为什么生命起源一定要有水，不能存在一种外星文明是以液态乙醇什么的为生命之源的吗？
1. 水为何在地球生命起源中如此关键？
地球上的生命，我们所熟知的，都与水有着千丝万缕的联系。这并非偶然，而是水自身的独特物理和化学性质，使其成为生命运作的理想载体：
优异的溶剂特性： 水是一种极性分子，这意味着它具有正负电荷分布不均的区域。这种极性使得水能够有效地溶解许多其他物质，包括离子化合物（如盐）和极性分子（如糖和氨基酸）。这种溶解能力至关重要，因为它允许各种生命必需的化学反应在水中进行。细胞内的生物化学反应，从能量产生到DNA复制，都发生在水基环境中。
高比热容： 水能够吸收和释放大量的热量而自身的温度变化相对较小。这意味着水可以帮助生命体调节体温，避免因外界环境剧烈波动而导致细胞损伤。在地球早期，当大气层尚未稳定，温度变化剧烈时，海洋提供的恒温环境为生命的孕育提供了庇护。
高汽化潜热： 水从液态变成气态需要吸收大量的热量。这使得蒸腾作用（植物通过叶片释放水分的过程）成为一种有效的冷却机制，帮助植物在阳光下保持凉爽。对于动物来说，出汗也是利用水的汽化潜热来散热。
表面张力与毛细作用： 水分子之间的强大吸引力（氢键）产生了表面张力，使得水能够形成液滴。更重要的是，毛细作用让水能够克服重力，沿着细小的管道（如植物的导管）向上输送。这对于植物将水分从根部输送到叶片至关重要。
固态密度小于液态： 与大多数物质不同，水的固态（冰）比液态的密度小。这意味着冰会漂浮在水面上，而不是下沉。在寒冷的环境中，冰层覆盖在水体表面，反而起到了隔绝作用，保护了水体深处的生命免受冻结。如果冰比水重，那么所有水体都会从底部开始冻结，彻底扼杀水生生命。
参与化学反应： 水不仅是反应介质，本身也常常作为反应物或产物参与到生命代谢过程中。例如，水解反应（hydrolysis）是分解复杂分子（如蛋白质和碳水化合物）的重要方式。
2. 液态乙醇作为生命之源的可能性分析：
现在，让我们来探讨液态乙醇（酒精）是否可能成为外星生命的“生命之源”。从理论上讲，我们不能完全排除这种可能性，但需要深入分析其潜力和局限性：
乙醇的物理化学性质：
极性溶剂： 乙醇也是一种极性分子，虽然极性不如水那么强。它可以溶解一些极性物质和非极性物质，具有一定的溶剂能力。这意味着，理论上，它也可以作为生化反应的介质。
更低的沸点和更高的蒸气压： 乙醇的沸点比水低得多（约78.37°C），而且在相同温度下蒸气压更高。这意味着在低于水的沸点下，乙醇更容易蒸发。这对于需要稳定液态环境的生命来说，是一个显著的挑战。要维持液态乙醇环境，所需的温度范围会比水更窄，或者环境压力需要更高。
更低的冰点： 乙醇的冰点也远低于水（约114°C），这使得它可以在更低的温度下保持液态。从这个角度看，在比地球寒冷得多的星球上，乙醇可能是更合适的溶剂。
易燃性： 乙醇具有高度易燃性，这可能对生命过程中的能量产生和储存方式带来额外的风险和挑战。
乙醇作为溶剂的局限性：
溶解能力不如水： 尽管乙醇有溶剂能力，但它在溶解某些对生命至关重要的离子化合物（如维持细胞渗透压和信号传递的钠、钾离子）方面的效率，可能不如水。
化学反应的参与： 乙醇自身比水更具反应性。在生命体内的某些关键生化反应中，乙醇可能会作为反应物参与其中，而不是仅仅作为惰性介质。这可能会干扰生命正常的代谢途径，或者需要发展出更复杂的化学机制来利用或规避乙醇的反应性。
能量需求： 为了维持液态乙醇的环境，可能需要特定的温度和压力条件，这会增加生命维持的能量需求，或者限制了生命可以在哪些环境中出现。
乙醇作为“生命之源”的设想：
替代的生化途径： 如果生命以液态乙醇为基础，那么其生化途径需要与我们所知的地球生命截然不同。例如，细胞膜可能不会由磷脂双分子层构成，而是由其他类型的分子组成，以适应乙醇的溶剂环境。能量获取和储存的方式也可能与地球生命依赖ATP不同。
“酒精生物”的可能性： 想象一下，在极寒且富含乙醇的星球上，存在一种生物。它们的“细胞”可能是一种包裹着能与乙醇稳定相互作用的脂质的囊泡。它们通过某种方式分解乙醇或其他有机物来获取能量，并将反应产生的副产物（可能包括水或一种更稳定的副产物）排出体外。它们的新陈代谢过程可能会比地球生命慢很多，或者需要完全不同的催化剂（酶的等效物）。
“碳氢键”的利用： 乙醇本身含有大量的CH键，这些键是富含能量的。也许外星生命能够直接利用乙醇中的这些化学能，通过类似于氧化还原反应的方式来驱动生命过程。
3. 寻找外星生命的指导原则：
虽然我们以地球生命为模板来推测外星生命，但科学的严谨性要求我们保持开放的心态。天体生物学中有“生命普遍性”的探索，即寻找那些不受地球特定环境限制的生命迹象。
溶剂的普遍性： 寻找一个能够稳定存在液态，并能溶解生命必需物质的溶剂是首要条件。除了水和乙醇，科学家们还考虑过氨、甲烷、乙烷等其他可能的溶剂，它们在不同的温度和压力条件下可能稳定存在。
能量来源： 任何生命都需要能量。这可以来自恒星辐射、化学能（如地热活动释放的化学物质）或其他我们尚未了解的能量形式。
基本构建模块： 构成生命体的基本化学元素（碳、氢、氧、氮、磷、硫等）以及它们的化学连接方式。碳因为其能够形成复杂链状和环状结构的能力，被认为是构建生命体的理想元素。
总结：
水之所以成为我们所知的生命之源，是因为它拥有极佳的溶剂特性、热稳定性、以及参与化学反应的能力，这些都完美契合了地球生命从简单到复杂演化的需求。
而液态乙醇，尽管在溶解能力、易燃性和化学反应性方面存在一些挑战，但在某些极端环境下（例如极寒、富含乙醇的星球），理论上不能完全排除其作为外星生命“生命之源”的可能性。如果存在这样的生命，它们将不得不进化出与地球生命截然不同的生化机制、细胞结构和能量利用方式，以适应乙醇的独特性质。
科学探索的魅力就在于此——我们不能因为地球生命的经验而限制了对外星生命可能性的想象。尽管目前还没有发现任何非水基生命形式的证据，但对各种可能的“生命之源”进行理论和观测上的探索，是拓展我们对宇宙生命认知边界的关键。
网友意见
科学家们（生物学家，化学家，天文学家和天体生物学家）并没有坚持生命一定需要水，题主太小看他们的想象力了。
首先来看看水为什么对于生命来说十分重要。我们所认识的生命的基础是各种复杂的生物化学反应。为了让各种物质能够充分接触，高效地参与反应，把它们溶解在某种液态溶剂中是一个理想的选择。此外，把物质溶解在液体中，也是在生物体内运输物质的便利途径。宇宙中，甚至地球上，存在着各种液态物质。而其中，水无疑是一种十分理想的溶剂。
下面一段摘录自我的另一篇回答：如果一个星球的液体环境是甲烷，且可以产生与水循环类似的“甲烷循环”，那么有可能产生生命吗? - Mandelbrot 的回答
水分子由一个氧原子和两个氢原子构成。两个氢原子与氧原子的连线夹角是104.5度。这样，水分子就有了极性：氧原子的一侧形成了水分子的负极，两个氢原子形成了水分子的正极。正极可以吸引负离子，负极可以吸引正离子。这个特性让水有了十分优秀的溶解能力。
氢和氧在宇宙中都是含量十分丰富的元素，所以水在宇宙中并不少见。真正稀罕的是液态水存在的条件：不能太热，也不能太冷。它只能存在于恒星系内的宜居带（Goldilock Zone）。
天文学家热衷于在太阳系外行星寻找水的另一个重要原因是：在我们目前认识的宇宙中的生命形式当中，100%都是以水为溶剂的。
然而，水的缺点也很明显。固态的水（冰）反射率很高。一旦行星表面形成了一定规模的冰盖，它就会把大部分恒星辐射能量反射回去，减少行星的能量供给，导致温度继续下降，冰盖继续扩展。这就是地球上反复发生冰川期，甚至几次形成全球冰封原因。
除了氢和氧，宇宙中其他含量较高的元素包括：氦，碳，氖，铁，氮，硅，镁和硫。下图是银河系中主要化学元素的丰度（单位是百万分之一）。
图片来自Abundance of the chemical elements
以这些元素为原料，宇宙会大量产生其他具有一定溶解能力的液态物质。我们来看几个例子。
1. 氨（NH3）
和水一样，氨也是一种含量十分丰富的物质。它的化学性质也和水非常相似。氨对有机物的溶解性甚至比水还好，而且，它还能溶解很多金属单质，如除了铍以外的碱金属和碱土金属。此外，很多与水有关的有机物（如带有羟基OH的醇类）和与氨有关的有机物（如带有氨基NH2的胺类）具有一一对应的关系。
然而，氨也有它的弱点。首先，氨分子之间的氢键强度比水弱得多，所以氨蒸发时吸收的热量只有水的一半，而且氨的表面张力只有水的1/3。所以，氨的融点比水低很多：在一个大气压下，液态氨存在的温度范围是零下78到零下33摄氏度。在这个温度下，化学反应速度十分缓慢，所以，生活在液氨中的生物新陈代谢和进化的速度都应该比地球生物慢得多。
不过，在较高的压强下，氨的融点和沸点都可以相应提高。比如，在60个大气压下，液态氨可以在零下77摄氏度到零上93度范围内存在。这倒是一个比较理想的温度范围，不过，能达到这个气压的行星恐怕很少。
氢键太弱也导致了另一个缺点：液氨不能像水一样和没有极性的有机分子发生疏水反应（疏氨反应？）。疏水反应这对很多地球生物，尤其是动物，是非常重要的。如果没有这样的机制，像细胞膜这样的结构就无法稳定存在了。
图片来自細胞膜 - :: Fish's Bio web ::
细胞膜主要有两层磷脂分子构成。磷脂分子的亲水端向外，疏水端向内，构成细胞膜的骨架。对于这个结构至关重要的是水和磷脂分子之间的疏水反应。显然，在缺乏疏水反应的液氨环境中，生物无法具备细胞膜这种有效隔离同时又能保证物质运输畅通的理想结构。
疏水反应的另一个重要作用是，在生命发展的早期阶段，具有疏水性的有机分子会聚集成团，然后逐渐发展出能够自我复制的复杂分子，如DNA。而在液氨环境中，这个过程也变得十分困难了。
所以，在液氨环境中，我们所认识的很多生物机制都无法运转。如果液氨中能孕育生命的话，它们应该会走上一条和我们完全不同的道路。
下图是一个液氨环境的生命星球的艺术想象图。
图片来自Hypothetical types of biochemistry
2. 甲烷和其他碳氢化合物
甲烷分子包含1个碳原子和4个氢原子。碳和氢都是宇宙中丰度很高的元素，所以甲烷含量也不低。比如，土卫六（泰坦）就包裹着以甲烷含量很高的厚实的大气层，并且表面布满了甲烷湖泊和海洋。
然而，和水相比，甲烷的溶解能力就差了很多。再从我的另一篇回答（如果一个星球的液体环境是甲烷，且可以产生与水循环类似的“甲烷循环”那么有可能产生生命吗? - Mandelbrot 的回答）中引用一段：
甲烷分子没有极性，和水相比，溶解能力弱得多。像油或者脂肪这样的脂质可以少量溶解在液态甲烷中。所以，严格来说，基于液态甲烷的生命并非完全不可能，只是要困难得多。为了让其他的有机分子参加生化反应，这些分子必须被连接在油脂分子上。而且，在甲烷世界中的生命活动将会十分迟缓。
以甲烷或其他碳氢化合物味溶剂的生命形式可能性不太大，但是并非绝对没有。天体生物学家克里斯·麦凯（ Chris McKay ）甚至认为，土卫六上可能就有生命。他认为，如果土卫六上面有生命的话，它们应该需要把复杂的碳氢化合物（如乙烷或乙炔）降解成简单碳氢化合物（如甲烷），从中获得能量。这个过程需要消耗氢气（H2）。对这种假想中的土卫六生命来说，乙烷或乙炔相当于我们的葡萄糖，而氢气相当于我们的氧气。而对土卫六发现，大气层下层的氢气和乙炔含量比上层低，这表明在大气层下层中发生着某种消耗这两种物质的反应。这似乎在证明土卫六表面有生命活动的假设。
3. 氟化氢（HF）
氟化氢和水比较相似，它的分子具有极性，溶解能力很好。在一个大气压下，氟化氢在零下84摄氏度到零上19摄氏度保持液态，这是一个大约100摄氏度的范围。而且，氟化氢分子之间也有很好的氢键。虽然对地球生物来说，氟化氢是有毒的，但是有的有机物却可以在氟化氢中稳定存在。
然而，遗憾的是，氟化氢在宇宙中含量很少（因为氟元素丰度就很低）。
4. 硫化氢（H2S）
从分子式可以看出，硫化氢和水的分子结构十分相似，只是把氧原子换成了同族的硫原子。然而，硫化氢分子的极性比水小，所以它对无机物的溶解能力也相对较弱。
如果一个行星表面有大量液态硫化氢的话，一个可能的来源是火山。在这种情况下，火山可能也会产生一些氟化氢。在硫化氢中混入氟化氢可以有效提高它对矿物质的溶解能力。
居住在硫化氢环境中的植物可能从一氧化碳和二氧化碳得到碳，并释放出一氧化硫（相当于我们的氧气）。
硫化氢的另一个缺点是，保持液态的温度范围很小。当然，提高气压可以缓解这个问题。
上面列举了一些分子结构比较简单，而且比较常见的溶剂。实际上，其他一些看上去更加另类的物质也有支持生命的潜力，比如硫酸，二氧化硅，超临界状态的二氧化碳和氢，高温下的氯化钠，以及低温下的氮和氢等等。
很多科幻电影中都描绘了一种世界大同，人类和各种外星人杂居的宇宙图景。支持不同生命形式的溶剂显然不在考虑范围之内。想象一下，如果你在酒吧端起一杯啤酒时，左边的外星人正在津津有味的品尝一杯硫化氢，右边的外星人却在猛灌一大桶氨水，相信你手上的啤酒也喝不下去了吧。
我们目前只知道一种生命形式——地球生命。这个样本实在太小了。也许宇宙中的生命形式和地球上完全不一样，甚至根本不需要化学反应。比如，在星云或恒星表面，可能生活着等离子体的生命（有什么证据可以证明太阳上有碳基生命或硅基生命的存在或是能说明不可能存在？ - Mandelbrot 的回答）；在中子星上，也可能生活着简并态的生命（中子星会有冷却的那一天吗？ - Mandelbrot 的回答）。这些假设都有一定的理论和试验的支持。在这些假设被推翻之前，我们并不能否定哪怕十分微小的可能性。
不过，从现实的角度出发，在太阳系外行星上寻找水无疑是探索生命最为可靠的一种方法了。因为，我们确信无疑的是，水是可以支持生命活动的。
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