探索宇宙地外生命

蒼龙岭

‍如今人类还并没有在地球之外的任何地方发现存在生命的直接证据，但是生命很可能在宇宙中是一种普遍的存在。我国国家空间科学中长期发展规划（2024—2050年）中也提到要寻找地外生命，人们在寻找探索宇宙地外生命的时候总是以地球生命为蓝本，按地球的标准有水是生命存在的关键，生命存在的星球和恒星的距离必须同地球和太阳的距离相似等等，在如此缩小的范围内，我们的探索往往没有任何实质性的结果，是否可能在宇宙中出现和我们地球生命完全不同的生命形式呢？

‍生命的本质是细胞经由光子进行的新陈代谢与自我复制。生命体是一个有机物，由各种细胞组成，细胞又由分子组成，生命所必需的大分子‍由较小的有机分子构成，大分子主要有碳水化合物、脂质、蛋白质和核酸四类。有机物来自无机物，例如碳水化合物 (CH 2 O) n，其中n是分子中原子的数量，有碳氢氧CHO，蛋白质有碳氢氧氮硫磷CHONSP。光子是光合作用生产有机物的必要条件。地球上的生命无一例外全部由25种元素构成，六大主要元素为：碳、氢、氧、氮、硫、磷。

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‍以人类细胞为例，总质量中有96%是由氧（65%）、碳（18%）、氢（10%）、氮（3%）组成，剩下的一些元素如图所示。

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‍蛋白质早于细胞出现，所有蛋白质，如酶、激素、抗体、运载体、肌肉等各种不同生物活性物质，都由相同的20种氨基酸的不同排列组成。氨基酸的自发产生早在1952年就已经被证明，可能来自闪电或火山的能量。研究表明在合适的条件下氨基酸可以在没有酶或任何其他活体生物机制的情况下形成。

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‍每种氨基酸都具有相同的基本结构， 碳元素C连接氨基NH 2、羧基COOH、氢H和R侧链。每种氨基酸的R 侧链不同，它的化学性质决定了氨基酸的化学特性和功能是酸性、碱性、溶液还是非溶液。

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‍氨基酸负责细胞中所有生化反应及新陈代谢的催化工作，通过氧化还原反应，细胞能够将营养物质氧化分解为小分子，并从中获取能量。同时，氧化还原反应还参与了细胞内各种生物分子的合成和分解过程，如蛋白质、糖类、脂肪等，对蛋白质进行激活或调控。蛋白质是生命的物质基础，而氨基酸就是蛋白质的物质基础。

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‍碳基生命的由来

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‍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。‍碳基生物是指以碳元素为有机物质基础的生物，地球上包括人类在内的动物和植物物种都属于碳基生命体。

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碳是所有元素中化合物种类最多的，碳原子能够形成复杂多样的高分子有机物，为生命的形成提供物质基础，原子之间能够形成分子，是化学键发挥了重要的作用，碳原子的键合特性是其重要作用的原因。碳原子有四个自由电子，其电子失去的能力（还原性）和得到电子的能力（氧化性）相当，而连接氨基酸的原子必须同时具备还原性和氧化性，所以碳成了生命组成中的关键元素。

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‍碳的独特特性使其成为生物分子的核心部分。碳与氧、氢和氮共价结合，形成许多对细胞功能至关重要的分子。‍由于碳原子只有两个电子层，很容易与其他元素形成共价键，以及形成碳原子和碳原子之间相连的共价键，形成稳定的碳氢化合物长链和环稳固在一起，依照不同的规律排列，产生各种具有多种功能的化合物，生命的基础的DNA和蛋白质都是长链分子，然而并不是所有的原子都能够作为长链分子形成的基础。碳的灵活性、稳定性和制造聚合物的能力使其成为我们星球上几乎完美的生命基石。

‍图为长链脂肪酸（上）和一种糖有一个碳原子环和一个氧原子（下）的结构示意图

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‍以碳元素和水为物质原料的生命体，必须生活在有液态水，並可以进行氧和二氧化碳气体交换的温度适宜的星球上，一旦离开地球飞往太空，碳生命就显得非常脆弱，不耐高温和低温，碳基分子变得不稳定。脱离地球的大气层，紫外线和各类宇宙射线的照射，体内以碳原子为基础构成的生命链体迅速土崩瓦解，难以适应无重力环境，还有‍作为碳基生命的无法永生。人体由大约60万亿个细胞组成，每个细胞平均可以分裂约50次。随着一次次分裂，染色体顶端的端粒逐渐磨损，最终导致细胞失去分裂能力并走向衰老，我们的寿命放眼宇宙太短。

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‍天文学家早就发现宇宙中有着多种多样的星际有机分子。在金星上明显发现了磷化氢（一种通常只能由生命产生的化学物质），对火星上甲烷的远程观测（一个潜在的生命迹象）得到了美国宇航局好奇号火星车的地面观测的证实。它们都有可能是形成生命的材料。宇宙当中是否有生命以及这些生命的化学组成是什么？是研究的主要话题。现代科学家通过研究，提出了多种可能的生命存在形式：碳基生命、硅基生命、氮基生命和磷基生命等，根据查看到的资料，略述它们生命构建系统以及存在的可能性。

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‍‍硅基生命

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‍以硅元素为基础，周期表上硅元素和碳元素属于自己同一族，具有很强的相似性，都能形成长链或者是聚合物。

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‍从结构来说，对于同族元素从上至下，随着电子层数增加，半径越来越大，原子核对最外层电子的吸引力越来越小，硅元素的原子核外有三层电子，形成的化学键比碳元素弱，硅链的长度最多也只能达到十几个原子，难以形成复杂的生物大分子，以形成储能物质。硅烷及其衍生物热稳定性差，硅原子的结构也难以成为生命的骨架。

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‍碳在地球生物的呼吸过程中被氧化时，形成二氧化碳气体，每个分子都是单独游离的，很容易从生物体中移除。但二氧化硅是难熔且难溶的晶格，每个硅原子被四个氧原子包围，而能溶解二氧化硅的氟化氢同时也会将硅氧链或硅链完全破坏，常见的水，氨等溶剂都不能作为基于硅烷的硅基生命的载体，新陈代谢带来很大挑战。硅基生物依存的环境有两个方向：要么极其炎热，要么极度寒冷。常压下氟化硅酮通常在零下100摄氏度到250摄氏度之间稳定，可以期待在零下70摄氏度到220摄氏度之间的环境里支持生命活动。或者温度高2000摄氏度以上的环境温度，二氧化硅处于液态，能够使二氧化硅液态甚至是气态的时候吸入氢气而呼出四氢化硅，才有可能像地球生物一样呼吸。硅基生命可以在极端的高温、高压、强酸或强碱环境下生存和繁殖，耐高温和抗辐射能力强，如果宇宙中存在硅基生命生命力非但强大，新陈代谢比碳基生物慢，因为硅细胞比碳细体积大，细胞相对表面积越小，物质进入细胞膜的速度就越小，还极有可能实现永生。

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‍形似石头的硅基生命

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‍根据科学家研究总结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。目前于硅基生命的研究主要停留在理论层面，宇宙中没有发现过硅烷或硅氧烷等物质，尚未有实际的证据来证明其存在。

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‍硅元素存在诸多问题，并不代表非碳基生命是不可能的，硫、氮、磷等元素化学性质与碳相类似都具有超过硅的连接能力和成键多样性，就磷烷等氢化物体系的综合实力而言也胜于硅，因而出现了用硫、磷、硒等元素代替碳，用氨、氟化氢或硫化氢等代替水，用硫代替氧等构想的非碳基生命。

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‍氮基生命的生命化学过程基于氮化合物氨 NH3 ，核心元素为碳，介质为氨。氮基生可以在极端寒冷的环境下生存，它们不需要水来进行代谢。氨水可以溶解很多金属元素，以及大多数有机分子，很多元素都可以在氨水中发生化学反应。氨的沸点在一个大气压下为零下34摄氏度，到零下107摄氏度才会成为固态，如果氨基生命存在的话，那些特别冷的星球，可能会有生长速度极其缓慢的生物生活在氨水中。那么像太阳系中的土卫六上有可能存在这样的生命。土卫六和土卫二海洋中可能存在液氨的证据为发现新生命形式开辟了道路。

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‍ 硫基生命以硫为基础单位，主要表现形式大多为微生物，但能在‍在高温、高压、低氧气和强酸性的极端环境下生存。硫基生命是一种以硫代替碳和氮的生命形态。一些硫细菌栖息于含硫化物和氧的水中，通过将硫化物氧化成硫酸来获得能量。 在火山口随着火山物质喷发而分散出来的一些微生物或许他们是硫基生命的存在。

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‍磷基生命是以磷代替碳和氮的生命形态。磷基生命的生命化学过程基于磷化合物，可以在极端酸性高磷酸盐和高温的环境下生存。而且磷烷已在宇宙中发现，磷基生命的消耗过程依赖于盐酸，盐和含磷分子，不需要氧气来进行代谢。

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‍硒基生命是一种以硒代替碳和氮的生命形态。硒基生命的生命化学过程基于硒化合物，硒基生命可以在高温、高压、强辐射和低氧气的环境下生存。

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‍硼基生命核心元素为硼，介质为氟化氢，硼烷及其衍生物种类比较丰富，且非常稳定，但宇宙中硼的丰度非常低，所以硼基生命可能主要集中在中子星附近。‍

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总结

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‍宇宙中存在很多可能孕育生命的行星，我们所知的只是冰山一角。要验证各种非碳基生命的存在，我们需要更多的探索和观测。需要学习理解其他可能存在的化学环境和生物过程。地球作为宇宙中的一个普通行星，可能只是众多行星中的一个样本。宇宙中拥有无数个不同的环境和条件，我们不能将地球上的生命形式简单地推广到整个宇宙。 1962年，科幻作家阿西莫夫，在《并非我们所知的：论生命的化学形式》一书中提到，宇宙中可能有六种实体生命形态。

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1. 以氟化硅酮为介质的氟化硅酮生物；外星人的硅基生命。

‍2. 以硫为介质的氟化硫生物；以硫为介质的氟化硫生物被认为可能存在。这些生物依赖于硫和氟化合物进行代谢，并能够在极端条件下生存。

‍3. 以水为介质的核酸/蛋白质生物；地球的碳基生命

‍4. 以氨为介质的核酸/蛋白质生物；

‍5. 以甲烷为介质的类脂化合物生物；

‍6. 以氢为介质的类脂化合物生物。

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这六种对于生命的猜想是结合了物质分子结构、运行速度，依据温度的不同，从炽热到接近绝对零度依次序列的。氨、硫化氢或氟化氢，甲烷是可以取代水的溶剂，是与我们想象的生命形式不同的生命形式的载体，以上都是有实体的生物。‍目前的研究除了对碳基和硅基生命多一点，其他类型的还没有太多研究。

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‍不仅局限于以蛋白质或别的有机体形式存在的实体生命，还有非化学家所说的生命：

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‍1．以能量形式(如等离子体)存在的生命；等离子体生命是指生命存在于高温、高压的等离子态气体中，在这种状态下，原本属于固态或者气态的原子被电离成带电粒子，它们之间通过电磁力相互作用。

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‍2．人造的，只与外界交换能量和信息，不进行新陈代谢的以硅或别的无机体或化合物，它们不排除有机物，如生物电脑、光脑等为基础的生物；如硅基纳米机器可以直接把光能转化为电能，以维持其生命活动，以及人工智能产生意识就是硅基生命形态。

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‍3．以电磁波形式存在的生命；电磁波是一种存在于自然界中的波动现象，能够带有能量和信息。虽然目前尚无确凿证据证明以电磁波形式存在的生命体的存在。

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‍4.以信息形式存在的生命等等。互联网的存在的存在使人类之间真正实现了信息存在方式上的平等。也使个体的信息存在（信息生命）有了广泛的可能性。以网络为载体的个人的信息存在具有强大的生命力，且有不朽的可能。

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‍非实体生命开阔了我们的习惯性思维，让科学幻想走进现实世界，‍对不可知宇宙（由26.8%暗物质，68.3%是暗能量组成）那就不是我们所能理解的。

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