【正文】 基于元素硅的生命形態(tài)——淺談硅基生命大家都知道，地球上的全部生命都是以碳和水為基礎(chǔ)，而且很可能宇宙中大部分的生命形態(tài)也都是以碳和水為基礎(chǔ)。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質(zhì)也可以為生命提供基礎(chǔ)。早在1885年，愛爾蘭出生的天文學(xué)家兼數(shù)學(xué)家羅伯特?斯德威爾?鮑爾(Robert Stawell Ball)就曾在他的《天堂的故事》(Story of the Heavens)一書中提到地外生命可能和地球上的完全不同，他寫道：“倘若我們能夠得到機(jī)會(huì)去近距離觀察一些天體，我們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)它們也充滿了生命，但卻是特化適應(yīng)于環(huán)境的生命。以奇特而怪異的形態(tài)出現(xiàn)的生命??” 說到碳基生命以外的生命形態(tài)，很多人會(huì)想到去查看元素周期表，而首先引人注意的就是元素硅。其實(shí)，早在19世紀(jì)，硅基生命這個(gè)概念就已經(jīng)出現(xiàn)了。1891年，波茨坦大學(xué)的天體物理學(xué)家儒略?申納爾(Julius Sheiner)在他的一篇文章中就探討了以硅為基礎(chǔ)的生命存在的可能性，他大概是提及硅基生命的第一個(gè)人。這個(gè)概念被英國(guó)化學(xué)家詹姆士?愛默生?雷諾茲(James Emerson Reynolds)所接受，1893年，他在英國(guó)科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)的一次演講中指出，硅化合物的熱穩(wěn)定性使得以其為基礎(chǔ)的生命可以在高溫下生存。著名英國(guó)科幻作家赫伯特?喬治?韋爾斯(Herbert George Wells)吸收了雷諾茲和鮑爾的觀念，他寫道：“人們會(huì)為這種設(shè)想所帶來的奇異想象所震驚：既然有硅—鋁生命體，為什么不會(huì)立刻想到硅—鋁的人？讓我們說，他們?cè)诹蚧菤饨M成的大氣中漫步，徜徉在溫度比熔爐更高的，數(shù)千度的融化的鋼鐵海洋旁。” 三十年后，英國(guó)遺傳學(xué)家約翰?波頓?桑德森?霍爾丹(John Burdon Sanderson Haldane)提出在一個(gè)行星的深處可能發(fā)現(xiàn)基于半融化狀態(tài)硅酸鹽的生命，而鐵元素的氧化作用則向它們提供能量。粗看起來，硅的確是一種作為碳的替代物構(gòu)成生命體的很有前途的元素。因?yàn)樗谟钪嬷蟹植紡V泛，而且在元素周期表中，它就在碳的下方，和碳元素的許多基本性質(zhì)都相似。舉例而言，正如同碳能和四個(gè)氫原子化合形成甲烷(CH4)，硅也能同樣地形成硅烷(SiH4)，硅酸鹽是碳酸鹽的類似物，三氯硅烷(HSiCl3)則是三氯甲烷(CHCl3)的類似物，以此類推。而且，兩種元素都能組成長(zhǎng)鏈，或聚合物，它們并在其中同氧交替排列，最簡(jiǎn)單的情形是，碳—氧鏈形成聚縮醛，它經(jīng)常用于合成纖維，而用硅和氧搭成骨架則產(chǎn)生聚合硅酮?；谏鲜銮闆r，一些特異的生命形態(tài)就有可能以類似硅酮的物質(zhì)構(gòu)成。硅基動(dòng)物很可能看起來象是些會(huì)活動(dòng)的晶體，就如同迪金森和斯凱勒爾(Dickinson and Schaller)所繪制的想象圖一樣。這是一只徜徉在硅基植物叢中的硅基動(dòng)物，這種生物體的結(jié)構(gòu)件可能是被類似玻璃纖維的絲線串在一起，中間連接以張肌件以形成靈活、精巧甚至薄而且透明的結(jié)構(gòu)?？瓷先ミ@些結(jié)晶體似的生物非常漂亮，如果它們可以在常溫下生存的話，大概許多地球人都愿意在家里養(yǎng)幾只作為裝飾，養(yǎng)這種寵物的一個(gè)明顯好處是不會(huì)傳播細(xì)菌和寄生蟲，因?yàn)樽鳛樘蓟募?xì)菌和寄生蟲對(duì)這種完全不同的生命是無能為力的。但是，但硅基生命的存在的可能性卻受到許多缺陷的威脅。一個(gè)很大的缺陷就是硅同氧的結(jié)合力非常強(qiáng)。當(dāng)碳在地球生物的呼吸過程中被氧化時(shí)，會(huì)形成二氧化碳?xì)怏w，這是一種很容易從生物體中移除的廢棄物質(zhì)。但是，硅的氧化會(huì)形成固體，而且二氧化硅在剛形成的時(shí)候就會(huì)形成晶格，使得每個(gè)硅原子都被四個(gè)氧原子包圍，而不是象二氧化碳那樣每個(gè)分子都是單獨(dú)游離的，處置這樣的固體物質(zhì)會(huì)給硅基生命的呼吸過程帶來很大挑戰(zhàn)。其次，只要是生命形態(tài)，就必須從外界環(huán)境中收集、儲(chǔ)存和利用能量。在碳基生物這里，儲(chǔ)存能量的最基本的化合物是碳水化合物。在碳水化合物中，碳原子由單鍵連接成一條鏈，而利用酶控制的碳水化合物的一系列氧化步驟會(huì)釋放能量，廢棄物產(chǎn)生水和二氧化碳。這些酶是些大而復(fù)雜的分子，它們依照分子的形狀和左旋右旋對(duì)特定的反應(yīng)進(jìn)行催化，這里說的左旋右旋是指分子含有的碳的不對(duì)稱性使其出現(xiàn)的左旋或者右旋，而多數(shù)碳基生物體內(nèi)的物質(zhì)都顯示這個(gè)特征，正是這個(gè)特點(diǎn)使得酶能夠識(shí)別和規(guī)范碳基生物體內(nèi)的大量的不同新陳代謝進(jìn)程。然而，硅沒能象碳這樣產(chǎn)生眾多的具有左旋右旋特征的化合物，這也讓它難以成為生命所需要的大量相互聯(lián)系的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的支持元素。即它不能像碳基生命一樣識(shí)別和規(guī)范生物體內(nèi)大量的不同的新陳代謝進(jìn)程，把儲(chǔ)存的能量釋放出來。不過，或許外星的硅基生命并不需要這樣也說不定??此外，硅鏈在水中不穩(wěn)定，容易斷掉，不象碳鏈這樣在干濕環(huán)境下都保持穩(wěn)定。雖然這點(diǎn)不會(huì)因此排除硅基生命存在的可能，但存在大量液態(tài)水的星球肯定是排斥硅基生命的?；蛟S有大量別的溶劑適宜它們生存，而不是水。另一方面，存在硅基生命，甚至存在硅基生命出現(xiàn)前的早期生命化學(xué)演化的低可能性也被天文觀測(cè)所驗(yàn)證。不管天文學(xué)家向哪里搜尋——隕星、彗星、巨行星的大氣、星際物質(zhì)、冷卻恒星的外層——他們都只能找到氧化的硅(二氧化硅和硅酸鹽)，而找不到類似硅烷和硅酮這樣的作為硅生物化學(xué)存在預(yù)兆的物質(zhì)。相反，當(dāng)我們尋找碳基生命的跡象時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，在隕星中不難找到氨基酸這樣的碳基有機(jī)分子。至于甲烷，不僅在太陽系的眾多行星和衛(wèi)星中很容易找到，而且在星際物質(zhì)和星云中也能找到，甚至連甲基乙炔和氰基癸五炔這樣的復(fù)雜分子都能從星際物質(zhì)中找到。即使如此，也有必要指出，硅可能曾在地球生命的起源過程中扮演過一定的角色。有一個(gè)奇怪的現(xiàn)象是，地球生命特別喜歡利用右旋的糖和左旋的氨基酸。對(duì)此的一個(gè)理論解釋是，生命演化初期的第一批碳化合物在一片有著特定旋光性的硅石表面上的“原始湯”內(nèi)形成，而這種硅化合物的旋光性決定了我們現(xiàn)在從地球生命體內(nèi)找到的碳化合物的旋光性。盡管從生化角度看，找到硅基生命的可能性很渺茫。但硅基生命在科幻小說中則很興盛，而且科幻作家的許多描述會(huì)提出不少有關(guān)硅基生命的有益構(gòu)想。在斯坦利?維斯鮑姆(Stanley Weisbaum)的《火星奧德賽》(A Martian Odyssey)中，該生命體有1百萬歲，每十分鐘會(huì)沉淀下一塊磚石，而這正是維斯鮑姆對(duì)硅基生命所面臨的一個(gè)重大問題的回答，文中進(jìn)行觀察的科學(xué)家中的一位觀察到：“那些磚石是它的廢棄物??我們是碳組成，我們的廢棄物是二氧化碳，而這個(gè)東西是硅組成，它的廢棄物是二氧化硅——硅石。但硅石是固體，從而是磚石。這樣它就把自己覆蓋進(jìn)去，當(dāng)它被蓋住，就移動(dòng)到一個(gè)新的地方重新開始?！痹谛请H旅行系列片的“黑暗中的惡魔”中，Janus IV的礦工發(fā)現(xiàn)了一種硅基生命形態(tài)——Horta。每過5萬年，所有的Horta就都死去，只剩下一個(gè)個(gè)體活著，照看將會(huì)孵化下一代的那些蛋?？磥?，人們對(duì)硅基生命的一個(gè)重要設(shè)想是長(zhǎng)壽，這大概來自人類從自然界巖石的恒久得到的印象。而另外一個(gè)通常的看法是，硅基生命很可能出現(xiàn)于溫度比較高的星球上，比如說一個(gè)到處都是火山的星球上，因?yàn)樵S多硅基化合物比碳基更穩(wěn)定，比如硅—氧鍵可以承受大約600K的溫度，而硅—鋁鍵能承受將近900K的溫度，所以耐高溫的性能很好，而且同樣是由于相對(duì)穩(wěn)定，在高溫下活性更好。對(duì)于硅基生命來說，200度甚至到400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可能會(huì)被凍死，這就是我在前面提到飼養(yǎng)硅基寵物的時(shí)候，特意說“如果它們可以在常溫下生存”這句的緣故。最后，我們先看看目前普遍使用的電腦，它就是用硅作為芯片的，如果這個(gè)電腦再高級(jí)一些，發(fā)展成為智能電腦，那就幾近是硅基生命了。而網(wǎng)絡(luò)世界，或許就