生命形态最少有5种,为何地球都是碳基生命?哪种生命形态更强?

科学信仰 2024-12-14 10:19:53

你一定听说过“硅基生命强于碳基生命”的说法吧?对此,你是表示认同还是质疑呢?

事实上这种说法很可能只是一个反复炒作的噱头,到底哪种生命形式更强,还要从生命形成的内在逻辑说起。生命形成的基础就是各类大分子物质,而大分子物质的形成需要以某种核心元素作为基石。目前已知的元素种类共有118种,它们按照特定的顺序排列在元素周期表中,其中前98个元素是在自然界中天然存在的,而后面的元素则是人工合成的,所以构建生命的核心元素只能从前98个元素中选取。

一种元素是否能够成为构建生命的核心元素,需要考虑三个主要因素,其一就是元素的稳定性。

如果一种元素太不稳定,那么其所形成的大分子物质就会非常脆弱,而生命的形成发展是一个极其漫长的过程,需要经历大量的磨难,脆弱的物质是无法在时间的熬煮与磨难的洗礼中脱颖而出的。这里所说的稳定性主要是指一种元素的衰变稳定性。元素周期表中元素的序号就代表了它的质子数,而质子数与核外电子数是相等的,也就是说越靠后的元素,核外电子的数量就越多。

电子数越多,就意味着原子核对于最外层电子的掌控力越弱,元素也就越容易发生衰变,而一种易于衰变的元素如果作为生命核心的话,这种生命形式必然是十分脆弱的。

所以,从这个角度来说,在全部的元素种类之中,我们只需要考虑前18种元素就可以了。现在范围已经大幅缩小了,我们再来看第二个因素,那就是元素的不稳定性。不稳定的元素不行,反之,太过稳定的元素也不行。

这里所说的不稳定性与前面所说的稳定性不同,前面的稳定性指的是元素的衰变稳定性,而这里所说的不稳定性指的则是元素最外层电子形成共价键的难易程度。

在元素周期表中,每一列代表了元素核外电子所能连接的电子数量,也就是能形成的共价键数量。第一列能形成一个共价键,第二列能形成两个共价键,以此类推,第四列就能形成四个共价键,而第五列又下降为了三个共价键,而最后一列的氦、氖、氩、氪、氙、氡因为最外层电子处于饱和状态,同种元素之间都没有办法结合,就更不用说与其它元素相结合了,所以被称为惰性元素。

共价键的数量越多,可能的组合方式就越多,也就是说可以形成更多种类的大分子物质,有助于提升生命的复杂性。

如此,范围又进一步缩小了,只剩下5种元素,即硼、碳、氮、氧、硅,分别以它们为核心,可以缔造出5种不同的生命形态。最后就是元素的丰度了,如果一种元素在自然界中的存量很少,那么结合形成生命的几率就会非常低,就地球来说,地壳中含量最丰富的元素是氧,约占地壳物质总量的46.6%,其次是硅,含量约占27.72%,碳为0.03%,氮为0.0025%,硼为0.001%。

以这个丰度来看,又去除了3个,只剩下氧、硅和碳。

在这三种元素之中,碳无疑是最好的,因为碳和硅都能形成四个共价键,而碳的最外层电子比硅少了一个能层,所以更加稳定,硅-硅共价键的强度为196KJ/mol,而碳-碳共价键则比它高了一倍,为334KJ/mol。由此可知,碳基生命的稳定性要比硅基生命强得多,所以说硅基生命强于碳基生命是错误的。只不过碳基生命需要水作为溶剂来实现碳基分子的运输,而在宇宙中的很多星球上是没有液态水的,或许在那里,硅基生命更易形成。

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  • 2024-12-17 02:27

    把文中所说的这些生物统称为元素生物,除了元素,还有什么?

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