上期我们说到寻找外星生命,提到什么是「生命」时,留下了一个问题尾巴——
为什么地球生命非得是碳基生命,而不是非碳基生命呢?
外星生命有可能是硅基生命吗?
宇宙中到底有没有非碳基生命?
本期我们就来啃啃这块硬骨头。先说说,大自然为什么让地球生命自然选择碳基生命?
大家知道,自从化学尤其是分子生物学快速发展以来,科学家们发现:地球上所有生命形态和物种,无外乎都是由25种化学元素构成的。
一个典型的生物细胞比如人体细胞的总质量当中,有96%是由氧(65%)、碳(18%)、氢(10%)、氮(3%)这4种主要元素构成的,其余的则是由少量其他元素构成的,比如说钙、磷、钾、硫、钠、氯、镁、铁等等。
有人马上会问,人体总质量不是氧元素占了大部分吗?高达65%!我们不是以氧为基础的生命形态吗?为什么我们不叫氧基生命,而叫碳基生命呢?
是这样的,包括人类在内的所有地球生命,活体细胞中多数的氧元素,其实是以水的形式存在的,含在水分子H2O里了。
然而,对细胞结构和功能起关键作用的,却是另外一种元素——这就是碳。所以呢,我们说地球生命都是以碳元素为基础的,于是就叫碳基生命Carbon-Based Life。
最关键的问题来了,为啥生命选择的是碳元素,而不是其他元素呢?
要想回答这个问题,我们就得进入粒子尺度下,看看碳元素的特点。凡是学过点化学的都知道,分子中的原子,都是通过化学键相互连接在一起的。
什么?忘了啥是化学键啦?化学键,就是一种粒子间的吸引力,让原子、分子透过这种吸引力,组成——我们宏观尺度下看得见的物质。
文科生不妨把化学键想象成每一种元素的手臂。有了这种手和胳膊——化学键,原子之间就可以手拉手,勾勾搭搭混迹天涯了。
不同元素拥有手臂的数量也不同。像氢原子只有一只手,这就意味着一次只能跟另一个原子手拉手。像氧原子就有两只手,意味着同时能跟两个原子勾勾搭搭。
像碳原子竟有四只手,这就意味着:它最多可以同时跟4个原子勾勾搭搭。这就有意思了,想想看每个碳原子都有四只手,如果相互连接一起,上下左右前后,手拉手成三维结构,就会创造出千差万别的各种碳骨架——这就成了各种各样有机化合物的基础。
科学家把这种含碳的分子统称为有机分子,从最简单的有机分子(碳氢化合物甲烷),一直到复杂多样的高分子有机物