碳元素：宇宙的千年英雄与生命的构建者

上篇文章我们提到了，见文章:宇宙的有序与生命的诞生：熵值、热量与生命的关系解密 - 简书我们知道了，我们以及这个地球上所有的生命都是碳基生物，宇宙制造了碳元素，进而生成了蛋白质，进而有了多样性的生物。碳元素是千年英雄，这是《生命是宇宙的偶然吗》这本书的原话，我们再来看看这段:

碳元素与其他元素结合在一起，形成了叹为观止的各种各样的分子。氢、氧、氮和硫等元素都渴望与碳元素为伴。碳元素是千面英雄，它能形成的化合物数量可能比所有其他元素加起来还要多。这种组合的数量基本上是无限的，因此才能造就让人难以置信的生命多样性。 咖啡的浓香，薄荷的清香，蝴蝶翅膀上的光辉，承载你每一个想法的神经细胞，所有这些都是由碳化合物构成的。

那么为什么就是碳元素有这个能力组成蛋白质，产生如此多样性呢，不能是别的元素吗？如氧元素、硅元素。我整理了以下两点原因:

1. 碳的化学多样性：碳具有独特的化学性质，可以形成强而稳定的共价键。这使得碳原子能够与其他碳原子以及其他元素（如氢、氧、氮和硫）形成多样化的化学键。这种多样性使得碳能够形成复杂的分子结构，如蛋白质。蛋白质是由氨基酸构成的多肽链，而氨基酸中的碳原子能够提供多样的化学环境，从而赋予蛋白质不同的结构和功能。

2. 碳的稳定性：碳原子形成的碳-碳键和碳-氢键非常稳定，这使得碳基生物分子在生物体内能够持久存在。蛋白质是由氨基酸组成的，而氨基酸中的碳原子起着关键的结构支持和功能性角色。正是因为碳具有独特的化学性质、丰富性、稳定性和化学多样性，使得它成为构建生命分子的理想选择。而为什么不能是硅和氧呢，至少有两方面的原因:1. 硅的化学性质：尽管硅和碳在周期表上相邻，但硅的化学性质与碳有很大的不同。硅形成的键比碳-碳键更强，更稳定，但也更刚性。这限制了硅在构建复杂分子结构方面的灵活性，使其不太适合形成生物分子，如蛋白质。2. 氧元素的电负性：氧是地壳中最丰富的元素之一，但它的电负性较高。氧原子倾向于吸引电子，形成强偏极性的化学键。这使得氧原子更适合形成极性分子，如水和多种有机化合物，而不是构建复杂的非极性分子结构，如蛋白质。宇宙选择了碳作为生命的诞生因素，至少目前如此，那么宇宙的其他地方有没有可能有别的生命形式呢？我们未可而知，但从理论上讲，硅基生物是可能的。硅和碳在周期表上相邻，具有一些相似的化学性质，因此有人提出硅可能在某些条件下替代碳，成为生命的基础元素。当然这都只是理论研究与猜想，还未得到证实。在地球这个环境下，碳无疑是最适合构造生命的。赢就赢在它既稳定，又能产生丰富的多样性。大自然至高无上的伟大成就是创造了生命的分子机制。书中是这样描述这种多样性带来的价值:

显然只有偶然性才能源源不断地供给生物以足够的手段，去击退来自任何一个方面的进攻。 免疫系统胜在多样性，而非偶然性，一个极其复杂的基因系统利用偶然性创造出了那种多样性。 这就是你我都对流感有免疫力，但你的抗体和我的抗体却不一样的原因。蛋白质是生命基础设施里第二重要的角色。DNA可以被认为是生命的操作手册，但如果没有蛋白质来读取，这份手册就什么用处也没有。它一边在某条特定的可行路径上忽略小差错以保持其基本意义不变，同时又在相邻的路径上培育创新。它实际上是行走在保守和创新之间的钢丝绳上。

所以大自然创造生命的过程就是如此自然地产生了，现有氢元素，然后有了氦元素，接着是其他元素，直到有了碳元素，由经过漫长的演化，有了蛋白质，RNA，DNA，进而生产更多多样的蛋白质，基因复制，组成生命，进行繁衍，进化，延续基因传递。