硅基生物是一个假想的概念,指的是以硅元素为“有机”物质基础,而非碳元素的生物。由于硅原子具有与碳原子相近的化学性质,因此推测它可以作为构成生命的有机化合物中碳原子的替代物。
硅基生命一直是学术界和科幻小说中的热门话题,但迄今为止,现实中尚未发现任何实例。
历史
假想的特点与优势
与地球上的碳基生物相比,假想的硅基生物具有一些独特的特点和潜在优势:
热稳定性: 硅化合物具有较高的热稳定性,这使得硅基生物可能在高温环境下生存。
结构稳定: 硅基生物的内部结构可能更为稳定,更能抵御病菌的侵蚀和射线的照射。
新陈代谢: 相对地,它们的新陈代谢速度会比碳基生物慢许多倍。
食物来源: 硅基生物必须摄入足够的含硅食物以维持生存。
概念的理论缺陷
1. 化学稳定性与多样性不足
电子控制力弱: 硅原子比碳原子多一个电子层,对最外层电子的控制力远小于碳原子,导致理论上很多可以由硅原子骨架形成的化合物,在实际中却极其不稳定(很多只能在实验条件下存在极短时间)。
难以形成长链: 单独的硅元素很难形成长链。目前在实验室中,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,这对于生命活动,尤其是新陈代谢是一个巨大的障碍。
缺乏手性: 硅基化合物不能像碳基化合物一样具备手性上的左旋右旋之分。
水环境不适: 硅链在水中不稳定,容易断裂,因此硅基生物不适合生存在多水的环境中。
化合物多样性: 这些因素都注定了硅基化合物没有碳基化合物那样的多样性来支持复杂的生命活动。
2. 呼吸与代谢的挑战
二氧化硅的处置: 硅同氧的结合力非常强,产物二氧化硅是固体物质。处置这种固体废物会给硅基生命的呼吸过程带来巨大挑战,除非该星球的温度高到能使二氧化硅液态甚至气态。
假想的呼吸方案: 科学家提出了更可行的假想呼吸方案:
氧化储蓄物: 吸入氟气氧化自身的储蓄物,呼出四氟化硅。
反应呼吸: 吸入氟化氢与储蓄的二氧化硅反应,呼出四氟化硅。
高温环境: 在高温环境下,可能吸入氢气,呼出四氢化硅。
假想的光合作用: 硅基“植物”可能通过“光合作用”吸入四氟化硅、水和光,经过反应生成氟化氢排回大气中,同时生成“硅淀粉”作为能量储存物质。
3. 宇宙稀有性