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人类想走向宇宙要进化到硅基?

2019-08-22 点击:659

  人类将进化到硅基?

  由于人类活动对自然环境的破坏,从飞鸟到走兽再到游鱼,一个又一个的物种接连灭绝,终于,到了2050年,地球上的人口也已经锐减到了1000万左右,地球已经成为了名副其实的死星,再也不适合生物的生存了。幸而科学家们经过不懈地努力,发明出了能够在宇宙中长距离航行的星际飞船,最后的人类乘坐飞船,希望能够在茫茫宇宙中找到一个新的家园。

  然而,在广袤无垠的太空之中,想找到一个像地球这般适宜人类生存的星球实在是太难了,最终,由于燃料耗尽,人类不得不迫降在一个类似火星的星球上。这个星球上不存在液态水,也没有大气层,白天的温度高达200℃,傍晚的温度又会骤然降到零下80℃,而且也没有空气存在,人类只能依靠科技的力量,人工制造出氧气、水分和适宜的温度来维持自己的生存。

  然而,人类的生命还是太过于脆弱,随着时间的推移,地球移民们因为无法适应如此恶劣的环境,开始成批死亡。最后,经过地球联合议会以及最高生命科学院投票,通过了一个看似疯狂的决议将人类由脆弱的碳基生命,改造成更能适应恶劣宇宙环境的硅基生命,并建立与之跨时代的机甲文明。

  这是很多以机甲文明为背景的科幻小说,在阐述人类从地球迁移到宇宙之时最常用的桥段。而在危险四伏的宇宙中,在到处泛着金属光泽的机甲时代,硅基生命的出现频率远比碳基生命要高得多,这是为什么呢?

  碳元素的化学特性

  想要回答这个问题,我们先要对碳基和硅基的生命体有个基本的了解。在地球上,我们已知的所有生物都是碳基生物,也就是说,地球上所有生物都是以碳元素为有机物质基础的生物,因为在构成生物的氨基酸中,碳元素起到了连接氨基与羧基的关键作用。地球上的生物干什么偏偏要选择碳基的形式存在呢?或者说,为什么是碳元素,而不是其他什么元素来充当地球生物的有机物质基础呢?

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  简单来说,这是由于碳具有相当特殊而优越的化学特性。我们都知道,碳原子外有四个自由电子,因此其失电子能力(还原性)和得电子能力(氧化性)都很强,这就可以形成复杂多样的高分子有机物,比如DNA分子,为生命提供物质基础。若外层电子太多,则会主要呈氧化性,反之则会主要呈还原性,二者均无法形成复杂的分子。

线,从而起到保护眼睛不受强光刺激的作用。如果化学反应慢了,光照进眼睛过了五分钟,瞳孔才开始收缩,猫咪敏感的眼睛肯定已经受到了严重的伤害。而碳基分子的高活性就保证了生物的化学反应能够及时进行。

  除此之外,碳还具有一个独特的优势,那就是它的两种氧化物在常温下都是气体:一氧化碳是火的主要能量来源,而二氧化碳则是参与生命循环的关键物质。如果它们变成了固体,生命或许就要遭到大麻烦了,这也是为什么地球上还未发现我们所谓的硅基生命。

  硅元素的利与弊

  我们知道,在元素周期表中,硅刚好位于碳元素的正下方,因此它的很多化学性质都和碳基本相似。比如碳和四个氢原子化合后会形成甲烷(CH4),而硅和四个氢原子化合也能形成硅烷(SiH4);再比如硅酸盐和碳酸盐也有着很多的相似之处。同时,碳和硅都能组成长链或聚合物,比如它们以最简单的形式与氧交替排列,前者会由碳氧链形成聚缩醛,而后者则由硅和氧搭成骨架产生出聚合硅酮。

  正是由于二者化学性质的相似性,因此科学家才会猜想,宇宙中应该会有硅基生命存在,但是为什么硅基生命却不存在于地球之上呢?一部科幻小说里写道:“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,由灵活精巧、薄而透明的结构连接起来。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。”

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  这段话中透露了两个信息:硅基生物看起来像是一个结晶体;硅基生物不能在常温下生存,而这也正是地球上没有硅基生物的原因。因为硅和碳一样,与氧结合的能力都很强,但与碳不同的是,它与氧结合后会形成固体,如二氧化硅这样的晶体,因此会给硅基生命的呼吸过程带来很大的困难。与此同时,由于大多数硅基化合物比起碳基化合物要更加稳定,比如硅-氧键可以承受大约326℃的温度,而硅-铝键更是能承受约626℃的高温,因此硅基化合物在高温下活性才更好,而对硅基生物来说,或许200~400℃的高温才能让它们感到舒适自在。因此它们更适合在高温的环境中生存。

  除此之外,还有很重要的一点,那就是硅链在水中无法保持稳定性,很容易就会断裂,不像碳链一样无论在干湿的环境下都可以保持稳定。所以对于那些存在大量液态水的星球,比如地球,虽然不能完全否认硅基生命存在的可能,但它们能在此生息繁衍的机率也小得可怜。

  说来说去,似乎碳基生命全是优点而硅基生命则全是缺点,二者完全是云泥之别。但是别忘了,上面的对比全是建立在“地球”的背景之上的,如果将比较换在环境恶劣的宇宙当中,结果可就会截然不同了。

  硅基生命喜欢极端环境

  我们在学习地理知识时,老师总爱将地球比作“上帝创造的奇迹”,它离太阳不远不近的位置造就了这个适应碳基生命生长的星球。但是,想要在无边无际的太空中再找到一个像地球这样的奇迹,其难度不言而喻。

件下,我们突然发现,硅基的生命或许能够活得相当滋润。

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  高温就不提了,几百摄氏度的高温或许能将碳基生物烧成灰,但是对硅基生物来说,高温就像是冬天里的一把火,夏天里的一块冰,只会让它们感到无比舒坦。而缺氧也没关系,无论是什么样的星球,总是不缺火山的,火山一爆发,会生成大量的硫,而硫和氧气的化学性质同样极为相似,完全有可能成为氧的替代物。有人说了,硫不是一种固体吗?怎么能替代氧气呢?别忘了,我们所说的星球可不是地球,而是表面温度高达四五百摄氏度的行星,在这个温度下,硫已经无法保持固态而气化了,或许硅基生物真能靠它进行呼吸呢。再说说没有水,这对硅基生物而言,可实在是件天大的好事,或许没有水碳基生物会很快死去,但没有水硅基生物只能活得更长久。因为液体水对于硅基化合物来说,可以说是致命的。而宇宙射线呢?问出这个问题可是有点可笑了,你听说过害怕射线的玻璃吗?

件简直就是为硅基生物量身定做的,如果比拼在宇宙的艰苦环境中的生存能力,硅基生命必然大获全胜。如果真的是这样,人类是否有能力让自己由碳基向硅基转化呢?

  给我来个硅基脑

  说到硅基人,大多数人都没有什么概念,不过如果说起变形金刚,你一定就不会感到陌生了。按照作家的设定,变形金刚和人类一样,都是由简单生命进化而成的高等生命体,只不过变形金刚是硅基生命,而人类则是碳基生命。所以千万不要将变形金刚与机器人混为一谈,前者可以说是一种具有硅基智能和生命,而后者只是人类制造出来的一种机械。

  可以看出,其实硅基人与碳基人并没有什么明显的不同,都同样具有情感,同样懂得思考,同样具有智慧,只不过构成二者身体的“材料”不同,硅基人的身体更加适应恶劣的宇宙环境罢了。

  在科幻小说当中,随便打一针神奇的药剂、被虫子咬中或是沉睡千万年经过一次又一次的“脱壳”,人类就能自然由碳基向硅基转变。但是在科学家看来,这些方法已经脱离了“科幻”的范畴,而向着“玄幻”的方向发展了。其实想要将碳基人变成硅基人,最简单也最直接的方法莫过于直接换零件了。如果我们能全身上下都换成硅基材料,自然也就能成为所谓的硅基人了。

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  而想要更换人身上的零件,最困难似乎就是大脑了。如果说人的身体是一个军团,那么大脑就是运筹帷幄的司令,我们身体的所有活动都依靠于大脑的指挥。这个指挥官的能力强不强,很大程度上决定了整个人的实力。幸运的是,经过多年努力,科学家已经制造出了与人脑类似的硅脑。研究人员首先在计算机上编制了一种能够多次复制的人工神经网络,最初时,他们能够运行的虚拟回路连小鼠皮层神经数的40%都达不到,严重限制了人工神经网络学习、记忆和创造性智力的能力。后来研究者发现,人的大脑在并非所有神经元都在不停地运转,只有那些被激活的神经元才会开始运转,其他闲置的神经元仅会耗费很少的能量。以此为鉴,他们对人工神经网络进行了改造,最终将系统扩充到了5300亿个神经元和100万亿个突触,这和人脑的神经网络已经基本一致了。

  接下来,把计算机里模拟的神经网络用硅制造出来,一个“硅脑”诞生了,虽然新生的硅脑还未真正成型,而且也只能进行比较简单的“思考”,但是相信随着时间的推移和技术的成熟,与人脑功能越来越相似的硅脑也终将被制造出来。

  未来,当地球面临毁灭或不再宜居时,人类必将要向太空迁徙。只要我们能够把自己变成硅基生命,我再也不会害怕太空中的各种极端环境了。

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