探究地球以外的生命:硅基生命

在我们的在宇宙中,我相信生命甚至智慧生命绝不只是地球独有的现象,虽然是罕见的,但我们并不孤单。从哲学意义上讲,宇宙的无限注定了天体数量的无限,从而也可以注定存在生命的天体数量同样无限。问题只有一个,那就是无法发现。

地球上的全部生命都是以碳和水为基础,而且很可能宇宙中大部分的生命形态也都是如此。不过也有很多人相信,碳以外的其他元素以及水以外的其他介质,也可以为生命提供基础。早在1885年,爱尔兰出生的天文学家兼数学家罗伯特-鲍尔(Robert Stawell Ball)就曾在他的《天堂的故事》一书中,提到地外生命可能和地球上的完全不同,他写道:倘若我们能够得到机会去近距离观察一些天体,我们可能会发现它们也充满了生命,但却是特化适应于环境的生命。以奇特而怪异的形态出现的生命......那么除了碳基生命的形式以外,还有可能存在哪些生命形式呢?既然没人知道,那么我们就可以发挥想象力胡编了。

探究地球以外的生命:硅基生命

罗伯特·鲍尔

说到碳基生命以外的生命形态,只要对这方面多少有点了解,首先想到的就是硅基生命。你可能想不到的是,硅基生命这个概念早在19世纪就出现了。1891年,德国波茨坦大学的天体物理学家儒略-申纳尔(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。后来,这个概念被英国化学家詹姆士-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。

探究地球以外的生命:硅基生命

儒略·申纳尔

再后来,英国著名科幻作家赫伯特-韦尔斯(Herbert George Wells)进一步发展了硅基生命的观念,他在书中写道:人们会为这种设想所带来的奇异想象所震惊,既然有硅—铝生命体,为什么不会立刻想到硅—铝的人?让我们说,他们在硫磺气组成的大气中漫步,徜徉在温度比熔炉更高的、数千度的融化的钢铁海洋旁。

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韦尔斯

三十年后,英国遗传学家约翰-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着能量。

探究地球以外的生命:硅基生命

霍尔丹

那么为什么在众多的元素中,人们偏偏以为除了碳基生命外,硅基生命是最有可能的呢?这是因为,硅与碳有许多相似之处,这就使得人们认为,硅是一种碳的替代物来构成生命体的很有前途的元素。

硅在宇宙中分布广泛,而在元素周期表中,它就在碳的下方,所以和碳元素的许多基本性质都相似。比如说,碳能和四个氢原子化合形成甲烷(CH4),而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,诸如此类还有很多。而且,硅和碳两种元素都能组成长链或聚合物,它们在其中同氧交替排列,最简单的情形就是,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可以产生“聚合硅酮”。

探究地球以外的生命:硅基生命

硅烷

基于上述情况,一些特异的生命形态,就有可能以类似硅酮的物质构成。外观上看去,硅基动物很可能像是些会活动的晶体,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,中间以张肌连接,以形成灵活、精巧甚至薄而透明的结构。

硅基生命(假想图)

探究地球以外的生命:硅基生命

可见,至少在我们的想象中,这些结晶体似的生物一定非常漂亮,如果它们可以在常温下生存的话,买一个当做宠物想必是极好的。而且这种宠物不会传播细菌和寄生虫,因为作为碳基生命的细菌和寄生虫,对这种完全不同的生命是无能为力的。所以可以想见的是,硅基生命也不会有碳基生命这样或那样的毛病。

不过即便如此,硅基生命存在的可能性却依然受到许多缺陷的威胁。

首先,一个很大的缺陷就是硅同氧的结合力非常强。当碳在地球生物的呼吸过程中被氧化时,会形成二氧化碳气体,这是种很容易从生物体中移除的废弃物质;但是,硅的氧化则会形成固体。这是因为,在二氧化硅刚形成的时候就会形成晶格,使得每个硅原子都被四个氧原子包围,而不是象二氧化碳那样每个分子都是单独游离的,处置这样的固体物质,会给硅基生命的呼吸过程带来很大挑战。

二氧化硅晶体结构

探究地球以外的生命:硅基生命

其次,只要是生命形态,就必须从外界环境中收集、储存和利用能量。在碳基生物这里,储存能量的最基本的化合物是碳水化合物。在碳水化合物中,碳原子由单键连接成一条链,而利用酶控制的对碳水化合物的一系列氧化步骤会释放能量。这些酶是些大而复杂的分子,它们依照分子的形状和左旋或右旋,对特定的反应进行催化,所谓的左旋或右旋,是因分子含有的碳的不对称使得分子出现左旋或者右旋,而多数碳基生物体内的物质都显示这个特征。正是这个特点,使得酶能够识别和规范碳基生物体内的大量不同的新陈代谢进程。但是,硅没能像碳这样产生众多的具有左旋或右旋特征的化合物,这也让它难以成为生命所需要的大量相互联系的链式反应的支持元素。

最后,硅链在水中不稳定,容易断掉,不像碳链这样在干湿环境下都保持稳定。虽然我们不会因此排除硅基生命存在的可能,但存在大量液态水的星球,肯定是排斥硅基生命的。

所以从理论上来说,硅基生命是难以出现的。而事实上,存在硅基生命,甚至存在硅基生命出现前的早期生命化学演化的低可能性,也被天文观测所验证。不管天文学家向哪里搜寻,不论是陨星、彗星、巨行星的大气、星际物质,还是冷却恒星的外层,人们都只能找到氧化的硅,像是二氧化硅和硅酸盐,但却找不到类似硅烷和硅酮这样的,作为硅生物化学存在预兆的物质。相反的,当我们寻找碳基生命的迹象时会发现,在陨星中不难找到氨基酸这样的碳基有机分子。而至于甲烷,不仅在太阳系的众多行星和卫星中很容易找到,而且在星际物质和星云中也能找到。甚至连甲基乙炔和氰基癸五炔这样的复杂分子,也都能从星际物质中找到。

不过即使如此,科学家相信,硅可能曾在地球生命的起源过程中,扮演过一定的角色。其依据在于地球生命的一个奇怪现象,地球生命特别喜欢利用右旋的糖和左旋的氨基酸。为什么会如此,对此的一个理论解释是,生命演化初期的第一批碳化合物,是在一片有着特定旋性的硅石表面上的“原始汤”内形成,而这种硅化合物的旋性,便决定了我们现在从地球生命体内找到的碳化合物的旋性。当然了,这个硅还是与硅基生命没有关系的。

尽管从生化角度看,找到硅基生命的可能性很渺茫。但硅基生命在科幻小说与影视作品中还是很兴盛的,而且科幻作品的许多描述,也提出了不少有关硅基生命的有益构想。比如说在小说《火星奥德赛》中,就描述了这样一种生命:该生命体有100万岁,每十分钟会沉淀下一块砖石,而这正是作者斯坦利•维斯鲍姆(Stanley Weisbaum)对硅基生命所面临的一个重大问题的回答,那就是硅基生命的废弃物。另外,在电影《黑暗中的恶魔》中,Janus IV的矿工发现了一种硅基生命形态,名叫Horta。每过5万年,所有的Horta就都死去,只剩下一个个体活着,照看将会孵化下一代的那些蛋。

维斯鲍姆

从这些作品中我们不难看出,人们对硅基生命的一个重要设想就是长寿,这大概来自人类从自然界岩石的恒久所得到的印象。而另外一个通常的看法则是,硅基生命很可能出现于温度比较高的星球上,比如说一个到处都是火山的星球上。这是因为,许多硅基化合物比碳基更稳定,比如硅-氧键可以承受大约600K的温度,而硅-铝键则能承受将近900K的温度,所以耐高温的性能极强,而且在高温下活性也更好。对于硅基生命来说,200℃甚至到400℃,才能让它们感到舒适,而在我们觉得舒适的室温下,它们很可能会被冻死,所以如果你想买一个硅基生命当宠物的话,别忘了配一个烤箱。

今天的最后我还要提及一种硅基生命,这种硅基生命并不存在生化过程,但它的实现也许要比真正的硅基生命更为现实,这便是人工智能。关于这一点,我想就不用多说了,各种影视、文学作品,像是《机器人总动员》、《机械姬》、《终结者》、《人工智能》、《机器管家》、《超能陆战队》、《黑客帝国》、《银河帝国》,甚至是《哆啦A梦》,大家早已耳熟能详。在很早的时候,我就说过我自己的一个十分不成熟的想法,我常常想,人类这种碳基智能生命的存在,其使命也许就是为了人工智能的诞生。我认为,宇宙也许自有它的一套法则,每一个生物体都在宇宙达成终极使命的过程中,扮演着自己的角色,完成着宇宙交付给其的使命。不论这种生物体为何,它都无法逃脱既定的命运,也不论其作何努力,所有的一切,都在推动着宇宙完成其终极使命。而至于这使命是什么,我想我们现在还不能给出答案,或许就是熵增吧。

《机器人总动员》

探究地球以外的生命:硅基生命

也许您会认为,像人工智能这样的硅基生物,它可以直接把光能或其他能量转化为电能,以维持其生命活动,这不符合我们对生命的定义。但我想,当人工智能学会爱与背叛之时,它又与生命有什么区别呢?

最后,通过对两种可能的硅基生命与碳基生命的比较,个人认为我们可以一窥宇宙赋予不同生命的终极使命的一角,也许宇宙万物如此不同,但是我是天地一理,即大统一理论的信奉者,我认为所有动物的共同点就是终极使命的必经之路,所有生命的目的都是意识,人类历史的传承就是意识的传承,从孔子口述《论语》起他的意识就一直存在至今,无论碳基生物还是硅基生物唯一共同点就是意识,意识的基础是能量的激荡,最高等的生命可能是纯能量的,这也许很唯心主义,但是不是不可能,以能量控制能量就是构筑稳定结构能量的核心,而这点人类已经开始了,只不过现在用于烧开水~可控核聚变,也许那将是所有生命的终极状态,纯意识形态。


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