没有氧气能诞生智慧生命吗？
这是一个引人入胜且充满想象力的问题，也是科学界一直在探讨的焦点之一。简单地说，目前我们所理解的地球生命，包括人类在内的所有复杂生命形式，都离不开氧气。但宇宙之大，无奇不有，我们能否排除在完全不同的化学和物理条件下，诞生出不依赖氧气的智慧生命呢？
让我们先从氧气在地球生命中的作用谈起，然后探讨是否存在可能的替代方案。
氧气在地球生命中的核心作用
在地球上，氧气之所以如此重要，主要是因为它在生物的能量代谢中扮演着至关重要的角色。大多数复杂生命，特别是多细胞生物，通过一种叫做有氧呼吸的过程来获取能量。这个过程可以简单概括为：
1. 能源获取： 生命体摄入富含化学能的有机物（例如葡萄糖）。
2. 氧化过程： 在细胞的线粒体中，有机物与氧气发生一系列复杂的化学反应，这个反应需要氧气作为最终电子受体。
3. 能量释放： 通过这些反应，有机物被高效地“燃烧”，释放出大量的能量，这些能量被储存在一种叫做ATP（三磷酸腺苷）的分子中。
4. 产物： 反应的副产物是二氧化碳和水。
这种通过氧气进行的有氧呼吸，其能量产出效率远高于无氧呼吸（不依赖氧气的呼吸方式）。正是这种高效的能量供应，才使得地球上能够演化出像动物这样需要大量能量来维持复杂结构、运动和活动的生命形式。没有氧气，能量供应将成为巨大的瓶颈，限制了生命的复杂性和活跃度。
此外，氧气还在其他方面对地球生命至关重要：
臭氧层： 大气层中的臭氧（O₃）是由氧气（O₂）转化而来，它能有效地吸收来自太阳的有害紫外线辐射。如果没有臭氧层，地表生命将暴露在强烈的紫外线照射下，这对DNA会造成严重的破坏，使得复杂生命的出现和生存变得极为困难。
结构支撑： 在某些情况下，氧气可以参与形成生命体内的骨骼或外壳，提供结构上的支持。
如果没有氧气，会怎样？
如果一个星球上没有氧气，那么它的生命可能只能依靠厌氧生物的代谢方式。地球上早期的生命就是厌氧生物，它们通过发酵或其他无氧代谢途径获取能量。这些方式的能量效率相对较低。
代谢缓慢： 依赖无氧代谢的生物通常活动缓慢，生长也比较缓慢。
能量限制： 想要达到我们所知的地球复杂生命，如能够思考、交流、建造文明的智慧生命，所需的能量是巨大的。如果只能依靠低效率的无氧代谢，可能难以积累足够的能量来支持如此复杂的系统。
宇宙中是否存在“非氧基”智慧生命的可能性？
尽管氧气在地球生命演化中扮演了关键角色，但宇宙的巨大性和我们对生命理解的局限性，使得我们不能完全排除“非氧基”智慧生命存在的可能性。我们可以从几个角度来推测：
1. 不同的化学基础：
硅基生命？ 这是一个长久以来的科幻设想。硅原子与碳原子有许多相似之处，例如它们都能形成长链分子。理论上，硅可能也能构成生命的基础骨架。但是，硅的化学性质与碳有显著差异，例如硅硅键不如碳碳键稳定，硅氧键非常牢固，这使得硅化合物的反应性不如碳化合物，不利于复杂化学循环的进行。更重要的是，硅的氧化物（如二氧化硅，也就是沙子）是固体，难以参与生命活动。碳的氧化物（二氧化碳）是气体，易于在环境中循环。
其他元素？ 也许还有我们未曾设想到的元素组合，能够构建出复杂且能够自我复制的分子，并最终演化出生命。例如，硫、磷、氮等元素都可能在某种条件下扮演重要角色。
2. 不同的能源获取方式：
非呼吸式能源？ 地球生命主要依赖化学能。但如果存在一种生命形式，能够直接利用其他能量来源，而不需要通过氧化还原反应来释放能量呢？
地热能？ 某些深海热泉附近的生命（如某些古菌）就主要依赖化学能，而不是阳光。在缺乏氧气的星球上，如果存在活跃的地质活动，可能提供持续的化学能梯度，供生命利用。
电能？ 这是一个非常大胆的设想。生命能否直接利用电能？或者通过某些特殊的电化学过程来驱动其活动？
辐射能？ 某些生物可以利用辐射能，但通常效率不高。
高效无氧代谢？ 也许在其他星球上，存在着一种我们尚未发现的，极其高效的无氧代谢方式，能够产生足够的能量来支持智慧生命。比如，某些固氮细菌能够利用氮气参与代谢，虽然过程复杂，但显示了生物利用不同化学物质的潜力。
3. 不同的环境条件：
极端环境下的生命： 我们已经在地球上发现了许多能在极端环境下生存的生命，例如在深海热泉、强酸、强碱、高压、辐射等环境中。这表明生命具有惊人的适应能力。或许在完全缺乏氧气的星球上，存在着我们无法想象的、能够适应低能环境或利用其他能量形式的生命。
非液态水溶剂？ 地球生命以水为溶剂。但也有理论提出，氨、甲烷、乙烷等液态物质在特定低温或高压条件下，也可能作为生命溶剂。如果生命使用非水溶剂，其化学反应的逻辑也可能与我们不同。
4. “智慧”的定义？
我们对“智慧”的定义很大程度上是基于人类的经验。如果一个文明不是以我们熟悉的物理技术（如电子产品）为基础，而是以我们难以理解的生物化学或物理方式来展现“智慧”，我们可能也无法识别。例如，一种高度发达的真菌网络，或者一种集体意识的生命形式，它们的“智慧”表现可能与我们差异巨大。
总结
从地球生命的经验来看，氧气是构建复杂、高能耗生命体的关键。它提供了高效的能量获取途径，并且其衍生物（臭氧）保护了生命免受紫外线伤害。
然而，宇宙的浩瀚和未知，迫使我们保持开放的态度。我们不能断言没有氧气就绝对不可能诞生智慧生命。但可以肯定的是，如果存在这样的生命，它们的生化机制、能量获取方式以及可能存在的“智慧”表现，很可能与我们地球生命截然不同，甚至超出了我们目前的想象范围。
目前，科学界的研究更多地集中在寻找类地行星，以及行星上是否有水、有适当的大气成分等与地球生命相似的条件。这并不是说我们排斥其他可能性，而是因为这些条件是我们目前最容易识别和检测的。
也许在遥远的未来，随着我们对宇宙和生命化学的深入理解，我们会发现那些“没有氧气”的智慧生命，甚至会发现它们比我们想象的更加奇妙。但就目前我们所掌握的科学知识而言，要诞生出如同人类这样高能耗、高活跃度的智慧生命，氧气似乎是一个非常重要的“助燃剂”。
让我们先从氧气在地球生命中的作用谈起，然后探讨是否存在可能的替代方案。
氧气在地球生命中的核心作用
在地球上，氧气之所以如此重要，主要是因为它在生物的能量代谢中扮演着至关重要的角色。大多数复杂生命，特别是多细胞生物，通过一种叫做有氧呼吸的过程来获取能量。这个过程可以简单概括为：
1. 能源获取： 生命体摄入富含化学能的有机物（例如葡萄糖）。
2. 氧化过程： 在细胞的线粒体中，有机物与氧气发生一系列复杂的化学反应，这个反应需要氧气作为最终电子受体。
3. 能量释放： 通过这些反应，有机物被高效地“燃烧”，释放出大量的能量，这些能量被储存在一种叫做ATP（三磷酸腺苷）的分子中。
4. 产物： 反应的副产物是二氧化碳和水。
这种通过氧气进行的有氧呼吸，其能量产出效率远高于无氧呼吸（不依赖氧气的呼吸方式）。正是这种高效的能量供应，才使得地球上能够演化出像动物这样需要大量能量来维持复杂结构、运动和活动的生命形式。没有氧气，能量供应将成为巨大的瓶颈，限制了生命的复杂性和活跃度。
此外，氧气还在其他方面对地球生命至关重要：
臭氧层： 大气层中的臭氧（O₃）是由氧气（O₂）转化而来，它能有效地吸收来自太阳的有害紫外线辐射。如果没有臭氧层，地表生命将暴露在强烈的紫外线照射下，这对DNA会造成严重的破坏，使得复杂生命的出现和生存变得极为困难。
结构支撑： 在某些情况下，氧气可以参与形成生命体内的骨骼或外壳，提供结构上的支持。
如果没有氧气，会怎样？
如果一个星球上没有氧气，那么它的生命可能只能依靠厌氧生物的代谢方式。地球上早期的生命就是厌氧生物，它们通过发酵或其他无氧代谢途径获取能量。这些方式的能量效率相对较低。
代谢缓慢： 依赖无氧代谢的生物通常活动缓慢，生长也比较缓慢。
能量限制： 想要达到我们所知的地球复杂生命，如能够思考、交流、建造文明的智慧生命，所需的能量是巨大的。如果只能依靠低效率的无氧代谢，可能难以积累足够的能量来支持如此复杂的系统。
宇宙中是否存在“非氧基”智慧生命的可能性？
尽管氧气在地球生命演化中扮演了关键角色，但宇宙的巨大性和我们对生命理解的局限性，使得我们不能完全排除“非氧基”智慧生命存在的可能性。我们可以从几个角度来推测：
1. 不同的化学基础：
硅基生命？ 这是一个长久以来的科幻设想。硅原子与碳原子有许多相似之处，例如它们都能形成长链分子。理论上，硅可能也能构成生命的基础骨架。但是，硅的化学性质与碳有显著差异，例如硅硅键不如碳碳键稳定，硅氧键非常牢固，这使得硅化合物的反应性不如碳化合物，不利于复杂化学循环的进行。更重要的是，硅的氧化物（如二氧化硅，也就是沙子）是固体，难以参与生命活动。碳的氧化物（二氧化碳）是气体，易于在环境中循环。
其他元素？ 也许还有我们未曾设想到的元素组合，能够构建出复杂且能够自我复制的分子，并最终演化出生命。例如，硫、磷、氮等元素都可能在某种条件下扮演重要角色。
2. 不同的能源获取方式：
非呼吸式能源？ 地球生命主要依赖化学能。但如果存在一种生命形式，能够直接利用其他能量来源，而不需要通过氧化还原反应来释放能量呢？
地热能？ 某些深海热泉附近的生命（如某些古菌）就主要依赖化学能，而不是阳光。在缺乏氧气的星球上，如果存在活跃的地质活动，可能提供持续的化学能梯度，供生命利用。
电能？ 这是一个非常大胆的设想。生命能否直接利用电能？或者通过某些特殊的电化学过程来驱动其活动？
辐射能？ 某些生物可以利用辐射能，但通常效率不高。
高效无氧代谢？ 也许在其他星球上，存在着一种我们尚未发现的，极其高效的无氧代谢方式，能够产生足够的能量来支持智慧生命。比如，某些固氮细菌能够利用氮气参与代谢，虽然过程复杂，但显示了生物利用不同化学物质的潜力。
3. 不同的环境条件：
极端环境下的生命： 我们已经在地球上发现了许多能在极端环境下生存的生命，例如在深海热泉、强酸、强碱、高压、辐射等环境中。这表明生命具有惊人的适应能力。或许在完全缺乏氧气的星球上，存在着我们无法想象的、能够适应低能环境或利用其他能量形式的生命。
非液态水溶剂？ 地球生命以水为溶剂。但也有理论提出，氨、甲烷、乙烷等液态物质在特定低温或高压条件下，也可能作为生命溶剂。如果生命使用非水溶剂，其化学反应的逻辑也可能与我们不同。
4. “智慧”的定义？
我们对“智慧”的定义很大程度上是基于人类的经验。如果一个文明不是以我们熟悉的物理技术（如电子产品）为基础，而是以我们难以理解的生物化学或物理方式来展现“智慧”，我们可能也无法识别。例如，一种高度发达的真菌网络，或者一种集体意识的生命形式，它们的“智慧”表现可能与我们差异巨大。
总结
从地球生命的经验来看，氧气是构建复杂、高能耗生命体的关键。它提供了高效的能量获取途径，并且其衍生物（臭氧）保护了生命免受紫外线伤害。
然而，宇宙的浩瀚和未知，迫使我们保持开放的态度。我们不能断言没有氧气就绝对不可能诞生智慧生命。但可以肯定的是，如果存在这样的生命，它们的生化机制、能量获取方式以及可能存在的“智慧”表现，很可能与我们地球生命截然不同，甚至超出了我们目前的想象范围。
目前，科学界的研究更多地集中在寻找类地行星，以及行星上是否有水、有适当的大气成分等与地球生命相似的条件。这并不是说我们排斥其他可能性，而是因为这些条件是我们目前最容易识别和检测的。
也许在遥远的未来，随着我们对宇宙和生命化学的深入理解，我们会发现那些“没有氧气”的智慧生命，甚至会发现它们比我们想象的更加奇妙。但就目前我们所掌握的科学知识而言，要诞生出如同人类这样高能耗、高活跃度的智慧生命，氧气似乎是一个非常重要的“助燃剂”。
网友意见
题目说“无论是以什么形式的生命都行”，那氧气算哪根葱呢。
我们可以直接动用玻尔兹曼的真空涨落。没有一切物质，都能诞生智慧生命。
只要给够时间，每种可能的结构都能由随机涨落创建。宇宙的每一处时空都充满了随机涨落，更不用说宇宙自己就可以是从虚无中随机涨落出来的。
不喜欢真空的话，在寒冷的流浪行星上，低温下超导的物质允许复杂的电磁现象自发地积累直到出现智能。
硫可以代替氧来参与生命的产能过程。你也可以考虑其它替代生物化学过程。不过，使用各种乱七八糟化学反应来构建的生物未必比等离子体中的灰尘更合适，后者需要的只是电能，跟氧气也没什么关系。
- 在对等离子体中的尘埃进行的模拟实验中，俄罗斯物理学家瓦基姆·兹托维齐领导的团队发现尘埃会自动排列成双螺旋结构，可以吸引其他尘埃颗粒而“生长”，可以自我复制成两个相同的螺旋。螺旋结构的半径会随着不同分段而变化，说明它具有信息编码能力[1]。
- 2006年3月15日，加州大学洛杉矶分校的天文学家通过斯皮策太空望远镜在距离银河系中心黑洞300光年处发现了一片双螺旋结构星云，长轴80光年。
- 银河系中心黑洞巨大的电磁场中99%的物质处于等离子态，可以期待小林泰三喜欢描写的等离子生物在那里存在。
对等离子尘埃有兴趣的话，可以参照：
复杂等离子体中尘埃自组织的理论
等离子体中尘埃空隙有序化的理论
参考
- ^Collision-dominated dust sheaths and voids - observations in micro-gravity experiments and numerical investigation of the force balance relations V N Tsytovich et al 2003 New J. Phys. 5 66 doi:10.1088/1367-2630/5/1/366 https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2003NJPh
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