碳是所有已知生物大分子的骨架,地球上的生命是以碳为基础的,因为每个碳原子可以同时与其他四个原子形成化学键,这种特性使得碳非常适合形成长链分子如生命的基础分子蛋白质和DNA。
科学家长期以来一直推测,外星生命可能与地球生命有着完全不同的化学基础。例如,外星人可能依赖于氨或甲烷而不是依赖水作为生物分子的溶剂,又或者外星人可以用硅来代替碳来创造生命分子,下图为《星际迷航》中史波克研究硅基生命。
硅原子作为替代生物化学系统的基础被广泛讨论,因为硅有许多与碳相似的化学性质,并且在元素周期表的同一列中。地球上的部分生物也能够操纵利用硅,例如,在一些植物中可以找到二氧化硅微粒,硅藻可将二氧化硅整合到细胞壁中。
然而,在作为生命物质骨架上,硅作为碳的替代品有几个缺点硅反应比碳反应慢得多。即使是最低等的单细胞生物中,随时随刻都在发生在千千万万个生物化学反应。与碳不同,硅缺乏与不同类型原子形成化学键的能力,而这正是新陈代谢所需的化学多样性所必需的。
硅原子要比碳原子大得多。硅有更大的质量和原子半径,使得两个硅原子无法靠得足够近,因此很难形成双键,一般来说,硅在常温常压下几乎没有形成双键或三键的趋势。
与碳碳键不同的是,硅硅键Si-Si和Si-H键都非常不稳定,与水反应强烈,长链硅烷会自发分解。Si-O键非常稳定, Si和O的交替链要稳定得多。
因此,硅基生命至少不太可能存在于与地球环境相似的行星中。然而,这并不意味着硅基生命形式在其它行星环境下是不可能存在的。从理论上讲,硅键在高温下比碳键稳定得多,也许硅基生命可能出现在其它高温星球上。