宇宙间生命结构的其他形式--非碳基生命

　　地球上的全部生命都是以碳和水为基础，而且很可能宇宙中大部分的生命形态也都是以碳和水为基础。但是也有很多人相信碳以外的其他元素以及水以外的其他介质也可以为生命提供基础，早在1885年，爱尔兰出生的天文学家兼数学家罗伯特•斯德威尔•鲍尔(Robert Stawell Ball)就曾在他的《天堂的故事》(Story of the Heavens)中提到地外生命可能和地球上的完全不同，他写道：

　　“倘若我们能够得到机会去近距离观察一些天体，我们可能会发现它们也充满了生命，但却是特化适应于环境的生命。以奇特而怪异的形态出现的生命……”

　　一、硅基生命

　　说到碳基生命以外的生命形态，对这方面稍有点了解的人首先想到的就是硅基生命。不过硅基生命这个概念到底什么时候有的，大概没几个人了解，说出来可以让人吃一惊，原来这个概念早在19世纪就出现了。1891年，波茨坦大学的天体物理学家儒略•申纳尔(Julius Sheiner)在他的一篇文章中就探讨了以硅为基础的生命存在的可能性，他大概是提及硅基生命的第一个人。这个概念被英国化学家詹姆士•爱默生•雷诺兹(James Emerson Reynolds)所接受，1893年，他在英国科学促进协会的一次演讲中指出，硅化合物的热稳定性使得以其为基础的生命可以在高温下生存。

　　著名英国科幻作家赫伯特•乔治•韦尔斯(Herbert George Wells)吸收了雷诺兹和鲍尔的观念，他写道：

　　“人们会为这种设想所带来的奇异想象所震惊：既然有硅—铝生命体，为什么不会立刻想到硅—铝的人？让我们说，他们在硫磺气组成的大气中漫步，徜徉在温度比熔炉更高的，数千度的融化的钢铁海洋旁。”

　　三十年后，英国遗传学家约翰•波顿•桑德森•霍尔丹(John Burdon Sanderson Haldane)提出在一个行星的深处可能发现基于半融化状态硅酸盐的生命，而铁元素的氧化作用则向它们提供能量。www.ｕfo-1.cn探索

　　粗看起来，硅的确是一种作为碳替代物构成生命体的很有前途的元素。它在宇宙中分布广泛，而在元素周期表中，它就在碳的下方，所以和碳元素的许多基本性质都相似。举例而言，正如同碳能和四个氢原子化合形成甲烷(CH4)，硅也能同样地形成硅烷(SiH4)，硅酸盐是碳酸盐的类似物，三氯硅烷(HSiCl3)则是三氯甲烷(CHCl3)的类似物，以此类推。而且，两种元素都能组成长链，或聚合物，它们并在其中同氧交替排列，最简单的情形是，碳—氧链形成聚缩醛，它经常用于合成纤维，而用硅和氧搭成骨架则产生聚合硅酮。

　　基于上述情况，一些特异的生命形态就有可能以类似硅酮的物质构成。硅基动物很可能看起来象是些会活动的晶体，就如同迪金森和斯凯勒尔(Dickinson and Schaller)所绘制的如下想象图一样。这是一只徜徉在硅基植物丛中的硅基动物，这种生物体的结构件可能是被类似玻璃纤维的丝线串在一起，中间连接以张肌件以形成灵活、精巧甚至薄而且透明的结构。

Horta:星际旅行系列片中的硅基生命

氨！氨！

　　看来，这是一种需要依靠喝氨来生存的外星人，正如同我们人类需要靠喝水来生存一样。

　　1954年，同样是本文前面提到过的那位英国科学家霍尔丹，在一次座谈会上讨论生命起源时，提出被我们人类这种生命形态利用的水这种溶剂，在某些生命形态下可以由液态氨来代替。他提出的理由之一是水的一些特性和氨是类似的，比如，以水为基础可以形成甲醇(CH3OH)，而以氨为基础可以形成甲胺(CH3NH2)，甲醇和甲胺这两种化合物正是类似物。霍尔丹由此从理论上提出，有可能以氨为基础建立其一系列复杂化合物的对应体系，比如蛋白质和核酸的对应物质，利用这个体系，整套有机化合物、肽，能够在氨基体系下同样存在。这些作为普通氨基酸替代物的氨基分子能够聚合形成多肽，这些以氨为基础的多肽能够同从地球生命形态中找到的对应物一致。

　　这个假说得到了英国天文学家V•阿克塞尔•弗瑟夫(V. Axel Firsoff)的进一步发展，他特别考虑到那些含氨丰富的世界，比如太阳系内(现在还应该包括我们这十几年在太阳系外发现的)那些气态的巨行星和它们的卫星，认为这种生命在那里的发展和进化将是一个非常有趣的课题。www.ｕfo-1.cn探索

　　同水相比，液态氨的确有许多显著的化学相似性。利用含氨的的溶解而不是水的溶解，可以同样提供整个有机和非有机化学反应，液态氨在溶解方面和水一样好甚至更强。同水比，它溶解许多金属元素的能力超好，包括钠、镁、铝等碱金属，可以直接溶解；此外，一些其他的元素比如碘、硫、硒、磷都在液态氨中有一定的溶解度，并几乎不怎么同液态氨发生反应。以上各种元素在生命化学方面都具有重要作用，而且铺就通往生命早期演化的道路。

　　液态氨的沸点在一个大气压下是零下34摄氏度，所以这样的生命

可能需要在温度比较低的世界里生存，这样的世界并不少，所以这并不是其缺点。但有人认为真正的缺点是液态氨保持液体形态的温区太小，由于凝固点在一个大气压下是零下75摄氏度，所以液态温区的范围仅仅有41摄氏度，还不到水的100摄氏度液态温区的一半。不过，如同水一样，星球表面的大气压提高后将增加液态温区，比如在60个大气压下(这比木星和金星的地表气压低好多)，液态氨的沸点变成98摄氏度而不再是-34度，液态温区也扩大到175摄氏度。氨基生命完全可能是在高压下生存的生命。

氨分子结构

　　氨的介电常数大约是水的1/4，使得它的绝缘性能不算好，而另一方面，氨的熔解热更高一些，所以在熔点/凝固点更不容易冻结(凝固)。氨的比热容相当高，比水还高一些，粘滞性则更低。对液态氨酸碱化学反应的研究显示，其细节同水系统一样的丰富。在许多方面，液态氨作为生命承载物绝对不比水差。

　　不过，尽管有许多相似性，液态氨系统中碳氨化合物生命的发展路线仍将和我们的水系统中碳水化合物生命有着很大的差异。作为一种承载生命发展的溶剂，不论是液态氨还是水都需要把生命需要的物质溶解形成阳离子和阴离子，从而让酸碱反应得以进行，但同一种物质在液态氨系统和水系统中的酸碱性很可能会是完全不同的。比如，水同液态氨作用会产生NH+离子，并显示出强酸性，结果我们这类生命所依赖的中性的水到氨基生命那里就变成了致命的毒药。对于氨基生命的外星人来说，我们地球一定是个可怕的星球，有着巨大的热酸海洋，还经常下起滚烫的酸雨，他们大概不会对地球感兴趣，不会和地球人发动星际战争争夺地球资源，这样的地狱一样的星球对他们来说还是远离为好。

　　所以，我们要明白水和液态氨并不等同，它们仅仅类似而已。两个体系内的许多生命化学特征必定会出现不少差异。例如，莫尔顿(Molton)提出，氨基生命形态可能会使用铯和铷的氯化物来调整细胞膜的电势，同地球生命使用的钾盐和钠盐相比，这些盐在液态氨里面的可溶性更好。看来，铯和铷的氯化物在氨基生命的外星人那里恐怕会是美味的调料，就如同我们人类用氯化钠作为食盐当调料一样。但铯和铷的丰度远不如钾和钠，那里的人们是否会为了美味的调料发动战争呢？这应该是有趣的话题。

　　不过，氨基生命的出现也遇到一些疑难之处。尽管氨的熔解热比水高，但汽化热却只有水的一半，表面张力只有水的1/3。这都是和生命有关的性质，汽化热同比热容一同决定了一种溶剂在调节生物体内温度的能力，水是两者都高，从而对生命有利；表面张力则是液体在表面和表面以下的分子聚合力不平衡的表现，水的表面张力相当高，氨分子之间的氢键要比水之间的弱很多，从而液态氨通过憎水效应(疏水效应)聚集极性分子的能力要低得多。生命演化早期需要把大量的有机分子聚合到一起，直到出现能够自我复制的早期生命，水在这方面是胜任的，但液态氨的能力则让人怀疑。

原标题：宇宙间生命结构的其他形式--非碳基生命

关键词：非碳基生命