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來源：互聯網

硅基生物（英語：Silicon-based life）是指以硅為有機物質基礎的生物。硅基生命是相對于碳基生命而言的。硅基生命相對地也可以定義為以硅骨架的生物分子所構成的生命。雖然硅基生物至今只是假說而被主流學界認為尚未發現實例，但它卻一直是學術界和科幻小說中的熱門話題。

硅基生命是相對于碳基生命而言的。硅基生命的概念最初由波茨坦大學的天體物理學家儒略·申納爾在1891年提出。隨后，英國化學家詹姆斯·艾默生·雷諾茲（James Emerson Reynolds）在1893年的科學演講中進一步發展了這一理論并指出，硅化合物優異的熱穩定性可能使硅基生命能夠在高溫環境下生存。這給予了科學家和文學家無限探知和想象的空間。由于硅原子具有與碳原子相近的化學性質，所以很可能是構成生命的有機化合物中碳原子的可替代物。而硅基生物也必須攝入足夠的含硅食物以維持生存。

硅基生命對氧氣非常敏感。硅元素一旦接觸到氧氣，就會迅速氧化形成二氧化硅。這意味著硅基生命在地球上的生存空間非常有限，它們無法在大部分地球上的環境中生存。

物種起源

早期推測

硅基生命是相對于碳基生命而言的。硅基生命的概念最初由波茨坦大學的天體物理學家儒略·申納爾（Julius Sheiner）在1891年提出，他在一篇文章中探討了以硅為基礎的生命存在的可能性。

英國化學家詹姆士·愛默生·雷諾茲（James Emerson Reynolds）接受了他的觀點后，于1893年在英國科學促進協會的一次演講中指出，硅化合物的熱穩定性可能使生命能夠存在于非常高的溫度下。赫伯特·威爾斯（Herbert George Wells）借鑒了雷諾茲和羅伯特-波爾的觀點。威爾斯寫道：這樣的想法讓人不禁產生奇妙的想象：硅鋁生物為什么不是硅鋁人，在氣態硫的大氣中游蕩，比方說，在比高爐溫度高出一千度左右的液態鐵海的岸邊游蕩。

由于硅原子具有與碳原子相近的化學性質，所以很可能是構成生命的有機化合物中碳原子的可替代物。而硅基生物也必須攝入足夠的含硅食物以維持生存。

后期發現

三十年后，英國遺傳學家約翰·波頓·桑德森·霍爾丹（John Burdon Sanderson Haldane）提出，在一個行星的深處可能發現基于半融化狀態硅酸鹽的生命，而鐵元素的氧化作用則向它們提供能量。

硅生物化學

硅（Si）元素的化學性質與碳相似，因此可能適合代替碳作為某些生物體的基礎。硅在宇宙中很常見，也是第IV族的p區元素，在元素周期表中位于碳的正下方，因此其許多基本化學性質是相似的。例如，碳與四個氫原子結合形成甲烷（CH4），硅也會產生硅烷（SiH4）。硅酸鹽是碳酸鹽的類似物，三氯硅烷是氯仿（三氯甲烷）的類似物，以此類推。兩種元素都形成長鏈或聚合物，其中它們都能與氧交替排列。在最簡單的情況下，碳-氧鏈產生多聚甲醛，一種經常用于合成纖維的塑料，而硅和氧原子交替的主鏈則產生聚合硅酮（即硅氧烷）。

生命形式還必須能夠從環境中收集、儲存和利用能量。在碳基生物群中，基本的儲能化合物是糖類，其中的碳原子通過單鍵連接成鏈。碳水化合物在一系列受控步驟中通過酶的作用被氧化以釋放能量（以及廢物水和二氧化碳）。這些酶是復雜的大分子，由于其形狀和"手性"而催化特定的反應。碳化學的一個特點是，它的許多化合物都有左右兩種形態，正是這種手性或手性賦予了酶識別和調節體內各種過程的能力。硅不能產生許多顯示手性的化合物，這就很難理解它如何能成為支持生命所需的許多相互關聯的反應鏈的基礎。

碳和硅的生命支持能力差異

以上參考：

溶劑效應

到目前為止，對硅是否適合作為生命支持元素的分析都假定水是生命的基質。這是有道理的。我們很難說任何其他溶劑可以取代水的這一重要作用。麻省理工學院的研究人員也探討了硅的這種可能性。他們得出結論，"硅基 "生命在水性環境中面臨的化學挑戰同樣也會存在于氨等溶劑中。他們還得出結論認為，甲烷和乙烷等非質子（不能作為質子供體）溶劑不適合碳基生命和假想的硅基生命，因為碳基和硅基材料的溶解度都很低。

硅基生命特點

宇宙中硅的含量總體較少，而現階段在隕星、彗星、行星的大氣層、恒星的外層、星際空間中，也尚未發現二氧化硅以外的含硅化合物。因此宇宙中的硅基生物相對于碳基生物可能要稀少很多。與碳基生物相比較，硅基生物的優勢還在于其內部結構更為穩定，更能抵御病菌的侵蝕和射線的照射，不過，由于細胞相對表面積越小，物質進入細胞膜的速度就越小，因此它們的新陳代謝速度會比碳基生物更慢。

由于硅原子比碳原子多了一個電子層，導致其對最外層的4個電子的控制力遠小于碳原子的能力，使理論上很多本可以由硅原子骨架形成的化合物，實際卻都極其不穩定，而只能存在于實驗條件下，甚至有的只能存在零點幾秒。而硅基化合物也不能像碳基化合物一樣具備手性上的左旋右旋之分。又由于單獨硅很難形成長鏈，而是會形成難以進一步聚合的小型環狀分子或只具有簡單重復結構的龐大鏈狀分子，目前在實驗室中，硅鏈的長度最多也只能達到十幾個原子，這樣就難以形成復雜的生物大分子，對于生命活動尤其是新陳代謝來說是一個巨大的障礙。這些也注定了硅基化合物沒有碳基化合物那樣的多樣性。硅鏈在水中不穩定而容易斷裂，因此硅基生物也不適合生存在多水的環境中。

硅同氧的結合力非常強，處置二氧化硅這樣的固體物質會給硅基生命的呼吸過程帶來很大挑戰，除非該星球上的溫度高到能夠使二氧化硅液態甚至是氣態的時候才有可能像地球生物一樣呼吸。假設的更好的解決方案是吸入氟氣氧化自身的儲蓄物和吸入氟化氫與二氧化硅反應，最后都呼出四氟化硅。也可能硅基生物在高溫環境下吸入氫氣而呼出硅烷。硅基植物則通過“光合作用”吸入四氟[fú]化硅、水和光經過一系列反應生成氟化氫排回大氣中并生成“硅淀粉”。但有人認為，硅基生命可能利用氫氧化鈉或濃磷酸處理二氧化硅：它們分別可以生成硅酸鈉和雜多酸。硅酸鈉易溶于水。

硅基生命缺陷

硅基生命對氧氣非常敏感。硅元素一旦接觸到氧氣，就會迅速氧化形成二氧化硅，也就是沙子。沙子和大部分物質不會發生化學反應，因此非常穩定。如果硅基生命一旦出現在地球，立刻就會變成石頭或沙子。這意味著硅基生命在地球上可能無法生存和繁殖。其次，也就是說硅基生命就算不變成沙子，落到水里也會溶解。此外，硅烷及其衍生物熱穩定性差，與碳-氫、碳-碳鍵不同，硅-氫鍵和硅-硅鍵容易被各類質子溶劑完全破壞，這也就意味著常見的水、氨等溶劑都不能作為基于硅烷的硅基生命的載體，這進一步限制了硅基生命的生存空間。這意味著硅基生命在地球上的生存空間非常有限，它們無法在大部分地球上的環境中生存。

可以想象，如果不是因為硅的生物特性存在明顯的致命缺陷，一些奇特的生命形式可能會由類似硅的物質制造出來。這就是它對氧的強大親和力。當碳在陸地生物的呼吸過程中被氧化時，就會變成二氧化碳氣體。然而，硅氧化后會形成難溶的固體，因為二氧化硅在形成后會立即組織成一個晶格，其中每個硅原子周圍都有四個氧原子，這與二氧化碳每個分子單獨游離的狀態不同。處理這種物質將對呼吸系統構成重大挑戰。

對硅基生命的質疑

天文學證據也表明不存在硅基生物，甚至硅基前生物化學物質。天文學家在石隕石、彗星、氣態巨行星大氣層、星際介質和冷恒星外層等任何地方都發現了氧化硅分子（二氧化硅和硅酸鹽），但沒有發現硅烷或硅酮[tóng]等可能成為硅生物化學前體的物質。

盡管如此，有人指出，硅可能與地球生命的起源有關。事實是，地球上的生命形式只利用右旋糖類和左旋氨基酸。解釋這一現象.的一種理論是，第一批生物前碳化合物是在具有一定手性的硅表面的"原始湯"池中形成的。硅化合物的這種手性決定了目前在陸地生命中發現的碳化合物的偏好手性。另一種完全不同的可能性是，人造生命或智能體含有大量的硅。

六種可能的生命形式

科幻作家艾薩克·阿西莫夫（Isaac Asimov）曾在作品《并非我們所知的：論生命的化學形式》（Not As We Know It-The 化學 of Life）中提出了六種可能的生命形式：

以上參考：

這六種對于生命的猜想是結合了物質分子結構、運行速度，依據溫度的不同，從熾熱到接近絕對零度依次序列的。在這六個猜想中，只有第三種生命形態—以水為介質的核酸/蛋白質生物是為我們所知的。而這其中的第一種生命形態則是科學家們最樂為臆測的硅基生命。

硅基生命的研究

2016年11月，加州理工學院學院（Caltech）的最新研究首次證明了生物體也能夠合成硅-碳鍵（silicon-carbon）。在此之前，硅-碳鍵只能通過化學方法合成。加州理工的研究者們利用定向進化（directed evolution）的方法對細菌蛋白質進行突變“培育”，選出最優蛋白作為酶催化合成硅-碳鍵，該重大發現將應用于制藥業、半導體等多個行業。

2016年11月24日，該研究結果發表于頂級期刊《科學》，首席研究員弗朗西斯?阿諾德（Frances Arnold）表示，原本只有化學家才能做到的事情，現在自然界的細菌也能做到了，并且效率更高。

具有硅-碳鍵或有機硅化物的化合物應用廣泛，包括制藥業以及許多其它產品中，包括農用藥劑、油漆、半導體以及計算機和電視屏幕等。然而，這些產品目前都是通過化學合成制造的，因為在自然界尚未發現硅-碳鍵。新的研究表明，通過生物學能夠以更環保、更便宜的方式制造這些硅-碳鍵。該研究首次證明：自然界也能適應并將硅吸收納入作為生命基石的碳基分子。長久以來，科學家一直想弄清楚，地球生命是否可以進化為基于硅元素，而不是基于碳元素。

人類如何接近硅基生命

人工智能成為生命

或許在某一個奇點后人工智能出現了意識，就進化成硅基生命。

人類擺脫碳基肉身，成為硅基生命

比如，人類通過腦機接口技術把大腦上傳到網絡云端，或許就會徹底進化成硅基生物。馬斯克曾經聲稱，他將在未來的某個時間把腦機接口設備植入自己的頭部。而現在，植入式腦機接口設備（BCI）已經獲批可在人體上開展臨床研究。中國腦機接口科學家劉冰說：“即使這一次不批，下一次也會批。爭議永遠存在，風險也要認真評估，但一定會往這個方向走。”