件是外部或外事物没有大量的游离氧或液态水。在这种情况下,可能存在有机硅化合物。在这样的环境中,硅烷(SIH4)可以取代甲烷(CH4)。所谓的多硅烷(具有多个SIH4组的化合物)可能是替代生物化学的开始。这样的世界外观如何?我们太阳系中最接近的类似物是土星的大月亮泰坦,它不仅没有氧气和液态水,而且也很冷,这对基于硅烷的生命有益。但是,泰坦的生命需要与水不同。月亮的液体甲烷和乙烷湖可能会起作用。但是泰坦有很多碳,它们可能会与其他元素结合在一起。在一个比泰坦温度略高的世界中,甲醇可能是基于硅生命的溶剂。

彼得科夫斯基(Petkowski)在论文中的一个令人惊讶的发现是,硫酸(通常是我们通常认为是致命的),理论上可以支持有机硅化学的丰富多样性。我们的太阳系中有两个地方,上面有很多硫酸:下级金星的气氛和木星的月亮IO的近乎提交面。在这些地点上推测为生命的避风港可能会牵强,但是我们必须放开以地球为中心的观点来考虑所有可能性。过去的生活常常使我们感到惊讶。而且,如果我们曾经在太阳系之外冒险,我们可能会发现许多行星和卫星超出我们的想象力。

到目前为止,我们只谈论了世界轨道恒星或行星的替代性生物化学。那“流氓”行星呢?他们可能将热能代替恒星辐射作为主要能源。在地球上,阳光可以维持生命,因为有很多生命。但是,在中子恒星或磁场上,生命可能会从恒星的磁场中收获能量。杰拉尔德·费恩伯格(Gerald Feinberg)和罗伯特·夏皮罗(Robert Shapiro)甚至提出,就像DNA在地球上所做的那样,可以将不同的磁矩比对来将信息从一代传递到另一代的机制。

截至目前,天文学家已经能够在外太空中发现几种有机硅化合物,并且碳化合物似乎更丰富。碳很可能以外星人的生活为主。但是,基于硅的生命发展可能仍然有一些行星。

当然,如果我们考虑未来的进化,即使在我们自己的星球上,基于硅生命的大门也是敞开的。生命的一些定义包括自我复制机器(有一天)可以从原材料中组装出来,然后将装配说明转移到新建的机器上,这可能会重复制造过程。有一天,“生命”的形式可能主导着目前在地球上演出的相当原始的基于碳的生命形式:美国。

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