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硅基生物的不可行性
送交者: 北斗天巡 2019年12月11日06:31:44 於 [教育學術] 發送悄悄話

有的猜想設想生命體中同樣具有四個電子、同樣適中即能承擔豐富的氧化反應又能承擔豐富的還原反應的共價鍵斷開與形成的提供者的出了碳元素還有硅元素、因此如果生物體以不是化學性質很不穩定的碳原子、而是以硅原子和氨基酸為基礎,那麼常溫下化學性質穩定但高溫下化學性質活躍的硅鏈和硅元素既能適應宇宙的嚴酷環境又能發揮氨基酸組合出極其豐富的化學變化的生物化學自組織所需的複雜化學振盪反應,於是樂觀地估計宇宙中會形成硅基生命,一些科幻和神秘預言、自稱和外星人溝通的幻想者也宣稱存在在某個星球存在硅基的高度文明的外星人。不過這些現在還只是科幻和未能證實的幻想,從實際出發硅基生命並不樂觀,從泡利不相容原理出發碳族元素基本確定不會有別的了,而非金屬元素只能是碳元素,剩下可能類似碳的化學性質的只有硅,硅雖然也能形成類似於碳的複雜化學鍵結構,但第一硅與C相似又對稱似的相反,Si鏈在水中不穩定、在高溫中穩定而C鏈相反,而以氨基酸為中介的複雜化學反應以蛋白質水解為條件,在高溫下硅鏈適宜的高溫條件下蛋白質的鈦鍵並不斷裂,連結高分子蛋白質的大分子之間的氫鍵倒是斷開、這樣的話硅基生命體的身體的蛋白質的摺疊就會鬆開、形成身體的微觀分子物理結構的拓撲空間的破壞而產生依據這些物理結構支持的類似細胞質的物理性質等微觀生理結構機能壞死的情形。而且高溫下硅的活躍的化合反應的對象是金屬元素和硼族元素,卻很少看到與H、N等元素反應,可能是H和鹼金屬的差異值得在對IA族元素上碳與硅恰好相反;

第二正因為硅元素化合的元素經常是金屬元素,所以共價鍵結構雖然類似於碳元素的化合物但常常那種價電子不多不少的特性主要表現在半導體可導電可不導電(用於電腦的情形多),但是生物需要的新陳代謝和遺傳複製等過程非常偏向非金屬性質的元素的非金屬特性是生物體化學反應非常偏好於穩定性不強、易於化學振盪導出熱力學狀態不斷失穩不斷催生新的演化的共價鍵,一旦頻繁使用金屬離子的時候便接近於離散信號的神經電反應那樣在基本生物特徵的基礎上編輯離散數學的運作了,在這方面碳基的優勢表現出來,神經元細胞膜上Na離子濃度的調節用蛋白質物理結構的氫鍵來調控,假如是耐高溫的硅基生命的話氫鍵既然已經不穩定、硅與氨基酸組合的硅基生命對離子信號的調節多半要發揮硅那些與碳不同的外層電子軌跡特性,類似於碳單質就是單純的絕緣體而硅單質是半導體那樣,這一點看來硅基生命即使存在、對離散信號的編輯也容易受到環境的干擾,形成高級智慧生物的可能性相對要低;

第三,前面說到了硅鏈在水中不穩定、硅基生命難以適應水解反應,而新陳代謝所需要的能量不是簡單的能量形式、而是以化學振盪的自組織協同的形式維持負熵流攝入負熵然後再將熵釋放出來,這種過程以化學振盪的形式來回往復地出現、如果不是藉助水的環境不是在水解中進行而是在高溫中高分子化合物的化學鍵直接內加熱斷開的話,那種高分子化合物新陳代謝的化學振盪的往復過程就不是通過水解過程中的中間催化物調節、而是木炭被點燃那樣,這樣一來硅基生命以什麼物質為新陳代謝化學反應的能源來源和能源儲存物質就很成問題,何況加熱分解不存在中間複雜催化反應的振盪結構的所以不存在自組織的動態秩序而只會引向朝熱力學平衡態的回歸而不會維持生命的化學平衡位置的持續遷移的。


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