外星到底有没有生命（外星人听到请回答）
外星到底有没有生命（外星人听到请回答）碳元素01地球生命使用的糖类、氨基酸和碱基，地外生命也能使用。这些物质在太阳系形成期间诞生于恒星间的巨大尘埃云中。不过在其他星球上，这些模块或者其他的生命组件是否与地球生命的选择有些许不同，并且以其他方式组合在一起来创造生命系统呢？或许，我们应该回归这个问题的本源：碳基生命以及以水为溶剂的化学体系究竟有何特殊之处？
6月8日，一条#首次在地球外确认生命之源存在#的消息引爆热搜。
评论区观点各异，有人在感叹“浩瀚的宇宙中我们并不孤独”，有人在调侃“外星人听到请回答”，也有人在质疑“如何确定地外生命一定有氨基酸？”
是啊，究竟是什么让我们认为，其他星球上的生命就一定与地球上的一样呢？
发现以水和碳为基础的地外生命是我们当前探索太阳系的基本前提，但这种由此及彼的推理过程可靠吗？
地球生命使用的糖类、氨基酸和碱基，地外生命也能使用。这些物质在太阳系形成期间诞生于恒星间的巨大尘埃云中。
不过在其他星球上，这些模块或者其他的生命组件是否与地球生命的选择有些许不同，并且以其他方式组合在一起来创造生命系统呢？
或许，我们应该回归这个问题的本源：碳基生命以及以水为溶剂的化学体系究竟有何特殊之处？
01
碳元素
对于形成人类这种生命体来说，高分子化学反应必不可少，我们利用核酸聚合物DNA和RNA来储存并传输信息，利用淀粉这种碳水化合物的聚合物作为能量储备。氨基酸聚合物这类蛋白质则是聚合物中最多样化的一支。碳元素构成了所有这些分子的骨架，没有碳元素，地球生命很可能无从谈起。很难想象还有其他元素能如此适合于构建承载生命复杂性所必需的分子。
硅元素是人们最常提到的碳元素替代物。在元素周期表上，硅元素位于碳的正下方，这意味着在化学反应中，硅元素的表现与碳元素很相似，比如，硅原子也能同时形成4根键。硅原子比碳原子大，这意味着恒星核心区域生成的硅元素相对较少，因此，宇宙中的碳元素要比硅元素多得多。不过，太阳系的形成过程决定了地球上硅元素的丰度要高得多，将近占了地壳的30%。因此，在像地球这样的岩石行星上，不缺少硅元素。如果以硅为核心的复杂化学体系在地球上是可行的，那么这颗星球上出现的生命应该是以硅为基础的，而不是地壳中含量较少的碳。事实上，个别地球生命确实使用了硅元素，比如双原子藻类用硅来建造外壳。然而，硅还是无法成为高分子化学和代谢化学的基础。
硅原子比碳原子更大还意味着，相比于碳原子，硅原子与其他原子形成的化学键更为脆弱，由此产生的聚合物也更脆弱，至少在地球历史上的绝大多数地表条件下是这样。
在诸如高压、高温或低温等特殊的环境下，硅原子确实也有可能形成强度足够高的聚合物。然而，我们连这样一种生物化学系统会是什么样子都无法想象，更别提设计实验去寻找这种生命模式了。
硅基生命的另一大难点在于它与氧结合形成的化合物。碳聚合物可以被氧化，并释放出二氧化碳，比如碳水化合物的呼吸过程。类似的硅氧化过程会产生二氧化硅，也就是沙子，这是一种坚硬且难溶于水的固体，生命很难“消化”它们。
生命进化过程偏爱碳基生命（至少在银河系是这样）的最后一个理由是，碳原子这种构造有机体大厦的“砖块”遍布于整个宇宙。人们认为，在原始行星形成之初，整个星球都会被上空掉下来的碳化合物淹没，这种化合物对生命的形成至关重要。相似的硅化合物则在宇宙中难觅踪影，因此，寻找碳基生命似乎是唯一明智的选择。
02
水
液态水是不是地外生命的必需品呢？这个问题的答案没有那么明确。
水有一系列令人印象深刻的特性。首先，液态水是一种特别优良的溶剂。水分子呈V型，两个分支顶端的氢原子稍带正电，而交点处的氧原子则稍带负电，因此水分子带有极性——既有正电位，也有负电位，这意味着水分子互相之间能形成弱“氢键”，同时也能和其他极性物质或离子结合起来，起到溶解作用。分子的溶解性对生命的快速化学反应来说至关重要，而且这既有助于集中必要的营养物质，也有助于排出废料。
不可能存在固态有机生命，因为固体中的分子都被囚禁起来了，无法移动，也无法参与反应。气态生命形式刚好相反：气体中的分子会迅速互相远离，永远达不到足以产生快速反应的浓度。
水中的氢键确保了它呈液态，这样生物就可以在很大的温度范围（地球海平面气压下的0～100℃）内使用这种物质。水在结冰时会发生膨胀，这也是一种奇异的特性，所带来的一个结果就是，冰的密度小于水，因此冰会浮在水面上，把水隔绝起来，避免整个水体都凝结成冰。
此外，水还能吸收大量热能，但温度不会因此大幅升高，因为高温会破坏生物分子。因此，水就成了极好的热量缓冲带，能保护细胞免受温度的大幅波动之苦，还能预防某些至关重要的活动（比如酶的作用）突然中断。
从化学角度来说，水还有一项重要作用，那就是能为很多生物化学过程提供氧原子或者氢原子，比如将蛋白质或淀粉分解成亚基的水合反应。
任何已知的液体都无法同时拥有水的这些神奇特性。
不过，我们并不知晓哪些特性与生命的出现相关。有没有可能存在另一种溶剂，虽然只拥有这些特性中的几项，但仍旧能够满足生物化学反应的需要？
比如，我们常认为，若想让蛋白质正确折叠并工作，水的极性是一项必不可少的条件。然而，有一种名为类肽的物质，化学性质与蛋白质非常相似，可以在纯甲醇中折叠。
我们也有可能一直将问题问反了。水的特性似乎碰巧调节成了适合生命生存的状态，但也有可能地球生命将自己调节成了适应水环境的状态。地球生命之所以会进化出利用水的某些特性的能力，只是因为水是我们这个星球上唯一一种大量存在且可使用的溶剂。地球生命适应水环境的程度要比水适应地球生命的程度更高。
至于生命为什么没有在其他溶剂中形成，我们现在还无法在化学方面给出可靠的解释。实际上，从某些角度来说，水并不适合生命生存：水的性质相当活泼，会发生许多反应，并且还容易分解复杂的有机分子。比如，RNA在水中的存活时间就特别短。
那么水的可能替代物又有哪些呢？
在地球大气压下（纬度45°海平面上的气压），纯氨在-78℃～-33℃的温度之间呈液态，可以形成氢键来溶解许多有机物。氨在星际空间是一种十分常见的化合物，外层空间的气体云中就有它们的身影，而在木星大气中，它们以液滴的形式存在。水和氨的某种混合物在远低于纯水凝固点的温度下仍能呈液态，形成了一种混合溶剂。这一点与地外生命可能具有比较大的联系，土星的卫星土卫六的表面之下可能存在氨与水的混合液体层。
另一种可能的替代物是化学物质甲酰胺，它们在很大的温度范围和气压范围内都呈液态，能够溶解盐，并且拥有与水相似的一些性质。其他可能的溶剂还包括甲烷（在地球环境下，大约在-160℃时呈液态）和液氮（在-196℃时呈液态）。然而，从原则上来说，它们虽然能够支持有机生物的化学过程，但比水低得多的液态温度始终是个大问题。即便在如此寒冷的气候条件下确实存在上述这些溶剂，相应的化学过程也不会与地球生命一样。环境越冷，生物化学过程的速度就越慢，对用于加速生化反应的酶的效率要求也就越高。在这种低温条件下，生化反应可能慢到了我们会直接断定生命不可能出现的程度。
至于非碳基生命的非水基生态，我们就更难以想象了，设计实验或者设计送往其他星球探测此类生命的仪器也因此变得难如登天。我们还没有开始设计能够在水中运作的其他代谢网络，更不用说设计那些以完全不同于水且我们对其化学性质知之甚少的溶剂为基础的代谢网络了。
美国国家航空航天局（NASA）在天体生物学方面的座右铭是“寻找水的踪迹”，这是因为，至少在地球上，哪里有水，哪里就有生命。就目前来说，这个方向很可能仍是天体生物学研究的重点——寻找我们已知的能够支持生命生存的环境，而不是推测其他镜花水月般的可能性。
以上内容节选自《人人都该懂的地外生命》
