地球生命为何只选择碳基生命 而不是硅基生命呢？

为什么地球生命非得是碳基生命，而不是非碳基生命呢？

外星生命有可能是硅基生命吗？

宇宙中到底有没有非碳基生命？

我们就来啃啃这块硬骨头。先说说，大自然为什么让地球生命自然选择碳基生命？

大家知道，自从化学尤其是分子生物学快速发展以来，科学家们发现：地球上所有生命形态和物种，无外乎都是由25种化学元素构成的。

一个典型的生物细胞比如人体细胞的总质量当中，有96%是由氧（65%）、碳（18%）、氢（10%）、氮（3%）这4种主要元素构成的，其余的则是由少量其他元素构成的，比如说钙、磷、钾、硫、钠、氯、镁、铁等等。

有人马上会问，人体总质量不是氧元素占了大部分吗？高达65%！我们不是以氧为基础的生命形态吗？为什么我们不叫氧基生命，而叫碳基生命呢？是这样的，包括人类在内的所有地球生命，活体细胞中多数的氧元素，其实是以水的形式存在的，含在水分子H2O里了。然而，对细胞结构和功能起关键作用的，却是另外一种元素——这就是碳。所以呢，我们说地球生命都是以碳元素为基础的，于是就叫碳基生命 Carbon-Based Life。

最关键的问题来了，为啥生命选择的是碳元素，而不是其他元素呢？

要想回答这个问题，我们就得进入粒子尺度下，看看碳元素的特点。凡是学过点化学的都知道，分子中的原子，都是通过化学键相互连接在一起的。

什么？忘了啥是化学键啦？化学键，就是一种粒子间的吸引力，让原子、分子透过这种吸引力，组成——我们宏观尺度下看得见的物质。

文科生不妨把化学键想象成每一种元素的手臂。有了这种手和胳膊——化学键，原子之间就可以手拉手，勾勾搭搭混迹天涯了。

不同元素拥有手臂的数量也不同。像氢原子只有一只手，这就意味着一次只能跟另一个原子手拉手。像氧原子就有两只手，意味着同时能跟两个原子勾勾搭搭。

像碳原子竟有四只手，这就意味着：它最多可以同时跟4个原子勾勾搭搭。这就有意思了，想想看每个碳原子都有四只手，如果相互连接一起，上下左右前后，手拉手成三维结构，就会创造出千差万别的各种碳骨架——这就成了各种各样有机化合物的基础。

科学家把这种含碳的分子统称为有机分子，从最简单的有机分子（碳氢化合物甲烷），一直到复杂多样的高分子有机物（DNA分子），这就为碳基生命的形成，提供了丰富的物质基础。

就像搭建乐高积木一样，大自然通过神奇的碳元素，搭建出丰富多彩的碳基生命。

这一过程就是壮丽的地球生命演化史，也是大自然本身自然选择生命形态的唯一路径。也是迄今为止人类已知的唯一路径。

有人可能会问：碳原子不过区区四只手，比碳原子手多的原子，不是更能演绎出千奇百怪的分子结构吗？千手观音，不是更精彩嘛？！

▲上图为碳与各元素之间的键合关系

问题是，粒子尺度下的三维世界，并非手臂越多就越好。越重的元素虽然手臂越多，复杂度是足够了，但稳定性却远远不行。化学世界拼的不是量，而是巧。

要知道，碳元素是所有元素中化合物种类最多的，目前已知的纯有机化合物就有近1000万种，但这还只是理论上存在化合物世界的冰山一角而已。

▲碳的同素异形体结构：钻石（a）、石墨（b）、蓝丝黛尔石、富勒烯（C60（d）、C540（e）、C70（f））无定形碳（g）、碳纳米管（h）

再看看，碳元素的异形（学名叫同素异形体）：从极软的石墨，到极硬的钻石，都是碳元素的百变造型。

再看看，碳元素的丰度（丰富程度），在地球地壳上排名第15位，在宇宙中排名更靠前，竟然排在第四。所以毫不夸张地说，碳是地球生命的基石，是碳基生命的化学根本。

此处，一定有人会跳出来质疑：要是论元素丰度，硅元素可比碳元素丰富多了，在地球地壳上，硅是碳的1000倍！硅基文明早晚会替代碳基文明，占领地球世界，甚至统治全宇宙的！对于这种深陷科幻思维，搞不清科幻世界与真实世界区别的人，我恰恰要反问：既然硅元素丰度如此高，像地球这种固态岩质行星在宇宙更是数不清，那为啥还没有演化出硅基生命呢？大自然为何不青睐硅元素——诞生硅基生命（Silicon-Based Life），而是自然选择碳元素——演化出碳基生命？

说了这么多硅元素的硬伤，恐怕有人要说我是个碳基沙文主义者。还可能有人搬出鼎鼎有名的科学家卡尔·萨根——对此颇有微词的观点来：「碳基生命唯一论、中心论，很可能大大限制了人类对外星生命的探索和想象。」甚至，有人会搬出一门名叫「假定型生物化学」Hypothetical types of biochemistry的学科，而且附上——瞧瞧，这可是正经八百的科学家正在严肃研究的课题呀！看你还敢无视！这门学科主要是指，替代现有碳基生命为中心的生物化学理论，提出若干种生物化学形式和生命形态，比如硅基生命、氨基生命、硼基生命等。

▲根据假定型生物化学理论，艺术家绘制出的含有氨基生命的行星外表

就算是科学家在以科研态度、科学思维建构出来的一套科学理论，也只能算作是理论——一种未经验证的假说而已，当然进不了科学殿堂。总之一句话，碳基生命是人类科学认知体系当中唯一的生命形态。而其他硅基生命、氨基生命等，目前只是一种假说。