水是生命所必需的嗎？

班子晨

我們通常認(rèn)為，生命基本離不開液態(tài)水。如果天文學(xué)家找到另一顆表面覆蓋著大量液態(tài)水的行星，那么就有很大機(jī)會(huì)在那里找到外星生命。

但是，液態(tài)水真的是生命所必需的嗎？

最為特別的液體

如果仔細(xì)分析的話，你會(huì)發(fā)現(xiàn)水十分特別，好像專為生命獨(dú)特設(shè)計(jì)的。事實(shí)上，水是地球上最為特別的液體。例如，其他簡(jiǎn)單的氫化物物質(zhì)，比如甲烷、硫化氫、氨、氯化氫等，在常溫和常壓下都是氣體，但是水卻是液體。

水具有較高的比熱容，也就是說(shuō)水可以吸收大量的熱量，但不會(huì)提高很多的溫度。這樣，海洋可以處理來(lái)自太陽(yáng)的大部分熱輻射，幫助整個(gè)地球有一個(gè)更穩(wěn)定的氣候。而且，與其他液體不同，水結(jié)冰時(shí)體積會(huì)膨脹，所以冰能浮在水面上。因此，池塘里的水不會(huì)從底往上完全凍住，相反，一個(gè)凍結(jié)的冰蓋會(huì)罩住池塘。

水還能溶解很多物質(zhì)，所以它能攜帶生物所必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和元素。沒有水的超常的溶解能力，那么就不會(huì)有光合作用或神經(jīng)沖動(dòng)等生物活動(dòng)。此外，水還具有較大的表面張力，水可以在細(xì)小的管道上升很高的地方，這就是毛細(xì)現(xiàn)象，植物莖內(nèi)很細(xì)的導(dǎo)管就能借助此作用吸收和運(yùn)送水分和養(yǎng)分。

水并非完美無(wú)缺

公平地說(shuō)，水在某些方面是獨(dú)一無(wú)二的，但在另一些方面并非如此。事實(shí)上，水的一些屬性并非都有助于生命——有些會(huì)帶來(lái)明顯的不利因素。其中之一就是，水太活躍了。

水分子中的氧原子由于帶有微量負(fù)電荷，所以能夠吸引其他分子中帶正電的原子或原子團(tuán)，這會(huì)破壞其他分子的結(jié)構(gòu)，這就是所謂的“水解”。比如蛋白質(zhì)、纖維素、淀粉之類的多糖復(fù)合物，都會(huì)被水解。

由于水過于活躍，實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)生產(chǎn)中，人們有時(shí)不得不選擇其他的溶劑來(lái)代替水。

當(dāng)然，對(duì)于今天的生命體來(lái)說(shuō)，這并不是什么大問題，酶可以過來(lái)修補(bǔ)水解帶來(lái)的傷害。但是當(dāng)生命開始誕生的時(shí)候，這卻是一個(gè)大問題。在水中最初誕生的生物分子，因?yàn)槿狈ο鄳?yīng)的酶的協(xié)助，它們很容易被水解。很顯然，那時(shí)的水對(duì)最初的生命并不友好。

誰(shuí)能替代水

水雖然對(duì)地球生命來(lái)說(shuō)十分重要，但某些其他的液體也能像水一樣支持許多生物化學(xué)反應(yīng)。比如，科學(xué)家早就發(fā)現(xiàn)，液氨、甲酰胺或其他液態(tài)碳?xì)浠衔铮仓С衷S多生物反應(yīng)。

土衛(wèi)六的表面上就存在液態(tài)碳?xì)浠衔?，比如液態(tài)甲烷和液態(tài)乙烷。那么，這種液態(tài)中能否支持生命呢？最近，一些科學(xué)家做了些實(shí)驗(yàn)，來(lái)研究這種環(huán)境下，是否能保存正常發(fā)揮作用的遺傳物質(zhì)，就像DNA或RNA那樣。

研究結(jié)果顯示，一種叫做直鏈醚類的有機(jī)分子可以很好地溶解在-70℃下的液態(tài)丙烷中?？茖W(xué)家認(rèn)為，在液態(tài)丙烷中，這種直鏈醚能發(fā)揮類似DNA或RNA那樣的作用。

但是土衛(wèi)六表面溫度要低得多。那里，由液態(tài)碳?xì)浠衔飿?gòu)成的海洋，其溫度只有約-178℃。在這樣的極端低溫下，大部分直鏈醚是不能溶解于丙烷中的。所以說(shuō)，土衛(wèi)六上太冷，幾乎無(wú)法溶解能構(gòu)成生命的物質(zhì)?？茖W(xué)家推測(cè)，如果把土衛(wèi)六搬到火星的位置上，那么溫度就比較適合了，也許就能誕生出一種新生物。

另一種替代水的理想液體是甲酰胺，它可以由一氧化碳和氨，或氰化氫和水合成，而這些分子都可以在星際空間和其他星球上找到。甲酰胺的溶解力與水非常相似，而且在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，甲酰胺的溶點(diǎn)是2℃度，沸點(diǎn)是210℃，處于液態(tài)的溫度范圍比水的更大一些。而且，它不像水那么活躍。一些實(shí)驗(yàn)顯示，在某種催化作用下，磷酸鹽能夠在甲酰胺溶劑里與腺苷分子結(jié)合，形成磷酸腺苷——是一種構(gòu)成RNA的基本材料。

地球生命已經(jīng)習(xí)慣了水這種液體，但也有許多地球生命能在極端缺水的環(huán)境中生存，一些酶在完全無(wú)水的環(huán)境下，也能或多或少地發(fā)揮作用。這表明，生命一旦有機(jī)會(huì)誕生出來(lái)，那么它會(huì)近全力適應(yīng)各種環(huán)境。

假如在宇宙其他地方，的確存在其他種類的液態(tài)，能起到類似于水的作用，那么也極有可能誕生出基于此液態(tài)的生命?？紤]到，宇宙中數(shù)不盡的恒星和行星，這種可能性并不是很低。

總之，水仍是很特殊的液體，但我們可能高估了水對(duì)生命的重要性。有時(shí)，生命可以不需要水。