人類將進化到硅基?
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由于人類活動對自然環(huán)境的破壞，從飛鳥到走獸再到游魚，一個又一個的物種接連滅絕，終于，到了2050年，地球上的人口也已經(jīng)銳減到了1000萬左右，地球已經(jīng)成為了名副其實的死星，再也不適合生物的生存了。幸而科學家們經(jīng)過不懈地努力，發(fā)明出了能夠在宇宙中長距離航行的星際飛船，最后的人類乘坐飛船，希望能夠在茫茫宇宙中找到一個新的家園。
然而，在廣袤無垠的太空之中，想找到一個像地球這般適宜人類生存的星球?qū)嵲谑翘y了，最終，由于燃料耗盡，人類不得不迫降在一個類似火星的星球上。這個星球上不存在液態(tài)水，也沒有大氣層，白天的溫度高達200℃，傍晚的溫度又會驟然降到零下80℃，而且也沒有空氣存在，人類只能依靠科技的力量，人工制造出氧氣、水分和適宜的溫度來維持自己的生存。
然而，人類的生命還是太過于脆弱，隨著時間的推移，地球移民們因為無法適應(yīng)如此惡劣的環(huán)境，開始成批死亡。最后，經(jīng)過地球聯(lián)合議會以及最高生命科學院投票，通過了一個看似瘋狂的決議——將人類由脆弱的碳基生命，改造成更能適應(yīng)惡劣宇宙環(huán)境的硅基生命，并建立與之跨時代的機甲文明。
——這是很多以機甲文明為背景的科幻小說，在闡述人類從地球遷移到宇宙之時最常用的橋段。而在危險四伏的宇宙中，在到處泛著金屬光澤的機甲時代，硅基生命的出現(xiàn)頻率遠比碳基生命要高得多，這是為什么呢?
碳元素的化學特性
想要回答這個問題，我們先要對碳基和硅基的生命體有個基本的了解。在地球上，我們已知的所有生物都是碳基生物，也就是說，地球上所有生物都是以碳元素為有機物質(zhì)基礎(chǔ)的生物，因為在構(gòu)成生物的氨基酸中，碳元素起到了連接氨基與羧基的關(guān)鍵作用。地球上的生物干什么偏偏要選擇碳基的形式存在呢?或者說，為什么是碳元素，而不是其他什么元素來充當?shù)厍蛏锏挠袡C物質(zhì)基礎(chǔ)呢?
簡單來說，這是由于碳具有相當特殊而優(yōu)越的化學特性。我們都知道，碳原子外有四個自由電子，因此其失電子能力(還原性)和得電子能力(氧化性)都很強，這就可以形成復雜多樣的高分子有機物，比如DNA分子，為生命提供物質(zhì)基礎(chǔ)。若外層電子太多，則會主要呈氧化性，反之則會主要呈還原性，二者均無法形成復雜的分子。
另外，兩個碳原子在一起，能夠比其他原子在一起時多形成一個電子的雙鍵，即每個鍵由兩個(每個原子出一個)重疊軌道的電子組成，由于這個軌道重疊，兩個電子可以運動的空間就翻倍了，而由碳構(gòu)成的碳基分子的活性也就增加了。這種活性有什么用呢?要知道，地球生物的所有生命特征，比如新陳代謝、繁衍后代、刺激反應(yīng)等等都是要依靠生物體內(nèi)的化學反應(yīng)來實現(xiàn)的。比如光照強烈時，貓咪的瞳孔會立刻收縮成一條線，從而起到保護眼睛不受強光刺激的作用。如果化學反應(yīng)慢了，光照進眼睛過了五分鐘，瞳孔才開始收縮，貓咪敏感的眼睛肯定已經(jīng)受到了嚴重的傷害。而碳基分子的高活性就保證了生物的化學反應(yīng)能夠及時進行。
除此之外，碳還具有一個獨特的優(yōu)勢，那就是它的兩種氧化物在常溫下都是氣體：一氧化碳是火的主要能量來源，而二氧化碳則是參與生命循環(huán)的關(guān)鍵物質(zhì)。如果它們變成了固體，生命或許就要遭到大麻煩了，這也是為什么地球上還未發(fā)現(xiàn)我們所謂的硅基生命。
硅元素的利與弊
我們知道，在元素周期表中，硅剛好位于碳元素的正下方，因此它的很多化學性質(zhì)都和碳基本相似。比如碳和四個氫原子化合后會形成甲烷(CH4)，而硅和四個氫原子化合也能形成硅烷(SiH4);再比如硅酸鹽和碳酸鹽也有著很多的相似之處。同時，碳和硅都能組成長鏈或聚合物，比如它們以最簡單的形式與氧交替排列，前者會由碳—氧鏈形成聚縮醛，而后者則由硅和氧搭成骨架產(chǎn)生出聚合硅酮。
正是由于二者化學性質(zhì)的相似性，因此科學家才會猜想，宇宙中應(yīng)該會有硅基生命存在，但是為什么硅基生命卻不存在于地球之上呢?一部科幻小說里寫道：“一只徜徉在硅基植物叢中的硅基動物，這種生物體的結(jié)構(gòu)件可能是被類似玻璃纖維的絲線串在一起，由靈活精巧、薄而透明的結(jié)構(gòu)連接起來。看上去這些結(jié)晶體似的生物非常漂亮，如果它們可以在常溫下生存的話，大概許多地球人都愿意在家里養(yǎng)幾只作為裝飾，養(yǎng)這種寵物的一個明顯好處是不會傳播細菌和寄生蟲，因為作為碳基生命的細菌和寄生蟲對這種完全不同的生命是無能為力的。”
這段話中透露了兩個信息：硅基生物看起來像是一個結(jié)晶體;硅基生物不能在常溫下生存，而這也正是地球上沒有硅基生物的原因。因為硅和碳一樣，與氧結(jié)合的能力都很強，但與碳不同的是，它與氧結(jié)合后會形成固體，如二氧化硅這樣的晶體，因此會給硅基生命的呼吸過程帶來很大的困難。與此同時，由于大多數(shù)硅基化合物比起碳基化合物要更加穩(wěn)定，比如硅-氧鍵可以承受大約326℃的溫度，而硅-鋁鍵更是能承受約626℃的高溫，因此硅基化合物在高溫下活性才更好，而對硅基生物來說，或許200～400℃的高溫才能讓它們感到舒適自在。因此它們更適合在高溫的環(huán)境中生存。
除此之外，還有很重要的一點，那就是硅鏈在水中無法保持穩(wěn)定性，很容易就會斷裂，不像碳鏈一樣無論在干濕的環(huán)境下都可以保持穩(wěn)定。所以對于那些存在大量液態(tài)水的星球，比如地球，雖然不能完全否認硅基生命存在的可能，但它們能在此生息繁衍的機率也小得可憐。
說來說去，似乎碳基生命全是優(yōu)點而硅基生命則全是缺點，二者完全是云泥之別。但是別忘了，上面的對比全是建立在“地球”的背景之上的，如果將比較換在環(huán)境惡劣的宇宙當中，結(jié)果可就會截然不同了。
硅基生命喜歡極端環(huán)境
我們在學習地理知識時，老師總愛將地球比作“上帝創(chuàng)造的奇跡”，它離太陽不遠不近的位置造就了這個適應(yīng)碳基生命生長的星球。但是，想要在無邊無際的太空中再找到一個像地球這樣的奇跡，其難度不言而喻。
宇宙中更多的，是那些對人類而言充滿了危險的惡劣環(huán)境：強烈的宇宙射線、稀缺的氧氣、極致的高溫，火山爆發(fā)生成的有毒氣體……這一切的一切，對于沒有了地球庇護的人類來講，簡直就是一個噩夢。因為無論上述哪一樣，都可以輕易地致人于死地。而在這樣的條件下，我們突然發(fā)現(xiàn)，硅基的生命或許能夠活得相當滋潤。
高溫就不提了，幾百攝氏度的高溫或許能將碳基生物燒成灰，但是對硅基生物來說，高溫就像是冬天里的一把火，夏天里的一塊冰，只會讓它們感到無比舒坦。而缺氧也沒關(guān)系，無論是什么樣的星球，總是不缺火山的，火山一爆發(fā)，會生成大量的硫，而硫和氧氣的化學性質(zhì)同樣極為相似，完全有可能成為氧的替代物。有人說了，硫不是一種固體嗎?怎么能替代氧氣呢?別忘了，我們所說的星球可不是地球，而是表面溫度高達四五百攝氏度的行星，在這個溫度下，硫已經(jīng)無法保持固態(tài)而氣化了，或許硅基生物真能靠它進行呼吸呢。再說說沒有水，這對硅基生物而言，可實在是件天大的好事，或許沒有水碳基生物會很快死去，但沒有水硅基生物只能活得更長久。因為液體水對于硅基化合物來說，可以說是致命的。而宇宙射線呢?問出這個問題可是有點可笑了，你聽說過害怕射線的玻璃嗎?
這樣想來，那些艱苦的條件簡直就是為硅基生物量身定做的，如果比拼在宇宙的艱苦環(huán)境中的生存能力，硅基生命必然大獲全勝。如果真的是這樣，人類是否有能力讓自己由碳基向硅基轉(zhuǎn)化呢?
給我來個硅基腦
說到硅基人，大多數(shù)人都沒有什么概念，不過如果說起變形金剛，你一定就不會感到陌生了。按照作家的設(shè)定，變形金剛和人類一樣，都是由簡單生命進化而成的高等生命體，只不過變形金剛是硅基生命，而人類則是碳基生命。所以千萬不要將變形金剛與機器人混為一談，前者可以說是一種具有硅基智能和生命，而后者只是人類制造出來的一種機械。
可以看出，其實硅基人與碳基人并沒有什么明顯的不同，都同樣具有情感，同樣懂得思考，同樣具有智慧，只不過構(gòu)成二者身體的“材料”不同，硅基人的身體更加適應(yīng)惡劣的宇宙環(huán)境罷了。
在科幻小說當中，隨便打一針神奇的藥劑、被蟲子咬中或是沉睡千萬年經(jīng)過一次又一次的“脫殼”，人類就能自然由碳基向硅基轉(zhuǎn)變。但是在科學家看來，這些方法已經(jīng)脫離了“科幻”的范疇，而向著“玄幻”的方向發(fā)展了。其實想要將碳基人變成硅基人，最簡單也最直接的方法莫過于直接換零件了。如果我們能全身上下都換成硅基材料，自然也就能成為所謂的硅基人了。
而想要更換人身上的零件，最困難似乎就是大腦了。如果說人的身體是一個軍團，那么大腦就是運籌帷幄的司令，我們身體的所有活動都依靠于大腦的指揮。這個指揮官的能力強不強，很大程度上決定了整個人的實力。幸運的是，經(jīng)過多年努力，科學家已經(jīng)制造出了與人腦類似的硅腦。研究人員首先在計算機上編制了一種能夠多次復制的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，最初時，他們能夠運行的虛擬回路連小鼠皮層神經(jīng)數(shù)的40%都達不到，嚴重限制了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學習、記憶和創(chuàng)造性智力的能力。后來研究者發(fā)現(xiàn)，人的大腦在并非所有神經(jīng)元都在不停地運轉(zhuǎn)，只有那些被激活的神經(jīng)元才會開始運轉(zhuǎn)，其他閑置的神經(jīng)元僅會耗費很少的能量。以此為鑒，他們對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行了改造，最終將系統(tǒng)擴充到了5300億個神經(jīng)元和100萬億個突觸，這和人腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本一致了。
接下來，把計算機里模擬的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用硅制造出來，一個“硅腦”誕生了，雖然新生的硅腦還未真正成型，而且也只能進行比較簡單的“思考”，但是相信隨著時間的推移和技術(shù)的成熟，與人腦功能越來越相似的硅腦也終將被制造出來。
未來，當?shù)厍蛎媾R毀滅或不再宜居時，人類必將要向太空遷徙。只要我們能夠把自己變成硅基生命，我再也不會害怕太空中的各種極端環(huán)境了。
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