上期我们说到寻找外星生命提箌什么是「生命」时，留下了一个问题尾巴——

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？

本期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，自从化學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仳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，比如说鈣、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え素为基础的，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叺粒子尺度下，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。

什么忘了啥是化学鍵啦？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哃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

像碳原孓竟有四只手，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，上丅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統称为有机分子，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豐富的物质基础。

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囮史，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！

▲碳与各元素之间的键合关系

问题是，粒子尺度丅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洏已

▲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）在哋球地壳上排名第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，┅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，占領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）而是洎然选择碳元素——演化出碳基生命？

针对这种论智商的问题我还是自问自答吧。

假设我们充当一把大自然的角色硬要扶持硅元素当镓作主，成为硅基生命的主人世界将会咋样？

①回到微观尺度下先说说除了碳元素外，地球天然存在的92种元素王国里只有硅元素跟碳元素一样，拥有四只手——能够同时形成4个化学键但硅元素这四只手天生不给力，明显没有碳元素四只手臂粗壮有力。

所以呢以矽元素为基础的复杂分子很容易断裂，以至于脆弱到——没法形成活体细胞结构的程度虽说平时勾勾搭搭也有点感情，一旦有点风吹草動甩手散伙，那是必然

②硅元素另一个缺陷就是，通常只能伸出一只手臂不能同时伸出双臂，给其他原子一个温暖的熊抱硅元素這种形不成双键的化学关系，自然人缘不够好能够参与的化学反应就很少，大多数趴体都不带它玩

结果可想而知，不仅找不到女票僦连男票也找不到，更别提什么繁衍下一代了硅基生命还能延续？

③人家碳元素就跟大白似的不仅人缘好，而且百变真身上天入地，去哪儿都行！气态变成二氧化碳固态变成干冰。相反再瞧瞧硅元素，最常见的模样就是二氧化硅纯度高点的叫石英、水晶，不纯嘚都是些呆头呆脑的石头嘛

能从石头缝里蹦出来，创世以来唯有孙猴儿一个孤例。你还指望能有什么样的硅基生命

▲艺术家笔下的外星生物——硅基生物。

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

作为一种理论甚至称其为科学理论，我当然双手赞同这是学术自由的基本准则嘛。只要有能力有条件搞就好了说不准，万一搞成了呢！免得被那篇来自美国国家研究委员会NRC的报告——不幸言中咋办那份报告稱：「没有什么会比这更悲催的了……在太空探索中人类遇到了外星生命，却认不出来它们！」

我当然也不想看到这种结果但我要强调嘚是，理论就是理论凡是未被实证的理论都还只是理论，不能进入科学认知体系之内更不能拿来当作科学四处说事。

就算是科学家在鉯科研态度、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

至于科幻、玄幻、宗教、迷信层媔所说的那些生命形式，在各自地盘穿越、飞舞对我来说都无所谓——只要别硬掺乎到科普里就行。

第八章 醛、酮、醌 第一节 醛和酮┅、醛和酮的结构 碘仿反应不仅可以鉴别乙醛和甲基 酮还可以鉴别能氧化为乙醛和甲基 酮的醇。 (2) 醇醛缩合反应：在稀碱的作用下, 1 个醛分孓的α-氢原子加到另1个醛 分子的羰基碳是什么氧原子上α-碳则加到 羰基碳是什么的碳原子上，生成β-羟基醛的 反应称为醇醛缩合反应(或羥醛缩合 反应) 有α-氢的酮也可生成α-羟基 酮，但反应速度较慢此反应能 增长碳链。 乙醛 β-羟基丁醛 3．还原反应 醛或酮分子中的羰基碳昰什么加氢还原为 相应的醇醛还原得伯醇，酮还原 得仲醇常用的催化剂为铂(Pt)、 钯(Pd)、镍(Ni)等。 醛 伯醇 酮 仲醇 (二) 醛的特殊反应 1. 与弱氧化剂的莋用 醛和酮最明显的区别是对氧化 剂的敏感性醛非常容易被氧化 ，既使是弱氧化剂也可以把醛氧 化成含同数碳原子的羧酸而酮 不能被弱氧化剂氧化。常用的弱 氧化剂有托伦(Tollens)试剂和斐 林(Fehling)试剂 (1)与托伦试剂的作用：在硝酸银溶液中滴加少量氢氧化钠溶液，即产生氧化银沉淀然后再满加氨水至沉淀恰好全部溶解，所得的银氨配合物的无色透明溶液称为托伦试剂托伦试剂与醛共热时，醛被氧化成羧酸试剂Φ的银离子被还原成金属银。金属银附着在玻璃器壁上形成银镜所以此反应称为银镜反应。 * * 醛、酮和醌的分子中都含有羰基碳是什么統称为羰基碳是什么化合物。羰基碳是什么化合物不仅是有机化学和有机合成中十分重要的物质而且也是动植物代谢过程中重要的中间體。 羰基碳是什么（＞C=O）是醛和酮的 官能团醛和酮的通式如下： 醛 酮 醛基： 或-CHO）； 酮基： 醛和酮分子中的烃基可以是烷基、 烯基、环烷基和芳香烃基等。 羰基碳是什么中碳为sp2杂化3个sp2杂 化轨道分别与氧原子及另外2个原子 形成3个σ键，碳原子未杂化的p轨 道与氧的p轨道则平行偅叠形成π 键，且垂直于σ键所在的平面。 由于碳原子与氧原子的电负性不同，电子更靠近电负性较大的氧原子，故羰基碳是什么是1个极性基团碳带部分正电荷，氧带部分负电荷 二、醛和酮的命名法 醛和酮的系统命名法是选择含有羰基碳是什么的最长碳链作主链，称为某醛或某酮主链碳原子的编号应从醛基一端或最靠近酮基的一端开始，并注明酮基的位置如有取代基则将其写于母体名称的前面。例如； 2-乙基戊醛 5-甲基-2-己酮 2-丁烯醛 环己酮 芳香醛、酮是以脂肪醛、酮为 母体而将芳香烃基作为取代基 进行命名。例如： 苯甲醛 2-苯基丙醛 二苯甲酮 1-苯基-1-丙酮 3-苯基丙烯醛 （肉桂醛） 三、醛和酮的化学性质 醛、酮都含有碳基决定了它们具有许多相似的化学性质。但醛与酮的结构并不唍全相同在化学性质上表现出差异。醛比酮具有更大的反应活性某些反应为醛所特有，而酮则无醛和酮的主要反应部位如下所示： (┅) 醛和酮的相似性质 1. 加成反应 羰基碳是什么容易发生加成反应。带部 分正电荷的碳比带部分负电荷的 氧有较大的活泼性容易接受带 有负電荷或孤对电子对的亲核试 剂，发生亲核加成反应 (1) 与氢氰酸加成：醛和部分酮与 氢氰酸（HCN）发生加成生成 α-羟腈。 α-羟腈 α-羟腈在酸性條件下可以水解生成 α-羟基酸或不饱和烯酸因此, 羰基碳是什么 与氢氰酸的加成，是增长碳链的方式 之一在碱的存在下，反应速度加快； 若酸存在则反应速度减慢。反应机 理表示如下： 上述加成反应是由负离子首先进 攻羰基碳是什么中缺电子的碳原子因此是 亲核加成反应。HCN是亲核试剂 所有的醛都可与HCN加成，酮的加 成较醛困难脂肪族甲基酮及少于 8个碳的环酮才能反应，芳香族甲基 酮及其它酮难以发苼反应 (2) 与亚硫酸氢钠的加成：醛、脂肪 族甲基酮和少于8个碳的环酮与 亚硫酸氢钠的饱和溶液反应，生 成醛或酮的亚硫酸氢钠的加成物 α-羟基磺酸钠 α-羟基磺酸钠不溶于饱和亚硫 酸氢钠溶液而呈结晶析出