人類將進(jìn)化到硅基?
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由于人類活動(dòng)對自然環(huán)境的破壞，從飛鳥到走獸再到游魚，一個(gè)又一個(gè)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(shí)的死星，再也不適合生物的生存了。幸而科學(xué)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(gè)新的家園。
然而，在廣袤無垠的太空之中，想找到一個(gè)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(gè)類似火星的星球上。這個(gè)星球上不存在液態(tài)水，也沒有大氣層，白天的溫度高達(dá)200℃，傍晚的溫度又會(huì)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(shí)間的推移，地球移民們因?yàn)闊o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(huì)以及最高生命科學(xué)院投票，通過了一個(gè)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(shí)代的機(jī)甲文明。
——這是很多以機(jī)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(shí)最常用的橋段。而在危險(xiǎn)四伏的宇宙中，在到處泛著金屬光澤的機(jī)甲時(shí)代，硅基生命的出現(xiàn)頻率遠(yuǎn)比碳基生命要高得多，這是為什么呢?
碳元素的化學(xué)特性
想要回答這個(gè)問題，我們先要對碳基和硅基的生命體有個(gè)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(jī)物質(zhì)基礎(chǔ)的生物，因?yàn)樵跇?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(dāng)?shù)厍蛏锏挠袡C(jī)物質(zhì)基礎(chǔ)呢?
簡單來說，這是由于碳具有相當(dāng)特殊而優(yōu)越的化學(xué)特性。我們都知道，碳原子外有四個(gè)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(qiáng)，這就可以形成復(fù)雜多樣的高分子有機(jī)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(huì)主要呈氧化性，反之則會(huì)主要呈還原性，二者均無法形成復(fù)雜的分子。
另外，兩個(gè)碳原子在一起，能夠比其他原子在一起時(shí)多形成一個(gè)電子的雙鍵，即每個(gè)鍵由兩個(gè)(每個(gè)原子出一個(gè))重疊軌道的電子組成，由于這個(gè)軌道重疊，兩個(gè)電子可以運(yùn)動(dòng)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(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。比如光照強(qiáng)烈時(shí)，貓咪的瞳孔會(huì)立刻收縮成一條線，從而起到保護(hù)眼睛不受強(qiáng)光刺激的作用。如果化學(xué)反應(yīng)慢了，光照進(jìn)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(yán)重的傷害。而碳基分子的高活性就保證了生物的化學(xué)反應(yīng)能夠及時(shí)進(jìn)行。
除此之外，碳還具有一個(gè)獨(dú)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(xué)性質(zhì)都和碳基本相似。比如碳和四個(gè)氫原子化合后會(huì)形成甲烷(CH4)，而硅和四個(gè)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(shí)，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(huì)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(xué)性質(zhì)的相似性，因此科學(xué)家才會(huì)猜想，宇宙中應(yīng)該會(huì)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(dòng)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?？瓷先ミ@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(gè)明顯好處是不會(huì)傳播細(xì)菌和寄生蟲，因?yàn)樽鳛樘蓟募?xì)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(gè)信息：硅基生物看起來像是一個(gè)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?yàn)楣韬吞家粯樱c氧結(jié)合的能力都很強(qiáng)，但與碳不同的是，它與氧結(jié)合后會(huì)形成固體，如二氧化硅這樣的晶體，因此會(huì)給硅基生命的呼吸過程帶來很大的困難。與此同時(shí)，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(diǎn)，那就是硅鏈在水中無法保持穩(wěn)定性，很容易就會(huì)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(rèn)硅基生命存在的可能，但它們能在此生息繁衍的機(jī)率也小得可憐。
說來說去，似乎碳基生命全是優(yōu)點(diǎn)而硅基生命則全是缺點(diǎn)，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(dāng)中，結(jié)果可就會(huì)截然不同了。
硅基生命喜歡極端環(huán)境
我們在學(xué)習(xí)地理知識(shí)時(shí)，老師總愛將地球比作“上帝創(chuàng)造的奇跡”，它離太陽不遠(yuǎn)不近的位置造就了這個(gè)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(gè)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(xiǎn)的惡劣環(huán)境：強(qiáng)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(hù)的人類來講，簡直就是一個(gè)噩夢。因?yàn)闊o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(dāng)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(huì)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(huì)生成大量的硫，而硫和氧氣的化學(xué)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(dá)四五百攝氏度的行星，在這個(gè)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(jìn)行呼吸呢。再說說沒有水，這對硅基生物而言，可實(shí)在是件天大的好事，或許沒有水碳基生物會(huì)很快死去，但沒有水硅基生物只能活得更長久。因?yàn)橐后w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(gè)問題可是有點(diǎn)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(gè)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(huì)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(jìn)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(jī)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(jī)械。
可以看出，其實(shí)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(dāng)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(xué)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(shí)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(gè)軍團(tuán)，那么大腦就是運(yùn)籌帷幄的司令，我們身體的所有活動(dòng)都依靠于大腦的指揮。這個(gè)指揮官的能力強(qiáng)不強(qiáng)，很大程度上決定了整個(gè)人的實(shí)力。幸運(yùn)的是，經(jīng)過多年努力，科學(xué)家已經(jīng)制造出了與人腦類似的硅腦。研究人員首先在計(jì)算機(jī)上編制了一種能夠多次復(fù)制的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，最初時(shí)，他們能夠運(yùn)行的虛擬回路連小鼠皮層神經(jīng)數(shù)的40%都達(dá)不到，嚴(yán)重限制了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、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(yùn)轉(zhuǎn)，只有那些被激活的神經(jīng)元才會(huì)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，其他閑置的神經(jīng)元僅會(huì)耗費(fèi)很少的能量。以此為鑒，他們對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了改造，最終將系統(tǒng)擴(kuò)充到了5300億個(gè)神經(jīng)元和100萬億個(gè)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(jì)算機(jī)里模擬的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用硅制造出來，一個(gè)“硅腦”誕生了，雖然新生的硅腦還未真正成型，而且也只能進(jìn)行比較簡單的“思考”，但是相信隨著時(shí)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(dāng)?shù)厍蛎媾R毀滅或不再宜居時(shí)，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(huì)害怕太空中的各種極端環(huán)境了。
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