“硅基生命”的由来

地球上所有生命体的每一个细胞中都离不开碳、氢和氧三种元素，其中碳是有机分子的骨架，因此我们把地球上的生物称为碳基生命。生物和化学家们普遍认为，如果地球之外的某一个地方存在生命体，它一定也与我们一样，是碳基的。

1891年，基于硅和碳在化学上的相似性，德国天体物理学家朱利叶斯·席纳（Julius Scheiner）率先提出硅在生命元素中替代碳的观点。一些科幻作者和科幻迷们也觉得茫茫宇宙，浩瀚无垠，外星球的自然条件有别于地球，它孕育的生命体有可能不是以碳为骨架，而有可能是硅。这种生物被称为“硅基生命”。

为什么是硅而非其它元素？

如果你还记得元素周期表，一定不难背出前边二十几个元素：氢氦锂铍硼碳氮氧氟氖钠镁铝硅磷硫氯氩钾钙......这其中碳（C）排在第6位，硅（Si）位列第14。

硅是地壳中含量第2高的元素，按质量算它占了地壳总质量的27.2%；同时地壳中90%以上都是硅酸盐矿物，占绝对统治地位；而在宇宙中，以质量计算，硅的含量排名第8，也是相当可观。

硅不仅蕴含丰富，它在化学性质上与碳也有相似之处。在元素周期表的第IV主族中，硅于碳的下方，它们最外层都有4个价电子；可以与氢结合形成有机烷；纯硅与钻石一样都是金刚石立方的晶体结构，它们很坚硬并且有很高的熔点。于是有些人很自然地认为，既然这两种元素如此相像，地球上有丰富的碳基生命，也理应存在硅基生命。

碳基的优势

尽管在地球表面碳的含量仅为硅的1/920，但碳在银河系中的丰度却是硅的7倍。碳在恒星内部形成，通过“三重α过程”和“CNO聚变循环”，较轻的元素可以很容易被压成更重的碳。相比之下，硅的产生需要经历巨型恒星坍缩，也就是在超新星爆炸的过程中才有机会产生出来，因此硅在宇宙中的含量比碳少得多。

纯碳可以以石墨或钻石的形式存在于地球上，它有很好的稳定性，不会轻易与氧气发生化学反应，碳或碳化合物只有在氧气中燃烧时才会形成气态氧化物——二氧化碳。

前节提到，碳的最外围有4个价电子，它们分别位于2s和2p轨道，这意味着它能与其它原子组成4个共价键，共价半径为77pm。由于共价半径短，碳共价键能高，键合稳定。

任何生命的化学基础都必须

在我们的地球上，生命体需要多种具有不同功能的化学物质参与。包括用于制造蛋白质的氨基酸，用于制造核酸的糖和含氮碱基，作为核心代谢中间体的酮酸和羟基，以及用于制造细胞膜的脂质等等。为了组合出这些化学物质以提供生物学功能，生命体需要一套元素来构建各种分子，同时这些分子中应该事先建立起一个“脚手架”。

碳原子可以通过两个电子与相邻的碳组成长链，同时通过另两个电子与其它杂原子组合形成一个大分子。在这个大分子中，碳是支架，而杂原子提供了丰富的化学活性。碳支架提供了制造大分子的能力，因此可以制造大量不同功能的分子。碳支架相对稳定，同时与碳结合的杂原子为每个分子提供化学功能和独特性。

硅为什么不能？

在太阳系形成的过程中，硅在地球表面的含量远超过碳，它的原子结构与碳相近，为什么地球上没有出现哪怕一种以硅为基础的生命形态，甚至我们连一块纯硅都找不到呢？

这还需要从硅原子本身开始说起。

硅的原子半径比碳大，它的共价半径也达到117pm。硅的四个外围电子两个位于3s轨道，两个在3p轨道，更长的键长和不同的键角导致硅比碳更活泼，它的共价键也更不稳定。

硅很容易被氧化形成固态的二氧化硅，它是砂子的主要成分。所以我们在地球上找不到纯净的硅，只能找到二氧化硅和硅酸盐矿物。

与碳、氮、氧和氢相比，硅有更强的正电性，这会在硅原子中形成一个电子“洼地”，导致它与其它非金属组成的键有更强的极化，进而造成以硅为核心的分子更容易受到亲电和亲核攻击。与碳相比，硅化合物更容易水解，它因此也更不稳定。

文章来源：《地球与环境》 网址: http://www.dqyhjzz.cn/zonghexinwen/2021/0520/1163.html