福利赠书第136期！人类首次发现地外生命？为什么生命总是青睐于“碳”

最近，关于外星生命的报道再次活跃起来。先是科学家从小行星探测器“隼鸟2号”采集的样本中，检测到了20多种氨基酸；又有美国前总统克林顿透露，曾派特工前往51区寻找外星人。不过迄今为止，人类对于外星生命的探索和猜想都是基于我们最熟悉的生命形式——地球上的“ 碳基生命 ”。

隼鸟二号探测器|图源：网络

在人体的4 种最基本元素——氧、碳、氢和氮中，氧元素的含量是最高的，占到人体的大约65%，碳元素则屈居第2位。那为什么地球生命不叫“氧基生命”呢？

人体基本元素占比|图源：《宇宙全书：国家地理新视觉指南》

答案是人体内的氧大多存在于水中，水对于人体虽然重要，但真正赋予我们各种生命功能的却是碳。作为第6 号元素，碳位于稳定电子数2和10的中间（ 更多关于稳定电子数的介绍见《碳如何玩转地球》 ），碳可以通过得到电子、释放电子，或以各种方式与2 个、3个或4个相邻原子共享电子，来达到稳定的化学结构。生物分子能否成功实现功能很大程度上取决于它们的三维结构，而生命需要各种形状的生物分子——链状、环状、树状、笼状……碳元素的4个化学键使它易于连接，从而可以形成各种原子链和复杂分子链，满足生命的多样化需求。

碳可以搭建一系列生物分子|图源：网络

你的皮肤和头发、血液和骨骼、肌肉和筋腱，实际上，是你体内的每个细胞甚至细胞的每个部分，都依赖于坚固的碳骨架。母乳中的碳支撑起孩子心脏的跳动。爱人的眼睛、手、嘴唇以及大脑均以碳为基础。当你呼吸时，碳从鼻腔逸出；当你亲吻时，碳在唇齿间徘徊。

大自然以神奇的碳元素为骨架，构建出丰富多彩的碳基生命；人类通过燃烧木头、煤、石油等碳基燃料获取能源，创造出塑料、石墨烯等各种新型材料。可以说，没有碳就没有我们今天的人类文明。

各种形状的碳基材料分子

宇宙大爆炸、地心之谜、板块运动、生命起源、生命演化、寒武纪生命大爆发、火山喷发、气候变化、塑料污染、能源危机、新型材料……从宇宙起源到现代文明，凡是你感兴趣的科学话题，几乎无一处不见碳的足迹！从某种意义上说，碳的故事就是一切的故事，碳科学的研究或将为人类的一些重大问题提供答案。

美丽的含碳晶体

然而从碳的数量和形式，到碳的运动和起源，我们对碳的了解少得可怜，为了寻求这些问题的答案，“深碳观测计划”（Deep Carbon Observatory，DCO）于2008年在华盛顿启动，项目定位为以碳元素为中心，拓展人类对于地球的认识。10余年来，DCO已经发展成一个由1200多名科学家组成的遍布全球、超越传统学科限制的科学网络。来自包括中国在内的50个国家的生物、物理、地质、化学等不同领域的科学家，以前所未有的广度和深度，共同绘就了一幅崭新、绝美、宏大的科学图景！

人类对碳充满未知

作为“深碳观测计划”的发起人，美国矿物学会前主席罗伯特·M.哈森以DCO项目10余年的科学成果为基础，以碳在土、气、火、水中的流转为线索，带领我们从宇宙大爆炸开始，从碳循环的视角见证地球和生命45亿年的演化历程，同时讲述了科学成果背后充满惊险和趣味的科学家故事，将众多领域的开创性发现融汇为一部万物演化的交响乐。

第一乐章“土之运动：晶体中的碳”介绍了关于地球地质演化的新知洞见；第二乐章“气之运动：循环中的碳”讲述了地球上宏伟的碳循环，碳在大气中的存在稳定了气候，使陆地上的生命得以进化；碳在能源、工业和新兴高科技领域发挥着活跃的作用，塑造了人类近现代的生活形态，这就需要第三乐章“火之运动：材料中的碳”与之匹配；第四乐章“水之运动：生命中的碳”，探索了生命的起源和演化。伴随着生命演化的多样性与创新性，乐章陡然加速，碳的交响乐迅速走向尾声，碳科学的诸多主题也汇集到一起。

我们知道的越多，就会发现未知的东西也越多，而科学家们将继续满怀热情地寻找未知的答案。