硅基生命：宇宙中的另类生存法则？

创作时间:

2025-01-22 04:54:55

作者:

@小白创作中心

硅基生命：宇宙中的另类生存法则？

“硅基生命”这一概念首次于19世纪被提出。1891年，波茨坦大学的天体物理学家儒略申纳（Julius Sheiner）在他的一篇文章中就探讨了以硅为基础的生命存在的可能性，他大概是提及硅基生命的第一个人。这个概念被英国化学家詹姆斯·爱默生雷诺兹（James Emerson Reynolds）所接受，1893年，他在英国科学促进协会的一次演讲中指出，硅化合物的热稳定性使得以其为基础的生命可以在高温下生存。

三十年后，英国遗传学家约翰·波顿·桑德森·霍尔丹（John Burdon Sanderson Haldane）提出，在一个行星的深处可能发现基于半融化状态硅酸盐的生命，而铁元素的氧化作用则向它们提供能量。

硅由于在宇宙中分布广泛，且在元素周期表中位于碳的下方，与其同主族，所以和碳元素的许多基本性质相似。举例而言，正如同碳能和四个氢原子化合形成甲烷（CH4），硅也能同样地形成硅烷（SiH4），硅酸盐是碳酸盐的类似物，三氯硅烷（HSiCl3）则是三氯甲烷（CHCl3）的类似物，以此类推。而且，两种元素都能组成长链，或聚合物，它们都能在其中与氧交替排列，最简单的情形是，碳-氧链形成聚缩醛，它经常用于合成纤维，而用硅和氧搭成骨架则产生聚合硅酮（即硅氧烷）。所以乍看起来硅的确是一种作为碳替代物构成生命体的很有前途的元素，且有可能出现一些特异的生命形态就有可能以类似硅酮的物质构成。硅基动物很可能看起来像是些会活动的晶体，就如同迪金森和斯凯勒尔（Dickinson and Schaller）所绘制的一张想象图一样——一只徜徉在硅基植物丛中的硅基动物，这种生物体的结构件可能是被类似玻璃纤维的丝线串在一起，中间连接以张肌件以形成灵活、精巧甚至薄而且透明的结构。

然而，随着无机化学的发展，人们却发现，硅的表现并不能合乎人们的期望。以有机化学为参考，依靠合成硅烷、硅氧烷等物质的衍生物对有机物的复刻，建立一个能望有机化学项背的硅氢化学体系的尝试以失败告终：

硅烷及其衍生物热稳定性和化学稳定性不足；而硅氧烷虽然十分稳定，其复杂性和多变性却要依赖复杂的有机基团。因此，它们都难以形成生命。
早期研究者对硅所拥有的高期望更多是由于当时人类对硅元素的性质了解不够的知识客观局限所带来的，但今天的我们如果还像古人一样认为硅基生命存在的可能性非常大，那无疑就是十分可笑的了。
不过也不必太沮丧，硅元素存在诸多问题，并不代表非碳基生命是不可能的，因为基于硅烷的氢化物体系实际上并非碳以外的最优解：实际上，硼和磷都具有超过硅的连接能力和成键多样性；硼烷硼数和磷烷磷数最大都已超过20；硼烷磷烷衍生物也都较硅烷衍生物更复杂、多变；而且磷烷已在宇宙中发现，硼烷则可能依靠行星化学过程生成。而事实上，就氢化物体系的综合实力而言，它们也的确远胜于硅。它们无疑才是非碳基生命的更有力竞争者。
化学层面的非碳基生命研究中的问题有人指出，对包括硅基生命在内的化学层面的非碳基生命的研究长期缺少来自无机化学领域的声音，但研究化学层面的非碳基生命却不可能绕过无机化学。而有机化学家和生物化学家对无机化学知识的缺乏也导致他们对非碳基生命作出了错误的判断，例如过分高估硅的能力和低估其它元素的潜力。早期化学家都认为，“无机化学不过是矿物的化学，即使有复杂分子，也不过是硅烷这样的碳烃复刻品”；而“硅基生命”也是在这样的背景下所提出的。但事实的发展却出乎所有人意料——最终发展出一个综合实力与碳相当的氢化物体系的反而是至

硅基生命面临的挑战

尽管硅基生命在理论上具有可能性，但其在地球上存在的可能性较低，主要面临以下挑战：

化学稳定性问题：硅的连接能力较差，硅烷及其衍生物热稳定性差，容易被各类质子溶剂完全破坏。这使得硅基生命难以在地球的水环境中生存。
代谢过程难题：硅基生命在代谢过程中会产生二氧化硅（石英砂）等固体物质，这会阻碍生物体的新陈代谢过程。相比之下，碳基生命代谢产生的二氧化碳是气体，更容易排出体外。
生存环境限制：硅基生命可能更适合在高温、高压或高辐射的极端环境中生存，而地球的温和环境更适宜碳基生命。