并非我們所知的
論生命的化學形式
艾薩克·阿西莫夫
即便是不愉快的經歷，也是能激發靈感的。
舉個例子，我的孩子曾經有一次騙我讓我帶他們去看電視上做廣告的一部怪物電影。“這是一部科幻小說”，他們解釋道。他們并不真的明白什么是科幻小說，不過他們推斷這是他們的爸爸寫的那種東西，因而我們之間的辯論還是相當的激烈。
我試圖根據我自己的定義向他們解釋這不是科幻小說。但是，雖然我有我自己的邏輯，孩子們卻有著他們自己的分貝。
于是，我加入了一條綿延整整兩個街區的隊伍，全是孩子，偶爾有幾個大人在里面苦度光陰，還裝著自己是在等公車并會隨時離開。這是新英格蘭的一個典型的早春時節 — 討厭的細雨在呼嘯的東風里被攪得象針一樣 — 我們緩緩地一寸寸地向前挪著。
最后，在我們離售票處只有
我一邊在暗自歡笑，一邊又說道，“哦，這真太可惜了！”，然后趕著我的那些咆哮不止憤憤不平的孩子們回家。不過，這件事讓我思考，那些電影里的怪物形象是多么地缺乏想象力。它們所表現出來僅有的特征，就是它們的大和它們的破壞力。它們包括巨大的猿，巨大的章魚（或者叫八腕類），巨大的鷹，巨大的蜘蛛，巨大的變形蟲。換句話說，我想這些都是好萊塢所喜好的。單單這就足夠吸引那一大群一大群吵吵嚷嚷的人類幼蟲，因為變得強大和具備破壞力，是這個世界上的每一個精力充沛的少男少女們不便言說的夢想。
不過，這只是真正狂熱的一小部分。我們所需要的是真正的多樣性。當謹慎的天文學家用“Life-as-we-know-it”（我們所知的生命）這一說法來限定那些在另一個世界里的生命的時候，我們就會變得很不耐煩。那些生命可不可以是“Life-not-as-we-know-it”（并非我們所知的生命），好了，這才是我想討論的東西。
作為開始，我們不得不先確定什么是“Life-as-we-know-it”（我們所知的生命）。顯然，“Life-as-we-know-it”（我們所知的生命）極其的多樣。它有飛的、跑的、躍的、爬的、跳的、游的、以及不動的。它有綠的、紅的、黃的、粉的、蒼白的還有多彩的。有的生長，有的不長；有的吃東西，有的不吃東西。有的有骨骼，有的有外殼，有的板結，有的柔軟；有的有四肢，有的有觸手，有的則什么附屬物也沒有。有的有毛，有的有鱗，有的有羽，有的有葉，有的多刺，還有的則是赤裸。
如果我們將上述這些都當作“Life-as-we-know-it”（我們所知的生命）的話，我們就不得不找出某些它們所共有的東西。我們可能會說這些都是由細胞所構成的，只不過這是有例外的。對任何一個曾經感冒過的人來說，病毒都是一種重要的生命形態，而它就不是由細胞所構成的。
因此，我們必須超越生理學層面，而進入到化學層面。我們說所有的生命都是由一組核酸分子組成的，后者通過蛋白質的作用，在以水為媒介的環境中，導引和控制著一系列化學反應。
盡管有更多關于生命定義的細節，這幾乎是不可盡數的，但我正試圖抽絲剝繭，以期找到其中最基本的要素。對于“Life-as-we-know-it”（我們所知的生命），水是其中不可缺少的舞臺背景，而舞臺上的角色則是核酸和蛋白質。
因此，在對任何特定地方存在生命進行可能性評估的時候，如果那里缺少水，或者水只是以固態的冰或氣態的蒸汽的形式存在，任何科學家都會立刻停止考慮上述地方的。
（順便地，你可能在想，為什么我沒有把氧氣作為基本要素。我沒有把氧氣作為基本要素，因為它不是。確實，氧氣是大部分生命形式在形成能量的過程中所涉及的最典型的物質，但它并不是一種總會涉及到的物質。在我們的體內有組織讓我們能夠在暫時缺氧的情況下生活，在自然界也有些微生物能夠在長期缺氧的環境下生存。幾乎可以明確地說，地球上的生命發端于一個無氧的大氣環境，甚至到今天，仍舊有一些微生物只能在無氧的環境下生存。但是，在地球上，沒有哪一個已知的生命形式，可以在完全無水的環境下生存，或者可以不含有核酸和蛋白質。）
為了討論那些“Life-not-as-we-know-it”（并非我們所知的生命），讓我們試圖改變一下生命的舞臺背景或舞臺上的角色。先從舞臺背景開始！
水是一種神奇的物質，具備一系列非凡的特性，對于那些“Life-as-we-know-it”（我們所知的生命），它是非常理想的。對于生命而言，水是如此完美的適合，以至于一些人理所當然地將水的一些性質看作是神賜的。但是，這其實是不對的，因為生命是進化成這樣的，它逐漸適應了以水作為媒介。生命適應水，而不是相反。
那我們是否可以想象生命進化并適應了其它種類的液體呢？一種也許與水非常類似的東西。一個很明顯的候選者就是氨。
氨幾乎在任何方面都同水非常類似。水的分子結構包含一個氧原子和兩個氫原子(H2O)，它的分子量為18，而氨的分子由一個氮原子和三個氫原子組成(NH3)，它的分子量為17。液氨與水比較，氣化所需的溫度幾乎是一樣的高，作為溶劑的用途幾乎是一樣的廣泛，釋放氫原子的傾向也幾乎是一樣的。
事實上，化學家已經在研究那些在液氨中發生的化學反應，并且發現它們可以和那些在水中進行的化學反應相類比。“氨化學”已經被研究得相當細致了。
因此，以液氨作為生命背景是很有可能的，不過不是在地球上。地球上的溫度讓氨以氣體的形式存在。氨的沸點是
那么其它行星呢？
在1931年，借助分光鏡，科學家揭示出木星的大氣，以及土星的大氣（在相對較少的程度上），都含有氨。有一種理論說，木星上覆蓋有巨大的氨的海洋。
確實，木星可能具有的溫度不超過
然而，針對將氨作為生命背景的觀念，一種反對的意見可能被提出。它基于這樣一個事實，任何活著的生物體，都是由那些可以參與快速的、精細的、和多樣的化學反應的，不穩定的化合物組成的。組成“Life-as-we-know-it”（我們所知的生命）的，必須是處于不穩定邊緣的蛋白質。溫度的小小提高，都會令它們破環分解。
而在另一方面，溫度的下降，也可能令蛋白質分子變得太過穩定。當溫度接近水的冰點時，所有的非溫血生物都會變得非常懶散。在一個液氨環境下，溫度甚至比水的冰點還要低百度左右，那些化學反應會不會變得太過緩慢而無法支持生命呢？
答案有兩方面。首先，為什么要把“慢的”說成是“太慢了”？為何不能有一種生命形式生活得比我們慢呢？植物就是嘛。
其次，也是更重要的，是形成生命的蛋白質結構讓自己適應了周遭環境的溫度。如果讓蛋白質結構在液氨溫度條件下也經歷數十億年來適應這樣的溫度，它就很可能會進化得在液態水溫度下哪怕待上幾分鐘就會變得非常不穩定，而在液氨溫度下則會變得足夠穩定而能適宜地生存。
我們無法想象這樣的結構可能會是一個什么樣子，但我們也無需擔心。假設我們是一種長期生活在赤熱環境中的生物（自然是基于一套與我們現有理論存在本質區別的化學）。在這種情況下，我們能理解地球上的那種蛋白質嗎？我們會將壓力容器冷凍到
那么，除了氨之外，還有什么呢？
好的，在宇宙中，真正普遍存在的元素是氫、氦、碳、氮、氧和氖。我們去掉氦和氖，因為它們是惰性氣體，并且幾乎不參與任何化學反應。宇宙中絕大多數的元素是氫，因此，碳、氮和氧都會以氫化物的形式存在。氧的氫化物就是水(H2O)，而氮的氫化物就是氨(NH3)。這兩個我們都已考慮過了。現在就剩下碳，它和氫構成甲烷(CH4)。在木星和土星上，除了氨以外，還存在甲烷。而在更遙遠的天王星和海王星上，甲烷則是主要的物質，而氨則被凍結成了固體。這是因為液態甲烷有著比液氨更低的溫度。在常規大氣壓下，甲烷的沸點是
我們能否將甲烷看作是生命的一種可能的舞臺背景，而舞臺上的角色是一種更加不穩定的蛋白質呢？很不幸，這個并不這么簡單。
氨和水都是極性化合物，也就是說，分子間的電荷呈非對稱分布。而甲烷分子的電荷分布則是對稱的，換句話說，甲烷是非極性化合物。
一種極性液體可以用來溶解極性物質，而不能溶解非極性物質。而一種非極性液體則可以用來溶解非極性物質，它是無法溶解極性物質的。
因此，水，由于它是極性的，它可以用來溶解鹽和糖，不過它不能用來溶解脂或油（合在一起就是化學家所謂的類脂化合物(lipid)），因為后者是非極性的。這也就是俗語中所說的“油和水不相容”的道理。
另一方面，甲烷，作為一種非極性化合物，能夠溶解類脂化合物而不能溶解鹽或糖。由于蛋白質和核酸是極性化合物，當然它們也就無法溶解在甲烷當中。事實上，很難設想任何一種結構能夠讓蛋白質和核酸溶于甲烷。
如果我們考慮以甲烷作為生命的舞臺背景的話，那么現在，我們就必須更換舞臺上的角色了。
為此，讓我們看一下蛋白質和核酸，然后問我們自己，是什么使蛋白質和核酸對生命而言如此的重要？
好的，蛋白質和核酸都是巨分子結構，能夠在結構上帶來幾乎是無窮無盡的變化，因而具備了功能廣泛這一潛在的能力，而后者作為基礎，是任何一種幾乎是無窮無盡變化著的生命所必需的。
有沒有另一種分子結構，能夠像蛋白質和核酸一樣，變得很大很復雜，而且還是非極性的，因而能夠溶于甲烷？最普通的跟生命相關的非極性化合物就是類脂化合物，因此我們不禁會問，類脂化合物能否以巨分子的結構存在？
如此巨大的類脂化合物分子不僅可能，而且真實存在。特別地，腦組織中就含有復雜結構（以及未知功能）的巨型類脂化合物分子。到處都存在著所謂的“類脂化合物蛋白”和“蛋白類脂化合物”，它們都是由一部分的蛋白質和一部分的類脂化合物組成的單個巨大分子。人類只是了解了類脂化合物化學的一點皮毛。直到近幾十年，我們才發現，非極性分子的潛能要比我們所知道的更大。
同時也記住，地球生命的生物化學的進化過程始終是圍繞著水這種極性媒介所展開的。為中心的。假設生命在比如甲烷這樣一種非極性媒介中進化，同樣的進化力量將使脂類分子通過不斷的增殖，成為復雜的、微妙而又易變的結構，進而能夠完成通常與蛋白質和核酸相關聯的那些功能。
繼續從溫度方面加以討論，我們會遇到少數的幾個常見的在低于液態甲烷溫度下仍呈液態的物質。它們是氫、氦和氖。同樣地，去掉氦和氖，這樣我們就只剩下氫，這個在宇宙中最常見的物質。（有些天文學家認為木星的五分之四是由氫組成的，其它的大部分是氦。在這里就要跟氨的海洋說再見了。）
氫在
到目前為止，所有的討論都集中在那些比地球更冷的行星上。那么那些比地球更熱的行星呢？
作為開始，我們必須認識到在行星中所存在的嚴格的化學區隔。在太陽系里，或者姑且推而廣之到整個宇宙，有三種形式的行星。
在寒冷的行星上，分子的運行比較緩慢，甚至連氫和氦（在各種物質中最輕的因此也是最靈活的）也運動得足夠緩慢，以至于在行星的形成過程中被保留在一起。氫和氦在一起形成了我們所熟知的那些巨大的氣態行星，如木星、土星、天王星、海王星。
在較熱的行星上，氫和氦運動快速且容易逃逸。更復雜的原子，作為氫和氦的海洋里僅有的雜質，能夠形成那些小的行星。其后的主要氫化物是水。水不僅有甲烷-氨-水三者中最高的沸點，而且也是最容易和硅酸鹽形成緊致的復合物，從而形成行星那堅硬的外殼。
這樣就形成了象火星、地球和金星這樣的行星。在這里，是不可能有以氨和甲烷為舞臺背景的生命形式。首先，溫度高得足以讓這些物質氣化。其次，即使這些行星上在形成之后曾經經歷過一個長期的超級冰河期，期間的溫度降到足以液化氨或甲烷，這仍不足道。因為那里沒有足夠大量的液氨和液態甲烷來支持一個遍及世界的生命形式。
想象一下，一個比上述的那三顆行星更熱的世界，一個熱得足以連水都蒸發掉了的世界。這個熟悉的例子就是水星。這是一個由堅硬的巖石組成的，這些巖石如果有的話，也只會含有少量的氫或氫化物。
難道這就能讓我們排除可能具有的生命形式了嗎？
未必。
然而，對于這樣一種生命的舞臺背景，這舞臺上的角色又會是什么樣的呢？
到目前為止，所有我們考慮過的那些復雜分子結構都是些普通的有機分子，巨分子，它們主要是由碳和氫所構成的，并摻雜了較多的氧和氮，和較少的硫和磷。單純的碳和氫只會構成非極性分子，而氧和氮的加入則能增加分子的極性數量。
在以液態水為舞臺背景的世界里，在生物機體組織的成分當中，氧原子的數量當超過氮原子的數量，地球就是一例。而在以液態氨為舞臺背景的世界里，我估計氮原子的數量將明顯超過氧原子。根據所含的氧原子和氮原子數量的多寡，可以用來區隔不同亞種的蛋白質和核酸分子。
而在以液態甲烷和液態氫為舞臺背景的世界里，類脂化合物的成分里缺乏氧和氮，而主要是碳和氫，這就是為什么類脂化合物是非極性化合物的理由了。
但是，在一個如水星般炎熱的世界里，所有這些化合物都不存在。沒有哪種有機化合物，除非一些非常簡單的，能夠長時間耐受液態硫磺的溫度。事實上，地球上的蛋白質在
那如何確定有機化合物呢？首先的想法，或許是可不可以用其它元素來替代氫原子，因為在這樣炎特的世界里，氫將極度缺乏。
讓我們來觀察一下氫原子。由于它是所有原子中最小的，因此它可以擠進分子結構里其它原子無法進入的地方。任何碳鏈，無論多么復雜，都能夠在其周遭附著上氫原子，使其成為碳氫化合物，也就是烴類。如果用其它原子，就會顯得太大了。
那哪一個能作為替代氫原子呢？好的，一種和氫原子的化學屬性相近（至少就參與特定分子的結合的能力而言）而且和氫原子一樣小的原子就是氟。不幸的是，氟太活躍了以至于化學家們總是覺得它難以對付，因此自然而然地會去研究更加馴服的原子種類。
這在二戰期間得到了改變。那時，六氟化鈾是唯一能讓鈾變成一種容易氣化的化合物。正是因為對鈾的研究所需（原因你懂的），氟才受到重視，不管是否情愿。
結果，得到了一整組的“碳氟化合物”，它是由碳和氟，而非碳和氫，構成的復雜分子，也是氟基有機化學的基礎。
誠然，碳氟化合物比對應的碳氫化合物要不活躍得多（事實上，它們在工業上的用途正是在于它們的這種不活躍），并且它們似乎最不能適應構成生命所必需具備的靈活性和多樣性。
然而，發展至今的碳氟化合物，可以和氫基有機物中的聚乙烯和聚苯乙烯相類比。如果我打算只從聚乙烯來判定氨基有機物的潛力的話，那我真懷疑我們能否很容易地來設想蛋白質的潛力。
據我所知，還沒有人做過氟化蛋白的研究，或者甚至還沒有人想過要去研究它。但是，為什么不呢？我們可以非常確信，氟化蛋白在常溫環境下應該不會比普通的蛋白質來得活躍。但是在象水星這樣的星球上，那里會非常熱，會將氫基有機物完全破壞，而氟基有機物卻有可能變得恰好足夠活躍，以至于可以來支持生命，特別是由那些生命形成的氟基有機物。
那些以硫為介質的碳氟化合物生物所依賴的，當然是基于這樣的假設，那就是在那些炎熱的行星上，氟、碳和硫的數量足以支持讓生命在數億年里形成所需的隨機化學反應。這些元素在宇宙中比較常見，所以上述假設并不是天方夜譚。但是，為了保險起見，讓我們考慮其它可能的選擇。
假設我們不用碳作為構成生命的巨分子的主要成分，有沒有和碳的獨特屬性相近的元素— 能夠構成長鏈和長環—從而使能夠用來表達生命多樣性的巨分子結構得以存在呢？
在這方面離碳最接近的原子是硼和硅，硼在元素周期表中位于碳的左邊，而硅則位于碳的正下方。然而，這兩個元素中，硼是相對稀少的元素。由于硼在地殼中的低聚集性，讓它參與的那些產生生命的隨機化學反應會非常緩慢，從而在僅有的五十憶年當中，產生以硼為基礎的生命的概率幾乎不存在。
那就只剩下硅了。不過至少，我們有充分的事實依據的。水星，或者其它的炎熱的行星，可能缺乏碳、氫和氟，但它一定富含硅和氧，因為這是巖石的主要成分。一個一開始就缺乏硅和氧的炎熱的行星將無法存在，因為它將不會比那些散布著的鎳-鐵隕石有更大的質量。
硅可以形成同碳鏈相類似的化合物。氫原子可以鏈接硅鏈，而非碳鏈，從而形成硅烷。不幸的是，硅烷會比其對應的碳氫化合物更來得不穩定，并且在不太可能在高溫下存在于一個形成生命所需的復雜分子結構當中。
誠然，硅確實能夠在巖石中形成復雜的長鏈，并且這樣的長鏈能夠輕易耐受高熱。然而，我們這里討論的不是那種只鏈接硅原子的硅長鏈(Si-Si-Si-Si-Si)，而是那種部分硅原子被氧原子所取代的硅長鏈(Si-O-Si-O-Si)。
每一個硅原子鏈接四個氧原子，因而你須將它們想象成這些氧原子每個都和它上面的和下面的硅原子相鏈接，同時，它也和周圍的硅原子相鏈接。這樣就構成一個三維立體的網絡結構，因而它是非常穩定的。
然而以這種硅氧鏈為基礎, 當它鏈接的另外兩個原子不是氧原子而是碳原子會怎樣呢？當然這種情況下，碳原子還可進一步鏈接氫原子。這種雜交分子，無論是硅基的，還是以碳基的，都被稱作硅酮。這些化合物同樣也是主要在二戰時期開發出來的，從它們誕生之日起，它們就以極強的穩定性和不活潑性而引人注目。
同樣地，在具備更大的復雜度和高溫的條件下，硅酮將展示其形成生命所需的活躍性和多樣性。另一種可能性：也許存在某種硅酮，它們含有通過氟原子，而非氫原子鏈接的碳鏈。我們可以叫它氟化硅酮(Fluorosilicones)，雖然，據我所知 — 很可能我是錯的 — 目前還沒有對它的相關研究。
硅酮或氟化硅酮，可不可能這種化合物的簡單結構（在高溫環境下保持為液體狀態）形成了生命的舞臺背景，而其復雜結構則形成了這舞臺上的主要角色呢？
就此，依據溫度的不同，從赤熱到接近絕對零度，我們可以將生命的化學構成列示出來：
1， 以氟化硅酮為介質的氟化硅酮生物；
2， 以硫為介質的碳氟化合物生物；
3，* 以液態水為介質的核酸/蛋白質（以氧為基礎的）生物；
4， 以液氨為介質的核酸/蛋白質（以氮為基礎的）生物；
5， 以液態甲烷為介質的類脂化合物生物；
6， 以液氫為介質的類脂化合物生物。
在這六個當中，只有第三個是“Life-as-we-know-it”（我們所知的生命），我在它上面打上了星號以免遺漏。
當然，這并沒有窮盡我們的想象，因為科幻作家早已假定存在著靠核能生存的金屬生物，生活在天然氣里的霧狀生物，生活在恒星上的能量生物，生活在空間里的心智生物，還有生活在多維空間里的不可名狀的生物，等等。
不過，基于宇宙中那些最常見的原子，它似乎包含了通過純粹的化學現象最有可能產生的那些生命形式。
因此，當我們走向太空，那里可能會讓我們有多于預期的發現。我不僅可以期待和我們具備相同生命形式的外星人兄弟相遇，我還會希望在那些并非我們所知的生命形式的可能性當中找到我們的遠房表兄弟。
事實上，我認為我們會偏愛我們的這些表兄弟。在我們的兄弟之間，競爭可能會很激烈，甚至超級激烈，因為我們或許都非常想攫取對方的星球。而由于相互之間能夠完美地吻合，我們和我們的那些在炎熱世界的或者在寒冷世界的表兄弟之間，有的只有友誼。每個星球都自成一體，生活在自己的星球上的生命將自給自足。而每個星球對其它星球而言，既無用也無求。
現在可以再來看摩西十誡中的第十誡（譯者注：“第十誡：不可貪戀他人的房屋；也不可貪戀人的妻子、仆婢、牛驢，并他一切所有的。”），容易理解多了！
