福沃德在科幻小说龙蛋
① 宇宙中到底有没有生命存在
关于地外生命,幻想和猜测得已经够多了。但究竟有没有地外生命呢?对于这个问题,我觉得可以作如下理性思考。
我们可以肯定地说,地外生命应该是存在的。虽然到目前为止,我们并没有确凿的证据支持地外生命的存在,但毫无疑问,我们同样没有确凿的证据否认地外生命的存在。相反,如果说,茫茫宇宙,亿亿万万颗星球中,只有地球上才有生命,这样的说法,必定是不能信服人的。也就是说,地外生命的存在,应当具有可能性。
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。因为地外生命存在,这种生命就有可能进化成类似于地球人的智慧生命,就有可能产生与这种生命相适应的文明。所以,外星人的存在也是可能的。
存在着地外生命和外星人,并不表明我们可以很容易地发现它、接触它。因为,这里存在着三个障碍。
第一个是形式障碍。就是说,地外生命的存在形式,可能与地球生命的完全不同。比如,地外生命可能存在于我们认为根本无法生存的“恶劣”环境中;或者,它们以另外的我们尚未知晓的物质形态存在着;也可能,它们甚至存在于多维空间中。由于生命形式障碍的存在,我们有可能不能及时发现或者根本无法“看”到地外生命。
第二个是空间障碍。地外生命也许存在,外星人也可能存在,但它们可能离我们相当遥远,几千光年,几万光年,几亿光年,都有可能。生命寿限的短暂与距离的极端遥远,决定了我们无法发现地外生命。
第三个是时间障碍。宇宙已有150亿年的历史。地球生命的存在时间与宇宙的历史比较起来,才只是一瞬间。地外生命可能存在,但它可能存在于地球生命产生之前,而现在可能已经消失了;也可能产生于地球生命消失之后,而现在尚未产生。这样的可能性,要远比地外生命正好与地球生命存在于同一时间段的可能性大得多。也就是说,地外生命可能存在,但不一定现在存在。地球生命与地外生命之间,可能存在着一个时间障碍或说历史障碍。
所以,这三个障碍的存在,可能导致出这样一个结果:虽然地外生命可能存在,但我们不一定能够发现它们。
但是,以宇宙之大,地外生命存在的可能性之多,我们也不能排除,确有不存在以上所说三个障碍的地外生命存在的可能性。也就是说,有可能存在着这样的地外生命:它们与我们地球生命的存在形式差不多,离我们也不是太遥远,并且它们跟我们生长在同一个时代。这样的可能性还是存在的。因此,我们也不要放弃寻找地外生命的努力。
② 硅基生物的构成
基于上述情况,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(Dickinson and Schaller)所绘制的如下想象图一样。
这是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。
看上去这些结晶体似的生物非常漂亮,如果它们可以在常温下生存的话,大概许多地球人都愿意在家里养几只作为装饰,养这种宠物的一个明显好处是不会传播细菌和寄生虫,因为作为碳基生命的细菌和寄生虫对这种完全不同的生命是无能为力的。但是,但硅基生命的存在的可能性却受到许多缺陷的威胁。 (2.1)硅基生物和氧
一个很大的缺陷就是硅同氧的结合力非常强。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,这是种很容易从生物体中移除的废弃物质;但是,硅的氧化会形成固体,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,处置这样的固体物质会给硅基生命的呼吸过程带来很大挑战。二氧化硅是原子化合物,很难溶解在水和其他液体之中,它是巨大的分子。
此外,硅链和硅氧键在水中不稳定,容易断掉,不象碳链这样在干湿环境下都保持稳定。虽然这点不会因此排除硅基生命存在的可能,但存在大量液态水的星球肯定是排斥硅基生命的。
2.硅基生物的化学反应(2.1-2.6)
(2.2)硅基生物和氟化氢
其实如果存在硅基生命的星球存在氟化氢(氢氟酸),它们完全可以吸入这种气体,与二氧化硅反应生后呼出四氟化硅(气体)排出水,并且硅基植物通过“光合作用”吸入四氟化硅、水和光经过一系列反应生成氟化氢排回大气中并生成“硅淀粉”。但硅基植物的“光合作用”没有详细的可行性论述。
二氧化硅生成气态的四氟化硅反应方程式如下:
SiO2(s) + 4 HF(aq) → SiF4(g) + 2H2O(l)
生成的SiF4可以继续和过量的HF作用,生成氟硅酸:
SiF4(g)+2HF(aq)=H2[SiF6](aq),6HF+SiO2=H2SiF6+2H2O氟硅酸是一种二元强酸。氟硅酸的酸性比硫酸还强,受热分解放出有毒的氟化物气体。具有较强的腐蚀性。
2.硅基生物的化学反应(2.1-2.6)
(2.3)硅基生物和原硅酸
有一些人认为二氧化硅不溶于水,这种观点是错误的。以粉末形式存在的二氧化硅可以与水反应生成原硅酸。二氧化硅在催化剂的作用下,也可以和水反应。H2O + SiO2=H2SiO3(硅酸) 2H2O + SiO2=H4SiO4(水过量时,生成原硅酸。)
2.硅基生物的化学反应(2.1-2.6)
(2.4)氟化氢对硅基生物造成的破坏。硅基生物对氟化氢的防御。
有一些人认为硅基生命可以呼吸氟化氢,这种观点是错误的。
氟化氢对硅基生物和硅基生命是有毒的,可以破坏硅和硅化物。氟化氢又叫做氢氟酸。它具有极强的腐蚀性,能强烈地腐蚀和破坏含硅的物体。它与硅和硅化合物反应生成气态的四氟化硅(能腐蚀玻璃),但对碳化合物、塑料、石蜡、铅、金、铂不起腐蚀作用。氢氧化钠可以和二氧化硅反应,生成硅酸钠。硅酸钠易溶于水。硅基生命可以将硅酸钠排除体内。
氟化氢对硅基生命的皮肤有强烈刺激性和腐蚀性。氢氟酸中的氢离子对硅基生命组织有脱水和腐蚀作用,而氟是最活泼的非金属元素之一。皮肤与氢氟酸接触后,氟离子不断解离而渗透到深层组织,溶解硅基生物的细胞膜,造成表皮、真皮、皮下组织乃至肌层液化坏死。氟离子还可干扰烯醇化酶的活性使硅基生物的皮肤细胞摄氧能力受到抑制。
硅基生命可以呼吸二氧化碳和二氧化硫。化学方程式:(甲基甲硅烷和二氧化硫反应)2SIH3CH3+7SO2=2CO2+2SIO2+7S+H2O (四甲基甲硅烷和二氧化硫反应)SI(CH4)+9SO2=4CO2+SIO2+9S+H2O
硅基生命可能用一种特殊的催化剂消除氟化氢的毒性。这种催化剂可以让氟化氢只和二氧化硅反应。地球上有一种生物是硫细菌,这种生物能在稀硫酸中生活,最适生长pH值范围为pH2~3。绝大多数有机物都容易被硫酸破坏,硫细菌能产生一种催化剂防止它自己被硫酸破坏。硅基生物同样也能产生一种催化剂,防止它自己被氟化氢破坏。
2.硅基生物的化学反应(2.1-2.6)
(2.5)硅基生物和高分子硅化物
因为硅硅单键(Si-Si)不稳定,所以乙硅烷( SiH3-SiH3)不稳定。乙硅烷( SiH3-SiH3)比碳烷烃更不稳定,在低温之下缓慢分解成甲硅烷和氢,在300~500℃分解成为SiH4、SinHm、H2,在光照下也分解。硅只能形成杂链高分子化合物。硅基杂链高分子的主链除硅原子外,还含有碳、氧、氮、硫、铝、硼等其他元素。有机硅高分organosilion- polymers主链(或骨架)是由硅、氧交替组成的高分子。又称聚硅氧烷或聚硅醇。因为硅只能形成杂链高分子化合物,所以硅基生命产生的代谢产物、废物、氧化物是非常复杂的,这意味着硅基生命需要更多的酶作为催化剂。每个酶的长度大约为50nm,细胞体积太小就装不下足够的酶。硅基生物的细胞比碳基生物的细胞更大。如果一个细胞体积越大,那么它的相对表面积就越小。如果一个细胞相对表面积越小,那么物质进入细胞膜的速度就越小。所以硅基生物的新陈代谢比碳基生物更慢。硅基生物可以用伸缩泡提高物质进入细胞膜的速度。伸缩泡,是单细胞硅基生物体内的水分调节细胞器,是一种能做节奏性伸缩的液泡,兼有排泄功能。
2.硅基生物的化学反应(2.1-2.6)
(2.6)硅基生物和硅化物的旋光性
只要是生命形态,就必须从外界环境中收集、储存和利用能量。在碳基生物这里,储存能量的最基本的化合物是碳水化合物。在碳水化合物中,碳原子由单键连接成一条链,而利用酶控制的对碳水化合物的一系列氧化步骤会释放能量,废弃物产生水和二氧化碳。这些酶是些大而复杂的分子,它们依照分子的形状和左旋右旋对特定的反应进行催化,这里说的左旋右旋是因分子含有的碳的不对称使得分子出现左旋或者右旋,而多数碳基生物体内的物质都显示这个特征,正是这个特点使得酶能够识别和规范碳基生物体内的大量不同新陈代谢进程。
然而,硅和硅氧烷和硅氮烷没能像碳这样产生众多的具有左旋右旋特征的化合物,这也让它难以成为生命所需要大量相互联系的链式反应的支持元素。
有一些人认为硅不能像碳这样产生众多的具有左旋右旋特征的化合物,这种观点是错误的。有机硅料能像碳这样产生众多的具有左旋右旋特征的化合物。有机硅料是指含有Si-C键、且至少有一个有机基是直接与硅原子相连的化合物。含有硅氧键也能产生众多的具有左旋右旋特征的化合物,硅氧链具有独特的固有构象柔顺性
也许在未来很远很远的某一天,硅基生命会作为一种宇宙新进化的生命形态而替代碳基生命。不过那一定离我们很远很远。 我们目前使用的电脑,就是用硅作为芯片的,如果这个电脑再高级一些,发展成为智能电脑,那就是硅基生命了。而网络世界,或许将是硅基世界了。不过生命并非是以智能与否来定义的,因为病毒没有智力,只是单纯的趋利避害,现有的计算机的“智力”完全可以超越这种生命,但病毒是生命无疑计算机却不是。这种论调是基于对生命错误的定义。
还有一种猜想就是:硅基生物可以直接把光能转化为电能,以维持其生命活动。是否符合生命定义存疑。 (5.1-5.3)
(5.1)金属细胞和金属生命体
就在科幻作家构思“硅基生命”的时候,实验室里的“金属细胞”已经有了生命征象,并且初步显露出进化的趋势。 不同于碳元素的共价键有机物,这种“无机生命”的基础是金属钨的杂多酸阴离子——6族元素能与氧配位成多面体(姑且理解成酸根),然后脱水缩聚成共用氧原子的巨大结构,比如下面的车轮形{Mo176}。这些庞大的阴离子可以继续缩聚并容纳其它含氧酸,进而在强酸溶液里自组织成泡状结构,如同活细胞——这或许意味着,我们的生物学只是生命科学里的一小部分。
克罗宁和同事通过从大分子金属氧化物中提取负电荷离子形成盐溶液,来束缚氢或者钠一些较小的正电荷离子;这种盐溶液注入另一种含有较大负电荷有机离子的溶液中,可以束缚较小负电荷离子的活动性。
当这两种盐溶液混合,交换其中部分大分子金属氧化物,使其不再形成较大的有机离子。这种新溶液在水中无法溶解:沉淀物质像包裹注射溶液的壳状物。克罗宁称这种沉淀物质为泡沫无机化学细胞(iCHELLs),并表示它们还具有更多的特性。通过修改它们的金属氧化物主干部分使iCHELLs具备自然细胞膜的属性,例如:以iCHELLs为基础的洞状结构氧化物可作为多孔膜,依据大小尺度,有选择性地让化学物质进出细胞,其作用就像生物细胞膜。这将使细胞膜可以控制发生一系列化学反应,这是iCHELLs细胞关键性的特征。
同时,研究小组还在泡沫中制造泡沫,建立的隔膜模拟生物细胞的内部结构。他们通过连接一些氧化分子至光敏染料,可灌输iCHELLs细胞进行光合作用。克罗宁称,早期实验结果形成的细胞膜可将水分解为氢离子、氢电子和氧分子,这是光合作用的初始状态。
克罗宁称,我们可以抽吸质子分布在细胞膜上,来设置形成一个质子坡度。这是从光线中获得能量的关键一步,如果生命体能够完成这些步骤,将建立形成具有类似植物新陈代谢功能的自供给细胞。
这项实验仍处于早期阶段,一些合成生物学家目前保留发言意见。西班牙巴伦西亚大学的曼纽尔-波尔卡说:“克罗宁研制的金属细胞泡沫目前还不能说完全具备生命特征,除非这些细胞可以携带类似DNA的物质,可驱动自我繁殖和进化。”克罗宁回应称,在理论上这是可能实现的,去年他在实验中显示利用金属氧酸盐彼此作为模板可实现自复制功能。
在为期7个月的实验中,目前克罗宁可以大批量生产这些金属细胞泡沫,并将它们注入充满不同pH值的试管容器中,他希望这种混合环境将测试它们的生存性。如果pH值过低,一些细胞将溶解死亡。
如果克罗宁的实验是正确的,或许宇宙生命的存在性将更加广阔。日本东京大学的Tadashi Sugawara说:“这项实验结果说明生命体并不全是基于碳结构,水星的物质结构与地球相差很大,或许在水星上也有可能通过无机元素形成生命体。克罗宁的这项研究开辟了一个新的领域。”
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、气体生物、电波能量生物
然而,科幻作家仍不满足于生命的这些多样性,他们在各自的作品中充分发挥了想像力,为我们创造出一些更不可思议、但细想之下又似乎不无道理的生命世界。一些作家设想,在某些极寒冷的星球之上,可能存在着以液体氦为基础,并以超导电流作联系的生命形式;另一些作家则认为,即使在寒冷而黑暗的太空深处,亦可能有一些由星际气体和尘埃组成,并由无线电波传递神经讯号的高等智能生物——霍耳的科幻小说正是这方面的代表作;还有一些想像力更丰富的作家甚至认为外星生命也许根本不需要化学物质基础,他们可能只是一些纯能量的生命形式,比如一束电波。
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
最为有趣的是著名科幻作家福沃德所写的《龙蛋》,这部构思出色的作品描述了一颗中子星表面的生物。这颗中子星直径仅20公里,但表面的引力却等于地球上的670亿倍,磁场是地球的1万亿倍,表面温度达到8000多摄氏度。什么生物可以在这样的环境下生存呢?是由“简并核物质”组成的生物。所谓“简并”,就是指原子外部的电子都被挤压到原子核里去,因此所有原子都可以十分紧密地靠在一起,形成超密物质。中子星上的生物身高约半毫米,直径约半厘米,体重却有70公斤,这是因为他们由简并物质所组成。此外,他们的新陈代谢是基于核反应而非化学反应,因此一切变化(包括生老病死和思维)的速率都比人类快100万倍!
③ 求福沃德(robert forward)写的科幻小说《龙蛋》(dragon's egg)电子版或pdf或其他电子格式
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④ 研究宇宙的发展是否可以说就是研究生命的起源
探寻宇宙中各种各样的生命形式,不仅是为了寻找我们在宇宙中的同伴,更是为了认识地球上生命的起源,了解人类自己。
在第一颗人造卫星发射之前,科学家们认为太阳系也许是一个真正的“天堂”。但事实却令人失望,地球以外的其他行星是真正的“地狱”,环境极其恶劣。火星探测发现,火星表面像月球那样坑坑洼洼地遍布火山坑,“海盗”号探测器在火星上也没有发现任何有机分子。但后来研究发现,火星上可能存在着适合生命的地方,火星上存在生命似乎又有了希望。
在太阳系行星的卫星中,尤其是在木卫二和土卫二上可能拥有巨大的地下海洋和大量形成生命的原始物质,金星曾经也可能被海洋覆盖。在火星上,美国宇航局目前的任务不是寻找有机物本身,而是探寻以前或者现在是否存在水的痕迹。
2007年8月发射的“凤凰”号火星探测器,将于今年着陆在火星上从未被探测过的北极地区。“凤凰”号不是火星车,而是一架带有机械臂的固定式着陆器。它的机械臂可以将火星土壤挖掘几厘来采集冰质沉积物。美国宇航局正计划建造一个火星科学实验室用于火星探测,这个耗资15亿美元的实验室如一辆汽车大小,计划于2009年底发射,1年后将着陆火星。
然而,科学家们将会逐渐转向直接寻找火星上的生命或者它们的残骸。2013年,欧洲空间局计划发射ExoMars火星车,它的构造类似于“海盗”号探测器,有生物实验室和钻探平台。钻探平台可以深入地下2米采集样本,在这样的深度获得的样本里,有机物可能没有被破坏。
绝大多数宇宙专家认为,最主要的研究方向是将火星上的岩石和土壤带回地面实验室分析,就像“阿波罗”月球探测器从月球采集岩石和土壤一样,分析少量的火星样本,可以揭示火星漫长的发展历史。然而,美国宇航局的预算危机使得耗资几十亿美元的火星取样计划至少推迟到2024年,不过情况似乎出现了转机,美国宇航局开始考虑修改MSL计划,使采集到的火星样本能够完整保存下来。
对于木星,科学家们希望发射一个环绕木卫二的轨道飞行器,以测量它的形状和木星的引力潮汐如何影响卫星的引力场。如果木卫二上存在海洋,它的表面就会周期性地升降30米;如果没有,升降的幅度就只有1米。轨道飞行器上的磁强计和雷达可以用来探测地层,也可以用来探测海洋,照相设备可以绘制木卫二的表面。这些设备都为将来着陆木卫二探测做准备。
对于土卫六的探测,应该延用目前“卡西尼”号探测器的工作模式,即轨道飞行器和表面着陆器一同使用。土卫六与地球类似的大气环境容许利用热气球的方式进行探测。热气球可以随时沉入土卫六大气的表面采集样本。美国亚利桑那大学的乔纳森·卢宁认为,探测土卫六的目的是分析其表面有机物,检验自组织系统的变化,这是大多数科学家公认的地球上最原始的生命形成方式。
2007年1月,美国宇航局着手研究这些计划,2008年将在木卫二和土卫六计划之间作出选择,一个价值20亿美元的探测器将可能在今后10年内被发射到它们其中的一颗上,而对另外一个星体的研究将不得不推后10年。
也许最终会发现,地球上的生命是独一无二的,其他星球并没有生命存在,但这并不意味着我们所有的努力都白费了。美国科罗拉多大学天体生物学中心主任布鲁斯·贾科斯基认为:“天体生物学并不仅仅只是为了寻找外星生命体,它具有更深远的意义。”
天体生物学就是研究形形色色的生命形式和其产生的先决条件,探索40亿年前地球上的生命是怎样形成的。这些研究并不是单纯地寻找我们宇宙中的伙伴,而是更深入地认识人类自身的起源。
⑤ 未来人类如何利用水星
水星是目前知道的最接近太阳的大行星,对于人类研究太阳有重要的作用。由于现在人类还不能到达地球,也没有仪器到达水星,所以以后能利用到什么程度还不可以估量。
⑥ 硅基生命的不稳定性
1.基本描述
虽然这点不会因此排除硅基生命存在的可能,但存在大量液态水的星球肯定是排斥硅基生命的。
尽管从生物角度看,找到硅基生命的可能性很渺茫。但硅基生命在科幻小说中则很兴盛,而且科幻作家的许多描述会提出不少有关硅基生命的有益构想。
在斯坦利·维斯鲍姆(Stanley Weisbaum)的《火星奥德赛》(A Martian Odyssey)中,该生命体有1百万岁,每十分钟会沉淀下一块砖石,而这正是维斯鲍姆对硅基生命所面临的一个重大问题的回答,文中进行观察的科学家中的一位观察到:
“那些砖石是它的废弃物……我们是碳组成,我们的废弃物是二氧化碳,而这个东西是硅组成,它的废弃物是二氧化硅——硅石。但硅石是固体,从而是砖石。这样它就把自己覆盖进去,当它被盖住,就移动到一个新的地方重新开始。”
2.硅基生命的化学反应
一个很大的缺陷就是硅同氧的结合力非常强。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,这是种很容易从生物体中移除的废弃物质;但是,硅的氧化会形成固体,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,处置这样的固体物质会给硅基生命的呼吸过程带来很大挑战。二氧化硅是原子化合物,很难溶解在水和其他液体之中,它是巨大的分子。
其实如果存在硅基生命的星球存在氟化氢,它们完全可以吸入这种气体,与二氧化硅反应生后呼出四氟化硅(气体)排出水,并且硅基植物通过“光合作用”吸入四氟化硅、水和光经过一系列反应生成氟化氢排回大气中并生成“硅淀粉”。但硅基植物的“光合作用”没有详细的可行性论述。
二氧化硅生成气态的四氟化硅反应方程式如下:
SiO2(s) + 4 HF(aq) → SiF4(g) + 2H2O(l)
生成的SiF4可以继续和过量的HF作用,生成氟硅酸:
SiF4(g)+2HF(aq)=H2[SiF6](aq),6HF+SiO2=H2SiF6+2H2O氟硅酸是一种二元强酸。氟硅酸的酸性比硫酸还强,受热分解放出有毒的氟化物气体。具有较强的腐蚀性。
有一些人认为二氧化硅不溶于水,这种观点是错误的。以粉末形式存在的二氧化硅可以与水反应生成原硅酸。二氧化硅在催化剂的作用下,也可以和水反应。H2O + SiO2=H2SiO3(硅酸) 2H2O + SiO2=H4SiO4(水过量时,生成原硅酸。)
氟化氢对硅基生物和硅基生命是有毒的,可以破坏硅化物。氟化氢又叫做氢氟酸。它具有极强的腐蚀性,能强烈地腐蚀含硅的物体。与硅和硅化合物反应生成气态的四氟化硅(能腐蚀玻璃),但对塑料、石蜡、铅、金、铂不起腐蚀作用。氢氧化钠可以和二氧化硅反应,生成硅酸钠。硅酸钠易溶于水。硅基生命可以将硅酸钠排除体内。
氟化氢对硅基生命的皮肤有强烈刺激性和腐蚀性。氢氟酸中的氢离子对硅基生命组织有脱水和腐蚀作用,而氟是最活泼的非金属元素之一。皮肤与氢氟酸接触后,氟离子不断解离而渗透到深层组织,溶解细胞膜,造成表皮、真皮、皮下组织乃至肌层液化坏死。氟离子还可干扰烯醇化酶的活性使皮肤细胞摄氧能力受到抑制
硅基生命可能用一种特殊的催化剂消除氟化氢的毒性。这种催化剂可以让氟化氢只和二氧化硅反应。地球上有一种生物是硫细菌,这种生物能在稀硫酸中生活,最适生长pH值范围为pH2~3。绝大多数有机物都容易被硫酸破坏,硫细菌能产生一种催化剂防止它自己被硫酸破坏。硅基生物同样也能产生一种催化剂,防止它自己被氟化氢破坏。
硅基生命可以呼吸二氧化碳和二氧化硫。化学方程式:(甲基甲硅烷和二氧化硫反应)2SiH3CH3+7SO2=2CO2+2SIO2+7S+H2O (四甲基甲硅烷和二氧化硫反应)Si(CH4)+9SO2=4CO2+SiO2+9S+H2O
因为硅硅单键(Si-Si)不稳定,所以乙硅烷( SiH3-SiH3)不稳定。乙硅烷( SiH3-SiH3)比碳烷烃更不稳定,在低温之下缓慢分解成甲硅烷和氢,在300~500℃分解成为SiH4、SinHm、H2,在光照下也分解。硅只能形成杂链高分子化合物。硅基杂链高分子的主链除硅原子外,还含有碳、氧、氮、硫、铝、硼等其他元素。有机硅高分organosilion- polymers主链(或骨架)是由硅、氧交替组成的高分子。又称聚硅氧烷或聚硅醇。因为硅只能形成杂链高分子化合物,所以硅基生命产生的代谢产物、废物、氧化物是非常复杂的,这意味着硅基生命需要更多的酶作为催化剂。每个酶的长度大约为50nm,细胞体积太小就装不下足够的酶。硅基生物的细胞比碳基生物的细胞更大。如果一个细胞体积越大,那么它的相对表面积就越小。如果一个细胞相对表面积越小,那么物质进入细胞膜的速度就越小。所以硅基生物的新陈代谢比碳基生物更慢。
有一些人认为硅不能像碳这样产生众多的具有左旋右旋特征的化合物,这种观点是错误的。有机硅料能像碳这样产生众多的具有左旋右旋特征的化合物。有机硅料是指含有Si-C键、且至少有一个有机基是直接与硅原子相连的化合物。
也许在未来很远很远的某一天,硅基生命会作为一种宇宙新进化的生命形态而替代碳基生命。不过那一定离我们很远很远。
3.硅基生命的溶液和介质
此外,水是一切蛋白质生命所必需的溶液和介质。有没有一种其他化合物可以取代水的地位呢?有!那就是氨。由于氨在冰点以下仍是液体,一些科幻作家遂推想,在一些寒冷的巨型气态行星的表面下,可能存在着由氨组成的海洋,而海洋中则充满着以氨为介质的生命形式。以上都只是个别的、零星的构想,真正对问题作出全面性的考察和系统性的分析的,是著名生化学家阿西莫夫所写的一篇文章《并非我们所认识的》。他在文中提出了六种生命形态:一、以氟化硅酮为介质的氟化硅酮生物;二、以硫为介质的氟化硫生物;三、以水为介质的核酸/蛋白质(以氧为基础的)生物;四、以氨为介质的核酸/蛋白质(以氮为基础的)生物;五、以甲烷为介质的类脂化合物生物;六、以氢为介质的类脂化合物生物。其中第三项便是我们所熟悉的———亦是我们惟一所认识的———生命。至于第一、第二项,是一些高温星球上可能存在的生命形式,另外,地球上曾经出现过的那些生活在硫矿里的、厌氧的古细菌就很有可能是以硫作为自己生命的介质;而第四项至第六项,则是一些寒冷星球上可能存在的生物形态。
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,科幻作家仍不满足于生命的这些多样性,他们在各自的作品中充分发挥了想像力,为我们创造出一些更不可思议、但细想之下又似乎不无道理的生命世界。一些作家设想,在某些极寒冷的星球之上,可能存在着以液体氦为基础,并以超导电流作联系的生命形式;另一些作家则认为,即使在寒冷而黑暗的太空深处,亦可能有一些由星际气体和尘埃组成,并由无线电波传递神经讯号的高等智能生物——霍耳的科幻小说正是这方面的代表作;还有一些想像力更丰富的作家甚至认为外星生命也许根本不需要化学物质基础,他们可能只是一些纯能量的生命形式,比如一束电波。最为有趣的是著名科幻作家福沃德所写的《龙蛋》,这部构思出色的作品描述了一颗中子星表面的生物。这颗中子星直径仅20公里,但表面的引力却等于地球上的670亿倍,磁场是地球的1万亿倍,表面温度达到8000多摄氏度。什么生物可以在这样的环境下生存呢?是由“简并核物质”组成的生物。所谓“简并”,就是指原子外部的电子都被挤压到原子核里去,因此所有原子都可以十分紧密地靠在一起,形成超密物质。中子星上的生物身高约半毫米,直径约半厘米,体重却有70公斤,这是因为他们由简并物质所组成。此外,他们的新陈代谢是基于核反应而非化学反应,因此一切变化(包括生老病死和思维)的速率都比人类快100万倍!
4.除硅基生命和碳基生命以外的生命形式
(4.2)金属细胞和金属生命体
就在科幻作家构思“硅基生命”的时候,实验室里的“金属细胞”已经有了生命征象,并且初步显露出进化的趋势。 不同于碳元素的共价键有机物,这种“无机生命”的基础是金属钨的杂多酸阴离子——6族元素能与氧配位成多面体(姑且理解成酸根),然后脱水缩聚成共用氧原子的巨大结构,比如下面的车轮形{Mo176}。这些庞大的阴离子可以继续缩聚并容纳其它含氧酸,进而在强酸溶液里自组织成泡状结构,如同活细胞——这或许意味着,我们的生物学只是生命科学里的一小部分。
克罗宁和同事通过从大分子金属氧化物中提取负电荷离子形成盐溶液,来束缚氢或者钠一些较小的正电荷离子;这种盐溶液注入另一种含有较大负电荷有机离子的溶液中,可以束缚较小负电荷离子的活动性。
当这两种盐溶液混合,交换其中部分大分子金属氧化物,使其不再形成较大的有机离子。这种新溶液在水中无法溶解:沉淀物质像包裹注射溶液的壳状物。克罗宁称这种沉淀物质为泡沫无机化学细胞(iCHELLs),并表示它们还具有更多的特性。通过修改它们的金属氧化物主干部分使iCHELLs具备自然细胞膜的属性,例如:以iCHELLs为基础的洞状结构氧化物可作为多孔膜,依据大小尺度,有选择性地让化学物质进出细胞,其作用就像生物细胞膜。这将使细胞膜可以控制发生一系列化学反应,这是iCHELLs细胞关键性的特征。
同时,研究小组还在泡沫中制造泡沫,建立的隔膜模拟生物细胞的内部结构。他们通过连接一些氧化分子至光敏染料,可灌输iCHELLs细胞进行光合作用。克罗宁称,早期实验结果形成的细胞膜可将水分解为氢离子、氢电子和氧分子,这是光合作用的初始状态。
克罗宁称,我们可以抽吸质子分布在细胞膜上,来设置形成一个质子坡度。这是从光线中获得能量的关键一步,如果生命体能够完成这些步骤,将建立形成具有类似植物新陈代谢功能的自供给细胞。
这项实验仍处于早期阶段,一些合成生物学家目前保留发言意见。西班牙巴伦西亚大学的曼纽尔-波尔卡说:“克罗宁研制的金属细胞泡沫目前还不能说完全具备生命特征,除非这些细胞可以携带类似DNA的物质,可驱动自我繁殖和进化。”克罗宁回应称,在理论上这是可能实现的,去年他在实验中显示利用金属氧酸盐彼此作为模板可实现自复制功能。
在为期7个月的实验中,目前克罗宁可以大批量生产这些金属细胞泡沫,并将它们注入充满不同pH值的试管容器中,他希望这种混合环境将测试它们的生存性。如果pH值过低,一些细胞将溶解死亡。
如果克罗宁的实验是正确的,或许宇宙生命的存在性将更加广阔。日本东京大学的Tadashi Sugawara说:“这项实验结果说明生命体并不全是基于碳结构,水星的物质结构与地球相差很大,或许在水星上也有可能通过无机元素形成生命体。克罗宁的这项研究开辟了一个新的领域。”
⑦ 外星生命形式的更不可思议的设想
然而,科幻作家仍不满足于生命的这些多样性,他们在各自的作品中充分发挥了想像力,为我们创造出一些更不可思议、但细想之下又似乎不无道理的生命世界。一些作家设想,在某些极寒冷的星球之上,可能存在着以液体氦为基础,并以超导电流作联系的生命形式;另一些作家则认为,即使在寒冷而黑暗的太空深处,亦可能有一些由星际气体和尘埃组成,并由无线电波传递神经讯号的高等智能生物——霍耳的科幻小说正是这方面的代表作;还有一些想像力更丰富的作家甚至认为外星生命也许根本不需要化学物质基础,他们可能只是一些纯能量的生命形式,比如一束电波。
最为有趣的是著名科幻作家福沃德所写的《龙蛋》,这部构思出色的作品描述了一颗中子星表面的生物。这颗中子星直径仅20公里,但表面的引力却等于地球上的670亿倍,磁场是地球的1万亿倍,表面温度达到8000多摄氏度。什么生物可以在这样的环境下生存呢?是由“简并核物质”组成的生物。所谓“简并”,就是指原子外部的电子都被挤压到原子核里去,因此所有原子都可以十分紧密地靠在一起,形成超密物质。中子星上的生物身高约半毫米,直径约半厘米,体重却有70公斤,这是因为他们由简并物质所组成。此外,他们的新陈代谢是基于核反应而非化学反应,因此一切变化(包括生老病死和思维)的速率都比人类快100万倍!
让我们来看一看一个医学院毕业生在毕业典礼上所作的有趣的讲演:在我们星系的另一边的什么地方,有一个遥远的行星,离一个其等级和温度都正合适的恒星恰好不远不近。此时此刻,那上面有一个委员会正在开会,研究着我们这个小小的偏远的太阳系。会议进行了一年之久,现已接近尾声了。那地方的智慧生物们正在一份文件上签名(当然是用某种数字),文件断言,说在我们这地方,生命的事是不可思议的,而这地方也不值得来一趟远征。他们的种种仪器已经发现,这儿存在最最致命的气体、就是氧气,这样一来,什么戏都没了。
这并非纯粹的胡思乱想,厌氧生物在地球上就存在。对它们来说,氧气不但不是必不可少的,反而是致命的“毒物”。对地球人类来说最重要的氧气尚且如此,我们还有什么理由认为,只有与地球环境相当的星球才能产生生命呢?
今天,人类对外星生命的搜索虽然还是两手空空,一无所得,但我们仍应坚持不懈地探寻下去,至少,它大大拓展了我们对宇宙生物原理的认识。
⑧ 有没有硅基生命
我也要问这个问题!!!天文学家们一直以来都在致力于发现外星微生物存在的证据,在火星上、木卫二上……太阳系内一切有条件的地方都是他们寻找的对象。但最近几年最激动人心的外星生命探索的进展却是在地球上完成的。外星生物学家来到地球最恶劣、最极端的地方,在智利最干燥的阿塔卡马沙漠中、在环境最恶劣的岩洞里、在南极洲的千年冰架下面、在几千米的深海下面、在几万米的高空上,他们发现了形形色色的与世隔绝的细菌,它们生命力之顽强令科学家惊叹不已。在南极的古老冻岩中,有一种细菌舒舒服服地躲在石头表面下多孔的空间里,活得跟花店橱窗里的牵牛花一样旺盛;法国科学家曾在太平洋底3000米处,水温高达250℃的热泉口,发现多种细菌;1969年降落月球的“阿波罗12号”太空船,收回了两年半前无人探测船“观察家三号”留在月球上的相机,竟然发现其底部有地球上的微生物“缓症链球菌”,这种来自地球的微生物,在几近真空、充满宇宙射线的月球表面生存了两年半!
许多种类的细菌无需空气,它们或是通过分解(而不是氧化)有机食物,或是从硫酸盐或硝酸盐等氧化合物而不是从空气中获得氧;有的细菌通过转换铁化合物和硫来保持生命的延续,生存下来;有的细菌在沸水中滋生;有的细菌则在0℃以下的盐水中生存;有的细菌在不可思议的高压下存活。看上去,多数细菌的生命是永无止境的,某些细菌的孢子可以休眠几千年。
它们生命的潜能与地球上其他生命的潜能完全或者几乎不同。正是这一不同,向我们暗示着生命的另一种可能,或许是生命在宇宙间其他星球上的另一种可能。
生命的无数种可能
既然地球细菌展现了如此丰富的生命形态,那么宇宙中的生命该有多少种可能性呢?地球上的生命都是由核酸和蛋白质组成的,但这是否是生命存在的惟一形式?可以有基于别的化学基础而发展起来的其他生命吗?
这个问题无疑是对生物学家的一项重大挑战。因为地球上的“蛋白质生命”是以碳元素为基础的,一些科学家于是翻开元素周期表,看看哪一种元素的性质与碳最为相似———当然是同一族中的硅。硅基生命甚至可以不摄取有机物,而只从宇宙空间中吸收星光维持生命,他的身体是由多数光线粒子和少数物质粒子组成,物质粒子在必要时也可以转化成光线粒子。可以设想,既然我们这些以碳为基础的生物呼出的废气是二氧化碳,那么,火星上那些以硅为基础的生物,呼出的自应是硅和氧的化合物———二氧化硅。二氧化硅其实就是我们平时在沙滩上所见的沙,也就是说,这些火星生物在呼吸时所喷出的是沙粒!
还有一些科幻作家留意到,元素周期表中的硫与同一族的氧在性质上有不少相似之处。那是否表示,在一些较高温的星球上(硫在地球上的室温时是固体),生物呼吸所需的氧气可以被硫所代替?
此外,水是一切蛋白质生命所必需的溶液和介质。有没有一种其他化合物可以取代水的地位呢?有!那就是氨。由于氨在冰点以下仍是液体,一些科幻作家遂推想,在一些寒冷的巨型气态行星的表面下,可能存在着由氨组成的海洋,而海洋中则充满着以氨为介质的生命形式。
以上都只是个别的、零星的构想,真正对问题作出全面性的考察和系统性的分析的,是著名生化学家阿西莫夫所写的一篇文章《并非我们所认识的》。他在文中提出了六种生命形态:
一、以氟化硅酮为介质的氟化硅酮生物;
二、以硫为介质的氟化硫生物;
三、以水为介质的核酸/蛋白质(以氧为基础的)生物;
四、以氨为介质的核酸/蛋白质(以氮为基础的)生物;
五、以甲烷为介质的类脂化合物生物;
六、以氢为介质的类脂化合物生物。
其中第三项便是我们所熟悉的———亦是我们惟一所认识的———生命。至于第一、第二项,是一些高温星球上可能存在的生命形式,另外,地球上曾经出现过的那些生活在硫矿里的、厌氧的古细菌就很有可能是以硫作为自己生命的介质;而第四项至第六项,则是一些寒冷星球上可能存在的生物形态。
宇宙中的生命可能有着不同的化学基础,使我们认识到,生命对环境的适应能力各有不同———所谓“甲之熊掌,乙之砒霜”,我们认为舒适宜人的星球,对一些生物来说可能是酷热难耐,而对另一些则可能是寒冷难当。
更不可思议的设想
然而,科幻作家仍不满足于生命的这些多样性,他们在各自的作品中充分发挥了想像力,为我们创造出一些更不可思议、但细想之下又似乎不无道理的生命世界。一些作家设想,在某些极寒冷的星球之上,可能存在着以液体氦为基础,并以超导电流作联系的生命形式;另一些作家则认为,即使在寒冷而黑暗的太空深处,亦可能有一些由星际气体和尘埃组成,并由无线电波传递神经讯号的高等智能生物——霍耳的科幻小说正是这方面的代表作;还有一些想像力更丰富的作家甚至认为外星生命也许根本不需要化学物质基础,他们可能只是一些纯能量的生命形式,比如一束电波。
最为有趣的是著名科幻作家福沃德所写的《龙蛋》,这部构思出色的作品描述了一颗中子星表面的生物。这颗中子星直径仅20公里,但表面的引力却等于地球上的670亿倍,磁场是地球的1万亿倍,表面温度达到8000多摄氏度。什么生物可以在这样的环境下生存呢?是由“简并核物质”组成的生物。所谓“简并”,就是指原子外部的电子都被挤压到原子核里去,因此所有原子都可以十分紧密地靠在一起,形成超密物质。中子星上的生物身高约半毫米,直径约半厘米,体重却有70公斤,这是因为他们由简并物质所组成。此外,他们的新陈代谢是基于核反应而非化学反应,因此一切变化(包括生老病死和思维)的速率都比人类快100万倍!
让我们来看一看一个医学院毕业生在毕业典礼上所作的有趣的讲演:在我们星系的另一边的什么地方,有一个遥远的行星,离一个其等级和温度都正合适的恒星恰好不远不近。此时此刻,那上面有一个委员会正在开会,研究着我们这个小小的偏远的太阳系。会议进行了一年之久,现已接近尾声了。那地方的智慧生物们正在一份文件上签名(当然是用某种数字),文件断言,说在我们这地方,生命的事是不可思议的,而这地方也不值得来一趟远征。他们的种种仪器已经发现,这儿存在最最致命的气体、就是氧气,这样一来,什么戏都没了。
这并非纯粹的胡思乱想,厌氧生物在地球上就存在。对它们来说,氧气不但不是必不可少的,反而是致命的“毒物”。对地球人类来说最重要的氧气尚且如此,我们还有什么理由认为,只有与地球环境相当的星球才能产生生命呢?
今天,人类对外星生命的搜索虽然还是两手空空,一无所得,但我们仍应坚持不懈地探寻下去,至少,它大大拓展了我们对宇宙生物原理的认识。
⑨ 有哪些能媲美《流浪地球》的科幻小说
当然有!
其实大刘的科幻作品都特别好,只是《流浪地球》拍成了电影比较出名。
大刘最经典的作品是《三体》。《三体》是刘慈欣创作的系列长篇科幻小说,由《三体》、《三体Ⅱ·黑暗森林》、《三体Ⅲ·死神永生》组成,讲述了地球人类文明和三体文明的信息交流、生死搏杀及两个文明在宇宙中的兴衰历程。获得了第73届雨果奖,是亚洲首位获奖者。个人觉得《三体》无人能及,读完之后回味无穷,强烈推荐。
还有一些很好的中外科幻作品:
《朝闻道》刘慈欣
《超新星纪元》刘慈欣
《紫与黑》K.J.帕克
《地球大炮》《带上她的眼睛》刘慈欣(建议先读带上她的眼睛)
《混沌蝴蝶》刘慈欣
《中国太阳》刘慈欣
《球状闪电》刘慈欣
《微纪元》刘慈欣
《命运》刘慈欣
《宇宙晶卵》王晋康
《与吾同在》王晋康
《龙蛋》罗伯特·福沃德
《微观尽头》刘慈欣
《信使》刘慈欣
《天地父母》王晋康
《逃出母宇宙》王晋康
还有好多好多......
如果想看最新科幻作品,可以订阅《科幻世界》,我订了挺好的,还会推荐一些经典或新书,望采纳谢谢!
⑩ 你认为太空中有没有生命的存在请写出你的观点
人们至今尚未在地球以外的太空中找到生命,但仍然相信遥远的太空存在着生命。近年来,科学家对落在地球上的一些陨石进行分析,发现陨石上存在有机分子,说明太空可能存在生命。地球之外是否有生命存在,是人类一直探索的宇宙之谜。
一、其他类型的碳基生命:比如以甲烷为能量来源的碳基生命,地球上的碳基生命主要以氧气和水作为能量来源,但是不代表所有的碳基生命都一定需要氧气和水,理论上生命只要能和外界交互,获取能量,即可完成生命形式。
甲烷和氧气、水一样,理论上可以作为能量交互的物质。目前主要探测方向是土卫六,土卫六是目前太阳系发现的为数不多的有大气层和海洋的星球,虽然其大气层主要成分是氮气和甲烷,海洋也是以液态甲烷为主要成分。
科学家认为,如果土卫六有生命的话,那么一定以甲烷为能量来源的生命。
二、科幻界常说的硅基生命:
元素周期表中,硅就在碳的下方,所以和碳元素的许多基本性质都相似。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,它们并在其中同氧交替排列,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。
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)所绘制的如下想象图一样。这是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。
不过,地球上硅元素占比第二,仅次于氧元素,为26%左右,而碳元素只占地球中元素的0.027%,尚不及硅元素的小数点后的部分。然而地球上的生命却是碳基生命。这有两种解释:1、硅基生命跟本不存在,纯属假想。
毕竟地球上占比26%的硅也没能形成硅基生命。2、硅基生命需要其他的环境,地球上不合适。不过这也有反驳:因为地球上几十亿年前和现在的环境完全不同,现在的适宜环境是几十亿年里生命改造的结果。当初几十亿年前地球上几千度到处是熔浆空气里到处是甲烷的时候,理论上很适合硅基生命。
如果真的有硅基生命的话,他们一定像岩石一般坚硬,行动缓慢。不过这也会导致他们的时间观感比我们慢,寿命也会比我们长,交流起来也会比较有趣:他们可能需要一天时间才能完整的表达一句话。
三、智能AI生命:通俗易懂,就是强人工智能产生了自我意识,独立思考,且可以独立制造同类,是科幻小说中非常常见的一种概念。智能Ai生命,相比于碳基生命,是一种非常强劲的“进化”,它们的环境适应能力更强,用复制的方式实现了永生,思维更快速。
可以说一旦产生的话,对于地球文明来说,将会变得非常强大,只不过那时候的地球文明未必是人类所主导的了。只不过以目前的电脑技术与方向,是不可能产生强人工智能的。写程序的应该知道,程序就是程序,他不可能是程序以外的东西,如果我们没有编写某个功能,程序就不会去做。
可以说用现在的计算机技术和理论,是不可能产生强人工智能的,当然,除了在科幻小说里。引用知乎里看到的一句话:有限个零级无穷大,不可能模拟出一级无穷大。如果要实现强人工智能,就必然要完全改变现在的计算机理论。
四、中子星生命:要知道,构成我们细胞的原子,其实是很“空”的,原子核只占原子的体积的几千亿分之一,而却占据了99.9%以上的质量。
所以有科幻小说描述了这样一个中子星,他们是我们的微缩版,构成他们的生命的原子坍缩,使得他们的体积只有我们的几百万分之一,而体重与我们相差无几。这就是著名科幻作家福沃德所写的《龙蛋》。
五、宇宙那么大,或许总会有别的生命形式。只是一切我们猜测的可能,在发现之前都只是一种可能,只有已经发现的东西,才是确定无疑是存在的,我们只发现了地球上的这种碳基生命,这也是为什么科学家为什么总是以地球环境作为可能有生命的标准,为什么对水那么热衷。
因为只有我们,是确定无疑有生命的。宇宙那么大,真想去看看呢!