地球為甚麼選擇了碳基生命，而不是硅基生命？硅基生命長什麼樣？

你是否想過 地球生物爲什麼會是碳基生命 而除了碳基生命以外 宇宙中可能還會存在哪些生命形式 大家好 我是怪奇 今天我們聊生命形式 這是一張讓萬千初中生痛不欲生的表格 從153年前 門吉列夫首次製作它至今 元素家族的成員數量已經翻了快兩倍 目前是118個 而未來會增加多少還不能確定 現在我們目光所能觸及的一切 都是由這張表上的元素構成的 甚至包括複雜的生命在內 目前一般認爲 地球生命必須的元素共有28種 但最基礎 含量最多的主要是4種 分別是氧 碳 氫 氮 而這其中又有一個元素 以絕對的地位主宰着整個地球生命 它就是碳 因此地球上的生命又被稱爲碳基生命 可能有人會奇怪 明明大部分地球生物的體內 含量最高的元素是氧而不是碳 比如人類體內 氧元素的含量高達65% 而碳元素的含量僅爲18% 但爲什麼地球生命叫碳基生命 而不叫氧基生命呢 其實原因很簡單 在大部分地球生物體內 氧元素並不是以單質形式存在的 而是和氫元素一起組成了水 對於體內的細胞來說 水雖然重要 但真正對細胞結構和功能起關鍵作用的 卻是碳 那地球生命爲什麼選擇了碳元素 而不是其他元素呢 這要從原子的結構開始說起 我們都知道 原子之所以能夠緊密地聯繫在一起 形成分子 是因爲化學鍵的作用 具體來說 就是最外層電子的數量不同 對於原子們而言 穩定的狀態是它們畢生的追求 也就是要讓最外層電子的數量 變成2或者8 比如氧原子家裏有8個電子 最外層只有6個 爲了達到穩定狀態 他渴望再得到2個電子 讓最外層電子變成8個 這時他的選擇是 從隔壁兩個氫原子鄰居那裏 各搶一個電子 但兩個被搶的氫原子鄰居不樂意了 在保護自己電子的同時 鄰居決定以其人之道還治其人之身 也開始動手搶奪氧原子的電子 他們離得越來越近 最終三個元素的家重合了 中間的牆合二爲一 被搶奪的電子 成了三者共用的電子 對於氧元素來說 它多了兩個電子 達到了穩定狀態 而對於兩個氫原子來說 它們也分別得到了一個電子 達到了穩定狀態 由於它們的手 都死死抓着對方的電子 它們再也不能分開了 這樣的結合方式 在化學中有一個名稱 叫做共架鍵 而它們牢牢抓在一起的手 就是化學鍵 對化學鍵有一定的瞭解之後 我們可以根據剛剛的例子 將化學鍵簡單的想象成 每種元素長出的手臂 而不同元素 根據最外層電子的數量不同 擁有的手臂數量也是不同的 比如氫原子只有一隻手 所以它每次只能和一個原子牽手 而氧原子長出了兩隻手 因此它最多可以同時和兩個原子牽手 而碳元素就厲害了 它足足有四隻手臂 這意味着 它最多能夠同時和四個原子牽手 想象一下 每個碳元素都有四隻手 如果它們相互連接在一起 形成三維結構 就會創造出千差萬別的各種碳骨架 這就形成了各種各樣有機化合物的基礎 在科學界 科學家們將這種含有碳元素的分子 稱爲有機分子 而專門研究有機物的化學 也因此擁有了一個別稱 從最簡單的碳精化合物甲烷 到複雜的高分子有機物DNA 以碳元素爲基礎的化合物 用極爲龐大的構成形式 爲碳基生命的形成 提供了豐富的物質基礎 就像搭積木一樣 大自然以神奇的碳元素爲框架 搭建出了繽紛多彩的碳基生命 而這一過程 就是壯麗的地球生命演化史 同時也是大自然選擇生命形態的唯一方式 這時可能有人要說了 碳元素不過是四隻手 自然界中有很多元素都比它多 如果以這些元素爲基礎 不是能組合成更多的分子結構嗎 沒錯 手臂越多的元素 組合成的分子結構數量也就越多 但化學世界比的是巧而不是亮 分子結構的複雜性是增加了 但它的穩定性就會不足 正因爲如此 碳元素憑藉着一種複雜性和穩定性 並存的特性 成爲了化合物種類最多的元素 目前已知的純有機化合物就一千多萬種 而這僅僅是理論上 化合世界中的冰山一角而已 除了複雜多樣性 以碳元素爲基礎的化合物 在常溫下的反應速度 也是自然選擇的重要依據 生命的任何活動 像新陳代謝 繁殖 和對環境刺激的種種反應 都需要依靠化學反應來完成 以環境刺激的反應爲例 從獵豹的飛速追逐獵物 到變色龍瞬間改變體表顏色 從眼睛遇到強光時 瞳孔的收縮 到植物的向光性 都是生物趨利避害的本能 而這些反應 實際上都是由生物體內的化學反應支撐的 這些化學反應的速度 很大程度上決定了生物反應的速度 而有機分子的活性 則保證了這些化學反應 能夠及時快速地進行 以應對環境中 可能出現的一系列複雜變化 如果剛剛對碳元素的描述 算是生命選擇它的充分條件的話 那麼它龐大的體量 則是生命選擇它的必要條件 在地竅中 碳元素的含量排在第15位 而在整個宇宙中 排名則驟然上升到了第4位 僅次於氫、氦和氧之後 如此豐富的含量 讓碳元素一開始 就擁有了其他元素只能氧式的競爭力 所以我們可以說 碳是地球生命的基石 地球上都是碳基生命 那在地球之外 會不會存在以其他元素爲基礎的生命形式呢 1891年 波斯坦大學的天體物理學家 儒略·申納 首次提出了以硅爲基礎的硅基生命概念 1893年 英國化學家愛莫生·雷諾茲 在一次會議中 指出了硅基生命存在的可能性 比如硅元素和碳元素 屬於同族元素 它們擁有相似的化學性質 就如同碳能和四個氫原子 化合形成鉀丸 硅也能同樣的形成硅丸 硅酸鹽是碳酸鹽的類似物 以及兩種元素都能組合成長鏈或聚合物等等 所以硅元素很有可能成爲 構成生命的有機化合物中 碳原子的可替代物 但這種觀點 也並不是所有人都贊同 反對者指出 雖然硅元素跟碳元素一樣 擁有四隻手 但硅元素的四隻手天生不給力 明顯沒有碳元素的手安全可靠 這主要是由於 硅元子比碳元子多了一個電子層 導致其對最外層四個電子的控制力 遠小於碳元子 使得以它爲基礎框架的化合物 極不穩定 很容易斷裂 更何況 地球上硅元素的含量 要比碳元素多了一千多倍 如果硅基生命 真的能夠在現實中存在的話 那現在統治地球的 就不是碳基生命了 因此 大多數研究者認爲 宇宙中存在硅基生命的可能性 是非常低的 如果其他星球存在生命的話 那麼它們大概率也是碳基生命 不過 就像著名天文學家 卡爾薩根說過的那樣 碳基生命唯一論 中心論 很有可能大大限制了 人類對外星生命的探索和想象 這是一種徹頭徹尾的 畢竟宇宙之大 已經遠遠超出了我們的認知 或許在人類想象不到的地方 就黯然生活着一群 不可能存在的硅基生命 而天體物理學家斯騰格的觀點 更是激進 他認爲 生命由分子組成 這個觀點其實也是一種沙文主義 在具有不同性質的宇宙中 原子核或其他結構 可能會以完全陌生的方式組裝 從而出現我們認知以外的生命形式 如果按照卡爾薩根的觀點 碳基生命並不一定是宇宙中 唯一的生命形式的話 那麼作爲自由可能存在的硅基生命 它們和我們會有哪些不同之處呢 首先 我們能夠確定的是 呼吸系統肯定會有極大的差異 在有氧環境下 當碳在碳基生物的呼吸過程中 被氧化時 會形成二氧化碳氣體 這很容易排除體外 而硅在被氧化時 會形成二氧化硅 也就是玻璃或沙子 處理這樣的固體物質 會給硅基生命的呼吸系統 帶來很大的挑戰或者說困難 除非某個星球上的溫度 高到能夠讓固態的二氧化硅 變成氣態或液態 它們纔有可能像地球生物一樣呼吸 其次 它們對環境溫度的需求 相較地球上的碳基生命來說 比如一些硅基化合物 具有非常高的熱穩定性 像硅氧件可以承受大約600K的溫度 而硅鋁件能夠承受將近900K的溫度 對於這樣的硅基生物來說 200到400攝氏度 才能讓它們感到舒適 而在我們覺得舒適的室溫下 它們很有可能會被凍死 最後 也是最明顯的一點 硅基生命的外觀 肯定和碳基生命有非常大的不同 大部分研究者相信 硅基生命看起來更像是晶體 天文學家狄堅森 就曾在《萬星人 地球人實體指南》藝術中 對硅基生命進行了簡單的描繪 他的這種描繪 基本滿足了研究者 對硅基生命的初步想象 其實除了硅基生命以外 宇宙中還有很多可能存在的生命形式 比如著名科幻小說家阿希莫夫 曾在並非我們所知的 《論生命的化學形式》這篇文章中 從生物化學的角度 描述過六種其他的生命形態 比如升級生命 看到這裏應該有人已經發現了 我們對於非碳生命化學形式的各種猜想 本質上其實只是我們對於 碳基生命化學基本原理認知的延伸 這主要是由於 我們對於其他任何一種生命形式的完全無知 在很大程度上限制了我們的眼界和想象力 與此同時 它也會導致一種悲催的情況出現 在太空探索中 人類遇到了外星生命 但是卻認不出它們 其實根據這種可能 我們可以結合費米貝論思考一下 會不會是因爲 不同環境中誕生的生命形式不同 而我們缺少辨別的方法 這纔看到了一個寂靜的宇宙呢 反過來 有沒有可能宇宙主流的生命形式 並不是碳基生命 而是某種人類完全未知的形式 我們纔是別人無法發現和理解的異類呢 1974年3月27日凌晨 一場大火侵襲了貝茨家族 位於佛羅里達州 當天下午 安東尼和齊瑞 以及他們21歲的兒子特里 來到現場 評估火災造成的損失 在巡視中 特里偶然在焦黑的樹木灰燼中 發現了一個具有明亮光澤的金屬球 它直徑約20釐米 看起來跟保齡球差不多大 出於好奇 他們將這個奇怪的金屬球 帶回了家 但此時的他們怎麼也不會想到 這個不起眼的金屬球 很可能來自地球之外 到家之後 特里仔細研究起了金屬球 發現它表面非常光滑 沒有拼接縫 也沒有焊接的痕跡 只有一些輕微的擦痕 以及一個約3毫米的三角形印記 重量大約在20斤左右 考慮到當地的歷史 特里覺得它可能是一顆 沒有爆炸的球炮彈 他把玩了一會兒 就對它失去了興趣 於是和處理自己其他收納品的方式一樣 將它隨手放在了窗臺上 就這樣 幾天過去了 就當它幾乎要被特里完全遺忘時 匪夷所思的一幕發生了 這天 特里和他的朋友在房間裏彈吉他 突然聽到了一種奇怪的嗡嗡聲 他們停止彈奏 嗡嗡聲很快就消失了 可當他們再次彈奏 聲音又出現了 反覆幾次後 特里確定了 奇怪聲音總是伴隨着彈奏聲出現 於是他一邊彈着吉他 一邊在房間中尋找聲音來源 很快他震驚地發現 聲音竟然來自金屬球的振動 並且彈奏的聲音越大 它振動的頻率越高 最後甚至高到 讓家中的狗發出悲鳴 這種詭異的情況 讓特里目瞪口呆 爲了弄清楚到底是什麼影響了金屬球 他決定做更多的嘗試 比如用錘子敲吉他 在錘子的吉他下 它會發出清脆的聲音 然後像擺鐘一樣來回晃動 似乎是在恐懼 特里將金屬球拿到客廳 準備向家人展示他的奇異之處 可還沒等他彈吉他 金屬球竟然自己滾動了起來 這一幕嚇到了所有人 在進一步的實驗中 貝茨一家人還發現 它竟然還能在滾動的過程中 多次轉彎 爲了防止這一切是因爲地面不平造成的 他們將球放在了一個 絕對水平的桌子上進行測試 然後出現了更驚人的一幕 球在桌子上也能自己滾動 而且當用手推它時 它總是會在桌子邊緣停下來 好像是怕自己掉下去 另外特里還發現 金屬球在陽光下 似乎更活躍一點 因爲他能感覺到裏面輕微的振動 聽到低沉的嗡嗡聲 將它拿回屋裏 好幾天表面都是溫熱的 金屬球表現出的種種異常 讓貝茨一家既好奇又擔憂 所以思來想去之後 他們決定聯繫媒體 揭開籠罩在他身上的神祕面紗 1974年4月10日 也就是貝茨一家發現金屬球的13天后 他們和傑克遜維爾日報取得了聯繫 向他們描述了金屬球的奇異之處 報社那邊覺得 這可能是一個惡作劇 但考慮到安東尼夫婦具有一定的社會地位 他們還是派了一名記者到貝茨家 瞭解具體情況 最開始 這名叫做艾格納的記者 對這件事情也是懷疑太多 但當貝茨問人他把金屬球放在地上之後 一切都變了 在第二天的報紙中 艾格納描述了自己當時看到的情況 他說 金屬球滾動了一段距離 然後停了下來 接着自己轉向右邊 滾動了一米多 然後又停了下來 再轉了個方向 畫了一個大弧線 最後回到了他的腳邊 可想而知 這樣的描述 在當時會引起怎樣的轟動 幾乎是一夜之間 貝茨金屬球就吸引了大量關注 無數媒體爭相報道關於他的一切 這其中不僅包括紐約時報 倫敦時報這樣的知名媒體 甚至還有不遠萬里跑到佛羅里達州的 日本媒體 突然的爆火 自然引起了官方的注意 4月12日 軍方找到了貝茨一家 希望將金屬球帶走進一步研究 以排除它是某種爆炸物的可能 他們同意了 但要求軍方檢查完之後 如果確定不是爆炸物 必須將球還給他們 而且還得簽署協議 手續完成後 軍方把球帶到了附近的 捷克威爾遜海軍航空站 也經科學家使用專業儀器 對它進行了檢測 在一些設備的輔助下 科學家們得到了球體的精確尺寸 直徑20.2釐米 質量9.68公斤 同時藉助X攝像機和光譜儀 他們發現球體是中空的 外殼厚度大約在13毫米 每6平方釐米 可以承受約50噸的極端壓力 材質是一種磁性含液的不鏽鋼 能夠適應超高溫環境 具有極強的耐腐蝕性 而在球體內部的中空空間中 還有三個較小的球體 每一個球旁邊 都附有一些像是線路一樣的細小紋理 這是當時拍攝的X光片 我們能夠清晰地看到三個球體 而通過反轉圖片 並增強對比度後 我們就能夠隱約看到球旁邊的紋理 哦對了 它還具有很強的磁性 擁有四個磁基 兩個正基 兩個負基 磁場的強度還各不相同 現在我們面前有兩個謎團 第一個謎團是 金屬球內部的小球是什麼東西 而另一個謎團是 它們究竟是怎樣被放到裏面的 正常情況下 我們想把東西放在一個球裏 要麼就是將它切開 然後再進行密封 要麼就是在表面開一個洞 可被磁球的表面 沒有任何接縫和孔洞 這讓海軍的科學家們 也百思不得其解 他們提出將金屬球切開 一探究竟 但遭到了貝茨一家的嚴旨拒絕 最後 由於確定它不是爆炸物 所以海軍將它還給了貝茨一家 到這裏 事情似乎又回到了原點 而且連軍方都沒弄清楚 它究竟是什麼這一點 已讓它愈發神祕起來 隨着事情的不斷髮酵 坊間開始流傳一種說法 說它很可能是外星文明的探測器 聽起來很不可思議 但接下來對金屬球的一系列研究 似乎印證了這種說法 4月18日 一個叫做威爾森的人 來到了貝茨家 他代表的是一家名爲 歐米加福音研究所的機構 在6個多小時的檢查中 他證實了海軍在球體內部 發現了多個氣點 並聲稱這種現象是無法解釋的 因爲場的通量密度 似乎在根據一種 沒有發現過的模式而波動 這違反了已知的物理定律 除此之外 他也指出 球體外殼確實是一種 磁性含液的不鏽鋼 但其中還含有某種未知元素 威爾森也看到了金屬球自己滾動 並突然轉向的一幕 對此他表示 自己沒有辦法解釋 這種運動是如何發生的 但他提出了猜想 說球體可能是一個 損壞的外星探測器 甚至可能是某種反重力裝置 最終 歐米加福音研究所 關於神祕球體身份的調查結果 與海軍的調查結果一樣 沒有定論 威爾森之後 加州大學布克利分校名譽教授 哈德博士 也對金屬球進行了研究 在研究中 哈德證實了威爾森的發現 同時根據X光片 也說出了自己的觀點 他說 金屬球內部的球體 是由原子敘述 高於140的材料製成的 原子敘述 就是原子核內的質子數量 自然界中原子敘述最高的元素 是鈾元素 它的原子敘述是92 雖然我們現在已經能夠 人爲的增加質子數 但目前實驗室中 能夠達到的最高原子敘述 不過才118 因此地球上不可能存在 球體中發現的元素 這讓哈德也懷疑 金屬球可能是一個 損壞的外星探測器 兩位科學家都覺得 金屬球可能和外星文明有關 這讓貝茨一家突然想到了一個 或許能夠揭開謎團的方法 上世紀70年代 受飛碟熱的影響 美國大多數主流媒體 都對不明飛行物 超自然現象之類主題感興趣 這其中也包括了《國家詢問報》 1972年3月12日 《國家詢問報》發佈了一個懸賞 如果誰能用科學的方式 證明UFO的真實性 就能得到1萬美元的獎金 如果誰能證明UFO真實存在 並且來自宇宙 將得到5萬美元的獎金 到1974年 這筆本來就很豐厚的獎金 已經增加到了100萬美元 同時爲了保證權威性 《國家詢問報》組織了藍絲帶小組 成員都是在各個領域 頗有建樹的知名科學家 比如天文學家艾倫·海內克 關注UFO的人 應該對這個名字不陌生 因爲他先後擔任了三個 美國空軍不明飛行物研究項目的科學顧問 其中最出名的叫做藍皮書計劃 該計劃從1952年開始 到1969年結束 一共調查了12618起UFO目擊事件 他也因此在晚年開發出了 近距離接觸分類系統 將UFO目擊事件按照目擊距離 分成了6個等級 我們常說的第三類接觸 就是其中的一個等級 1974年4月下旬 恰逢藍絲帶小組的科學家們 在新奧爾良舉行一年一次的碰頭會議 爲此一家決定讓特里維代表 將金屬球帶到現場 讓專門研究UFO的科學家們 對它的真實身份進行鑑別 經過幾天的研究 以海內克爲代表的藍絲帶小組 給出了答案 他們認爲這個金屬球 跟UFO和外星人沒有關係 換句話說 它是人造的 即便他們每個人在現場都親眼目睹了 球體從靜止到運動的全過程 這裏不得不說一下 在等待專家組對金屬球檢查的幾天裏 發生過一件很詭異的事情 在國家詢問報的辦公室 特里突然接到了一個電話 說他的母親發生了交通事故 生命垂危 特里立即撥打了家中的電話 但始終無人接聽 顧不上正在檢查的金屬球 心急如焚的特里 立即驅車往家趕 可當他到家時 母親卻好好的 根本沒有發生過任何交通事故 他檢查了家裏的電話 發現線路出現了問題 之後他回到新奧爾良 向國家詢問報索要金屬球 但他們卻左顧沿他 始終不肯歸還 最後實在被逼得沒有辦法了 才告訴特里 金屬球已經被帶到了 另一個地方進行檢查 當特里到達他們所說的位置時 發現那裏被軍方等人把守着 他們不允許特里進去 在漫長的等待和交涉後 特里最終還是拿到了金屬球 在回到藍絲帶小組那裏 聽完專家們最終的見面結果後 特里帶着他回到了家裏 而在當晚 他察覺到金屬球 似乎有些不對勁 由於他之前總是會毫無徵兆地滾動 爲了防止他亂跑 貝茨一家都是將他放在保齡球袋子裏 然後掛起來 因此幾乎每天晚上 都能聽到袋子摩擦發出的聲音 但今天晚上金屬球非常安靜 一動不動地躺在袋子裏 特里回憶了一下 發現他在回家的路上 好像也沒有動過 第二天一早 貝茨一家聯繫了哈德 請求他再次對金屬球 做一個全身檢查 而檢查結果 讓他們大吃一驚 因爲四個刺激消失了 X光顯示 球體上現在有一道拼接縫 內部的三個小球也不見了 顯然 金屬球被調包了 在聽完特里事後找球的經過後 哈德認爲 擁有軍方背景的海內克 可能嫌疑最大 或許是因爲失去了真正的金屬球 再加上媒體的圍追堵截 嚴重干擾了正常生活 貝茨一家在某天晚上 搬離了喬治毛島 並拒絕了後續的所有采訪 至此 關於貝茨球體的故事就結束了 但它留給我們的謎團 卻依舊沒有解開 它究竟是什麼 最後又去了哪裏 恐怕永遠也沒有答案 但我覺得 如果它真的被軍方調包了 軍方這一行爲 或許就從側面揭示了某種答案 比如之前兩位科學家猜測的 很可能是正確的 事實上 知道它故事的人 確實大部分都相信 它可能和UFO有關 不僅僅是因爲它身上 種種無法解釋的地方 還有它傾向於自我保護的行爲邏輯 跟1972年8月 發生在日本高知縣 借梁地區的草帽UFO非常相似 甚至就連體積大小都差不多 這難免不讓我們猜測 它們之間是不是有什麼 不爲人知的聯繫 關於借梁UFO事件 我會在後面出一期詳細視頻 因爲這起事件的真實性 真的很高