宇宙中为什么会出现有机物?

宇宙有万物,不但是有机物 。

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宇宙空间存在着生命体和非生命体,那也就意味着有有机物和无机物对立存在,有机物的随机结合构成了简单的生命体,又在漫长岁月里演变成复杂的生命体,直到今天宇宙空间出现了高级的具有意识的生命体 。至于为什么会有有机物,那是因为氢氧氮碳四种元素的随机结合而产生的,氢氧结合生产水,水是有机物分子的处身之地,有机分子在水的环境下,变成了游离态,成为活跃状态,氮碳的酸碱基态溶于水中,通过化学反应,生成氮碳水化物,逐渐形成有机物,氢氧氮碳四种元素是恒星核裂变的生成物,当恒星灭亡之后,温度逐渐变冷,四种元素逐渐从气态向液态或固态转化,最终聚集在一起,在某一温度范围内,他们的化学性质非常活跃,只要碰到一块,就会发生化学反应,生成水和氮碳水化物,有机物便诞生了 。

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首先要知道,有机物与无机物的划分,是人类对构成生命的主要化合物进行研究之后才得出的大致定义,通常大多数含碳的化合物被叫做有机化合物(简称有机物),但并不是所有含碳的分子都被称为有机物,例如一氧化碳、碳化硅、碳酸钙等等就不被认为是有机物,但化学家们对具体哪些含碳化合物是或者不是有机物并没有一致的标准 。

因此有机物的概念仅仅是人为分类的结果,而且还是一个模糊不清的分类 。

以碳为“鉴”

选择碳作为有机物的特征,仅仅是因为地球上的生命广泛使用包含这种元素的分子作为构造身体的基本成分 。包括脂肪、蛋白质和糖类这些最基本的生命物质,全部都以碳原子作为骨架 。虽然生命并不只涉及碳这一种元素,其他元素诸如氢、氧、氮也都非常重要,在生命体当中的含量也相当高 。

但是碳有一种基石的作用,其四个价电子为化合物的多样性提供了丰富的组合,而且碳原子之间的共价连接多样且恰如其分地稳固,这为其他活泼的轻元素在碳架上流动和替换提供了基本的物理和化学特性 。此外,碳原子的四个价电子在化合物中形成多样化的键角和构像,为化合物的复杂性提供了可能,诸如同分异构体以及手性分子等特性,让生命可以尽情选用——“这材料真是好用得不要不要的” 。因此,碳作为有机物的标志特征当之无愧 。


宇宙中为什么会出现有机物?

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上图:有机化学中的异构环 。光是碳与各种元素形成的环的结构就让人眼花缭乱,环结构让生物分子更加复杂多变,并且对分子的电子云重心进行更为精细的差异化分布 。有机分子的魅力更多地体现在这些环上 。

但有机和无机的划分受到人类化学发展历史的影响,从无机化学到有机化学有丰富的理论体系和概念定义,于是再无机化学当中的不少含碳化合物在有机化学中不被认为是有机物也是情理之中 。

例如碳酸钙虽然构成人类的骨骼,但作为一种碳酸盐类,它并不被认为是有机物 。毕竟它并不活跃地参与一切生命的核心生理活动 。在生命体内有无数的无机盐类在流转,提供诸如维持神经、骨骼、肌肉、以及细胞生理活性的诸多关键作用,但它们都不被认为是有机物 。它们只是被认为是体液中的矿物质,与外界积极地发生交换 。而真正的有机物则是生物体内广泛的结构,尤其是细胞的结构,诸如那些蛋白、酶、核酸、磷脂等等 。

有机物的产生非常容易

有机与无机物本无界限 。对于宇宙来说,并不存在着有机物与无机物的巨大差异 。碳在宇宙中是一种较为常见的轻元素,只要有恒星的地方就可以通过恒星内部的核合成生成大量碳原子 。在一个没有生命的行星上,碳与其它化合物发生化学反应生成一些新的分子是非常常见的,例如甲烷,这种简单的烃,只需要富含氢和二氧化碳的大气在放电等适合条件下即可能生成 。太阳系的不少行星及他们的卫星上都存在甲烷,还有其他分子量更高的烃类或者更复杂的有机化合物 。因为这些轻元素相互化合并演化是再自然不过的过程了 。


宇宙中为什么会出现有机物?

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上图:米勒-乌瑞实验使用的有机物合成装置(左),以及有机物天然合成原理示意图(右) 。

对于自然来说有机与无机之间并没有明确的界限

因此有机物不过是天然产生的一类化合物,被人类择了出来,赋予其独特的意义,因为那些是构成或者类似构成我们身体的物质 。在没有人类的世界,这些物质与其他化合物没有什么本质的区别和界限 。

假如在某颗行星上,那里的生命体并不以碳作为生命的基本构成元素,诸如它们采用硅作为生命分子的基本架构,那么那些生命体,如果演化出文明的话,也可能在他们的化学体系中将含硅的化合物作为他们的有机物的——一个人为的划分罢了 。


宇宙中为什么会出现有机物?

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上图:甲烷(含碳)和硅烷(含硅),结构性质非常类似 。但硅烷在常温下非常不稳定,但甲烷稳定,这可能是我们选择了碳而不是硅的原因 。但是放到别的行星,就不一定了 。

总结

宇宙中产生有机物是非常普遍的事情,一种化合物的产生,根本原因就在于有足够的相关元素的原子以及能量的参与 。只要有恰当的能量,加上所需的元素,从理论上我们可以合成任何化合物 。但是分子量越大的化合物,其自然合成的几率就越低,而且因为分子量大,分子就越容易受到外部能量的影响而分解 。因此我们可以看看生命的构成,生命是由大量不同种类的化合物富集而成,这个过程需要非常精细地动用能量来构造,而且产生的生命体异常脆弱 。但是在地球上,生命成功地构造到了人类的级别,尤其是具备如此复杂的大脑结构以至于能够产生意识 。这是让人类自己都感到惊叹的 。

【宇宙中为什么会出现有机物?】——或许生命体就是宇宙自然合成的最复杂的化合物,虽然令我们惊讶,但生命也就这么自然而然地诞生了 。因此,根本不要问为什么会出现有机物,因为生命的产生和存在都已经足以解答这个问题了 。

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