如今,人類大概發現了118種元素,但宇宙茫茫無邊,一定還有更多的元素等待被發現。
在所有這些元素中,生物學家堅持認為,碳是生命所必需的。並在尋找外星生命的過程中,將碳的存在,作為了證明潛在生命的第一要素。
我們會不會先入為主,地球上的生命由碳組成,其他的地外生命也必須由碳組成嗎?碳是地球上有機化合物的主要元素,如果沒有碳就不會有生命存在。
碳能夠與其他元素形成穩定的鍵,包括碳自身,它能夠形成比任何已知元素都多的化合物,科學家們在地球上的生物中,已經發現了近1000萬種碳基化合物。
碳是碳水化合物、脂類、蛋白質和核酸的組成部分,所有這些東西都是生命所必需的。如果假設有一種元素可以構成生命的基礎,那麼它必須滿足一些條件。最主要的就是,它必須在形成化合物方面,具有足夠的多功能性。
如果外星生命體要建立在另一種元素的基礎上,那麼這個元素就必須與各種不同的元素,形成穩定的聯繫。所有元素的原子核都有電子,當它們與另一個元素共享電子時,就會發生鍵合。此外,它應該能夠以某種方式自我循環,就像地球上的的碳循環一樣,生物體可以通過某種方法,將過量的碳排回到環境中。
科學家們在研究之後發現,碳的最佳替代品似乎是矽。之所以這麼認為,主要是因為它與碳極為相似。碳的最外層有四個電子,元素傾向於結合,因此每個原子有八個電子。這使得碳成為完美的配對夥伴,是共價鍵的理想選擇,在共價鍵中,碳原子與其他原子共用四個電子。
而矽也有四個電子,它是地殼中含量排名第二的元素,在地球上的含量是碳的135倍。
矽也可以與氧結合,並與自身形成長鏈,就像碳一樣。基於這些原因,矽似乎是最有可能成為非碳生命的候選,但為什麼地球上的生命,不是以矽為基礎的呢?
儘管矽和碳有相似之處,但矽的確有著明顯的缺點。雖然矽確實有四個電子,但它們位於第三個軌道上,這基本上意味著矽需要更多的電子來滿足,因此傾向於形成較弱的鍵。碳的鍵很強,當它與其他碳原子配對時,它可以變成鑽石,這是地球上已知最堅硬的材料。
這兩種元素與氧結合也有不同的作用。碳和氧結合變成二氧化碳,這是一種生物呼吸作用後產生的氣體,被生物排出並循環到大氣中。而矽和氧結合變成二氧化矽,這時矽變成了石英,它是一種固體,就是我們常見的沙子,有機生物很難輕易地將沙子排除體內。
當我們評估其他行星上存在生命的可能性時,我們也要觀察它們是否與地球條件相似。那些遠比我們的星球更熱的行星,實際上會給矽帶來形成生命的優勢,因為它能承受比碳高得多的溫度。科學家們在火山口發現極端微生物生存的痕跡,這裡常年保持120度的高溫,這也側面證實了有生物可以承受如此高溫。
此前科學家們也認為,行星必須位於恆星周圍所謂的宜居帶中,才能有液態水產生。但是隨著在土衛二等衛星內發現可能存在地下海洋,以及土衛六的碳氫化合物湖之後,這一概念也遭到了質疑。
這個發現表明,當人類被自己的偏見束縛時,無法得到真正的結果。我們對碳的執著,可能會阻止我們認識到其他的生命形式,所以我們必須對新的可能性敞開心扉。