美国航空航天局（NASA）在美国的一个盐湖里发现了一种能够“用砷替代磷”的细菌，据说这个发现“对外星生物学有重要意义”。 有些科学家认为，外星的生命未必会和地球的生命差不多。他们愿意发挥自己的想象力来推测它们的样子，其中最基础的问题就是“它们的化学组成是什么”？这个问题，不但科幻小说家爱琢磨，科学界也讨论得热火朝天，比如美国国家研究理事会（National Research Council）就曾于2007年出版过一份长达116页的报告《假设的生命替代化学物质》！
1 氧和水 相对简单
最简单的替代，是替代氧气。我们随时都要吸进氧气，呼出二氧化碳，但氧气这东西真的是可以替代的。除了我们平常吃的碳水化合物和蛋白质之外，地球上还有其他生物能靠氧化一些奇怪的东西来获得能量，比如一些硫细菌栖息于含硫化物和氧的水中，通过将硫化物氧化成硫酸来获得能量。在外星环境下，氧也是可以替代的，科学家们认为最适合代替氧的元素是氯。但氯在宇宙中的含量要比氧少很多，所以充满氯的星球可能比充满氧的更罕见。
稍稍难一点的是“用什么东西替代水”。地球上所有的生物都需要水才能生存。生物体内充满了水，没有水作为溶剂和载体，生命活动很难完成。没有比水再好的“生命液体”了，所以科学家们特别留意其他星球上是不是有水，尤其是有没有液态水。
不过，实在没有水，生命也可能利用其他液体生存。氨水（液态氨）是一个不错的候选者。氨水可以溶解很多金属元素，以及大多数有机分子，很多元素都可以在氨水中发生化学反应。所以有人提出过“氨水生物”的设想。不过氨水也有很多缺点。它的沸点太低，-33℃就变成气态了。所以，在那些特别冷的星球，可能会有生长速度极其缓慢的生物生活在氨水中。
还有一个备选是氟化氢，这个东西能在-84℃到19.54℃的范围内保持液态。但是氟化氢在宇宙中的含量很少，而且能形成氟化氢的地方大多也能形成水。
其他可供选择的“生命液体”还包括甲烷、甲酰胺、硫化氢、氯化氢等等。不过，它们也各有各的缺点。
2 替代碳 硅有戏
更难的是替代“建造”生命的基本元素。地球生物体中最重要的六种元素是“碳、氢、氮、氧、磷、硫”，NASA找到了用砷替代磷的细菌，就已经引发很多议论，可见找到这些元素替代品的重要意义。
在这些元素里，碳无疑是老大。碳元素是自然界里最活跃的“交际花”。目前全世界发现的数以百万计的化合物中，绝大多数是碳的化合物。没有碳牵头组织的各种化合物，地球上的生物根本没法存在。有科学家认为无碳无生物，这些科学家被称为“碳沙文主义者”。
但也有人反抗“碳沙文主义”。最常被提到的碳替代品是硅。在元素周期表中，硅就住在碳的楼下。像碳一样，硅也可以用来构建能够承载足够信息的大分子。
不过，硅的化学性质不如碳活跃，不容易和很多元素结合。另外，硅也不容易形成丰富多彩的化学结构。
我们都知道，二氧化碳是一种气体，而且溶于水，所以容易被植物吸收，而植物体内的碳正源于空气中的二氧化碳，动物身体里的碳来自植物。但是，二氧化硅是一种固体。它是沙子的主要成份。植物要利用它势比登天。硅基动物就更悲催了，它们呼吸排出的废物或许会是二氧化硅，所以肺、气管、鼻孔里都填满了沙子……所以，如果是需要水的生物，就很难是硅基的。不过，如果以氨水代替水，或许硅也能代替碳成为生物的基础。
3 硅生物 需“变通”
在相同的自然条件下，硅生物肯定不如碳生物容易形成，但还有更悲催的消息等着它。根据1998年的观测数据，在星际介质中碳和硅的比例是10:1，一般来说，有硅的地方也有碳。这就是说，硅生物原本就比碳生物难以产生，而碳又比硅多得多，所以我们发现可爱的硅基生物的可能性就是非常小的。要知道，地壳中元素含量的排名是氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢、钛、碳、氯、磷……硅排第二，碳则被挤出了前十名。即便如此，地球生物还是碳基的。可见，在碳含量比硅多的地方，那硅就更没戏了。
虽然如此，在地球上还是有能够利用硅建造自己身体的生物，比如说硅藻的外壳就是由果胶质和硅质组成，这给了它们玻璃工艺品一般的美丽外形；禾本科植物的细胞壁中也含有硅，让它们更加坚硬而且难以被动物消化。所以，有些星球上，生物的身体结构或许主要由硅组成，而新陈代谢所需要的蛋白质则是碳基的。硅化合物可能在一些和地球温度和压力不同的类地行星上大展拳脚，它可能会和碳协力建造生物。比如说，一个地方天天火山爆发，产生了很多可以利用的硅化合物，一些碳基生物披着坚硬的硅外壳，抵抗着飞石的灼烧和打击，淡定地生长着……
但是，也有科学家认为，硅基生物也可能和碳基生物完全不同，英国生物化学家A·G·凯恩斯-史密斯在1985年推出的备受争议的著作《生命起源的7条线索》中写道，地球上最早的生物可能是硅基的胶体矿物。它们看起来像泥巴，但却可以呼吸和繁殖……
4 非碳族 “P-N”链有谱
如果没有碳族，能形成生物体所需要的长链吗？
“砷辅细菌”新闻的配角磷（P）就是一个候选者，它可以和氮（N）形成稳定的共价键，产生各种大分子，其中包括长链。这样的长链被叫做“P-N”链。
地球上的氮很多，占空气中的78%，但是呢，磷和氮却并不容易牵手。因为氮是一种相当不活跃的元素，要想让它对别的元素“动真情”需要相当大的能量。那么，“P-N”链有没有可能在什么环境中产生呢？
答案是，如果氮本身就已经不再“单身”，而是和其他元素组成了“家庭”，磷就有机会上下其手，和氮结合了。地球上就有这样的物质，主要是氨气（NH3）和二氧化氮（NO2）。这些东西有很多都是人类产生的空气污染物，我们对它们相当熟悉。
在某些环境中，空气中可能会含有大量的氨气或二氧化氮。在这里可能会生活着“P-N”植物，以“二氧化氮环境”为例，植物可以从空气中吸收二氧化氮，从土地里吸收磷。二氧化氮和磷结合在一起，形成组成植物身体的“P-N”物质，然后放出多余的氧气。回忆一下，地球上的植物干些什么？它从空气中吸收二氧化碳（CO2），从土壤里吸收水（H2O），通过阳光的能量用碳-氢-氧组成的物质（碳水化合物）建造自己，然后放出多余的氧气。
在充满氨气的环境里，“P-N”植物可以从空气中吸收氨气，从土壤里吸收磷。然后它对氨进行处理，产生出“P-N”物质，然后放出氢气。
植物出现后一段时间，氨气环境动物出现了！它们吃掉“P-N”物质，然后通过吸入氢气，把这些“P-N”物质分解成氨气和磷，就像我们地球上的动物吃掉植物产生的碳水化合物（糖类），通过吸入氧气把它们分解成二氧化碳和水。
听起来耳熟？在电影《阿凡达》中，主要场景发生地“潘多拉星球”的空气中就充满了氨气、甲烷和氯气，星球上面就有一大堆动物和植物。
虽然这些东西的影儿都没看见过一个，但是科学家们还是对它的可能性进行着激烈的争论。有人说这个化学过程效率很低。另外，碳这种东西比氮和磷在宇宙中更多。正好找到一个大气由氮化合物组成，同时土壤里又富含磷的星球，实在是太难了。
另外，二氧化氮也是相当不稳定的物质，它很容易因为阳光的照射和太阳的催化作用而分解。相比起来，三氟化氮（NF3）比较稳定，但是氟这种物质在宇宙中太少了，“三氟化氮生物”的假说也只能哪儿凉快到哪歇着去了。可能取代碳的还有硼，但是硼也太少了，基本没机会走上生命舞台的中心。
总之，和地球生命完全不同的生命形式的形成还真不容易，除非科学家们亲眼看见，否则关于“它们是否存在”的争论将永无休止地进行下去。
新知专题采写/本报记者 刘铮 本版图片均为资料图片
本专题感谢：沈冠军（南京师范大学地理科学学院教授）刘旸（芝加哥大学分子遗传与细胞学博士）
