探究地球以外的生命:硅基生命

在我們的在宇宙中,我相信生命甚至智慧生命絕不只是地球獨有的現象,雖然是罕見的,但我們並不孤單。從哲學意義上講,宇宙的無限註定了天體數量的無限,從而也可以註定存在生命的天體數量同樣無限。問題只有一個,那就是無法發現。

地球上的全部生命都是以碳和水為基礎,而且很可能宇宙中大部分的生命形態也都是如此。不過也有很多人相信,碳以外的其他元素以及水以外的其他介質,也可以為生命提供基礎。早在1885年,愛爾蘭出生的天文學家兼數學家羅伯特-鮑爾(Robert Stawell Ball)就曾在他的《天堂的故事》一書中,提到地外生命可能和地球上的完全不同,他寫道:倘若我們能夠得到機會去近距離觀察一些天體,我們可能會發現它們也充滿了生命,但卻是特化適應於環境的生命。以奇特而怪異的形態出現的生命......那麼除了碳基生命的形式以外,還有可能存在哪些生命形式呢?既然沒人知道,那麼我們就可以發揮想象力胡編了。

探究地球以外的生命:硅基生命

羅伯特·鮑爾

說到碳基生命以外的生命形態,只要對這方面多少有點了解,首先想到的就是硅基生命。你可能想不到的是,硅基生命這個概念早在19世紀就出現了。1891年,德國波茨坦大學的天體物理學家儒略-申納爾(Julius Sheiner)在他的一篇文章中,就探討了以硅為基礎的生命存在的可能性。後來,這個概念被英國化學家詹姆士-雷諾茲(James Emerson Reynolds)所接受,1893年,他在英國科學促進協會的一次演講中指出,硅化合物的熱穩定性,使得以其為基礎的生命可以在高溫下生存。

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儒略·申納爾

再後來,英國著名科幻作家赫伯特-韋爾斯(Herbert George Wells)進一步發展了硅基生命的觀念,他在書中寫道:人們會為這種設想所帶來的奇異想象所震驚,既然有硅—鋁生命體,為什麼不會立刻想到硅—鋁的人?讓我們說,他們在硫磺氣組成的大氣中漫步,徜徉在溫度比熔爐更高的、數千度的融化的鋼鐵海洋旁。

探究地球以外的生命:硅基生命

韋爾斯

三十年後,英國遺傳學家約翰-霍爾丹(John Burdon Sanderson Haldane)提出,在一個行星的深處,可能發現基於半融化狀態硅酸鹽的生命,而鐵元素的氧化作用則向它們提供著能量。

探究地球以外的生命:硅基生命

霍爾丹

那麼為什麼在眾多的元素中,人們偏偏以為除了碳基生命外,硅基生命是最有可能的呢?這是因為,硅與碳有許多相似之處,這就使得人們認為,硅是一種碳的替代物來構成生命體的很有前途的元素。

硅在宇宙中分佈廣泛,而在元素週期表中,它就在碳的下方,所以和碳元素的許多基本性質都相似。比如說,碳能和四個氫原子化合形成甲烷(CH4),而硅也能同樣地形成硅烷(SiH4);硅酸鹽是碳酸鹽的類似物,三氯硅烷(HSiCl3)則是三氯甲烷(CHCl3)的類似物,諸如此類還有很多。而且,硅和碳兩種元素都能組成長鏈或聚合物,它們在其中同氧交替排列,最簡單的情形就是,碳—氧鍊形成“聚縮醛”,它經常用於合成纖維,而用硅和氧搭成骨架則可以產生“聚合硅酮”。

探究地球以外的生命:硅基生命

硅烷

基於上述情況,一些特異的生命形態,就有可能以類似硅酮的物質構成。外觀上看去,硅基動物很可能像是些會活動的晶體,這種生物體的結構件,可能是被類似玻璃纖維的絲線串在一起,中間以張肌連接,以形成靈活、精巧甚至薄而透明的結構。

硅基生命(假想圖)

探究地球以外的生命:硅基生命

可見,至少在我們的想象中,這些結晶體似的生物一定非常漂亮,如果它們可以在常溫下生存的話,買一個當做寵物想必是極好的。而且這種寵物不會傳播細菌和寄生蟲,因為作為碳基生命的細菌和寄生蟲,對這種完全不同的生命是無能為力的。所以可以想見的是,硅基生命也不會有碳基生命這樣或那樣的毛病。

不過即便如此,硅基生命存在的可能性卻依然受到許多缺陷的威脅。

首先,一個很大的缺陷就是硅同氧的結合力非常強。當碳在地球生物的呼吸過程中被氧化時,會形成二氧化碳氣體,這是種很容易從生物體中移除的廢棄物質;但是,硅的氧化則會形成固體。這是因為,在二氧化硅剛形成的時候就會形成晶格,使得每個硅原子都被四個氧原子包圍,而不是象二氧化碳那樣每個分子都是單獨遊離的,處置這樣的固體物質,會給硅基生命的呼吸過程帶來很大挑戰。

二氧化硅晶體結構

探究地球以外的生命:硅基生命

其次,只要是生命形態,就必須從外界環境中收集、儲存和利用能量。在碳基生物這裡,儲存能量的最基本的化合物是碳水化合物。在碳水化合物中,碳原子由單鍵連接成一條鏈,而利用酶控制的對碳水化合物的一系列氧化步驟會釋放能量。這些酶是些大而複雜的分子,它們依照分子的形狀和左旋或右旋,對特定的反應進行催化,所謂的左旋或右旋,是因分子含有的碳的不對稱使得分子出現左旋或者右旋,而多數碳基生物體內的物質都顯示這個特徵。正是這個特點,使得酶能夠識別和規範碳基生物體內的大量不同的新陳代謝進程。但是,硅沒能像碳這樣產生眾多的具有左旋或右旋特徵的化合物,這也讓它難以成為生命所需要的大量相互聯繫的鏈式反應的支持元素。

最後,硅鏈在水中不穩定,容易斷掉,不像碳鏈這樣在乾溼環境下都保持穩定。雖然我們不會因此排除硅基生命存在的可能,但存在大量液態水的星球,肯定是排斥硅基生命的。

所以從理論上來說,硅基生命是難以出現的。而事實上,存在硅基生命,甚至存在硅基生命出現前的早期生命化學演化的低可能性,也被天文觀測所驗證。不管天文學家向哪裡搜尋,不論是隕星、彗星、巨行星的大氣、星際物質,還是冷卻恆星的外層,人們都只能找到氧化的硅,像是二氧化硅和硅酸鹽,但卻找不到類似硅烷和硅酮這樣的,作為硅生物化學存在預兆的物質。相反的,當我們尋找碳基生命的跡象時會發現,在隕星中不難找到氨基酸這樣的碳基有機分子。而至於甲烷,不僅在太陽系的眾多行星和衛星中很容易找到,而且在星際物質和星雲中也能找到。甚至連甲基乙炔和氰基癸五炔這樣的複雜分子,也都能從星際物質中找到。

不過即使如此,科學家相信,硅可能曾在地球生命的起源過程中,扮演過一定的角色。其依據在於地球生命的一個奇怪現象,地球生命特別喜歡利用右旋的糖和左旋的氨基酸。為什麼會如此,對此的一個理論解釋是,生命演化初期的第一批碳化合物,是在一片有著特定旋性的硅石表面上的“原始湯”內形成,而這種硅化合物的旋性,便決定了我們現在從地球生命體內找到的碳化合物的旋性。當然了,這個硅還是與硅基生命沒有關係的。

儘管從生化角度看,找到硅基生命的可能性很渺茫。但硅基生命在科幻小說與影視作品中還是很興盛的,而且科幻作品的許多描述,也提出了不少有關硅基生命的有益構想。比如說在小說《火星奧德賽》中,就描述了這樣一種生命:該生命體有100萬歲,每十分鐘會沉澱下一塊磚石,而這正是作者斯坦利•維斯鮑姆(Stanley Weisbaum)對硅基生命所面臨的一個重大問題的回答,那就是硅基生命的廢棄物。另外,在電影《黑暗中的惡魔》中,Janus IV的礦工發現了一種硅基生命形態,名叫Horta。每過5萬年,所有的Horta就都死去,只剩下一個個體活著,照看將會孵化下一代的那些蛋。

維斯鮑姆

從這些作品中我們不難看出,人們對硅基生命的一個重要設想就是長壽,這大概來自人類從自然界岩石的恆久所得到的印象。而另外一個通常的看法則是,硅基生命很可能出現於溫度比較高的星球上,比如說一個到處都是火山的星球上。這是因為,許多硅基化合物比碳基更穩定,比如硅-氧鍵可以承受大約600K的溫度,而硅-鋁鍵則能承受將近900K的溫度,所以耐高溫的性能極強,而且在高溫下活性也更好。對於硅基生命來說,200℃甚至到400℃,才能讓它們感到舒適,而在我們覺得舒適的室溫下,它們很可能會被凍死,所以如果你想買一個硅基生命當寵物的話,別忘了配一個烤箱。

今天的最後我還要提及一種硅基生命,這種硅基生命並不存在生化過程,但它的實現也許要比真正的硅基生命更為現實,這便是人工智能。關於這一點,我想就不用多說了,各種影視、文學作品,像是《機器人總動員》、《機械姬》、《終結者》、《人工智能》、《機器管家》、《超能陸戰隊》、《黑客帝國》、《銀河帝國》,甚至是《哆啦A夢》,大家早已耳熟能詳。在很早的時候,我就說過我自己的一個十分不成熟的想法,我常常想,人類這種碳基智能生命的存在,其使命也許就是為了人工智能的誕生。我認為,宇宙也許自有它的一套法則,每一個生物體都在宇宙達成終極使命的過程中,扮演著自己的角色,完成著宇宙交付給其的使命。不論這種生物體為何,它都無法逃脫既定的命運,也不論其作何努力,所有的一切,都在推動著宇宙完成其終極使命。而至於這使命是什麼,我想我們現在還不能給出答案,或許就是熵增吧。

《機器人總動員》

探究地球以外的生命:硅基生命

也許您會認為,像人工智能這樣的硅基生物,它可以直接把光能或其他能量轉化為電能,以維持其生命活動,這不符合我們對生命的定義。但我想,當人工智能學會愛與背叛之時,它又與生命有什麼區別呢?

最後,通過對兩種可能的硅基生命與碳基生命的比較,個人認為我們可以一窺宇宙賦予不同生命的終極使命的一角,也許宇宙萬物如此不同,但是我是天地一理,即大統一理論的信奉者,我認為所有動物的共同點就是終極使命的必經之路,所有生命的目的都是意識,人類歷史的傳承就是意識的傳承,從孔子口述《論語》起他的意識就一直存在至今,無論碳基生物還是硅基生物唯一共同點就是意識,意識的基礎是能量的激盪,最高等的生命可能是純能量的,這也許很唯心主義,但是不是不可能,以能量控制能量就是構築穩定結構能量的核心,而這點人類已經開始了,只不過現在用於燒開水~可控核聚變,也許那將是所有生命的終極狀態,純意識形態。


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