“大家好，我是Max生命實驗室的趙老師，今天為大家講硼基生命。”

“硼基生命(boron-based life)，是一種碳基生命以外的生命形態。

從化學角度看，硼具有很多優點：

<1>硼擁有比硅更小的原子半徑和遠比硅強的連接能力，僅略弱于碳。

<2>硼是唯一和碳一樣具有無限延伸自身的能力。硼還具有比碳更豐富的成鍵多樣性。

<3>硼的氫化物體系的穩定性不受原子數目制約，綜合能力和碳相當。

<4>硼烷及其衍生物種類眾多，且穩定性可觀。硼烷的穩定性為硼基生命提供可能，復雜性為硼基生命提供了保障。還有類似雜環化合物的雜硼烷。有人據此猜測，硼也可能作為生命骨架。

同時，也有人指出，如果某片星際塵埃通過機緣巧合受到了大量宇宙射線的照射，或中子星附近(也算宇宙射線強的地方)，硼元素的富集也是可以實現的（宇宙中硼元素主要是由宇宙射線與碳、氧作用發生散裂反應得到）。硼基生命就可能在這樣的地方出現。

有人猜測，硼基生命可能誕生在以氟化氫為溶劑的海洋中，以硫或多硫化物作為氧化劑。以類似嘌呤和嘧啶的基于二十面體結構的碳硼烷和碳氮硼烷作為遺傳信息的載體的核心部分。而氮配合的硼烷基硼酸則相當于氨基酸，其中，對應氨基NH2C的RNH2B和對應羧基COOH的B(OH)2通過脫水和重分配可產生類似于蛋白質，以類似肽鍵-CO-NH-C的B(-NHR-B)2為連接中心的多聚物。

在穩定硼烷中，硼的配位數都是不少于4（即與周圍4個原子形成共價鍵）的，甚至達到6才是常見情況。這是因為硼的缺電子性導致穩定硼烷中都存在多中心鍵。也因此，硼骨架的電子往往高度離域，而不像有機物和簡單無機分子那樣高度定域。也因此部分硼烷反應也與有機反應相當不同。也因此硼基生命的生物化學可能與碳基生命差別較大。

還有一點需要注意的是，硼烷原子數也許低于很多烴類，但它們的結構絕不“簡單”——事實上，在復雜硼烷中常見的基于二十面體的結構是所有元素氫化物中最復雜的結構，而硼也是唯一可以在其二元氫化物中配位數達到7的元素（注意，結構復雜性并不與原子數掛鉤，再龐大的碳骨架也無法形成類似硼烷的結構）。此外，硼擁有最復雜的單質，其中含有15種不同環境的硼原子。

二.硼的潛力：

有人認為，硼烷衍生物及其衍生物的規模仍然不足，因此難以作為生命的核心元素。但實際上，不管是作為地球碳基生命的生命活動的主要承擔者的蛋白質，還是作為我們遺傳物質的DNA，實際上也都分別是由十分簡單的分子——氨基酸和脫氧核苷酸構成的。而形成具有與氨基酸或核苷酸類似功能的硼烷衍生物實際上并非難事。

也有人誤以為，硼烷及其衍生物只能形成簡單封閉的結構，其實不然，人類已經成功合成了結構復雜的硼烷衍生物。而由于硼烷及其衍生物穩定性不受原子數量制約，在合適的環境下，經過足夠長時間的演化，小規模的硼烷衍生物結構單元完全可能連接形成非常龐大的化合物。比如結構復雜的金屬硼烷。

三.生命猜測：

<1>誕生的溶劑：

有人認為，硼基生命可能生活在以氟化氫為溶劑的海洋中。星球表面溫度比地球更低。

<3>“蛋白質”：

戊硼烷，己硼烷與大氣中的三氟化硼反應后生成硼烷基氟化硼，再與海洋中的水反應生成類似

羧酸的硼烷基硼酸，再和銨反應生成類似于氨基酸的有機胺或氨的氮配合的硼烷基硼酸(H2RN)wBxHyB(OH)2。其中RNH2-B相當于氨基酸中的氨基NH2-C，-B(OH)2則相當于羧基-COOH。通過脫水和重分配，可產生類似于多肽，以對應肽鍵-CO-NH-C的-B(-NHR-B)2為連接中心的多聚物：

B-B(OH)2+ 2RNH2-B → B-B(-NHR-B)2+ 2H2O

硼烷基氟化硼，水解后會生成類似羧酸的硼烷基硼酸。

<4>遺傳物質：

癸硼烷、戊硼烷和己硼烷等硼烷和乙炔和乙烯等不飽和烴和氰化氫等物質發生芳構化作用，產生的穩定的基于二十面體結構的碳硼烷和碳氮硼烷。則相當于地球碳基生命中的嘌呤和嘧啶等雜環化合物，作為硼基生命的遺傳信息的載體的核心部分。比如基于二十面體結構的碳硼烷和碳氮硼烷。

上述雜硼烷形成后與有機胺，氨和有機磷發生配合反應和取代反應使雜硼烷官能團化，而其中RNH2-B和磷酸發生酰基化作用產生的PONH結構則對應我們地球碳基生命的磷酸酯；而經過官能團化的雜硼烷則與其共同構成硼基生命的“核苷酸”的雛形：

RNH2-B + HOPO(OH)2→(HO)2PO(-NHR-B)+ 2H2O

<5>呼吸作用與光合作用

氧氣的氧化性對硼基生命來說過于劇烈，氧化性更溫和的硫則更適合硼基生命——硫單質（S）和多硫化物（Sx2-，R-Sx-R）起著氧的作用，裂解B-H鍵產生B-SH和B-S-B基團并放出能量，這些能量在硼基生命形成的過程中為相關反應供能，硼基生命形成之后可用于硼基生命的生命活動。在經過復雜的代謝活動后，以揮發性小分子三氟化硼（BF3）作為代謝產物排出，硫元素被還原后生成的硫化氫（H2S）或有機硫烷（RSH）則通過植物光合作用再變回多硫化物或硫單質完成一次循環：

呼吸作用：

儲能物質—[S]，HF，酶→ BF3 + H2S(或RSH)

光合作用：

H2S(或RSH)—hν，酶→[H]+ Sx2-(或R-Sx-R、S)

BF3 +[H]—酶→儲能物質+ HF

四.對硼基生命的擔憂：

1.宇宙中硼豐度過低：

硼元素在宇宙中的數量十分有限，含量比碳元素低數百萬倍。硼元素在宇宙中豐度比碳低6個數量級，作為介質的氟化氫中的氟豐度也遠低于氧氮。硼元素和氟元素豐度足夠且處于硼基生命宜居帶的星球的形成難度較大

2.功能相似時，硼烷(衍生物)比烴(衍生物)復雜。有人認為這也不利于硼基生命形成。不過也有人指出，硼烷擁有元素氫化物中最高的反應多樣性，在部分功能相似時，硼烷衍生物同時也可以同時實現烴衍生物所不能實現的功能。

3.盡管硼原子之間可以相互連接，也可以通過氫原子形成籠狀骨架，骨架上的氫原子連接形成硼烷，但這些分子簡單、封閉，因此它們不太可能成為構成生命的分子，也不可能存在于地球上的生物體中(金屬硼烷的出現，改變了這個觀點)。

目前人類尚未發現硼基生命。

好了，今天就講到這里，到點下課啦~”

(本章結束)