第五章 我们从哪里来？ 一、碳基生命
给小孩讲故事是为了让他睡着，
给大人讲故事是为了让他醒来。
一、碳基生命
了解地球，要从碳基生命说起。
碳基生命（Carbon-based life）是指以碳元素为基础构建的生命形式。不光是人类，地球上的所有生命体都是碳基生命体。所有生命的演化，都基于一个共同点，就是碳元素。
图5.1：化学元素周期表
回顾初中化学课本后面的元素周期表（见图5.1），地球上有这么多元素，生命为什么要以碳元素为基础进化而来呢？
我们知道，化学反应的核心是“平衡”，化合物的形成过程就是化学反应的“配平”过程。元素周期表最右侧深绿色的一列，称为惰性气体。惰性气体之所以有“惰性”，原因是稳定，不会与其他元素发生反应，并总是以原子态的形式存在。惰性气体原子最外层的电子层完全充满了电子，既不会释放价电子，也不会吸收其他原子的价电子，形成一种超稳定的结构。
元素周期表中其他的元素就与惰性气体很不同了。以氧原子为例。氧原子外层电子层上只有6个电子，还缺少2个电子，才能形成稳定的结构。因此，一旦氧原子遇到了氢原子，就会结合起来。对于氧原子来说，加入两个氢电子，就形成了外壳8个电子的稳定结构，而两个氢原子，也都获得了氧原子中的一个电子（只有一层电子壳时，有两个电子就会形成稳定结构），所以氢也稳定了。（图5.2）
图5.2：水（H2O）分子中氢（H）原子与氧（O）原子的电子图
再看元素周期表的第14列（碳所在列），这一列的元素有一个共同点，就是最外层的电子壳都只有4个电子。碳（C）原子共有6个电子，2个在内层，4个在外层，因此，最多可以形成4个共价键。
虽然碳原子只占了元素周期表中不起眼的“一席之地”，却是整个元素周期表中最厉害的“百变魔术师”。它自身可以形成非常复杂的结构，常见的碳单质有多种，比如，钻石、金刚石、石墨烯（Graphene）、富勒烯C60、碳纳米管等。它们都是碳的同素异形体，结构不同，物理性质也大相径庭。石墨非常软，金刚石却是自然界中最坚硬的矿物质，更不用说具有超强性能的石墨烯了。
碳原子的独特性质是其成为生命基础的关键因素。碳原子能与其他原子形成4个共价键，从而构成各种稳定的有机分子，还可以与其他元素共同组成链状、环状和支链结构等数百万种碳基结构，参与大量的化学反应，从而形成复杂的有机化合物。这些有机化合物是构成生命的基础，在生物体内发挥着至关重要的作用，如蛋白质、核酸、嘌呤、嘧啶、糖类等关键元素。有机分子又可以相互结合，形成更大的分子，如多肽、多糖和核苷酸。大分子再通过特定的方式折叠和排列，形成具有特定功能的生物大分子或多种形态的聚合物链，如酶、抗体和DNA。这些生物大分子又可以通过特定的方式相互作用，形成具有特定结构的生物单元，如细胞膜、细胞核和线粒体，从而支持生命的多样性和复杂性。
说到DNA，它是脱氧核糖核酸（Deoxyribonucleic Acid）的英文缩写。1953年，英国剑桥大学的詹姆斯·沃森（James D.Watson）和弗朗西斯·克里克（Francis Crick）发现了DNA的双螺旋结构，这是人类历史上最伟大的发现之一。他们不仅找到了遗传基因的密码，也让人类洞悉了生命的本质：遗传的目的就是传递信息。DNA是由核苷酸（Nucleotide）构成的，其中最主要的成分叫做五碳糖（Five-carbon sugar），顾名思义，是由5个碳原子通过共价键连接的，形成一个环状结构，在其中，起决定作用的就是碳元素。正是因为人类DNA携带着大量的信息，我们才成为地球上最高等的碳基生命。
在元素周期表（图5.1第14列）上，能够形成4价键的，不仅仅是碳原子，还有其他几种原子。碳原子下面的硅原子，能够形成硅基生命么？
图5.3：碳（C）与硅（Si）的电子层
硅与碳原子的最外层都有4个电子，也能形成4个共价键，说明这两种元素有着相似的化学能力。区别在哪儿呢？从电子层的分布上看（图5.3）：碳（C）只有6个电子，而硅（Si）有14个电子，碳只有2层电子壳，而硅有3层，意味着硅的最外层电子离原子核要远一点，硅最外层电子形成的共价键远弱于碳的共价键。相比较来看，碳基分子比硅基分子的稳定性要强得多。
碳基分子能够形成生命，还有一个极其重要的原因，就是地球上无处不在的水（H2O）。因为碳基分子能够在水中溶解，所以生物体内的化学物质，就可以在水中进行运输、代谢和反应。比如，成年人身体内水的含量约占体重的60%～65%，水是人体内各种液体，如血液、淋巴液、细胞液的主要组成部分。水可以把营养物质，如葡萄糖、氨基酸、氧气等送达到身体的各个部位，为细胞提供能量和营养。因此，科学家一般认为：生命离不开水。
生命为什么离不开水呢？
原核生命起源假说（RNA World Hypothesis）认为：地球上生命的起源可以追溯到约45～38亿年前，原始地球是一个被水包裹的星球，早期的生命形式是在水中出现的。这就是说，在相当长的一段时间里，地球表面最多的就是水。
那么，到底是水孕育了生命，还是生命因为环境而适应了水呢？
科学家还无法做出解释。但是，从生命的历程上来看，水为碳基生命提供了稳定的化学环境，生命依靠水得以繁衍。水分子起到了催化、溶解、传递、稀释等多种作用。由于水在地球上随处可得，使生命根本没有准备好没有水的生存，在进化过程中，也就根本没有发展出自行合成水的功能。所以，今天人类和地球上的所有生物，都必须通过喝水或补充水分赖以生存。到目前为止，科学家还没有发现不需要水的碳基生命形式。虽然有极个别微生物，在极端干燥的条件下，也能生存很长的时间，但这些微生物仍然需要水来维持生命。
硅基与碳基的最大不同，就是硅基化合物对水的化学活性较低，在一般情况下，不会与水发生反应。尽管硅原子也能形成4个共价键，硅基却不能很好地利用水，无法自然产生硅基生命。
综合来看，生命的产生和进化，在偶然中一定存在着必然，归根到底，还是当时的环境决定的。碳基生命的产生与发展，与地球的环境是密不可分的，也最终成为了地球生命的唯一选择。
试想，人类是否能够创造出硅基生命，或者半硅半碳的生命呢？
这似乎并非完全不可能。
1813年，法国生物学家让·拉马克（Jean-Baptiste Lamarck）在他的生物学巨著《法国植物志》（Flore françoise）中，描述了一种叫硅藻（Diatoms）的小生物，它的细胞外面居然有一层二氧化硅（SiO2）组成的细胞壁，而二氧化硅就是石英、沙子、玻璃之类的主要成分。硅藻居然住在由它自身塑造的玻璃房子里，这真是太奇妙了！有一种解释认为，当岩石和土地被风化、侵蚀之后，二氧化硅就进入到水里，被溶解为硅酸。硅藻体内有一种“硅转运蛋白”，可以搜集水中的硅酸，进入到一个叫“沉积囊泡”的组织里，在这里重新转化成二氧化硅。二氧化硅越积越多，就会形成大面积的“硅壁”。至于到底如何发生化学反应，才能使自身的细胞壁与硅结合在一起，科学家还弄不明白。不过，虽然硅藻奇迹般地穿上了玻璃衣服，但它仍然是地球上的碳基生命。
2016年，加州理工大学教授，诺贝尔化学奖得主弗兰西斯·阿诺德（Frances Arnold）使用冰岛温泉中采集的细菌部分蛋白质的DNA重新编码，促成了DNA突变，发现突变的酶居然产生了合成有机硅化合物的能力，形成了硅和碳元素之间的共价键：硅碳键。这是人类首次让生物体自发形成硅碳键。
更为深入和有趣的问题是：地球上真的只有碳基生命体么？
科学家在研究外星生命的过程中，早就提出了生命存在多种形态的可能性，除了我们自己和身边所见碳基生命体，可能还存在硅基生命体，或以能量形式（如电磁波）存在的生命体。
硅基生命最明显的特点就是由硅元素构成DNA，这使得硅基生命具有更强的化学稳定性和抗辐射能力，在恶劣的环境中仍能存活，可以近似地想象成电影《蜘蛛侠》里的“沙人”。人工智能高速发展下，如果让机器人拥有了情感和主观意识，就会发展为可能的硅基生命体。或者如果真的有硅基生命，这个新物种很可能会比人类寿命长得多，且消耗的能量也小得惊人。
还有一种说法认为，地球上不仅仅只有碳基生命体，我们和其他形式的生命体共同生存在地球上，只是普通人类接触或感受不到而已。1988年，国际知名飞碟专家、台湾飞碟研究会会长、核物理专家吕应钟先生在《星空谍影——外星人访问地球的蛛丝马迹》中，引证了中外古籍和近代人类考古史上的诸多外星人造访地球“疑案”，提出了文明根源于外星的假说，向传统进化论和人类文明史发起挑战。据英国《每日邮报》2008年的报导，第6位在月球上行走的美国宇航员埃德加·米切尔表示，外星人与人类已经有过多次接触，只不过被XX将真相隐藏了60年而已。
“Discovery探索频道”曾经做了几期节目，探讨美国北纬37度线可能正在发生的人类与更高等文明的合作。之后，本·梅兹里奇（Ben Mezrich）出版了《北纬37度线：美国UFO公路背后的秘密真相》（The 37th Parallel: The Secret Truth Behind America’s UFO Highway）。俄罗斯“火星男孩”波力斯卡曾经在采访中描述了他从火星来到地球驾驶的太空船：“太空船从火星起飞到登陆地球几乎在瞬间完成…… 我们的太空船由6层构成，外层占25%，由坚固的金属构成；第二层占30%，由类似于橡胶的物质构成；第三层占30%，也是金属…… 最后一层只有4%，是由特殊的磁材料制成的。如果我们给这个磁层充满能量，那么太空船可以飞往宇宙任何地方…… 依据地球现代科学物理学定义，密度越大应该其空间时空越大，小粒子空间的密度一定大于普通分子密度，那就是一个更广阔的空间。飞碟是否能够反重力、反引力并不重要，利用突破空间维度与时间相对较快的场，飞碟可以穿梭其间…… ”
斯坦·罗曼尼克（美）著有《我被外星人绑架过11次！》，他用录像带拍下了清晰的飞碟照片和外星人，讲述了自己从2001到2008年的11次惊险遭遇，其中包括一夜治病，与陌生女人配种，教授星际旅行秘密方程式等。 2022年有美国某协会出了一本《外星生物年鉴》，详细记录了82个外星种族，包含起源地、身体特征、现居地等。
当然，这些由普通人发现的超自然事件，也许是“神秘的阴谋”，又或许只是“冰山一角”。我们轻易能看到的，都是别人想让我们看到的。我们知道的未必是发生的，真正发生的可能不能让我们知道。借用福尔摩斯的一句名言：当你排除一切不可能的情况，剩下的再不可思议，那也是事实。