*~奔騰的生命~*@諸緣來去何增減?笑擁斜陽照海天。*之*一*續* - PChome Online 個人新聞台
2012-06-15 13:18:54幻羽

*~奔騰的生命~*

                                 

 

                                                           誰都是緊摟著夢想 飛馳在人生道上

                   也任那星月的迷離  霓虹閃爍若幻境

                   彩虹般夕照山巔  不也都緊隨著奔騰

                   誰都須提起堅忍勇氣  衝破無盡籓籬

                   在那場場比拼  驕傲的掌聲自心舞動

                   活著!似條巨龍奮勇  畫下炫目光芒

                   千萬個未來  笑迎著智勇仁義的生命

 

                         *幻羽*捻題~奔騰的生命~

        

有人說:我們的地球或許只是外星人用於研究的實驗室,而宇宙也有可能只是未知物體家後花園裏廢棄的"花盆"。。。。。

地球上的全部生命都是以碳和水為基礎,而且很可能宇宙中大部分的生命形態也都是以碳和水為基礎。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也可以為生命提供基礎。

早在1885年,愛爾蘭出生的天文學家兼數學家羅伯特.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會去近距離觀察一些天體,我們可能會發現它們也充滿了生命,但卻是特化適應於環境的生命。以奇特而怪異的形態出現的生命……”

                  

說到碳基生命以外的生命形態,對這方面稍有點瞭解的人首先想到的就是矽基生命。不過矽基生命這個概念到底什麼時候有的,大概沒幾個人瞭解,說出來可以讓人吃一驚,原來這個概念早在19世紀就出現了。

1891年,波茨坦大學的天體物理學家儒略.申納爾Julius Sheiner 在他的一篇文章中就探討了以矽為基礎的生命存在的可能性,他大概是提及矽基生命的第一個人。這個概念被英國化學家詹姆士.愛默生.雷諾茲所接受,1893年,他在英國科學促進協會的一次演講中指出,矽化合物的熱穩定性使得以其為基礎的生命可以在高溫下生存。

 

著名英國科幻作家赫伯特.喬治.威爾斯 Herbert George Wells 吸收了雷諾茲和鮑爾的觀念,他寫道:“人們會為這種設想所帶來的奇異想像所震驚:既然有矽—鋁生命體,為什麼不會立刻想到矽—鋁的人?讓我們說,他們在硫磺氣組成的大氣中漫步,徜徉在溫度比熔爐更高的,數千度的融化的鋼鐵海洋旁。”

 

三十年後的英國遺傳學家約翰.波頓.桑德森.霍爾丹 John Burdon Sanderson Haldane 提出在一個行星的深處可能發現基於半融化狀態矽酸鹽的生命,而鐵元素的氧化作用則向它們提供能量。

 

粗看起來,矽的確是一種作為碳替代物構成生命體的很有前途的元素。它在宇宙中分佈廣泛,而在元素週期表中,它就在碳的下方,所以和碳元素的許多基本性質都相似。舉例而言,正如同碳能和四個氫原子化合形成甲烷CH4,矽也能同樣地形成矽烷SiH4,矽酸鹽是碳酸鹽的類似物,三氯矽烷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鏈,或聚合物,它們並在其中同氧交替排列,最簡單的情形是,碳—氧鏈形成聚縮醛,它經常用於合成纖維,而用矽和氧搭成骨架則產生聚合矽酮。

 

       
 

基於上述情況,一些特異的生命形態就有可能以類似矽酮的物質構成。矽基動物很可能看起來像是些會活動的晶體,就如同迪金遜和斯凱勒爾(Dickinson and Schaller)所繪製的想像圖一樣。一隻徜徉在矽基植物叢中的矽基動物,這種生物體的結構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構。

 

看上去這些結晶體似的生物非常漂亮,如果它們可以在常溫下生存的話,大概許多地球人都願意在家裏養幾隻作為裝飾,養這種寵物的一個明顯好處是不會傳播細菌和寄生蟲,因為作為碳基生命的細菌和寄生蟲對這種完全不同的生命是無能為力的。但是,但矽基生命的存在的可能性卻受到許多缺陷的威脅。

 

一個很大的缺陷就是矽同氧的結合力非常強。當碳在地球生物的呼吸過程中被氧化時,會形成二氧化碳氣體,這是種很容易從生物體中移除的廢棄物質;但是,矽的氧化會形成固體,因為在二氧化矽剛形成的時候就會形成晶格,使得每個矽原子都被四個氧原子包圍,而不是象二氧化碳那樣每個分子都是單獨游離的,處置這樣的固體物質會給矽基生命的呼吸過程帶來很大挑戰。

 

只要是生命形態,就必須從外界環境中收集、儲存和利用能量。在碳基生物這裏,儲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,而利用酶控制的對碳水化合物的一系列氧化步驟會釋放能量,廢棄物產生水和二氧化碳。這些酶是些大而複雜的分子,它們依照分子的形狀和左旋右旋對特定的反應進行催化,這裏說的左旋右旋是因分子含有的碳的不對稱使得分子出現左旋或者右旋,而多數碳基生物體內的物質都顯示這個特徵,正是這個特點使得酶能夠識別和規範碳基生物體內的大量不同新陳代謝進程。然而,矽沒能象碳這樣產生眾多的具有左旋右旋特徵的化合物,這也讓它難以成為生命所需要大量相互聯繫的鏈式反應的支援元素。

 

此外矽鏈在水中不穩定,容易斷掉,不象碳鏈這樣在幹濕環境下都保持穩定。雖然這點不會因此排除矽基生命存在的可能,但存在大量液態水的星球肯定是排斥矽基生命的。

 

存在矽基生命,甚至存在矽基生命出現前的早期生命化學演化的低可能性也被天文觀測所驗證。不管天文學家向哪里搜尋——隕星、彗星、巨行星的大氣、星際物質、冷卻恒星的外層——他們都只能找到氧化的矽(二氧化矽和矽酸鹽),而找不到類似矽烷和矽酮這樣的作為矽生物化學存在預兆的物質。相反,當我們尋找碳基生命的跡象時會發現,在隕星中不難找到氨基酸這樣的碳基有機分子,至於甲烷,不僅在太陽系的眾多行星和衛星中很容易找到,而且在星際物質和星雲中也能找到,甚至連甲基乙炔和氰基癸五炔這樣的複雜分子都能從星際物質中找到。

 

           

即使如此,也有必要指出,矽可能曾在地球生命的起源過程中扮演過一定的角色。有一個奇怪的現象是,地球生命特別喜歡利用右旋的糖和左旋的氨基酸。對此的一個理論解釋是,生命演化初期的第一批碳化合物在一片有著特定旋性(光性)矽石表面上的“原始湯”內形成,而這種矽化合物的旋性決定了我們現在從地球生命體內找到的碳化合物的旋性。

 

儘管從生化角度看,找到矽基生命的可能性很渺茫。但矽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提出不少有關矽基生命的有益構想。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,每十分鐘會沉澱下一塊磚石,而這正是維斯鮑姆對矽基生命所面臨的一個重大問題的回答,文中進行觀察的科學家中的一位觀察到:

 

“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,而這個東西是矽組成,它的廢棄物是二氧化矽——矽石。但矽石是固體,從而是磚石。這樣它就把自己覆蓋進去,當它被蓋住,就移動到一個新的地方重新開始。”在星際旅行系列片的“黑暗中的惡魔”中,Janus IV的礦工發現了一種矽基生命形態——Horta。每過5萬年,所有的Horta就都死去,只剩下一個個體活著照看將會孵化下一代的那些蛋。

 

                  
 

看來人們對矽基生命的一個重要設想是長壽,這大概來自人類從自然界岩石的恒久得到的印象。而另外一個通常的看法是,矽基生命很可能出現于溫度比較高的星球上,比如說一個到處都是火山的星球上,因為許多矽基化合物比碳基更穩定,比如矽-氧鍵可以承受大約600K的溫度,而矽-鋁鍵能承受將近900K的溫度,所以耐高溫的性能要好,而且同樣是由於相對穩定,在高溫下活性更好。對於矽基生命來說,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被凍死,這就是我在前面提到飼養矽基寵物的時候,特意提到“如果它們可以在常溫下生存”這句的緣故。

 

這是一種需要依靠喝氨來生存的外星人,正如同我們人類需要靠喝水來生存一樣。1954年,同樣是本文前面提到過的那位英國科學家霍爾丹,在一次座談會上討論生命起源時,提出被我們人類這種生命形態利用的水這種溶劑,在某些生命形態下可以由液態氨來代替。他提出的理由之一是水的一些特性和氨是類似的,比如,以水為基礎可以形成甲醇(CH3OH),而以氨為基礎可以形成甲胺(CH3NH2),甲醇和甲胺這兩種化合物正是類似物。霍爾丹由此從理論上提出,有可能以氨為基礎建立其一系列複雜化合物的對應體系,比如蛋白質和核酸的對應物質,利用這個體系,整套有機化合物、肽,能夠在氨基體系下同樣存在。這些作為普通氨基酸替代物的氨基分子能夠聚合形成多肽,這些以氨為基礎的多肽能夠同從地球生命形態中找到的對應物一致。

 

這個假說得到了英國天文學家V.阿克塞爾.弗瑟夫(V. Axel Firsoff)的進一步發展,他特別考慮到那些含氨豐富的世界,比如太陽系內(現在還應該包括我們這十幾年在太陽系外發現的)那些氣態的巨行星和它們的衛星,認為這種生命在那裏的發展和進化將是一個非常有趣的課題。

 

同水相比,液態氨的確有許多顯著的化學相似性。利用含氨的的溶解而不是水的溶解,可以同樣提供整個有機和非有機化學反應,液態氨在溶解方面和水一樣好甚至更強。同水比,它溶解許多金屬元素的能力超好,包括鈉、鎂、鋁等鹼金屬,可以直接溶解;此外,一些其他的元素比如碘、硫、硒、磷都在液態氨中有一定的溶解度,並幾乎不怎麼同液態氨發生反應。以上各種元素在生命化學方面都具有重要作用,而且鋪就通往生命早期演化的道路。

 

液態氨的沸點在一個大氣壓下是零下34攝氏度,所以這樣的生命可能需要在溫度比較低的世界裏生存,這樣的世界並不少,所以這並不是其缺點。但有人認為真正的缺點是液態氨保持液體形態的溫區太小,由於凝固點在一個大氣壓下是零下75攝氏度,所以液態溫區的範圍僅僅有41攝氏度,還不到水的100攝氏度液態溫區的一半。不過,如同水一樣,星球表面的大氣壓提高後將增加液態溫區,比如在60個大氣壓下(這比木星和金星的地表氣壓低好多),液態氨的沸點變成98攝氏度而不再是-34度,液態溫區也擴大到175攝氏度。氨基生命完全可能是在高壓下生存的生命。

 

            
 

氨的介電常數大約是水的1/4,使得它的絕緣性能不算好,而另一方面,氨的熔解熱更高一些,所以在熔點/凝固點更不容易凍結(凝固)。氨的比熱容相當高,比水還高一些,粘滯性則更低。對液態氨酸堿化學反應的研究顯示,其細節同水系統一樣的豐富。在許多方面,液態氨作為生命承載物絕對不比水差。

 

不過儘管有許多相似性,液態氨系統中碳氨化合物生命的發展路線仍將和我們的水系統中碳水化合物生命有著很大的差異。作為一種承載生命發展的溶劑,不論是液態氨還是水都需要把生命需要的物質溶解形成陽離子和陰離子,從而讓酸堿反應得以進行,但同一種物質在液態氨系統和水系統中的酸鹼性很可能會是完全不同的。比如,水同液態氨作用會產生NH+離子,並顯示出強酸性,結果我們這類生命所依賴的中性的水到氨基生命那裏就變成了致命的毒藥。對於氨基生命的外星人來說,我們地球一定是個可怕的星球,有著巨大的熱酸海洋,還經常下起滾燙的酸雨,他們大概不會對地球感興趣,不會和地球人發動星際戰爭爭奪地球資源,這樣的地獄一樣的星球對他們來說還是遠離為好。

 

            
 

所以我們要明白水和液態氨並不等同,它們僅僅類似而已。兩個體系內的許多生命化學特徵必定會出現不少差異。例如,莫爾頓(Molton)提出,氨基生命形態可能會使用銫和銣的氯化物來調整細胞膜的電勢,同地球生命使用的鉀鹽和鈉鹽相比,這些鹽在液態氨裏面的可溶性更好。看來,銫和銣的氯化物在氨基生命的外星人那裏恐怕會是美味的調料,就如同我們人類用氯化鈉作為食鹽當調料一樣。但銫和銣的豐度遠不如鉀和鈉,那裏的人們是否會為了美味的調料發動戰爭呢?這應該是有趣的話題。

 

不過氨基生命的出現也遇到一些疑難之處。儘管氨的熔解熱比水高,但汽化熱卻只有水的一半,表面張力只有水的1/3。這都是和生命有關的性質,汽化熱同比熱容一同決定了一種溶劑在調節生物體內溫度的能力,水是兩者都高,從而對生命有利;表面張力則是液體在表面和表面以下的分子聚合力不平衡的表現,水的表面張力相當高,氨分子之間的氫鍵要比水之間的弱很多,從而液態氨通過憎水效應(疏水效應)聚集極性分子的能力要低得多。生命演化早期需要把大量的有機分子聚合到一起,直到出現能夠自我複製的早期生命,水在這方面是勝任的,但液態氨的能力則讓人懷疑。。。。