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[猎奇]宇宙5种生命形态,碳基生命排第四,排名第一的硅基生命很厉害吗 [10P] [复制链接]

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按道理来说,宇宙中应该有五种生命形式,按照丰富度和物质结构的组合概率排名,分别是硅基,硼基,氧基,碳基和氮基。碳基生命只能排到第四个位置,那排名第一的硅基生命到底有多强?答案在文章后面会揭晓
在地壳的元素含量中,碳只占据0.03%,可以说是极其稀有的,而地壳中含量最丰富的元素则是氧和硅,分别占据46.6%和27.72%。
如果以丰富度来看,地球上最应该出现的生命是氧基生命和硅基生命。


事实上,人体的确也是含氧量最多的生命体。
我们知道,人体共有60多种元素,含量最多四种元素分别是氧,碳,氢和氮。
其中氧元素占比最高,达到61%,而碳元素只有20%。
那这样说来,人类更应该叫氧基生命,毕竟氧的含量最多。其实,之所以人类不能称作氧基生命,主要是由于人体60-70%都是水,因此才造就了氧和氢在人体元素的超高占比,氧元素并不是人体物质构造中的核心元素。
事实上,构成生命的核心元素不能只看丰富度,还得考虑其稳定性。这种元素不能太稳定,也不能不稳定。太稳定的元素其核外电子就不易形成化学键,这样一来,生命体所需的大分子就无法构建。但要是不稳定,这种元素即便可以构建更多的大分子,那韧性也大打折扣,生命就显得太脆弱。


这就要求构成生命的元素稳定性刚好处于折中位置。
那哪些元素可以承担如此的要求呢?
在元素周期表中,人类已经找到了118种元素,其中自然界天然形成的元素,只有前98个。第98号元素是锎,也就是说锎之后的元素都是人工合成的。
元素周期表的排列方式让我们很容易得出,第一列元素的核外电子只能连接一个电子,也就是只能形成一个共价键,第二列元素能连接两个电子,形成两个共价键,第三列可以连接三个电子,形成三个共价键。第四列可以连接四个电子,形成四个共价键。之后第五列元素就只能连接三个电子,形成三个共价键。此后依次递减,直到惰性元素,其核外最外层电子没有形成共价键的需求,所以惰性元素也是最稳定的元素。


因此惰性元素作为生命的基础元素应该第一个被pass掉。
刚才已经说了,要成为生命体的基础元素,那么这种元素就得既稳定又不稳定。这里面的稳定性指的是衰变稳定性,原子序数不能太大,核外电子数不能太多,如果核外电子数越多,那么原子核对最外层电子的掌控力就越弱,元素就越容易衰变。


而不稳定性指的是元素最外层电子形成共价键的难易程度,越不稳定,越易形成更多的共价键。
在元素周期表中,既要保证原子序数不能太大,又要核外电子形成更多的共价键,也只有碳元素能满足。
碳原子序数为6,一共有6个电子,其中最外层有4个电子。


这四个电子可以形成四个共价键。
这四个共价键就可以让碳元素以共价键的形式形成更为复杂的分子,这是生命形成的必然条件。碳基分子可以形成十分长的非重复聚合物链,也可以形成闭环,或者与其他的元素形成单键,双键或者三键,这些组合形式甚至可以达到数百万种类型。这就让碳基分子可以参与大量生命必需分子的形成过程。分子组合的形式越多,越复杂,携带的信息也就越大,这就造就了DNA可以携带大量的遗传信息,生命体的功能也就越齐全。


可能有人会说,生命体核心元素为什么一定需要四个共价键,难道形成两个或者三个共价键的元素不行吗?拥有两个或者三个共价键的元素,虽然形成的生命大分子种类没有那么多,但也足够有成千上万种组合,这些数量的组合形式对生命来说,或许就足够了。
我们以拥有两个共价键的氧元素为例,氧的核外电子决定其只能和两个原子结合,所以形成的分子不管是从复杂度还是丰富度都大打折扣,即便存在氧基生命,其生命的物质结构也会十分简单,无法进化成更高级的生命形式。
而硼可以生成三个共价键,所形成的分子复杂度也比较多,但是硼在地壳中的含量极其稀有,地壳含量只有0.001%,与碳元素含量存在量级上的差距,这也许是硼元素没有形成生命的一个重要原因。


氮同样可以形成三个共价键,但是氮原子最外能层的一个能级上有两个电子,这就是富余电子
这部分富余电子在一般的生命分子中可以起到氢键的作用,方便形成其他空间结构,但在氮基的生命分子中就是反作用了,它们会挤压其他的三对键的位子,这使得氮基骨架在空间结构的可能性上远小于碳基骨架。
其实在元素周期表中,构成生命的基础元素只需考虑前18种元素即可,越靠后的元素越不稳定。
就以碳和硅举例,它们虽然最外层电子都可以形成四个共价键,但是硅的最外层电子在第三个能层上,而碳的最外层电子在第二个能层上,最外层电子距离原子核越远,就越不稳定,形成的共价键就越容易断裂,比如硅-硅共价键的强度是196KJ/mol,


而碳-碳共价键的强度是334KJ/mol,碳共价键的强度接近硅共价键强度的二倍,所以同样复杂度的大分子,碳基生命受到外界辐射的稳定性就比硅基生命强了接近一倍。
所以硅基生命压根就没有碳基生命强大,完全是营销噱头而已。
共价键越稳定就越能对抗来自母星的电磁辐射。


碳基生命作为地球上的主宰,还有一个很重要的原因,那就是水。碳基生命要想复制自己的基因,就得需要水作为溶剂运输这些碳基分子。
而对于其他星球来说,或许最常见的液体并不是水,而是液态甲烷或者乙烷,比如土卫六。
这些液体可能就和地球上的水一样,充当其他生命形式的溶剂。不同的星球有不同的压力和温度,在其他星球上,或许非碳基分子的元素更易形成生命体。从这个角度来看,宇宙中的某一个行星上,是有可能存在硅基或者其他生命形式的生物的。
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xgch 金币 +35 辛苦了,感谢您无私奉献的精神! 06-26
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只看该作者 沙发  发表于: 06-25
在探讨宇宙中可能存在的生命形式时,科学家们基于化学元素的存在概率和化学性质提出了不同的假设。传统上,地球上的生命是以碳为基础的,这是因为碳具有独特的化学灵活性,能够形成多种稳定的共价键,从而构建出复杂的大分子,如蛋白质、DNA和多糖,这些都是生命体所必需的。

上文提到的硅基生命,是基于硅元素的理论上的生命形式。硅在地球的地壳中的含量非常丰富,而且硅原子最外层也有四个电子,理论上也能形成四个共价键。这使得硅基生命在某些假设中被认为是可能存在的。

然而,尽管硅基生命的概念在科幻作品中广为人知,但实际上,碳基生命在宇宙中的存在性和多样性已经被地球上的生物多样性和地球之外行星的探测结果所证实。碳基生命的优势在于其化学多样性和稳定性,这使得基于碳的大分子能够复杂且稳定地存在,从而支撑了生命的复杂结构和功能。

至于硅基生命是否“很厉害”,这取决于我们对“厉害”的定义。如果我们定义“厉害”为生命形式的复杂性和进化能力,那么基于目前对生命和宇宙的了解,碳基生命在地球上的表现显示了其强大的适应性和进化潜力。硅基生命虽然在理论上存在可能性,但在实际中可能面临稳定性、化学多样性和复杂性构建的挑战。

最后,宇宙的奥秘深远,我们对于是否存在其他类型的生命,以及它们的性质和能力,还有许多未知。未来的科学探索可能会揭示更多关于宇宙生命可能性的信息。

上文提出了一个有趣的假设,即宇宙中可能存在不同类型的生命形式,它们基于不同的元素构建。按照上文的推理,硅基生命应该是最为稳定的,因为硅在地球地壳中的含量非常丰富,而且硅原子最外层有四个电子,可以形成四个共价键,理论上能够构建复杂的大分子。

然而,上文也指出了几个关键的点,这些点限制了硅基生命的发展:

1. **共价键的稳定性**:虽然硅可以形成四个共价键,但是硅-硅共价键的强度相对较低,不如碳-碳共价键稳定。这意味着硅基大分子可能不如碳基大分子稳定,容易在环境中断裂。

2. **核外电子的能级**:碳的最外层电子位于第二个能级,而硅的最外层电子位于第三个能级。电子距离原子核越远,共价键就越不稳定。

3. **水的依赖性**:地球上碳基生命的复制和进化严重依赖水作为溶剂和反应介质。如果其他星球的液体不是水,而是其他化合物,比如液态甲烷或乙烷,那么它们可能需要不同的生命形式和化学反应机制。

4. **元素的丰富度和稳定性**:虽然硅在地壳中的含量很丰富,但是它的化学性质使得它不太可能形成复杂的生命体。相比之下,碳的化学多样性使得它能够形成多种复杂的大分子,如蛋白质、DNA和多糖,这些都是生命体所必需的。

综上所述,尽管硅基生命在理论上可能存在,但是由于上述限制,它们可能不会像碳基生命那样复杂或进化出高级形式。此外,宇宙中生命的可能形式还有很多未知数,我们的探索和研究还在继续。
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xgch 金币 +18 回复认真,加分鼓励 06-26
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