硅基生命简介.doc

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1、硅基生命本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目审核。硅基生命是相对于碳基生命而言的。所谓碳基生命，根源于有机物的原始概念：只能由生物产生的物质（有机物现在指的是除了碳氧化物，碳硫化物，碳酸盐，氰化物，碳化物，硫氰化物，氰酸盐，碳硼烷，烷基金属，羰基金属，金属有机配体配合物等在无机化学中研究的含碳物质之外的含有碳元素的化合物），而过去人类知道的这样的物质都含碳元素；后来证明“有机物”可以通过化学方法合成。“有机物”虽然作为一个历史概念沿用下来，人们却不再将碳视作生命必然的核心元素。并由此提出了以硅、硼或磷而非碳为核心元素的“非碳基生命”。从物质组成上看，地球上所有生物都具由基

2、本相似的物质组成——基本上都由碳、氢、氧、氮、磷、硫、钙等元素构成。这些元素相互结合，构成氨基酸、核苷酸、葡萄糖等生命小分子；这些小分子再通过特殊的方式相互结合，形成蛋白质、核酸、多聚糖和脂类等生物大分子。这些分子成为构建生命的基本的“砖块”。由于构成这些生命的这些重要的生物大分子都以碳骨架为基础，所以研究者称这样的生命为“碳基生命”。硅基生命相对的也可以这样定义:以含有硅以及硅的化合物为主的物质构成的生命。[1] 中文名硅基生命外文名silicon-basedlife构    成含有硅以及硅的化合物为主的物质人    物儒略申纳（德国科学家）[2] 提出时间1891年[2] 提出地点

3、德国目录1.1早期思考2.2对硅基生命的质疑3.▪硅元素存在的问题4.▪转向其他元素5.3思考推论6.▪1.基本描述1.▪2.硅基生命的化学反应2.▪3.硅基生命的溶液和介质3.4对生命形式的早期总结1.5化学层面的非碳基生命研究中的问题1.6硅基生命的广义解释2.7除硅基生命和碳基生命以外的生命形式3.▪1.硼基生命1.▪2.科幻作品2.▪3.金属细胞和金属生命体3.8尾声早期思考硅基生命是碳基生命以外的生命形态，这个概念早在19世纪就出现了。1891年，波茨坦大学的天体物理学家儒略申纳(JuliusSheiner)在他的一篇文章中就探讨了以硅为基础的生命存在的可能性，他大概是提及硅

4、基生命的第一个人。这个概念被英国化学家詹姆斯·爱默生雷诺兹(JamesEmersonReynolds)所接受，1893年，他在英国科学促进协会的一次演讲中指出，硅化合物的热稳定性使得以其为基础的生命可以在高温下生存。三十年后，英国遗传学家约翰·波顿·桑德森·霍尔丹(JohnBurdonSandersonHaldane)提出在一个行星的深处可能发现基于半融化状态硅酸盐的生命，而铁元素的氧化作用则向它们提供能量。因为它在宇宙中分布广泛，且在元素周期表中，它就在碳的下方，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)

5、，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，它们都能在其中与氧交替排列，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)所绘制的一张想象图一样——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

6、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。然而，硅真的能不负众望，成为生命的核心元素吗？[3] 对硅基生命的质疑硅元素存在的问题（1）与很多人想的不同，硅的连接能力相当糟糕：不同于原子数可以很高的烃类，硅烷硅数只能到8且不稳定。（2）硅烷及其衍生物热稳定性差且容易缩合。而这无疑与硅基生命需要的高温环境是相悖的。（3）与碳-氢、碳-碳键不同，硅-氢键和硅-硅键容易被各类质子溶剂完全破坏。这也就意味着常见的水，氨甚至氟化氢等溶剂都不能作为硅基生命的载体。（4）在宇宙中，人们只发现了二氧化硅和硅酸盐，却从来没有发现过硅烷和硅酮等物质。在天文学家向宇宙中搜寻生命存在的可能性时，

7、他们在彗星、陨石上找到了碳的高级化合物，却没有找到硅的高级化合物：甲烷在太阳系中普遍存在，在星际物质和星云中也可以发现。甲基乙炔和氰基癸五炔这样的复杂分子也可以从星际物质中找到，甚至人们还在陨石上发现了氨基酸。而退一步说，即使在行星形成之后，也没有硅烷产生的行星化学途径。也就是说，不仅星际物质中没有硅烷，而且即使通过行星的后续化学过程也无法形成硅烷。（5）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，这种物质相对惰性易于产生且很容易从