請問：地球上的碳元素多還是硅元素多呢？如果你的回答是硅元素更多，那就恭喜你答對了。實(shí)際上，地球上的硅元素可能比你想象中的還要多，根據(jù)科學(xué)家的估算，地球上碳元素的總質(zhì)量大概只有硅元素的千分之一。

那么問題就來了，既然如此，為什么地球選擇了碳基生命，而不是硅基生命呢？

正如我們所知，化學(xué)反應(yīng)是生命的基礎(chǔ)，因此要搞清楚這個(gè)問題，我們需要從元素的化學(xué)性質(zhì)來講起。

如上圖所示，在元素周期表中，排在最右邊那一列的所有元素的化學(xué)性質(zhì)都非常穩(wěn)定，在常溫常壓下，它們都是單原子氣體，極難發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此它們就被稱為惰性元素（或者惰性氣體）。

從原子結(jié)構(gòu)來看，這些元素除了4號(hào)元素氦（氦只有兩個(gè)電子）之外，其余的6種的最外層的電子數(shù)量都是8個(gè)，例如10號(hào)元素氖（Ne)是這樣的：

18號(hào)元素氬(Ar)是這樣的：

無論對于哪一種元素來講，它們都是“天生”就趨向于穩(wěn)定，所以如果有機(jī)會(huì)的話，元素周期表中的那些非惰性元素就會(huì)趨向于讓自己也形成和惰性元素一樣的原子結(jié)構(gòu)，假如一個(gè)原子最外層電子的數(shù)量較少，那么它就趨向于送走其最外層的電子，其失去電子的能力就比較強(qiáng)，比如說11號(hào)元素鈉（Na）的原子結(jié)構(gòu)是這樣的：

可以看到，鈉原子最外層只有一個(gè)電子，它只需要將這個(gè)電子送走，其第二層電子就可以變成最外層，而這一層的電子數(shù)量為8，它就達(dá)到了穩(wěn)定。

反過來講，如果一個(gè)原子最外層電子的數(shù)量較多，那么它就趨向于從外界得到一個(gè)電子，其得到電子的能力就比較強(qiáng)，比如說17號(hào)元素氯（Cl）的原子結(jié)構(gòu)是這樣的：

可以看到，氯原子最外層有7個(gè)電子，它只需要再獲得一個(gè)電子，就可以達(dá)到穩(wěn)定。

正因?yàn)槿绱?，鈉元素和氯元素的化學(xué)性質(zhì)都非?；顫姡鼈冎械囊粋€(gè)天天想送走一個(gè)電子，另一個(gè)則隨時(shí)都在琢磨在哪里去得到一個(gè)電子，當(dāng)這倆遇到一起的時(shí)候，當(dāng)然是一拍即合，一個(gè)愉快地送，一個(gè)開心地拿。

在此之后，鈉原子因?yàn)槭ヒ粋€(gè)電子就帶上了正電，而氯原子卻因?yàn)榈玫揭粋€(gè)電子而帶上了負(fù)電，于是它們就緊緊地結(jié)合在了一起，形成了非常穩(wěn)定的氯化鈉分子（NaCl，也就是食鹽的主要成分）。

鈉和氯的這種結(jié)合方式被稱為“離子鍵”，除了這種“一個(gè)送、一個(gè)拿”的結(jié)合方式以外，原子之間其實(shí)還有另一種方式來達(dá)到穩(wěn)定的效果，那就是與對方共享自己的電子。比如說8號(hào)元素氧（O）長這樣：

可以看到，氧原子最外層有6個(gè)電子，它還需要再獲得兩個(gè)電子才可以達(dá)到穩(wěn)定。

為了方便描述，我們不妨用一下擬人的手法，即：對于一個(gè)氧原子來講，假如它的周圍還有一個(gè)氧原子的話，它就會(huì)與其商量：“你看，我差兩個(gè)電子，你也差兩個(gè)電子，不如我們各自拿出兩個(gè)電子來共享，這樣我們自己剩下的4個(gè)電子，再加上4個(gè)共享的電子，不就成為8個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)嗎？”另一個(gè)氧原子想了一下，覺得確實(shí)是這么回事，于是這兩個(gè)氧原子就通過共享的電子結(jié)合成了氧氣分子（O2）。

這種結(jié)合方式被稱為“共價(jià)鍵”，其實(shí)前面提到的氯原子也可以通過這種方式與另一個(gè)氯原子一起結(jié)合成氯氣，值得注意的是，不同種類的元素也可以通過“共價(jià)鍵”來結(jié)合，比如說一個(gè)氧原子可以通過“共價(jià)鍵”分別與兩個(gè)氫原子共享電子，這樣氧原子最外層就有了8個(gè)電子，而兩個(gè)氫原子的原子結(jié)構(gòu)也都變成了與氦元素一樣的兩個(gè)電子，這樣就形成了穩(wěn)定的一氧化二氫（H2O），也就是水分子。

有了以上的知識(shí)之后，我們再來看看碳元素（C）的原子結(jié)構(gòu)：

碳元素是6號(hào)元素，其最外層有4個(gè)電子，這就很有意思了，因?yàn)闊o論是得到4個(gè)電子，還是失去4個(gè)電子，碳原子都可以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，其失去電子的能力和得到電子的能力都是一樣的，所以除了少數(shù)的情況之外，碳原子一般都是形成“共價(jià)鍵”。

這無疑賦予了碳原子形成復(fù)雜化合物的能力，比如說氫原子需要共享一個(gè)電子，碳原子就給它一個(gè)，氧原子需要共享兩個(gè)電子，碳原子就給它兩個(gè)，而它剩下的電子還可以與其他的碳原子共享，其他碳原子又可以在與更多的原子結(jié)合的同時(shí)，再通過“共價(jià)鍵”連上另一個(gè)碳原子……

為了方便理解，我們不妨將碳原子最外層的電子比喻成4只“手”，大量的碳原子手拉著手，就可以形成長鏈、環(huán)狀、網(wǎng)狀、層狀等等復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而在這些結(jié)構(gòu)中，幾乎每一個(gè)碳原子都有“空閑”的手來拉著其他的元素，這樣一來，就極大地提升了化合物的復(fù)雜性和多樣性。

我們知道，有機(jī)化合物是構(gòu)成地球上所有生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，實(shí)際上，這些有機(jī)化合物全部都是以“手拉著手”的碳原子為“骨架”的復(fù)雜化合物，正是因?yàn)槿绱?，我們才將地球上所有的生命（包括我們?nèi)祟愖约海┒挤Q為碳基生命，由此可見，所謂的碳基生命并不是指生命有機(jī)體的碳含量特別高。

好的，現(xiàn)在我們再來看看硅元素（Si）的原子結(jié)構(gòu)：

硅元素是14號(hào)元素，在元素周期表中正好位于碳元素的下方，硅原子的最外層也有4個(gè)電子，而這也就意味著，硅原子也像碳原子一樣擁有4只“手”，應(yīng)該也擁有形成復(fù)雜化合物的能力。

正是因?yàn)槿绱耍庞辛斯杌@種說法，簡單來講就是，如果構(gòu)成某種生命的基礎(chǔ)物質(zhì)全部都是以“手拉著手”的硅原子為“骨架”的復(fù)雜化合物，那么這種生命就是硅基生命。

然而在地球上，硅根本就無法像碳那樣形成具有高度復(fù)雜性和多樣性的化合物，其根本原因就是硅原子比碳原子多了一個(gè)電子層，這就使得其對最外層的4個(gè)電子的控制力遠(yuǎn)低于碳原子，也就是說，盡管硅原子也有4只“手”，但這些“手”的力量天生就比碳原子弱。

這就導(dǎo)致了硅原子與絕大多數(shù)元素的結(jié)合都非常不穩(wěn)定，比如說硅和氫的化合物甲硅烷(分子式為SiH4，由1個(gè)硅原子和4個(gè)氫原子組成) ，即便在常溫常壓下，也會(huì)在空氣中直接發(fā)生自燃。

碳原子之所以能夠形成長鏈，有一個(gè)重要的原因就是碳原子可以形成雙鍵甚至是三鍵，我們可以簡單地理解為，碳原子可以同時(shí)伸出兩只手或者三只手去拉住對方。

而在地球上的自然環(huán)境中，硅原子卻很難形成雙鍵，因此硅原子形成的長鏈結(jié)構(gòu)就極容易斷裂，如此一來，也就無法形成以“手拉著手”的硅原子為“骨架”的復(fù)雜化合物了。

除此之外，氧和硅的結(jié)合能力又相對很強(qiáng)，這就導(dǎo)致了硅的化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)烈傾向于生成二氧化硅和硅酸鹽，并在這些物質(zhì)內(nèi)部形成一種被稱為“硅氧四面體”的結(jié)構(gòu)（如下圖所示）。

在地球上的自然環(huán)境中，二氧化硅和硅酸鹽一旦生成就非常穩(wěn)定，極難與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以雖然地球上的硅比碳多得多，但是它們只是以無機(jī)物的形式大量存在，比如說地球上很多巖石（如花崗巖）的主要成分都是硅酸鹽，而我們常見的沙子的主要成分則是二氧化硅。

正是因?yàn)樯鲜鲈?，地球才選擇了碳基生命，而不是硅基生命。當(dāng)然了，地球上沒有硅基生命并不能說明宇宙中就不可能存在硅基生命，從理論上來講，在特定的自然環(huán)境中，硅基生命是有可能存在的。如果真是這樣的話，那硅基生命長什么樣呢？我們接著看。

在壓強(qiáng)足夠高的條件下，硅原子也是可以形成雙鍵的，而在低溫的環(huán)境中，硅與非氧元素形成的化合物可以保持穩(wěn)定，除此之外，我們還要排除氧和硅的結(jié)合問題，因此在高壓、低溫并且缺氧的強(qiáng)還原性環(huán)境中，就可能形成以“手拉著手”的硅原子為“骨架”的復(fù)雜化合物，進(jìn)而演化出生命。

這樣的條件可以出現(xiàn)在那些低溫的星球上，在低溫的條件下，氫、氦、氮、甲烷等等物質(zhì)都能夠以液態(tài)存在，而如果這些液體足夠多，就可以形成巨大的海洋，在這些海洋的底部，就形成了高壓、低溫并且缺氧的強(qiáng)還原性環(huán)境。

不過由于低溫下的化學(xué)反應(yīng)通常都不夠活潑，不足以支持高級(jí)生命體的活動(dòng)，因此就算在這種條件下存在硅基生命，它們也應(yīng)該只是一些簡單的硅基微生物。

另一方面來講，由于氧和硅的結(jié)合能力很強(qiáng)，因此如果用氧原子來“搭橋”的話，就可以形成“Si-O-Si-O-Si……”這樣的長鏈結(jié)構(gòu)，而足夠高的溫度則可以讓“硅氧鏈”避免出現(xiàn)上述的“硅氧四面體”結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使得“硅氧鏈”出現(xiàn)這樣的情況：

這就相當(dāng)于硅原子就有了“空閑”的手來拉著其他的元素，在此基礎(chǔ)上，如果再加上高壓，就可能會(huì)形成復(fù)雜度和多樣性都足夠高的化合物，進(jìn)而為演化出生命提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

在宇宙中，如果一顆擁有巖石表面的行星的質(zhì)量足夠大、大氣層足夠厚、距離其主恒星足夠近，其星球表面就可以存在高溫高壓的環(huán)境，也就是說，在這樣的星球上就有可能存在復(fù)雜的硅基生命。

實(shí)際上，早在19世紀(jì)末，就有科學(xué)家提出高溫環(huán)境中可能會(huì)存在硅基生命，在隨后的日子里，這種猜測得到了一定程度的認(rèn)同，根據(jù)人們的設(shè)想，這樣的硅基生命看上去就像是某種晶體，擁有透明或半透明的外觀。

（↑科幻作品中的硅基生命）

當(dāng)然了，以上所述的硅基生命都只是理論上的推測而已，實(shí)際上，除了地球上的碳基生命以外，我們從未在宇宙中發(fā)現(xiàn)過任何形式的生命，總而言之，宇宙中還有太多的奧秘等待著我們?nèi)ヌ剿鳌?/p>

好了，今天我們就先講到這里，歡迎大家關(guān)注我們，我們下次再見。