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為什么碳基生物對環境的要求那么苛刻?再普遍一點,為什么生命那么脆弱 [復制鏈接]

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離線kevinzu
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樓主  發表于: 01-15 , 來自:江蘇省0==
【生命是什么】關于碳基生物的一些討論

之前我請教過我中學同學一個問題:為什么我們的世界里的生物都是碳基的?而不是同樣是4個核外電子,元素周期表中原子量卻大一個周期的硅元素呢?她一語解開了我心中的疑惑:
碳原子可以形成穩定的單鍵、雙鍵、三,硅原子雙鍵和三都不穩定,因為原子半徑大一些,電子云重疊小,這是從成鍵多樣性來解釋。



這個問題我記錄在之前的文章里:

為什么自然環境演化出了復雜的碳基高分子?這或許和碳基分子的很多屬性有關:碳是擁有4個價電子的最小原子。它的大小合適,原子量只有12。其電子失去的能力(還原性)和得到電子的能力(氧化性)相當,可以形成各種化學鍵,所以能夠形成復雜多樣的高分子有機物。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]這兩個論述一個說明了碳元素在構成有機分子時候的穩定性原因,另一個說明了多樣性的原因。

我心中還有一個疑問:

為什么碳基生物對環境的要求那么苛刻?再普遍一點,為什么生命那么脆弱
帶著這樣的問題,我請教了專業人士,我的同學:
  1. 我:
  2. 同學,再請教一個問題:
  3. 為什么碳基生物對生存條件的要求比較苛刻,比如可以生存的溫度范圍很窄,對水的依賴等。如何從碳基大分子的特性給出解釋?
  4. 李同學:
  5. 我了解的不多,我只能從我理解的方面給出一點解釋,生命體的基本新陳代謝過程包括很多復雜的化學反應,這些反應可以正常有序的進行,和生物酶的催化有關,酶的催化活性受環境的影響很大,只有在合適的溫度,pH等環境下才有活性
  6. 李同學:
  7. 就像胃里是很酸的環境,有利于消解食物,酸是一個方面,還有胃蛋白酶,胃蛋白酶有很強的消化分解作用,但是只能在強酸的環境下發揮作用,如果這個酶泄露出去,是幾乎沒有活性的,要不就把很多器官都消化了,這是一種自我保護
  8. 李同學:
  9. 像進化到恒溫,也是為了適應環境生存,變溫動物在很低溫的時候,體內水分成了冰晶,會劃破血管,所以很多看似受限的功能,都是自我保護
  10. 我:
  11. 這個是引入了一套溫度調節系統,增加了整體對溫度的適應范圍。
  12. 李同學:
  13. 我的整體理解是,變量越多,越復雜,要求越高越精細,越不容易出錯,是為了更加有序,自發的反應都是熵增的,但是生命體是從無序到有序的過程,是熵減的
  14. 李同學:
  15. 這種大課題,可以從很多角度和方向去解釋
  16. 我:
  17. 對,自然界中熵減的過程太少了
  18. 我:
  19. 除了生命體的很多過程,剩下的也就人類的工業生產過程中的某些時刻了
  20. 我:
  21. 宇宙中的某些過程也有熵減,比如恒星和行星的形成過程的某些時刻
  22. 我:
  23. 通過外界熵增來熵減,隨便一個機械不都是這樣么,比如卡諾循環
  24. 李同學:
  25. 非自發的反應就需要控制條件,輸入能量
  26. 李同學:
  27. 所以生物要求苛刻,不能很隨意
  28. 我:
  29. 這個控制條件在生物體內好像就是存儲在dna分子中的內容,蛋白質的合成過程和其它很多過程都需要它的參與
  30. 李同學:
  31. 生物體內的反應很多,DNA相關的只是一部分
  32. 我:
  33. 通常的反應哪些存在熵減的過程?
  34. 李同學:
  35. 吃喝 呼吸都是
  36. 我:
  37. 這個過程太大,在微觀上呢?
  38. 李同學:
  39. 應該合成任何所需的物質,蛋白,糖類都屬于
  40. 我:
  41. 工業生產過程是不是可以類似定義為:
  42. 熵減->有序->實用價值?
  43. 李同學:
  44. 籠統地說,生物體也是這樣的
  45. 我:
  46. 只是生物體的這個過程高明太多,沒有龐大的產業鏈,環境友好,創造的是更加復雜的有序。所以沒有產業鏈的崩潰的危機:比如供需端的危機。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]這里我們額外討論了生物過程的“熵減”問題,并嘗試尋找所有“熵減”過程的普遍特征和規律[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)],雖然還沒有答案,但是這是一個非常值得深思的問題。

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離線xianmp3
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沙發  發表于: 01-15 , 來自:江蘇省0==
太高深了,看不懂啊!

樓主留言:

難道不是初中化學嗎?碳原子,哈哈

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板凳  發表于: 01-15 , 來自:江蘇省0==
這題不會

樓主留言:

碳原子啊,最外層四個電子

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地板  發表于: 01-15 , 來自:江蘇省0==
我竟然一字一句的看完了

樓主留言:

碳原子的特性決定了碳基生物的特性。
任何熵減少的過程預示著某種有序,而有序會提供某種功能,也就是價值。
工廠的生產過程,生命的過程,人類社會制度的改良....

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4樓 發表于: 01-15 , 來自:江蘇省0==
回 白開水momo 的帖子
白開水momo:我竟然一字一句的看完了 (2025-01-15 15:35)

我都沒看
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5樓 發表于: 01-15 , 來自:江蘇省0==
唉呀喂。我要是看到這種東西,不會有耐心看下去的。。。。。。
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6樓 發表于: 01-15 , 來自:江蘇省0==
以造物主視角
人類就是以碳基為基礎的一堆有機物吧
一個個小人偶,在他設定的程序下跑起來

樓主留言:

為什么造物主選擇了碳基,而不是硅基?

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7樓 發表于: 01-15 , 來自:江蘇省0==
等哪一天碳基進化到,用尖銳的四氧化三鐵等鑄成物體,都插不進刺不進去了,就不會那么脆弱了。

樓主留言:

硅基的適應范圍似乎更寬,但是因為原子半徑大,雖然和碳在元素周期表的同一列,但是核外對核外電子的掌控弱,這大致自然條件下很難形成硅基大分子-----就好比碳基的蛋白質分子那樣。但是,硅基智慧的潘多拉盒子可能會由人類打開

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8樓 發表于: 01-15 , 來自:江蘇省0==
樓主把基調一下子給調高了
有點適應不了
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離線kevinzu
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9樓 發表于: 01-15 , 來自:江蘇省0==
硅基的適應范圍似乎更寬,但是因為原子半徑大,雖然和碳在元素周期表的同一列,但是核外對核外電子的掌控弱,這大致自然條件下很難形成硅基大分子-----就好比碳基的蛋白質分子那樣。但是,硅基智慧的潘多拉盒子可能會由人類打開
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