硅基生命想象圖

元素週期表的第四組含有碳(C)、硅(Si)和幾種重金屬。碳，當然，是我們所知道的生命的組成部分。

那麼，是否有可能在其他星系中存在一顆行星，在那裏硅可以代替碳，作爲生命的主要組成部分呢?

有些科幻小說都以硅爲基礎的生命形式爲特色——有知覺的晶體、可怕的金色沙粒，甚至還有一種生物，它的糞便就是硅磚。這些小說讀起來不錯，但在化學方面存在一些問題。

的確，碳和硅有許多相同的特性。每個原子都有4個價電子，也就是說，單個原子在形成化合物時與其他元素成四鍵。每一單元都與氧結合，每一種都形成長鏈，稱爲聚合物，在其中與氧交替。

雲母礦物

在最簡單的情況下，碳產生一種叫做聚縮醛的聚合物，一種用於合成纖維和設備的塑料。硅產生聚合硅酮，我們用它來做防水布或潤滑劑。

但是，當碳氧化時，或者說在燃燒過程中與氧結合，它就變成了氣體二氧化碳;而硅氧化成固體二氧化硅。

爲什麼硅基生命很難存在？

硅氧化成固體的事實是它不能維持生命的一個基本原因。二氧化硅或沙子是固體，因爲硅非常喜歡氧，而二氧化硅形成一個晶格，其中一個硅原子被四個氧原子包圍。硅酸鹽化合物也存在於長石、雲母、沸石或滑石等礦物中。這些固體系統會給生物系統帶來處理問題。

還要考慮到生命形式需要某種方式來收集、儲存和利用能量。能源必須來自環境。一旦被吸收或攝入，能量必須準確地釋放到需要的地方和時間。否則，所有的能量都可能同時釋放熱量，將生命焚燬。

在以碳爲基礎的世界中，基本的存儲元素是一種碳水化合物，其分子式爲Cx(HOH)y。這種碳水化合物氧化成水和二氧化碳，然後與空氣交換。

碳被單鍵連接成一條鏈，這個過程叫做鏈化。一種以碳爲基礎的生命體利用一種叫做酶的速度調節器，通過控制步驟來“燃燒”這種燃料。

這些大而複雜的分子之所以能精確地完成它們的工作，僅僅是因爲它們具有一種叫做“旋向性”的特性。

當任何一種酶與它幫助反應的化合物“配對”時，這兩種分子形狀就像一把鎖和鑰匙，或者握手一樣緊密結合在一起。

地球的碳基生命

事實上，許多碳基分子利用了左右兩種形式。例如，大自然選擇了同樣穩定的六碳碳水化合物來儲存我們肝臟(以糖原聚合物的形式)和樹木(以聚合物纖維素的形式)的能量。

糖原和纖維素的區別主要在於單個碳原子的旋向性，當碳水化合物聚合或形成鏈時，就會形成這種旋向性。

纖維素具有兩種可能性中最穩定的形式，而糖原是第二穩定的。因爲人類沒有把纖維素分解成基本的碳水化合物的酶，所以我們不能把它用作食物。但許多低等生命形式可以，如細菌。

簡而言之，旋向性是一種特徵，它使各種生物分子具有識別和調節各種生物過程的能力。硅不會形成很多具有旋向性的化合物。

因此，硅基生物很難實現碳基酶爲我們提供的所有奇妙的調節和識別功能。

《星際迷航》中硅基生命

硅化合物的用途

儘管如此，自從弗雷德裏克·斯坦利·基平(Frederic Stanley Kipping, 1863-1949)發現一些有趣的硅化合物可以製成以來，化學家們一直孜孜不倦地創造新的硅化合物。

硅領域最高的國際獎項是基平獎（Kipping Award）。經過多年的研究，儘管現代“煉金術士”有各種可用的試劑，但許多碳化合物的硅類似物就是無法形成。

硅化合物

熱力學數據證實，這些類似物往往太不穩定或反應性太強。但是硅化合物的用途還是非常廣泛的。

可以考慮硅的微觀和納米結構；太陽能應用；一種硅酮液體，它可以攜帶氧化劑到收縮由其他硅酮組成的肌肉樣元素;硅酸鹽骨骼材料;硅膠膜等等。

其中一些結構甚至看起來是活的。但創造生命形式所需的化學物質根本不存在。生命的複雜舞蹈需要連鎖反應。這些反應只能在很窄的溫度和pH值範圍內發生。考慮到這些限制，硅基生命很難形成。

硅還做了一關於生命的件事。地球上的生命主要由右利的碳水化合物和左利的氨基酸組成。爲什麼它們沒有相反的旋向性，或者它們都有相同的旋向性?

許多化學家認爲，第一個“手性”碳化合物形成於“粘稠”的岩石池中，具有“手性”二氧化硅表面。而這個表面的旋向性促進了碳化合物的產生，這些碳化合物現在是地球生命形式的首選。

快速閱讀

1、雖然碳和硅有許多相同的特性，但很難存硅基生命。

2、原因一：氧化成固體不能維持生命

3、原因二：硅不會形成很多具有旋向性的化合物，所以很難收集、存儲和利用能量。

4、硅化合物的用途很廣泛，但是最重要的是硅促進了地球生命的形成。