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主题：【科普】人类出现在地球上,真的不容易 -- 电子赵括
这个短篇是在看了一个有关地球的科普电视片后有感而发,仅凭记忆整理,难免不完整充分.欢迎各位朋友补充指正.
在浩如烟海的宇宙中是否还存在着象人类一样的智能生物,一直是个有争议的话题.至少到目前,尽管做了多方面的努力,我们还没有找到任何确凿的证据.那么首先回过头来看看,在一个什么样的星球上才能有人类一样高智能生物的出现.
一,生命的出现
1 温度
生命的出现,首先需要一个合适的温度.因此,恒星是不行了,那里到处是原子弹;距离恒星太近也不行,以太阳系为例,水星金星,表面温度超过200摄氏度;太远也不行,木星以外的行星表面温度都太低.太阳系里面能够满足温度这一条件的,只有地球和火星.
2 大小
火星本身由于太小,只能维持住一个稀薄的大气层.大气对于行星的意义,首先在于保温.没有大气的水星,面向太阳的一面温度超过摄氏200度,背向太阳的一面则为零下100多.这么大的温差显然对于生命来讲过于苛刻.因此,太小的行星上虽然说不是完全不可能出现生命,至少要困难得多.
那么太大行不行?至少对于我们人类来讲,也不行.大气产生并被维持住后,还要看它的化学成分.大家都知道,地球大气中大约80%为氮,20%为氧,正是这20%的氧给了地球万物的生存基础.反过来,宇宙中最多的元素是氢,为什么它在地球大气中的比例会微不足道?
大家都知道,温度代表着分子的平均动能,在相同的温度下分子量小的有更大的速度.氧的分子量为32,氢为2,就是说相同的温度下氢分子的运动速度几乎是氧分子的4倍.虽然这只是个统计规律,但整体上氢比氧更容易逃逸出地球,因此与其说地球上只有氮和氧,不如说地球的大小引力恰好驱逐了氢和氦而留住了氮和氧.相反,如果在地球同样的位置上出现了一个和木星一样大的星球,那么它的大气很可能是80%的氢和20%的氦.质量越小的星球它的气体越"重",这一点在其他星球上是有验证的.金星虽然有大气,成分主要是分子量为44,比氧气大的二氧化碳;火星上大气的主要成分也是二氧化碳,占全体的95%.火星上一度曾经有过水,如今已经找不到了.个人的看法,水的分子量为18,应当有在漫长的宇宙岁月中挥发到了太空这一因素.否则,以火星的位置和适合的温度(白天摄氏二十多度,晚上零下十度左右)还是有可能成为另一个地球的.
二,生命的进化
生命起源后,当然面临着进化的问题.出去地球上生物自身的遗传变异外,生物的进化实际上和整个宇宙息息相关.
1 地球的保卫者 - 大行星
在地球的外侧,除了火星和冥王星以外,木星,火星,天王星和海王星都是体积质量大大超过地球的大行星.其中尤其是木星,它的质量超过其他行星总和的2倍.恐龙的灭绝的原因,地球受到外来陨石打击造成气候突变的说法相当流行.而这些天外的不速之客在奔向地球的过程中有不少已经被木星等的巨大引力所吸引坠落到了它们的身上,最后能够到达地球的实际上仅仅是很小的一部分.陨石撞击给地球造成的影响,以墨西哥湾为例.墨西哥湾实际上就是几千万年前被天外来客撞出的一个大坑.对那里的地层进行采样分析的结果,发现自陨石撞击后大约20万年,没有任何浮游生物.作为食物链的地层生产者,没有浮游生物就意味着没有任何生物.有了木星等大行星,造成恐龙灭绝这么大规模的陨石撞击在地球上大约6000万年发生一次,而如果没有这些地球的卫士,则将是5万年一次.那么,地球上顶多在没有被撞击的地区会有一些浮游生物,智能生物的进化完全无法想象.
2 飞来的塞翁之马
陨石多了不行,陨石少了行不行?也不行.地球上的陨石坑由于常年的风化已经无法辨别.为了探究地球究竟遭受了多少陨石的撞击,学者们把目光投向了地球的邻居 - 月球.因为没有大气,那里的陨石坑几乎完好无损.经过研究,学者们惊异地发现,自从大约三亿年前,地球遭受的打击剧增,而恰恰是从三亿年前物种的进化同样剧增.天文学家和生物学家将地球遭受打击的次数和生物种类数目进行对比后,二者的曲线几乎吻合(遗憾,因为看的是电视片,手头没图).就是说,在灭绝旧的物种的同时,飞来的横祸在造成地球气候剧变的同时大大促进了新物种的产生.如果地球是一个没有遭受打击的星球,生物进化到人类还不知道要等到猴年马月.
那么为什么从三亿年前地球会遭受频繁的打击?
在地球围绕太阳旋转的同时,整个太阳系也在围绕着银河系旋转,其轨道同样不是圆而是椭圆.在过去的三亿年中,太阳系整体处于这个椭圆的短轴上,靠近银河系中央因此它遭遇的各种天体多于过去.这就是地球更加频繁遭到打击的原因(好在从电视片播放的图片上看,地球挨打的顶点已经过去了).对于生物的进化人类的出现,这实际上是一个重要的因素.相反,如果太阳系整体距离银河系中央太远或太近,那么要么陨石轰击不断,要么凤毛麟角,都很难成为另一个地球.
找一个合适的星球就这么不容易,而这仅仅是人类的出现的一个方面,我们又怎么能指望轻易地在宇宙中找到同伴?
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迄今为止我所看到的有关生命起源的文章都基于一个基本假设:宇宙中所有生命的化学成分都是类似于地球的碳水化合物.有没有可能外星生物的化学成分我我们有本质的差别?
碳水化合物的关键在于碳和氧,这两种化学元素的化学性质比较稳定,一般情况下不轻易和其他元素发生化学反应.同时,它们也比较容易"点燃",这样的性质对于生物体来讲容易控制而获取能量.钠钾这样的元素动不动就被氧化,或是氮,化学性质稳定使得在氮气中发生化学反应极为困难.虽然不能排除"钾氮化合物"存在的可能,但毕竟比碳水化合物要难多了.
在思考这个问题的时候，我们往往以我们“人类”自身标准来衡量外面的环境是否可以有生命存活。这种前提我认为是不正确的。
不过作为人类,只能根据自己的经验来摸索.
也许有别的生命形式，象高温的硅为核心的化合物为基础进化而来的生命。
人类真是宇宙的精灵！
碳元素的电子结构是最合适的。它的外层电子结构保证它可以生成多种复杂(而又不过分复杂)且稳定的化学键，很容易和另外的碳原子结合成复杂的链或环(而且由于它的电负性碳与碳间的键比较稳定)等等， 生命为碳基还是很有道理的。个人观点，在我们所在的这个宇宙中，即使存在别的生命形式(非碳基)，也是很简单的或低等的，不太可能成为智慧生命。
很多复杂的生命化学反应是有氢键参与的。个人观点， 这一条件是至关重要的。氢键的特点是不太强(不是真正的化学键)又不太弱，所以它的产生与断裂不需要很多能量。(太弱的话别的键合与之竞争，太强的话一则难以断裂，二则能量达到氢键的断裂能时可能导致碳链的断裂，从而导致生命的死亡)。概言之，碳基生命，尤其是高级生命，类似于地球的温和条件，很可能是必须的。
当然，生命有可能不是以碳为基础的。但如我上一帖子所言，非碳基生命生命即使不是不可能的，机率也应该是微乎其微的。
在赵括兄文中的条件允许的情况下，化合物之间不断进行着化学反应，产生出单糖，意外地生成了氨基酸，怀疑这些反应在没有酶催化的情况下一般不容易发生（我无机化学功底浅，不知对不对），正需要地球一开始的恶劣环境。随着环境的改变，例如温度的下降，这些初始的化合物溶解到水里，氨基酸合成了初级的蛋白质，产生了酶。酶的出现应该是生命起源的革命，加速了合成和代谢的效率，为大量制造蛋白质提供了可能，然后核酸和蛋白组成了最初级的生命。这些生命总在不断寻找着最佳的方式繁殖，生命的形式变得越来越复杂，从水中到了土壤里。出现了物种的多样性，开始进化。
举个例子，无机的氨转化成有机的氨基酸需要谷氨酸脱氢酶（glutamate dyhydrogenase, GDH)的催化。GDH 广泛地存在于几乎所有物种里，从细菌到霉菌，到草履虫，到植物动物。低级物种只要用GDH来合成氨基酸，用氨基酸合成蛋白，并产生了初级的对酶活性的调节。但到了高级动物GDH催化的反应发生了根本的变化，出现了更精细的调节和控制，因为氨基酸可以从食物中摄取，不需要再在体内合成，GDH主要用来分解代谢氨基酸。
物种的进化里，基因也许并不是决定力量，环境决定了对生物化学反应的调节，生物化学反应的复杂化和精细化与环境相呼应，是自然选择的决定力量。
所以生命的起源和进化的过程可以概括为：从简单的无机化学反应到复杂的有机化学反应，到酶的出现，到更复杂的生物化学反应的出现，到对酶活性调节的出现，到对酶更精细调节的出现，而且这些也还在不断地变化着。
个人观点，愿和大伙一起讨论。
你想问题怎么可以这样反过来思考？
换言之，今天能看到你这篇文字是需要那么多可能．．．．．．．．
据说他在模拟地球远古时代（模拟原始大气成分如甲烷、氨、氢等混合气体）的环境中，用溶液煮沸+放电（相当于自然的闪电）的方法产生了微量的20种小分子有机化合物，其中有11种氨基酸。
但是后来他的结果似乎也有争议。
不敢当赵括兄谬赞。赵兄的白话三国那才叫大手笔呢。我可是不止读了3遍5遍N遍哪。
回到生命这个话题。我的观点是氢键和碳元素很可能是极为重要的两个必要条件。此贴只谈氢键。
我猜想生命(尤其是高级生命)必须一种极性溶剂作为体液来运送营养物质与代谢废物。如果这种猜想正确的话，那么水就几乎是唯一可能的候选者。原因如下：
1。水的分子结构以及水分子间可以形成氢键的事实造成了固态水的密度小于液态水。因此，即使温度很低，在很厚的冰层下，仍有液态水存在的可能。这可以保保证极端条件或灾难发生时，整个生命界不至于灭绝(至少一些细菌仍然可以在冰层下的液态水中生存)。而这就为生命界的再次繁荣保存了种子。
2。稳定的化学元素中，只有氧，氮，氟可以生成氢键。而氮氢化合物(氨)呈碱性，氟氢化合物(氟化氢)呈酸性，只有水酸碱相当呈中性。
观点不成熟，请各位高手指正。
