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為什么碳基生物對(duì)環(huán)境的要求那么苛刻?再普遍一點(diǎn),為什么生命那么脆弱 [復(fù)制鏈接]

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離線kevinzu
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【生命是什么】關(guān)于碳基生物的一些討論

之前我請(qǐng)教過我中學(xué)同學(xué)一個(gè)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(gè)核外電子,元素周期表中原子量卻大一個(gè)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(wěn)定的單鍵、雙鍵、三,硅原子雙鍵和三都不穩(wěn)定,因?yàn)樵影霃酱笠恍娮釉浦丿B小,這是從成鍵多樣性來解釋。



這個(gè)問題我記錄在之前的文章里:

為什么自然環(huán)境演化出了復(fù)雜的碳基高分子?這或許和碳基分子的很多屬性有關(guān):碳是擁有4個(gè)價(jià)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(dāng),可以形成各種化學(xué)鍵,所以能夠形成復(fù)雜多樣的高分子有機(jī)物。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]這兩個(gè)論述一個(gè)說明了碳元素在構(gòu)成有機(jī)分子時(shí)候的穩(wěn)定性原因,另一個(gè)說明了多樣性的原因。

我心中還有一個(gè)疑問:

為什么碳基生物對(duì)環(huán)境的要求那么苛刻?再普遍一點(diǎn),為什么生命那么脆弱
帶著這樣的問題,我請(qǐng)教了專業(yè)人士,我的同學(xué):
  1. 我:
  2. 同學(xué),再請(qǐng)教一個(gè)問題:
  3. 為什么碳基生物對(duì)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(duì)水的依賴等。如何從碳基大分子的特性給出解釋?
  4. 李同學(xué):
  5. 我了解的不多,我只能從我理解的方面給出一點(diǎn)解釋,生命體的基本新陳代謝過程包括很多復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),這些反應(yīng)可以正常有序的進(jìn)行,和生物酶的催化有關(guān),酶的催化活性受環(huán)境的影響很大,只有在合適的溫度,pH等環(huán)境下才有活性
  6. 李同學(xué):
  7. 就像胃里是很酸的環(huán)境,有利于消解食物,酸是一個(gè)方面,還有胃蛋白酶,胃蛋白酶有很強(qiáng)的消化分解作用,但是只能在強(qiáng)酸的環(huán)境下發(fā)揮作用,如果這個(gè)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(hù)
  8. 李同學(xué):
  9. 像進(jìn)化到恒溫,也是為了適應(yīng)環(huán)境生存,變溫動(dòng)物在很低溫的時(shí)候,體內(nèi)水分成了冰晶,會(huì)劃破血管,所以很多看似受限的功能,都是自我保護(hù)
  10. 我:
  11. 這個(gè)是引入了一套溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng),增加了整體對(duì)溫度的適應(yīng)范圍。
  12. 李同學(xué):
  13. 我的整體理解是,變量越多,越復(fù)雜,要求越高越精細(xì),越不容易出錯(cuò),是為了更加有序,自發(fā)的反應(yīng)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(xué):
  15. 這種大課題,可以從很多角度和方向去解釋
  16. 我:
  17. 對(duì),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(yè)生產(chǎn)過程中的某些時(shí)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(shí)刻
  22. 我:
  23. 通過外界熵增來熵減,隨便一個(gè)機(jī)械不都是這樣么,比如卡諾循環(huán)
  24. 李同學(xué):
  25. 非自發(fā)的反應(yīng)就需要控制條件,輸入能量
  26. 李同學(xué):
  27. 所以生物要求苛刻,不能很隨意
  28. 我:
  29. 這個(gè)控制條件在生物體內(nèi)好像就是存儲(chǔ)在dna分子中的內(nèi)容,蛋白質(zhì)的合成過程和其它很多過程都需要它的參與
  30. 李同學(xué):
  31. 生物體內(nèi)的反應(yīng)很多,DNA相關(guān)的只是一部分
  32. 我:
  33. 通常的反應(yīng)哪些存在熵減的過程?
  34. 李同學(xué):
  35. 吃喝 呼吸都是
  36. 我:
  37. 這個(gè)過程太大,在微觀上呢?
  38. 李同學(xué):
  39. 應(yīng)該合成任何所需的物質(zhì),蛋白,糖類都屬于
  40. 我:
  41. 工業(yè)生產(chǎn)過程是不是可以類似定義為:
  42. 熵減->有序->實(shí)用價(jià)值?
  43. 李同學(xué):
  44. 籠統(tǒng)地說,生物體也是這樣的
  45. 我:
  46. 只是生物體的這個(gè)過程高明太多,沒有龐大的產(chǎn)業(yè)鏈,環(huán)境友好,創(chuàng)造的是更加復(fù)雜的有序。所以沒有產(chǎn)業(yè)鏈的崩潰的危機(jī):比如供需端的危機(jī)。
[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(guī)律[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)],雖然還沒有答案,但是這是一個(gè)非常值得深思的問題。

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沙發(fā)  發(fā)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(xué)嗎?碳原子,哈哈

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這題不會(huì)

樓主留言:

碳原子啊,最外層四個(gè)電子

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地板  發(fā)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(yù)示著某種有序,而有序會(huì)提供某種功能,也就是價(jià)值。
工廠的生產(chǎn)過程,生命的過程,人類社會(huì)制度的改良....

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4樓 發(fā)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(fā)表于: 01-15 , 來自:江蘇省0==
唉呀喂。我要是看到這種東西,不會(huì)有耐心看下去的。。。。。。
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6樓 發(fā)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(chǔ)的一堆有機(jī)物吧
一個(gè)個(gè)小人偶,在他設(shè)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(fā)表于: 01-15 , 來自:江蘇省0==
等哪一天碳基進(jìn)化到,用尖銳的四氧化三鐵等鑄成物體,都插不進(jìn)刺不進(jìn)去了,就不會(huì)那么脆弱了。

樓主留言:

硅基的適應(yīng)范圍似乎更寬,但是因?yàn)樵影霃酱螅m然和碳在元素周期表的同一列,但是核外對(duì)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(zhì)分子那樣。但是,硅基智慧的潘多拉盒子可能會(huì)由人類打開

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8樓 發(fā)表于: 01-15 , 來自:江蘇省0==
樓主把基調(diào)一下子給調(diào)高了
有點(diǎn)適應(yīng)不了
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9樓 發(fā)表于: 01-15 , 來自:江蘇省0==
硅基的適應(yīng)范圍似乎更寬,但是因?yàn)樵影霃酱螅m然和碳在元素周期表的同一列,但是核外對(duì)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(zhì)分子那樣。但是,硅基智慧的潘多拉盒子可能會(huì)由人類打開
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