只有地球才是碳基生物（只有地球才是碳基生物嘛）

[摘要]只有地球才是碳基生物（只有地球才是碳基生物嘛），关于《只有地球才是碳基生物（只有地球才是碳基生物嘛）》的内容介绍。科学家一直在寻找碳基生命，难道生命只有碳基生命吗？ 我们为什么会是碳基生命呢？这主要有三个原因：1、碳原子有4...

只有地球才是碳基生物（只有地球才是碳基生物嘛），关于《只有地球才是碳基生物（只有地球才是碳基生物嘛）》的内容介绍。

科学家一直在寻找碳基生命，难道生命只有碳基生命吗？ 我们为什么会是碳基生命呢？这主要有三个原因：1、碳原子有4个自由电子，这个特性可以使碳原子有很强的得到电子的能力（又...

科学家一直在寻找碳基生命，难道生命只有碳基生命吗？

我们为什么会是碳基生命呢？这主要有三个原因：1、碳原子有4个自由电子，这个特性可以使碳原子有很强的得到电子的能力（又称氧化性）和失去电子的能力（又称还原性），因此碳元素非常容易形成复杂的高分子有机物；2、碳元素构成的碳基分子活性非常强，能够进行快速的化学反应，可以让生命可以对环境迅速的做出反应；3、碳的氧化物都是以气体的形态存在，可以让生命的物质非常方便的循环。正是因为碳元素有着这些非常优越的化学特性，才造就了现在地球上丰富多采的生命形态。

时至今日，我们所知道的宇宙中只有地球上存在着生命，而地球上的所有的生命都是碳基生物。那么，在宇宙中，有没有可能存在不依靠碳的生命呢？关于这个问题，早在1891年德国波茨坦大学的天体物理学家儒略.申纳(Julius Sheiner)就提出了硅基生命存在的可能性，他指出硅和碳的很多化学特性都非常相似，在合适的条件下，硅也可以形成复杂的高分子化合物，并且这些化合物也具有相当高的活性，既然碳的化合物可以支撑生命的活动，那硅也可以。

在他之后，著名作家、生物化学家艾萨克.阿西莫夫（Isaac Asimov）在他的《生命并非我们所知》（Life not as we know it）一书中提出，生命应该是多种多样的，它不应该拘泥于某一种形态，在文中他假想了宇宙中可能存在的六种生命形态：

1、以氟化硅酮为介质的硅基生物

2、以硫为介质的硫基生物

3、以水为介质的碳基生物

4、以氨为介质的氨基生物

5、以甲烷为介质的甲烷生物

6、以氢为介质的氢基生物

这些假想的生物乍一看简直匪夷所思，但细细一想又好像有它的道理。例如第1、2项生物可能出现在高温环境的星球，而第4到6项则可能出现在极度寒冷的星球。虽然经过科学论证，这些生物出现的可能性非常低，但在浩淼的宇宙中存在着数量难以想象的星球，说不定在某一颗特殊环境的星球上，就有它们其中的一员存在。其实我们碳基生物对环境的要求也是很高的，形成碳基生命的众多条件中随便缺少一种，我们便无法生存，在整个太阳系，也只有地球存在着生命。宇宙中有地球这样独特的星球存在，当然也很可能有另一种独特的星球存在了。

在地球上的众多生命中，也有很多令人惊讶的事实，海洋中大量存在的硅藻，它的细胞壁就是硅质的，生活在大洋深处的一种叫“放射虫”的生物，也拥有硅质的骨骼。从南极寒冷的冰层下到海底炽热的岩浆旁，从最干燥的沙漠到上万米的的高空，各种喜氧的、厌氧的生命几乎是无处不在，它们以不同的方式在各自的环境中生生不息。因此，本人认为生命会根据外部环境的情况做出相应的调整，以不同的形态在宇宙中生存。（下图为放射虫）

也许在宇宙中一颗遥远的星球上，会呈现出与地球完全不一样的景象：那里有由高温的液化金属构成的赤红铯的海洋，在海岸边生长着很多玻璃状结构的植物，再远一点，有很多闪闪发光的动物在四处活动，它们的血管中流淌着的是熔化的铁水，肌肉主要由某种玻璃纤维构成，而在更远的地方，耸立着一排排高大雄伟的建筑……

为什么都说地球生物是碳基生命

人类的好奇心无穷无尽，对地外生命的推测从未停止过。为了了解是否有其他生命存在，我们发射了几艘星际无人探测器，探索浩瀚外太空中的其他地方。如果外星生命真的存在，它们会是怎样的存在呢？

从地球生命来看，我们都是碳基生命。然而，美国天文学家卡尔?萨根把这种狭隘的观点称为“碳沙文主义”， 他认为我们不应该限制我们的想象力，做出外星生命会类似于地球生命的愚蠢假设。

尽管如此，由于碳在地球上的绝对优势，这仍然是我们最佳猜测。那么，碳为何如此特殊？

想象中的硅基生命

每一种生命形式，无论是植物还是动物，都体现了复杂性。第一个自我复制的生物体通过融合越来越多分子的复杂性，进化出愈加复杂的生物功能。这里的复杂性指的是促进形成数百万复杂的化学键和反应，这些都是维持更高生命形式的必要条件。诸如变形虫这样原始的生命形式，它们发展出的分子复杂性远远小于更高等的哺乳动物。

分子的复杂性使得一些高级功能可以出现，如呼吸、排泄、消化，最重要的是，繁殖。如果没有碳元素，这一切都不可能实现。如果没有碳，就不会有DNA、蛋白质、脂质、糖类、脂肪、肌肉组织或任何其他构成生命的东西。

目前，人类已经发现了118种元素，奇怪的是为什么只有几种元素被用来构成有机生命。当然，其中最常见的是碳元素。由于碳的特殊热力学和化学性质，使它比其他元素更为优越。

元素周期表

一个碳原子由四个价电子组成，使它可形成四根单键（比如甲烷），两根双键（比如二氧化碳）和一根三键（比如乙炔）。然而，碳的主导地位并不是因为它形成这些复杂化学键的能力，而是它形成这些键时非常容易和灵活。事实上，元素周期表中与碳同族的元素都有4个价电子，但是它们所形成的键的稳定性无法与碳相比。

在元素周期表中，6号元素碳的正下方是14号元素硅。这种元素也能形成无数的分子，但是双键的硅分子不像双键的碳分子那样稳定，它们只能短暂存在，它们的不稳定性最终迫使其转变为单键。碳分子，如碳氢化合物，是维持生命的最关键分子种类之一，它们既不会太活泼而导致容易分解，也不会太稳定而妨碍可塑性和适应性，这使得酶能够很容易地操纵碳分子。

DNA双螺旋结构的4种碱基对片段

因此，硅基生命很难能在地球上生存。硅比碳更为亲氧，在相对较低的温度下，它也会与氧气发生剧烈反应。这意味着硅链或硅烷无法在我们的大气层中存在。如果生物体直接将能量储存为碳氢化合物，那碳基生命也无法生存，因为烷烃本身就很易燃（比如汽油和煤油）。但碳基生物是将能量储存为如糖、脂质、醇类以及其他具有非常不同化学性质的碳氢化合物。

所有这些性质都可以解释为：碳是拥有4个价电子的最小原子。它的大小合适，可以形成各种化学键。如果大自然缺乏这种原材料，生命是不可能产生的。又由于地球上的碳很丰富，所以大自然就利用碳的特性开始构建生命，使得所有的地球生命都是碳基生命。至于宇宙中是否存在诸如硅基生命这样不同基质的生命，还需进一步研究才知道。

为什么说地球生命是碳基生命，而不是氧基或者氮基呢？

这个问题是从元素的角度提出的，但是生命是以分子结构来进行分类的。地球生命以“碳”为基础，碳这种物质的原子以相互之间的共价键构成了生命物质的“链”，而氧和氮只是对生命物质链的“锦上添花”。

碳可以和别的物质形成4个稳固的共价键，每个支链上的物质的不同，又会形成以碳为中心的大分子物质有复杂的空间构象，空间构象是生命物质发挥功能的重要基础，蛋白质在合成以后基本都需要再经过其他细胞器添加微量元素等形成空间构象后才能发挥作用。氧和氮在碳链上的作用就是和碳之间形成共价键，相互之间可以通过静电等作用力结合，这种结合是不很稳定的，像DNA双链碱基的相互作用就是这种，便于双链的解离、翻译合成蛋白等物质。

仅仅从人体组成成分上来说，人体排在前三位的元素是氧、碳、氢，不过氢氧中有很大一部分都是靠占人体重量60%以上的水撑起来的，但水在人体中虽然有以结合水的方式存在的，但更多的确实游离在组织中，承担溶解物质、为细胞提供合适的生活环境的作用，加上氧的原子序数在碳之后，单个原子也是比碳重的。在排除水之后，人体元素比例中碳应该就是第一位的了，在生命物质的形成中承担着无可替代的作用。所以才说地球生命是碳基生命。

现在认为生命是物质运动偶然产生的，地壳元素中碳也不是排在第一的，但为什么就只有碳才能承担起“基础”的作用确实是难搞明白的。生命到底可以以何种形式存在，那些物质可以承担构成基础生命物质的作用，需要人类慢慢去探索了。

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