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第十八章 硅基生命的困难（第1页）

硅基生命，很难存在。

硅基生命（silicon-basedlife）——是相对于碳基生命而言的，以硅骨架的生物分子所构成的生命。含有硅以及硅的化合物为主的物质。也可以是人造的，只与外界交换能量和信息，不进行新陈代谢的。1891年德国儒略申纳提出了这个概念。

“硅基生命”这一概念首次于19世纪被提出。1891年，波茨坦大学的天体物理学家儒略申纳（JuliusSheiner）在他的一篇文章中就探讨了以硅为基础的生命存在的可能性，他大概是提及硅基生命的第一个人。这个概念被英国化学家詹姆斯·爱默生雷诺兹（JamesEmersonReynolds）所接受，1893年，他在英国科学促进协会的一次演讲中指出，硅化合物的热稳定性使得以其为基础的生命可以在高温下生存。

三十年后，英国遗传学家约翰·波顿·桑德森·霍尔丹（JohnburdonSandersonhaldane）提出，在一个行星的深处可能发现基于半融化状态硅酸盐的生命，而铁元素的氧化作用则向它们提供能量。

硅由于在宇宙中分布广泛，且在元素周期表中位于碳的下方，与其同主族，所以和碳元素的许多基本性质相似。举例而言，正如同碳能和四个氢原子化合形成甲烷（ch4），硅也能同样地形成硅烷（Sih4），硅酸盐是碳酸盐的类似物，三氯硅烷（hSicl3）则是三氯甲烷（chcl3）的类似物，以此类推。而且，两种元素都能组成长链，或聚合物，它们都能在其中与氧交替排列，最简单的情形是，碳-氧链形成聚缩醛，它经常用于合成纤维，而用硅和氧搭成骨架则产生聚合硅酮（即硅氧烷）。所以乍看起来硅的确是一种作为碳替代物构成生命体的很有前途的元素，且有可能出现一些特异的生命形态就有可能以类似硅酮的物质构成。硅基动物很可能看起来象是些会活动的晶体，就如同迪金森和斯凯勒尔（dickinsonandSchaller）所绘制的一张想象图一样——一只徜徉在硅基植物丛中的硅基动物，这种生物体的结构件可能是被类似玻璃纤维的丝线串在一起，中间连接以张肌件以形成灵活、精巧甚至薄而且透明的结构。

然而，硅真的能不负众望，成为生命的核心元素吗？

对硅基生命的质疑

然而，随着无机化学的发展，人们却发现，硅的表现并不能合乎人们的期望。以有机化学为参考，依靠合成硅烷、硅氧烷等物质的衍生物对有机物的复刻，建立一个能望有机化学项背的硅氢化学体系的尝试以失败告终：

以硅烷及其衍生物作为分子骨架存在的问题

1、与很多人想的不同，硅的连接能力相当糟糕：不同于原子数可以很高的烃类，硅烷硅数只能到8且不稳定。

2、硅烷及其衍生物热稳定性差。

3、与碳-氢、碳-碳键不同，硅-氢键和硅-硅键容易被各类质子溶剂完全破坏。这也就意味着常见的水，氨等溶剂都不能作为基于硅烷的硅基生命的载体。

以硅氧烷及其衍生物作为分子骨架存在的问题

1、硅氧烷及其衍生物容易缩合。这也就意味着硅氧烷难以形成类似于核苷酸，氨基酸那样的单体。而是会形成难以进一步聚合的小型环状分子或只具有简单重复结构的庞大链状分子。

2、硅氧烷衍生物没有合适的取代基——如果以硅氧链本身作为取代基，会形成庞大的难溶且难熔的网状固态分子；而如果像人类通常使用的链状硅氧烷那样，用有机基团作为高温下的取代基，则复杂的取代基本身是不稳定的，只能形成十分简单的取代基；有机基团作为低温下的取代基，则具有复杂有机取代基的分子在自然环境下会形成碳骨架分子，而不是硅骨架分子。

3、硅氧烷衍生物难以被氧化，因此难以形成储能物质。

氧烷和硅烷的通病

1、在宇宙中，人们只发现了二氧化硅和硅酸盐：人类已经在彗星、陨石上找到了碳的高级化合物，却没有找到硅的高级化合物：甲烷在太阳系中普遍存在，在星际物质和星云中也可以发现。甲基乙炔和氰基癸五炔这样的复杂分子也可以从星际物质中找到，甚至人们还在陨石上发现了氨基酸，却从来没有发现过硅烷或硅氧烷等物质。[4]

2、而退一步说，即使在行星形成之后，也没有硅烷或硅氧烷产生的行星化学途径。也就是说，不仅星际物质中没有硅烷，而且即使通过行星的后续化学过程也无法形成硅烷或硅氧烷。

3、当碳在地球生物的呼吸过程中被氧化时，会形成二氧化碳气体，这种物质相对惰性易于产生且很容易从生物体中移除。但是，同时符合这三项条件的无机硅化合物却不存在。例如，易于产生且相对惰性的二氧化硅是难熔且难溶的固体，因为在二氧化硅刚形成的时候就会形成晶格，使得每个硅原子都被四个氧原子包围，而不是象二氧化碳那样每个分子都是单独游离的，这样的固体物质难以处理。而能溶解二氧化硅的氟化氢同时也会将硅氧链或硅链完全破坏，因此硅基生命不可能通过氟化氢来处理二氧化硅。（不过也有人指出，硅基生命可以用浓磷酸组成的“血液”来溶解氧化过程产生的二氧化硅，并由化学性质特别稳定的血管组成内循环系统来将产物运出机体，但光合作用的问题仍然未解决）

总结

硅烷及其衍生物热稳定性和化学稳定性不足；而硅氧烷虽然十分稳定，其复杂性和多变性却要依赖复杂的有机基团。因此，它们都难以形成生命。

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