碳基生物

碳是地球上所有已知生命的主要组成部分，约占所有干生物量的 45-50%。 地球上天然存在大量碳化合物。 复杂的生物分子由与其他元素键合的碳原子组成，尤其是氧和氢，通常还有氮、磷和硫。

因为它重量轻且尺寸相对较小，所以碳分子很容易被酶操纵。 在天体生物学中经常假设，如果生命存在于宇宙的其他地方，它也将是碳基的。

碳能够形成大量的化合物，比任何其他元素都多，迄今为止已描述了近一千万种化合物，但这个数字只是标准条件下理论上可能的化合物数量的一小部分。 含碳化合物（称为有机化合物）的巨大多样性导致它们与不含碳的化合物（称为无机化合物）有所区别。 研究有机化合物的化学分支被称为有机化学。

碳是地壳中第 15 大最丰富的元素，按质量计算是宇宙中第四大最丰富的元素，仅次于氢、氦和氧。 碳的广泛存在、它与许多其他元素形成稳定键的能力，以及它在地球上常见的温度下形成聚合物的不同寻常的能力，使其成为所有已知生物体的共同元素。 在 2018 年的一项研究中，发现地球上所有生命中约有 5500 亿吨是碳。 它是仅次于氧的人体中含量第二多的元素（约占 18.5%）。

作为生命化学基础的碳最重要的特性是每个碳原子能够同时与其他原子形成多达四个价键，并且与碳原子形成或断裂键所需的能量为 用于构建既稳定又具有反应性的大型复杂分子的适当水平。 碳原子很容易与其他碳原子结合； 这允许在称为连接的过程中构建任意长的大分子和聚合物。 我们通常认为的“生命”是基于碳原子链，以及一些其他原子，例如氮或磷，根据斯蒂芬霍金在 2008 年的一次演讲中，碳 [...] 具有最丰富的化学成分。

碳原子的巨大多功能性使其成为最有可能为其他行星上的生存问题提供解决方案，甚至是奇异解决方案的元素。 然而，这次任务的结果表明，火星目前对碳基生命极为敌视。 他还认为，一般而言，非碳生命形式能够通过能够自我复制和适应的遗传信息系统进化的可能性很小。

生物体基本过程中使用的最著名的生物大分子类别包括：

• 蛋白质，是构建生物体结构的基石（包括几乎所有催化有机化学反应的酶）
• 携带遗传信息的核酸
• 碳水化合物，以可供活细胞使用的形式储存能量
• 脂质，也能储存能量，但以更浓缩的形式存在，可以在动物体内储存更长时间

没有多少其他元素看起来像碳一样有希望从根本上支持生物系统和过程，例如新陈代谢等过程。 最常被推荐的替代品是硅。 硅在元素周期表中与碳共享一个基团，也可以形成四个价键，并且也很容易与自身结合，尽管通常以晶格而不是长链的形式存在。

尽管存在这些相似之处，但硅的正电性远高于碳，并且硅化合物不容易以可能支持生命过程的方式重新组合成不同的排列。