如果说有一种元素适合科幻小说,那就是硅。它简直就是介于天然和人工、生物和电子之间的奇怪混合体,自带各种奇妙结构和古怪行为。科幻作家推测不寻常的生命形式的时候,经常会提到它。
硅在元素周期表中的位置暗示了它强烈的特性反差。它位于两种完全不同的元素的交界处。一边的元素与无处不在的有机生命联系在一起,另一边的元素则是由人类操纵并融入人工技术世界中。硅在这两个阵营都有一席之地,它具有生物学上的作用,也开启了我们所构建的数字世界。
碳元素在生命体内发挥着惊人的生物学功能,硅与它化学上的兄弟——碳有相似之处,这表明硅将是碳的理想替代品。硅存在于我们的体内,尤其是在头发、骨骼和胶原蛋白中,但它是不是必需的,以及每天的最佳摄入量应该是多少,都很难确定。硅在我们的世界中是如此丰富,远远超过碳,可为什么在我们的食物中却如此匮乏呢?这很难研究出什么门道。但这也抛出了一个问题,既然硅如此丰富,化学成分又与碳如此相似,为什么它没有在生命中发挥更大的作用?
相比于硅,碳有其优势。从两个原子到成千上万个原子,通过无穷无尽的排列组合,碳可以形成的分子结构数目超越你的想象。硅也可以形成各种大小的在生物学上有用的分子,但种类少得多。如果说我们可以用碳元素演奏复杂的分子交响乐,那用硅元素只能弹出简单的钢琴曲。
生命的另一个要素是化学键比较容易被打破和重建,从而使生命得以生长和发展。碳的化学键强度“恰到好处”,这使得各种含碳分子比较容易发生重排或重组,这种灵活性使生命过程能够在我们地球上相对温和的条件下进行。在化学键断裂和形成过程中所储存和释放的能量方面,硅远不能与碳相提并论。尤其是硅-硅键很弱,但硅-氧键很强,这导致地球上大部分的硅元素都以硅酸盐或沙子(主要成分为二氧化硅)的形式存在着。
你可能会认为,当硅被锁在化学惰性的沙子里时,以硅为基础的生物系统就会卡顿并停止运转,但实际上,这却是见证它奇迹的时刻。碳的化学性质非常优秀,但硅和氧形成的硅酸盐化合物却是硅少有的优势领域之一。它的外观精美,种类多样,从普通玻璃到石榴石,从滑石到黄玉。硅酸盐在地球上含量丰富,质地坚硬,用途广泛,地球上一些最奇异的生物都使用过硅酸盐。当你看到水中的蛋白石和玻璃海绵这样的科学事实,还需要看科幻小说干什么?
硅藻是一种海洋藻类,它可以吸收溶解在海水中的微量硅酸盐,并用它把自己包裹在保护性的硅化外衣中。在这些显微镜下才能看到的外壳里,二氧化硅和水组合成了复杂的晶体,很像珍贵的猫眼石,反射出彩虹般的颜色。
此外,还有生长在海面数百米以下的珊瑚礁上的玻璃海绵。这些奇怪的生物和我们以及地球上大多数生命形式都不一样。在它内部,硅酸盐编织出一个精密的框架,存在着很多通道和空隙,构筑起一个内部的网络。在水下,这种云状的坚硬玻璃物质自身不能移动,但它们可以让生命从它们精致的结构中通过,通过微小的缝隙过滤掉它们赖以为生的微生物。基于硅酸盐的生命可能更简单、更缓慢,但绝不比其他生命逊色,这意味着生命的可能性并不唯一。
摆脱了氧的束缚,硅可以利用其混合特性的另一面。纯硅与它的邻近元素有一些相似之处,它可以导电,但只在特定的情况下。这意味着可以通过它来控制电流,做出决策,传递信息。这也可能形成另一种“生命形式”,只是和我们熟悉的那些不同。