福沃德在科幻小說龍蛋
① 宇宙中到底有沒有生命存在
關於地外生命,幻想和猜測得已經夠多了。但究竟有沒有地外生命呢?對於這個問題,我覺得可以作如下理性思考。
我們可以肯定地說,地外生命應該是存在的。雖然到目前為止,我們並沒有確鑿的證據支持地外生命的存在,但毫無疑問,我們同樣沒有確鑿的證據否認地外生命的存在。相反,如果說,茫茫宇宙,億億萬萬顆星球中,只有地球上才有生命,這樣的說法,必定是不能信服人的。也就是說,地外生命的存在,應當具有可能性。
既然地外生命存在,那就不能排除地外高度文明存在的可能性。因為地外生命存在,這種生命就有可能進化成類似於地球人的智慧生命,就有可能產生與這種生命相適應的文明。所以,外星人的存在也是可能的。
存在著地外生命和外星人,並不表明我們可以很容易地發現它、接觸它。因為,這里存在著三個障礙。
第一個是形式障礙。就是說,地外生命的存在形式,可能與地球生命的完全不同。比如,地外生命可能存在於我們認為根本無法生存的「惡劣」環境中;或者,它們以另外的我們尚未知曉的物質形態存在著;也可能,它們甚至存在於多維空間中。由於生命形式障礙的存在,我們有可能不能及時發現或者根本無法「看」到地外生命。
第二個是空間障礙。地外生命也許存在,外星人也可能存在,但它們可能離我們相當遙遠,幾千光年,幾萬光年,幾億光年,都有可能。生命壽限的短暫與距離的極端遙遠,決定了我們無法發現地外生命。
第三個是時間障礙。宇宙已有150億年的歷史。地球生命的存在時間與宇宙的歷史比較起來,才只是一瞬間。地外生命可能存在,但它可能存在於地球生命產生之前,而現在可能已經消失了;也可能產生於地球生命消失之後,而現在尚未產生。這樣的可能性,要遠比地外生命正好與地球生命存在於同一時間段的可能性大得多。也就是說,地外生命可能存在,但不一定現在存在。地球生命與地外生命之間,可能存在著一個時間障礙或說歷史障礙。
所以,這三個障礙的存在,可能導致出這樣一個結果:雖然地外生命可能存在,但我們不一定能夠發現它們。
但是,以宇宙之大,地外生命存在的可能性之多,我們也不能排除,確有不存在以上所說三個障礙的地外生命存在的可能性。也就是說,有可能存在著這樣的地外生命:它們與我們地球生命的存在形式差不多,離我們也不是太遙遠,並且它們跟我們生長在同一個時代。這樣的可能性還是存在的。因此,我們也不要放棄尋找地外生命的努力。
② 硅基生物的構成
基於上述情況,一些特異的生命形態就有可能以類似硅酮的物質構成。硅基動物很可能看起來象是些會活動的晶體,就如同迪金森和斯凱勒爾(Dickinson and Schaller)所繪制的如下想像圖一樣。
這是一隻徜徉在硅基植物叢中的硅基動物,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裡養幾只作為裝飾,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,但硅基生命的存在的可能性卻受到許多缺陷的威脅。 (2.1)硅基生物和氧
一個很大的缺陷就是硅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,硅的氧化會形成固體,因為在二氧化硅剛形成的時候就會形成晶格,使得每個硅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硅基生命的呼吸過程帶來很大挑戰。二氧化硅是原子化合物,很難溶解在水和其他液體之中,它是巨大的分子。
此外,硅鏈和硅氧鍵在水中不穩定,容易斷掉,不象碳鏈這樣在干濕環境下都保持穩定。雖然這點不會因此排除硅基生命存在的可能,但存在大量液態水的星球肯定是排斥硅基生命的。
2.硅基生物的化學反應(2.1-2.6)
(2.2)硅基生物和氟化氫
其實如果存在硅基生命的星球存在氟化氫(氫氟酸),它們完全可以吸入這種氣體,與二氧化硅反應生後呼出四氟化硅(氣體)排出水,並且硅基植物通過「光合作用」吸入四氟化硅、水和光經過一系列反應生成氟化氫排回大氣中並生成「硅澱粉」。但硅基植物的「光合作用」沒有詳細的可行性論述。
二氧化硅生成氣態的四氟化硅反應方程式如下:
SiO2(s) + 4 HF(aq) → SiF4(g) + 2H2O(l)
生成的SiF4可以繼續和過量的HF作用,生成氟硅酸:
SiF4(g)+2HF(aq)=H2[SiF6](aq),6HF+SiO2=H2SiF6+2H2O氟硅酸是一種二元強酸。氟硅酸的酸性比硫酸還強,受熱分解放出有毒的氟化物氣體。具有較強的腐蝕性。
2.硅基生物的化學反應(2.1-2.6)
(2.3)硅基生物和原硅酸
有一些人認為二氧化硅不溶於水,這種觀點是錯誤的。以粉末形式存在的二氧化硅可以與水反應生成原硅酸。二氧化硅在催化劑的作用下,也可以和水反應。H2O + SiO2=H2SiO3(硅酸) 2H2O + SiO2=H4SiO4(水過量時,生成原硅酸。)
2.硅基生物的化學反應(2.1-2.6)
(2.4)氟化氫對硅基生物造成的破壞。硅基生物對氟化氫的防禦。
有一些人認為硅基生命可以呼吸氟化氫,這種觀點是錯誤的。
氟化氫對硅基生物和硅基生命是有毒的,可以破壞硅和硅化物。氟化氫又叫做氫氟酸。它具有極強的腐蝕性,能強烈地腐蝕和破壞含硅的物體。它與硅和硅化合物反應生成氣態的四氟化硅(能腐蝕玻璃),但對碳化合物、塑料、石蠟、鉛、金、鉑不起腐蝕作用。氫氧化鈉可以和二氧化硅反應,生成硅酸鈉。硅酸鈉易溶於水。硅基生命可以將硅酸鈉排除體內。
氟化氫對硅基生命的皮膚有強烈刺激性和腐蝕性。氫氟酸中的氫離子對硅基生命組織有脫水和腐蝕作用,而氟是最活潑的非金屬元素之一。皮膚與氫氟酸接觸後,氟離子不斷解離而滲透到深層組織,溶解硅基生物的細胞膜,造成表皮、真皮、皮下組織乃至肌層液化壞死。氟離子還可干擾烯醇化酶的活性使硅基生物的皮膚細胞攝氧能力受到抑制。
硅基生命可以呼吸二氧化碳和二氧化硫。化學方程式:(甲基甲硅烷和二氧化硫反應)2SIH3CH3+7SO2=2CO2+2SIO2+7S+H2O (四甲基甲硅烷和二氧化硫反應)SI(CH4)+9SO2=4CO2+SIO2+9S+H2O
硅基生命可能用一種特殊的催化劑消除氟化氫的毒性。這種催化劑可以讓氟化氫只和二氧化硅反應。地球上有一種生物是硫細菌,這種生物能在稀硫酸中生活,最適生長pH值范圍為pH2~3。絕大多數有機物都容易被硫酸破壞,硫細菌能產生一種催化劑防止它自己被硫酸破壞。硅基生物同樣也能產生一種催化劑,防止它自己被氟化氫破壞。
2.硅基生物的化學反應(2.1-2.6)
(2.5)硅基生物和高分子硅化物
因為硅硅單鍵(Si-Si)不穩定,所以乙硅烷( SiH3-SiH3)不穩定。乙硅烷( SiH3-SiH3)比碳烷烴更不穩定,在低溫之下緩慢分解成甲硅烷和氫,在300~500℃分解成為SiH4、SinHm、H2,在光照下也分解。硅只能形成雜鏈高分子化合物。硅基雜鏈高分子的主鏈除硅原子外,還含有碳、氧、氮、硫、鋁、硼等其他元素。有機硅高分organosilion- polymers主鏈(或骨架)是由硅、氧交替組成的高分子。又稱聚硅氧烷或聚硅醇。因為硅只能形成雜鏈高分子化合物,所以硅基生命產生的代謝產物、廢物、氧化物是非常復雜的,這意味著硅基生命需要更多的酶作為催化劑。每個酶的長度大約為50nm,細胞體積太小就裝不下足夠的酶。硅基生物的細胞比碳基生物的細胞更大。如果一個細胞體積越大,那麼它的相對表面積就越小。如果一個細胞相對表面積越小,那麼物質進入細胞膜的速度就越小。所以硅基生物的新陳代謝比碳基生物更慢。硅基生物可以用伸縮泡提高物質進入細胞膜的速度。伸縮泡,是單細胞硅基生物體內的水分調節細胞器,是一種能做節奏性伸縮的液泡,兼有排泄功能。
2.硅基生物的化學反應(2.1-2.6)
(2.6)硅基生物和硅化物的旋光性
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。在碳基生物這里,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。這些酶是些大而復雜的分子,它們依照分子的形狀和左旋右旋對特定的反應進行催化,這里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范碳基生物體內的大量不同新陳代謝進程。
然而,硅和硅氧烷和硅氮烷沒能像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系的鏈式反應的支持元素。
有一些人認為硅不能像碳這樣產生眾多的具有左旋右旋特徵的化合物,這種觀點是錯誤的。有機硅料能像碳這樣產生眾多的具有左旋右旋特徵的化合物。有機硅料是指含有Si-C鍵、且至少有一個有機基是直接與硅原子相連的化合物。含有硅氧鍵也能產生眾多的具有左旋右旋特徵的化合物,硅氧鏈具有獨特的固有構象柔順性
也許在未來很遠很遠的某一天,硅基生命會作為一種宇宙新進化的生命形態而替代碳基生命。不過那一定離我們很遠很遠。 我們目前使用的電腦,就是用硅作為晶元的,如果這個電腦再高級一些,發展成為智能電腦,那就是硅基生命了。而網路世界,或許將是硅基世界了。不過生命並非是以智能與否來定義的,因為病毒沒有智力,只是單純的趨利避害,現有的計算機的「智力」完全可以超越這種生命,但病毒是生命無疑計算機卻不是。這種論調是基於對生命錯誤的定義。
還有一種猜想就是:硅基生物可以直接把光能轉化為電能,以維持其生命活動。是否符合生命定義存疑。 (5.1-5.3)
(5.1)金屬細胞和金屬生命體
就在科幻作家構思「硅基生命」的時候,實驗室里的「金屬細胞」已經有了生命徵象,並且初步顯露出進化的趨勢。 不同於碳元素的共價鍵有機物,這種「無機生命」的基礎是金屬鎢的雜多酸陰離子——6族元素能與氧配位成多面體(姑且理解成酸根),然後脫水縮聚成共用氧原子的巨大結構,比如下面的車輪形{Mo176}。這些龐大的陰離子可以繼續縮聚並容納其它含氧酸,進而在強酸溶液里自組織成泡狀結構,如同活細胞——這或許意味著,我們的生物學只是生命科學里的一小部分。
克羅寧和同事通過從大分子金屬氧化物中提取負電荷離子形成鹽溶液,來束縛氫或者鈉一些較小的正電荷離子;這種鹽溶液注入另一種含有較大負電荷有機離子的溶液中,可以束縛較小負電荷離子的活動性。
當這兩種鹽溶液混合,交換其中部分大分子金屬氧化物,使其不再形成較大的有機離子。這種新溶液在水中無法溶解:沉澱物質像包裹注射溶液的殼狀物。克羅寧稱這種沉澱物質為泡沫無機化學細胞(iCHELLs),並表示它們還具有更多的特性。通過修改它們的金屬氧化物主幹部分使iCHELLs具備自然細胞膜的屬性,例如:以iCHELLs為基礎的洞狀結構氧化物可作為多孔膜,依據大小尺度,有選擇性地讓化學物質進出細胞,其作用就像生物細胞膜。這將使細胞膜可以控制發生一系列化學反應,這是iCHELLs細胞關鍵性的特徵。
同時,研究小組還在泡沫中製造泡沫,建立的隔膜模擬生物細胞的內部結構。他們通過連接一些氧化分子至光敏染料,可灌輸iCHELLs細胞進行光合作用。克羅寧稱,早期實驗結果形成的細胞膜可將水分解為氫離子、氫電子和氧分子,這是光合作用的初始狀態。
克羅寧稱,我們可以抽吸質子分布在細胞膜上,來設置形成一個質子坡度。這是從光線中獲得能量的關鍵一步,如果生命體能夠完成這些步驟,將建立形成具有類似植物新陳代謝功能的自供給細胞。
這項實驗仍處於早期階段,一些合成生物學家目前保留發言意見。西班牙巴倫西亞大學的曼紐爾-波爾卡說:「克羅寧研製的金屬細胞泡沫目前還不能說完全具備生命特徵,除非這些細胞可以攜帶類似DNA的物質,可驅動自我繁殖和進化。」克羅寧回應稱,在理論上這是可能實現的,去年他在實驗中顯示利用金屬氧酸鹽彼此作為模板可實現自復制功能。
在為期7個月的實驗中,目前克羅寧可以大批量生產這些金屬細胞泡沫,並將它們注入充滿不同pH值的試管容器中,他希望這種混合環境將測試它們的生存性。如果pH值過低,一些細胞將溶解死亡。
如果克羅寧的實驗是正確的,或許宇宙生命的存在性將更加廣闊。日本東京大學的Tadashi Sugawara說:「這項實驗結果說明生命體並不全是基於碳結構,水星的物質結構與地球相差很大,或許在水星上也有可能通過無機元素形成生命體。克羅寧的這項研究開辟了一個新的領域。」
5.除硅基生命和碳基生命以外的生命形式(5.1-5.3)
(5.2)氦生物、氣體生物、電波能量生物
然而,科幻作家仍不滿足於生命的這些多樣性,他們在各自的作品中充分發揮了想像力,為我們創造出一些更不可思議、但細想之下又似乎不無道理的生命世界。一些作家設想,在某些極寒冷的星球之上,可能存在著以液體氦為基礎,並以超導電流作聯系的生命形式;另一些作家則認為,即使在寒冷而黑暗的太空深處,亦可能有一些由星際氣體和塵埃組成,並由無線電波傳遞神經訊號的高等智能生物——霍耳的科幻小說正是這方面的代表作;還有一些想像力更豐富的作家甚至認為外星生命也許根本不需要化學物質基礎,他們可能只是一些純能量的生命形式,比如一束電波。
5.除硅基生命和碳基生命以外的生命形式(5.1-5.3)
(5.3)中子星生物
最為有趣的是著名科幻作家福沃德所寫的《龍蛋》,這部構思出色的作品描述了一顆中子星表面的生物。這顆中子星直徑僅20公里,但表面的引力卻等於地球上的670億倍,磁場是地球的1萬億倍,表面溫度達到8000多攝氏度。什麼生物可以在這樣的環境下生存呢?是由「簡並核物質」組成的生物。所謂「簡並」,就是指原子外部的電子都被擠壓到原子核里去,因此所有原子都可以十分緊密地靠在一起,形成超密物質。中子星上的生物身高約半毫米,直徑約半厘米,體重卻有70公斤,這是因為他們由簡並物質所組成。此外,他們的新陳代謝是基於核反應而非化學反應,因此一切變化(包括生老病死和思維)的速率都比人類快100萬倍!
③ 求福沃德(robert forward)寫的科幻小說《龍蛋》(dragon's egg)電子版或pdf或其他電子格式
我有,2021.3.26號我會在我的個人公眾號《丹鉛集》推送一篇文章,就是龍蛋,有無償資源分享,個人購入,學習交流用,煩請不要販賣
④ 研究宇宙的發展是否可以說就是研究生命的起源
探尋宇宙中各種各樣的生命形式,不僅是為了尋找我們在宇宙中的同伴,更是為了認識地球上生命的起源,了解人類自己。
在第一顆人造衛星發射之前,科學家們認為太陽系也許是一個真正的「天堂」。但事實卻令人失望,地球以外的其他行星是真正的「地獄」,環境極其惡劣。火星探測發現,火星表面像月球那樣坑坑窪窪地遍布火山坑,「海盜」號探測器在火星上也沒有發現任何有機分子。但後來研究發現,火星上可能存在著適合生命的地方,火星上存在生命似乎又有了希望。
在太陽系行星的衛星中,尤其是在木衛二和土衛二上可能擁有巨大的地下海洋和大量形成生命的原始物質,金星曾經也可能被海洋覆蓋。在火星上,美國宇航局目前的任務不是尋找有機物本身,而是探尋以前或者現在是否存在水的痕跡。
2007年8月發射的「鳳凰」號火星探測器,將於今年著陸在火星上從未被探測過的北極地區。「鳳凰」號不是火星車,而是一架帶有機械臂的固定式著陸器。它的機械臂可以將火星土壤挖掘幾厘來採集冰質沉積物。美國宇航局正計劃建造一個火星科學實驗室用於火星探測,這個耗資15億美元的實驗室如一輛汽車大小,計劃於2009年底發射,1年後將著陸火星。
然而,科學家們將會逐漸轉向直接尋找火星上的生命或者它們的殘骸。2013年,歐洲空間局計劃發射ExoMars火星車,它的構造類似於「海盜」號探測器,有生物實驗室和鑽探平台。鑽探平台可以深入地下2米採集樣本,在這樣的深度獲得的樣本里,有機物可能沒有被破壞。
絕大多數宇宙專家認為,最主要的研究方向是將火星上的岩石和土壤帶回地面實驗室分析,就像「阿波羅」月球探測器從月球採集岩石和土壤一樣,分析少量的火星樣本,可以揭示火星漫長的發展歷史。然而,美國宇航局的預算危機使得耗資幾十億美元的火星取樣計劃至少推遲到2024年,不過情況似乎出現了轉機,美國宇航局開始考慮修改MSL計劃,使採集到的火星樣本能夠完整保存下來。
對於木星,科學家們希望發射一個環繞木衛二的軌道飛行器,以測量它的形狀和木星的引力潮汐如何影響衛星的引力場。如果木衛二上存在海洋,它的表面就會周期性地升降30米;如果沒有,升降的幅度就只有1米。軌道飛行器上的磁強計和雷達可以用來探測地層,也可以用來探測海洋,照相設備可以繪制木衛二的表面。這些設備都為將來著陸木衛二探測做准備。
對於土衛六的探測,應該延用目前「卡西尼」號探測器的工作模式,即軌道飛行器和表面著陸器一同使用。土衛六與地球類似的大氣環境容許利用熱氣球的方式進行探測。熱氣球可以隨時沉入土衛六大氣的表面採集樣本。美國亞利桑那大學的喬納森·盧寧認為,探測土衛六的目的是分析其表面有機物,檢驗自組織系統的變化,這是大多數科學家公認的地球上最原始的生命形成方式。
2007年1月,美國宇航局著手研究這些計劃,2008年將在木衛二和土衛六計劃之間作出選擇,一個價值20億美元的探測器將可能在今後10年內被發射到它們其中的一顆上,而對另外一個星體的研究將不得不推後10年。
也許最終會發現,地球上的生命是獨一無二的,其他星球並沒有生命存在,但這並不意味著我們所有的努力都白費了。美國科羅拉多大學天體生物學中心主任布魯斯·賈科斯基認為:「天體生物學並不僅僅只是為了尋找外星生命體,它具有更深遠的意義。」
天體生物學就是研究形形色色的生命形式和其產生的先決條件,探索40億年前地球上的生命是怎樣形成的。這些研究並不是單純地尋找我們宇宙中的夥伴,而是更深入地認識人類自身的起源。
⑤ 未來人類如何利用水星
水星是目前知道的最接近太陽的大行星,對於人類研究太陽有重要的作用。由於現在人類還不能到達地球,也沒有儀器到達水星,所以以後能利用到什麼程度還不可以估量。
⑥ 硅基生命的不穩定性
1.基本描述
雖然這點不會因此排除硅基生命存在的可能,但存在大量液態水的星球肯定是排斥硅基生命的。
盡管從生物角度看,找到硅基生命的可能性很渺茫。但硅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硅基生命的有益構想。
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,每十分鍾會沉澱下一塊磚石,而這正是維斯鮑姆對硅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,而這個東西是硅組成,它的廢棄物是二氧化硅——硅石。但硅石是固體,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。」
2.硅基生命的化學反應
一個很大的缺陷就是硅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,硅的氧化會形成固體,因為在二氧化硅剛形成的時候就會形成晶格,使得每個硅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硅基生命的呼吸過程帶來很大挑戰。二氧化硅是原子化合物,很難溶解在水和其他液體之中,它是巨大的分子。
其實如果存在硅基生命的星球存在氟化氫,它們完全可以吸入這種氣體,與二氧化硅反應生後呼出四氟化硅(氣體)排出水,並且硅基植物通過「光合作用」吸入四氟化硅、水和光經過一系列反應生成氟化氫排回大氣中並生成「硅澱粉」。但硅基植物的「光合作用」沒有詳細的可行性論述。
二氧化硅生成氣態的四氟化硅反應方程式如下:
SiO2(s) + 4 HF(aq) → SiF4(g) + 2H2O(l)
生成的SiF4可以繼續和過量的HF作用,生成氟硅酸:
SiF4(g)+2HF(aq)=H2[SiF6](aq),6HF+SiO2=H2SiF6+2H2O氟硅酸是一種二元強酸。氟硅酸的酸性比硫酸還強,受熱分解放出有毒的氟化物氣體。具有較強的腐蝕性。
有一些人認為二氧化硅不溶於水,這種觀點是錯誤的。以粉末形式存在的二氧化硅可以與水反應生成原硅酸。二氧化硅在催化劑的作用下,也可以和水反應。H2O + SiO2=H2SiO3(硅酸) 2H2O + SiO2=H4SiO4(水過量時,生成原硅酸。)
氟化氫對硅基生物和硅基生命是有毒的,可以破壞硅化物。氟化氫又叫做氫氟酸。它具有極強的腐蝕性,能強烈地腐蝕含硅的物體。與硅和硅化合物反應生成氣態的四氟化硅(能腐蝕玻璃),但對塑料、石蠟、鉛、金、鉑不起腐蝕作用。氫氧化鈉可以和二氧化硅反應,生成硅酸鈉。硅酸鈉易溶於水。硅基生命可以將硅酸鈉排除體內。
氟化氫對硅基生命的皮膚有強烈刺激性和腐蝕性。氫氟酸中的氫離子對硅基生命組織有脫水和腐蝕作用,而氟是最活潑的非金屬元素之一。皮膚與氫氟酸接觸後,氟離子不斷解離而滲透到深層組織,溶解細胞膜,造成表皮、真皮、皮下組織乃至肌層液化壞死。氟離子還可干擾烯醇化酶的活性使皮膚細胞攝氧能力受到抑制
硅基生命可能用一種特殊的催化劑消除氟化氫的毒性。這種催化劑可以讓氟化氫只和二氧化硅反應。地球上有一種生物是硫細菌,這種生物能在稀硫酸中生活,最適生長pH值范圍為pH2~3。絕大多數有機物都容易被硫酸破壞,硫細菌能產生一種催化劑防止它自己被硫酸破壞。硅基生物同樣也能產生一種催化劑,防止它自己被氟化氫破壞。
硅基生命可以呼吸二氧化碳和二氧化硫。化學方程式:(甲基甲硅烷和二氧化硫反應)2SiH3CH3+7SO2=2CO2+2SIO2+7S+H2O (四甲基甲硅烷和二氧化硫反應)Si(CH4)+9SO2=4CO2+SiO2+9S+H2O
因為硅硅單鍵(Si-Si)不穩定,所以乙硅烷( SiH3-SiH3)不穩定。乙硅烷( SiH3-SiH3)比碳烷烴更不穩定,在低溫之下緩慢分解成甲硅烷和氫,在300~500℃分解成為SiH4、SinHm、H2,在光照下也分解。硅只能形成雜鏈高分子化合物。硅基雜鏈高分子的主鏈除硅原子外,還含有碳、氧、氮、硫、鋁、硼等其他元素。有機硅高分organosilion- polymers主鏈(或骨架)是由硅、氧交替組成的高分子。又稱聚硅氧烷或聚硅醇。因為硅只能形成雜鏈高分子化合物,所以硅基生命產生的代謝產物、廢物、氧化物是非常復雜的,這意味著硅基生命需要更多的酶作為催化劑。每個酶的長度大約為50nm,細胞體積太小就裝不下足夠的酶。硅基生物的細胞比碳基生物的細胞更大。如果一個細胞體積越大,那麼它的相對表面積就越小。如果一個細胞相對表面積越小,那麼物質進入細胞膜的速度就越小。所以硅基生物的新陳代謝比碳基生物更慢。
有一些人認為硅不能像碳這樣產生眾多的具有左旋右旋特徵的化合物,這種觀點是錯誤的。有機硅料能像碳這樣產生眾多的具有左旋右旋特徵的化合物。有機硅料是指含有Si-C鍵、且至少有一個有機基是直接與硅原子相連的化合物。
也許在未來很遠很遠的某一天,硅基生命會作為一種宇宙新進化的生命形態而替代碳基生命。不過那一定離我們很遠很遠。
3.硅基生命的溶液和介質
此外,水是一切蛋白質生命所必需的溶液和介質。有沒有一種其他化合物可以取代水的地位呢?有!那就是氨。由於氨在冰點以下仍是液體,一些科幻作家遂推想,在一些寒冷的巨型氣態行星的表面下,可能存在著由氨組成的海洋,而海洋中則充滿著以氨為介質的生命形式。以上都只是個別的、零星的構想,真正對問題作出全面性的考察和系統性的分析的,是著名生化學家阿西莫夫所寫的一篇文章《並非我們所認識的》。他在文中提出了六種生命形態:一、以氟化硅酮為介質的氟化硅酮生物;二、以硫為介質的氟化硫生物;三、以水為介質的核酸/蛋白質(以氧為基礎的)生物;四、以氨為介質的核酸/蛋白質(以氮為基礎的)生物;五、以甲烷為介質的類脂化合物生物;六、以氫為介質的類脂化合物生物。其中第三項便是我們所熟悉的———亦是我們惟一所認識的———生命。至於第一、第二項,是一些高溫星球上可能存在的生命形式,另外,地球上曾經出現過的那些生活在硫礦里的、厭氧的古細菌就很有可能是以硫作為自己生命的介質;而第四項至第六項,則是一些寒冷星球上可能存在的生物形態。
4.除硅基生命和碳基生命以外的生命形式
(4.1)中子星
然而,科幻作家仍不滿足於生命的這些多樣性,他們在各自的作品中充分發揮了想像力,為我們創造出一些更不可思議、但細想之下又似乎不無道理的生命世界。一些作家設想,在某些極寒冷的星球之上,可能存在著以液體氦為基礎,並以超導電流作聯系的生命形式;另一些作家則認為,即使在寒冷而黑暗的太空深處,亦可能有一些由星際氣體和塵埃組成,並由無線電波傳遞神經訊號的高等智能生物——霍耳的科幻小說正是這方面的代表作;還有一些想像力更豐富的作家甚至認為外星生命也許根本不需要化學物質基礎,他們可能只是一些純能量的生命形式,比如一束電波。最為有趣的是著名科幻作家福沃德所寫的《龍蛋》,這部構思出色的作品描述了一顆中子星表面的生物。這顆中子星直徑僅20公里,但表面的引力卻等於地球上的670億倍,磁場是地球的1萬億倍,表面溫度達到8000多攝氏度。什麼生物可以在這樣的環境下生存呢?是由「簡並核物質」組成的生物。所謂「簡並」,就是指原子外部的電子都被擠壓到原子核里去,因此所有原子都可以十分緊密地靠在一起,形成超密物質。中子星上的生物身高約半毫米,直徑約半厘米,體重卻有70公斤,這是因為他們由簡並物質所組成。此外,他們的新陳代謝是基於核反應而非化學反應,因此一切變化(包括生老病死和思維)的速率都比人類快100萬倍!
4.除硅基生命和碳基生命以外的生命形式
(4.2)金屬細胞和金屬生命體
就在科幻作家構思「硅基生命」的時候,實驗室里的「金屬細胞」已經有了生命徵象,並且初步顯露出進化的趨勢。 不同於碳元素的共價鍵有機物,這種「無機生命」的基礎是金屬鎢的雜多酸陰離子——6族元素能與氧配位成多面體(姑且理解成酸根),然後脫水縮聚成共用氧原子的巨大結構,比如下面的車輪形{Mo176}。這些龐大的陰離子可以繼續縮聚並容納其它含氧酸,進而在強酸溶液里自組織成泡狀結構,如同活細胞——這或許意味著,我們的生物學只是生命科學里的一小部分。
克羅寧和同事通過從大分子金屬氧化物中提取負電荷離子形成鹽溶液,來束縛氫或者鈉一些較小的正電荷離子;這種鹽溶液注入另一種含有較大負電荷有機離子的溶液中,可以束縛較小負電荷離子的活動性。
當這兩種鹽溶液混合,交換其中部分大分子金屬氧化物,使其不再形成較大的有機離子。這種新溶液在水中無法溶解:沉澱物質像包裹注射溶液的殼狀物。克羅寧稱這種沉澱物質為泡沫無機化學細胞(iCHELLs),並表示它們還具有更多的特性。通過修改它們的金屬氧化物主幹部分使iCHELLs具備自然細胞膜的屬性,例如:以iCHELLs為基礎的洞狀結構氧化物可作為多孔膜,依據大小尺度,有選擇性地讓化學物質進出細胞,其作用就像生物細胞膜。這將使細胞膜可以控制發生一系列化學反應,這是iCHELLs細胞關鍵性的特徵。
同時,研究小組還在泡沫中製造泡沫,建立的隔膜模擬生物細胞的內部結構。他們通過連接一些氧化分子至光敏染料,可灌輸iCHELLs細胞進行光合作用。克羅寧稱,早期實驗結果形成的細胞膜可將水分解為氫離子、氫電子和氧分子,這是光合作用的初始狀態。
克羅寧稱,我們可以抽吸質子分布在細胞膜上,來設置形成一個質子坡度。這是從光線中獲得能量的關鍵一步,如果生命體能夠完成這些步驟,將建立形成具有類似植物新陳代謝功能的自供給細胞。
這項實驗仍處於早期階段,一些合成生物學家目前保留發言意見。西班牙巴倫西亞大學的曼紐爾-波爾卡說:「克羅寧研製的金屬細胞泡沫目前還不能說完全具備生命特徵,除非這些細胞可以攜帶類似DNA的物質,可驅動自我繁殖和進化。」克羅寧回應稱,在理論上這是可能實現的,去年他在實驗中顯示利用金屬氧酸鹽彼此作為模板可實現自復制功能。
在為期7個月的實驗中,目前克羅寧可以大批量生產這些金屬細胞泡沫,並將它們注入充滿不同pH值的試管容器中,他希望這種混合環境將測試它們的生存性。如果pH值過低,一些細胞將溶解死亡。
如果克羅寧的實驗是正確的,或許宇宙生命的存在性將更加廣闊。日本東京大學的Tadashi Sugawara說:「這項實驗結果說明生命體並不全是基於碳結構,水星的物質結構與地球相差很大,或許在水星上也有可能通過無機元素形成生命體。克羅寧的這項研究開辟了一個新的領域。」
⑦ 外星生命形式的更不可思議的設想
然而,科幻作家仍不滿足於生命的這些多樣性,他們在各自的作品中充分發揮了想像力,為我們創造出一些更不可思議、但細想之下又似乎不無道理的生命世界。一些作家設想,在某些極寒冷的星球之上,可能存在著以液體氦為基礎,並以超導電流作聯系的生命形式;另一些作家則認為,即使在寒冷而黑暗的太空深處,亦可能有一些由星際氣體和塵埃組成,並由無線電波傳遞神經訊號的高等智能生物——霍耳的科幻小說正是這方面的代表作;還有一些想像力更豐富的作家甚至認為外星生命也許根本不需要化學物質基礎,他們可能只是一些純能量的生命形式,比如一束電波。
最為有趣的是著名科幻作家福沃德所寫的《龍蛋》,這部構思出色的作品描述了一顆中子星表面的生物。這顆中子星直徑僅20公里,但表面的引力卻等於地球上的670億倍,磁場是地球的1萬億倍,表面溫度達到8000多攝氏度。什麼生物可以在這樣的環境下生存呢?是由「簡並核物質」組成的生物。所謂「簡並」,就是指原子外部的電子都被擠壓到原子核里去,因此所有原子都可以十分緊密地靠在一起,形成超密物質。中子星上的生物身高約半毫米,直徑約半厘米,體重卻有70公斤,這是因為他們由簡並物質所組成。此外,他們的新陳代謝是基於核反應而非化學反應,因此一切變化(包括生老病死和思維)的速率都比人類快100萬倍!
讓我們來看一看一個醫學院畢業生在畢業典禮上所作的有趣的講演:在我們星系的另一邊的什麼地方,有一個遙遠的行星,離一個其等級和溫度都正合適的恆星恰好不遠不近。此時此刻,那上面有一個委員會正在開會,研究著我們這個小小的偏遠的太陽系。會議進行了一年之久,現已接近尾聲了。那地方的智慧生物們正在一份文件上簽名(當然是用某種數字),文件斷言,說在我們這地方,生命的事是不可思議的,而這地方也不值得來一趟遠征。他們的種種儀器已經發現,這兒存在最最致命的氣體、就是氧氣,這樣一來,什麼戲都沒了。
這並非純粹的胡思亂想,厭氧生物在地球上就存在。對它們來說,氧氣不但不是必不可少的,反而是致命的「毒物」。對地球人類來說最重要的氧氣尚且如此,我們還有什麼理由認為,只有與地球環境相當的星球才能產生生命呢?
今天,人類對外星生命的搜索雖然還是兩手空空,一無所得,但我們仍應堅持不懈地探尋下去,至少,它大大拓展了我們對宇宙生物原理的認識。
⑧ 有沒有硅基生命
我也要問這個問題!!!天文學家們一直以來都在致力於發現外星微生物存在的證據,在火星上、木衛二上……太陽系內一切有條件的地方都是他們尋找的對象。但最近幾年最激動人心的外星生命探索的進展卻是在地球上完成的。外星生物學家來到地球最惡劣、最極端的地方,在智利最乾燥的阿塔卡馬沙漠中、在環境最惡劣的岩洞里、在南極洲的千年冰架下面、在幾千米的深海下面、在幾萬米的高空上,他們發現了形形色色的與世隔絕的細菌,它們生命力之頑強令科學家驚嘆不已。在南極的古老凍岩中,有一種細菌舒舒服服地躲在石頭表面下多孔的空間里,活得跟花店櫥窗里的牽牛花一樣旺盛;法國科學家曾在太平洋底3000米處,水溫高達250℃的熱泉口,發現多種細菌;1969年降落月球的「阿波羅12號」太空船,收回了兩年半前無人探測船「觀察家三號」留在月球上的相機,竟然發現其底部有地球上的微生物「緩症鏈球菌」,這種來自地球的微生物,在幾近真空、充滿宇宙射線的月球表面生存了兩年半!
許多種類的細菌無需空氣,它們或是通過分解(而不是氧化)有機食物,或是從硫酸鹽或硝酸鹽等氧化合物而不是從空氣中獲得氧;有的細菌通過轉換鐵化合物和硫來保持生命的延續,生存下來;有的細菌在沸水中滋生;有的細菌則在0℃以下的鹽水中生存;有的細菌在不可思議的高壓下存活。看上去,多數細菌的生命是永無止境的,某些細菌的孢子可以休眠幾千年。
它們生命的潛能與地球上其他生命的潛能完全或者幾乎不同。正是這一不同,向我們暗示著生命的另一種可能,或許是生命在宇宙間其他星球上的另一種可能。
生命的無數種可能
既然地球細菌展現了如此豐富的生命形態,那麼宇宙中的生命該有多少種可能性呢?地球上的生命都是由核酸和蛋白質組成的,但這是否是生命存在的惟一形式?可以有基於別的化學基礎而發展起來的其他生命嗎?
這個問題無疑是對生物學家的一項重大挑戰。因為地球上的「蛋白質生命」是以碳元素為基礎的,一些科學家於是翻開元素周期表,看看哪一種元素的性質與碳最為相似———當然是同一族中的硅。硅基生命甚至可以不攝取有機物,而只從宇宙空間中吸收星光維持生命,他的身體是由多數光線粒子和少數物質粒子組成,物質粒子在必要時也可以轉化成光線粒子。可以設想,既然我們這些以碳為基礎的生物呼出的廢氣是二氧化碳,那麼,火星上那些以硅為基礎的生物,呼出的自應是硅和氧的化合物———二氧化硅。二氧化硅其實就是我們平時在沙灘上所見的沙,也就是說,這些火星生物在呼吸時所噴出的是沙粒!
還有一些科幻作家留意到,元素周期表中的硫與同一族的氧在性質上有不少相似之處。那是否表示,在一些較高溫的星球上(硫在地球上的室溫時是固體),生物呼吸所需的氧氣可以被硫所代替?
此外,水是一切蛋白質生命所必需的溶液和介質。有沒有一種其他化合物可以取代水的地位呢?有!那就是氨。由於氨在冰點以下仍是液體,一些科幻作家遂推想,在一些寒冷的巨型氣態行星的表面下,可能存在著由氨組成的海洋,而海洋中則充滿著以氨為介質的生命形式。
以上都只是個別的、零星的構想,真正對問題作出全面性的考察和系統性的分析的,是著名生化學家阿西莫夫所寫的一篇文章《並非我們所認識的》。他在文中提出了六種生命形態:
一、以氟化硅酮為介質的氟化硅酮生物;
二、以硫為介質的氟化硫生物;
三、以水為介質的核酸/蛋白質(以氧為基礎的)生物;
四、以氨為介質的核酸/蛋白質(以氮為基礎的)生物;
五、以甲烷為介質的類脂化合物生物;
六、以氫為介質的類脂化合物生物。
其中第三項便是我們所熟悉的———亦是我們惟一所認識的———生命。至於第一、第二項,是一些高溫星球上可能存在的生命形式,另外,地球上曾經出現過的那些生活在硫礦里的、厭氧的古細菌就很有可能是以硫作為自己生命的介質;而第四項至第六項,則是一些寒冷星球上可能存在的生物形態。
宇宙中的生命可能有著不同的化學基礎,使我們認識到,生命對環境的適應能力各有不同———所謂「甲之熊掌,乙之砒霜」,我們認為舒適宜人的星球,對一些生物來說可能是酷熱難耐,而對另一些則可能是寒冷難當。
更不可思議的設想
然而,科幻作家仍不滿足於生命的這些多樣性,他們在各自的作品中充分發揮了想像力,為我們創造出一些更不可思議、但細想之下又似乎不無道理的生命世界。一些作家設想,在某些極寒冷的星球之上,可能存在著以液體氦為基礎,並以超導電流作聯系的生命形式;另一些作家則認為,即使在寒冷而黑暗的太空深處,亦可能有一些由星際氣體和塵埃組成,並由無線電波傳遞神經訊號的高等智能生物——霍耳的科幻小說正是這方面的代表作;還有一些想像力更豐富的作家甚至認為外星生命也許根本不需要化學物質基礎,他們可能只是一些純能量的生命形式,比如一束電波。
最為有趣的是著名科幻作家福沃德所寫的《龍蛋》,這部構思出色的作品描述了一顆中子星表面的生物。這顆中子星直徑僅20公里,但表面的引力卻等於地球上的670億倍,磁場是地球的1萬億倍,表面溫度達到8000多攝氏度。什麼生物可以在這樣的環境下生存呢?是由「簡並核物質」組成的生物。所謂「簡並」,就是指原子外部的電子都被擠壓到原子核里去,因此所有原子都可以十分緊密地靠在一起,形成超密物質。中子星上的生物身高約半毫米,直徑約半厘米,體重卻有70公斤,這是因為他們由簡並物質所組成。此外,他們的新陳代謝是基於核反應而非化學反應,因此一切變化(包括生老病死和思維)的速率都比人類快100萬倍!
讓我們來看一看一個醫學院畢業生在畢業典禮上所作的有趣的講演:在我們星系的另一邊的什麼地方,有一個遙遠的行星,離一個其等級和溫度都正合適的恆星恰好不遠不近。此時此刻,那上面有一個委員會正在開會,研究著我們這個小小的偏遠的太陽系。會議進行了一年之久,現已接近尾聲了。那地方的智慧生物們正在一份文件上簽名(當然是用某種數字),文件斷言,說在我們這地方,生命的事是不可思議的,而這地方也不值得來一趟遠征。他們的種種儀器已經發現,這兒存在最最致命的氣體、就是氧氣,這樣一來,什麼戲都沒了。
這並非純粹的胡思亂想,厭氧生物在地球上就存在。對它們來說,氧氣不但不是必不可少的,反而是致命的「毒物」。對地球人類來說最重要的氧氣尚且如此,我們還有什麼理由認為,只有與地球環境相當的星球才能產生生命呢?
今天,人類對外星生命的搜索雖然還是兩手空空,一無所得,但我們仍應堅持不懈地探尋下去,至少,它大大拓展了我們對宇宙生物原理的認識。
⑨ 有哪些能媲美《流浪地球》的科幻小說
當然有!
其實大劉的科幻作品都特別好,只是《流浪地球》拍成了電影比較出名。
大劉最經典的作品是《三體》。《三體》是劉慈欣創作的系列長篇科幻小說,由《三體》、《三體Ⅱ·黑暗森林》、《三體Ⅲ·死神永生》組成,講述了地球人類文明和三體文明的信息交流、生死搏殺及兩個文明在宇宙中的興衰歷程。獲得了第73屆雨果獎,是亞洲首位獲獎者。個人覺得《三體》無人能及,讀完之後回味無窮,強烈推薦。
還有一些很好的中外科幻作品:
《朝聞道》劉慈欣
《超新星紀元》劉慈欣
《紫與黑》K.J.帕克
《地球大炮》《帶上她的眼睛》劉慈欣(建議先讀帶上她的眼睛)
《混沌蝴蝶》劉慈欣
《中國太陽》劉慈欣
《球狀閃電》劉慈欣
《微紀元》劉慈欣
《命運》劉慈欣
《宇宙晶卵》王晉康
《與吾同在》王晉康
《龍蛋》羅伯特·福沃德
《微觀盡頭》劉慈欣
《信使》劉慈欣
《天地父母》王晉康
《逃出母宇宙》王晉康
還有好多好多......
如果想看最新科幻作品,可以訂閱《科幻世界》,我訂了挺好的,還會推薦一些經典或新書,望採納謝謝!
⑩ 你認為太空中有沒有生命的存在請寫出你的觀點
人們至今尚未在地球以外的太空中找到生命,但仍然相信遙遠的太空存在著生命。近年來,科學家對落在地球上的一些隕石進行分析,發現隕石上存在有機分子,說明太空可能存在生命。地球之外是否有生命存在,是人類一直探索的宇宙之謎。
一、其他類型的碳基生命:比如以甲烷為能量來源的碳基生命,地球上的碳基生命主要以氧氣和水作為能量來源,但是不代表所有的碳基生命都一定需要氧氣和水,理論上生命只要能和外界交互,獲取能量,即可完成生命形式。
甲烷和氧氣、水一樣,理論上可以作為能量交互的物質。目前主要探測方向是土衛六,土衛六是目前太陽系發現的為數不多的有大氣層和海洋的星球,雖然其大氣層主要成分是氮氣和甲烷,海洋也是以液態甲烷為主要成分。
科學家認為,如果土衛六有生命的話,那麼一定以甲烷為能量來源的生命。
二、科幻界常說的硅基生命:
元素周期表中,硅就在碳的下方,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),硅也能同樣地形成硅烷(SiH4),硅酸鹽是碳酸鹽的類似物,三氯硅烷(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,而用硅和氧搭成骨架則產生聚合硅酮。
所以乍看起來硅的確是一種作為碳替代物構成生命體的很有前途的元素,且有可能出現一些特異的生命形態就有可能以類似硅酮的物質構成。
硅基動物很可能看起來象是些會活動的晶體,就如同迪金森和斯凱勒爾(DickinsonandSchaller)所繪制的如下想像圖一樣。這是一隻徜徉在硅基植物叢中的硅基動物,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。
不過,地球上硅元素佔比第二,僅次於氧元素,為26%左右,而碳元素只佔地球中元素的0.027%,尚不及硅元素的小數點後的部分。然而地球上的生命卻是碳基生命。這有兩種解釋:1、硅基生命跟本不存在,純屬假想。
畢竟地球上佔比26%的硅也沒能形成硅基生命。2、硅基生命需要其他的環境,地球上不合適。不過這也有反駁:因為地球上幾十億年前和現在的環境完全不同,現在的適宜環境是幾十億年裡生命改造的結果。當初幾十億年前地球上幾千度到處是熔漿空氣里到處是甲烷的時候,理論上很適合硅基生命。
如果真的有硅基生命的話,他們一定像岩石一般堅硬,行動緩慢。不過這也會導致他們的時間觀感比我們慢,壽命也會比我們長,交流起來也會比較有趣:他們可能需要一天時間才能完整的表達一句話。
三、智能AI生命:通俗易懂,就是強人工智慧產生了自我意識,獨立思考,且可以獨立製造同類,是科幻小說中非常常見的一種概念。智能Ai生命,相比於碳基生命,是一種非常強勁的「進化」,它們的環境適應能力更強,用復制的方式實現了永生,思維更快速。
可以說一旦產生的話,對於地球文明來說,將會變得非常強大,只不過那時候的地球文明未必是人類所主導的了。只不過以目前的電腦技術與方向,是不可能產生強人工智慧的。寫程序的應該知道,程序就是程序,他不可能是程序以外的東西,如果我們沒有編寫某個功能,程序就不會去做。
可以說用現在的計算機技術和理論,是不可能產生強人工智慧的,當然,除了在科幻小說里。引用知乎里看到的一句話:有限個零級無窮大,不可能模擬出一級無窮大。如果要實現強人工智慧,就必然要完全改變現在的計算機理論。
四、中子星生命:要知道,構成我們細胞的原子,其實是很「空」的,原子核只佔原子的體積的幾千億分之一,而卻占據了99.9%以上的質量。
所以有科幻小說描述了這樣一個中子星,他們是我們的微縮版,構成他們的生命的原子坍縮,使得他們的體積只有我們的幾百萬分之一,而體重與我們相差無幾。這就是著名科幻作家福沃德所寫的《龍蛋》。
五、宇宙那麼大,或許總會有別的生命形式。只是一切我們猜測的可能,在發現之前都只是一種可能,只有已經發現的東西,才是確定無疑是存在的,我們只發現了地球上的這種碳基生命,這也是為什麼科學家為什麼總是以地球環境作為可能有生命的標准,為什麼對水那麼熱衷。
因為只有我們,是確定無疑有生命的。宇宙那麼大,真想去看看呢!