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从微观角度来看 ， 地球上所有的物质都是由94种天然的化学元素所构成的 。 在地壳当中 ， 硅元素是第二丰富的元素 ， 构成地壳总质量的26.3% ， 仅次于第一位的氧元素（49.4%）；碳元素仅构成地壳总质量的0.027% 。
而地球上所有的生命形态 ， 则是由25种常见的化学元素构成的 。 一个典型的生物细胞 ， 有96%的质量是由氧（65%）、碳（18%）、氢（10%）和氮（3%）这四种元素构成的 ， 其余4%的质量由剩余21种化学元素共同构成 。 氧元素之所有占比那么高 ， 是因为细胞中多数的氧元素 ， 是以水的形式存在于水分子H2O里了 。 如果不算H2O里的氧元素 ， 那么碳元素就是在细胞中占比最高的化学元素 。
更重要的是 ， 碳元素对细胞结构和功能起到了最关键的作用 。 可以说 ， 地球上的生命都是以碳元素为基础的 。 因此 ， 科学家将地球上的生命称为碳基生命 。
那么问题来了 ， 地壳中的硅元素含量比碳元素含量多了将近1000倍 ， 为什么地球在漫长的演化过程中却选择了碳基生命 ， 而不是硅基生命呢？
要回答这个问题 ， 我们需要借助俄国化学家门捷列夫的一张化学元素周期表 。
在这张表中 ， 有些元素的化学性质比较稳定 ， 极难发生化学反应 ， 比如最右侧一列的惰性气体；而有些元素的化学性质比较活泼 ， 很容易发生化学反应 ， 比如最左侧两列的碱金属和碱土金属 。
那么 ， 是什么因素决定了这些元素的化学性质稳定与否呢？
主要是该元素最外层的电子数 。 首先我们要知道 ， 元素是同一类原子的总称 ， 原子是构成元素的基本单元 ， 原子是一种元素能保持其化学性质的最小单位 。 从原子结构来看 ， 某元素最外层的电子数越少 ， 那么它就越倾向于失去最外层的电子 ， 以使自己的原子结构趋向于稳定状态；某元素最外层的电子数越多 ， 那么它就越倾向于从外界得到电子 ， 以使自己最外层的电子数达到稳定状态 。
当然 ， 还有两种特殊的情况 。 有些元素什么都不做 ， 其最外层的电子数就已经达到非常稳定的状态了 ， 所以它既不需要失去电子 ， 也不需要得到电子 ， 比如我们刚才提到的惰性气体 。 还有些元素 ， 其最外层的电子数说多也不多 ， 说少也不少 ， 要保持稳定状态 ， 既可以失去电子 ， 也可以得到电子 ， 比如碳和硅 。
碳原子最外层有4个电子 ， 它要想达到稳定状态 ， 要么失去最外层的4个电子 ， 要么从外界得到4个电子 。 从另外一个角度来讲 ， 碳原子拥有自由支配8个电子的天然禀赋 。 它既可以将自己的4个电子给一个或多个其他原子 ， 也可以从一个或多个其他原子中得到4个电子 ， 还可以跟一个或者多个其他原子共享4个电子 。
我们举个例子 ， 一个碳原子可以将2个电子共享给一个氧原子 ， 将剩余的2个电子共享给另一个碳原子；类似地 ， 另一个碳原子以同样的方式连接更多的原子 。 以此类推 ， 从理论上来讲 ， 碳原子可以通过共享电子的方式（化学术语叫“共价键”） ， 像搭积木一样连接无穷多个其他原子 ， 构成无限多种化合物 。
科学家把这种含有碳原子的化合物统称为有机物 ， 目前已知的纯有机化合物有近1000万种 ， 这还只是理论上存在化合物世界的冰山一角而已 。 这就为碳基生命的形成提供了丰富的物质基础 。
然而 ， 同样是最外层有4个电子的硅元素 ， 却没有形成稳定的复杂化合物的能力 ， 这是为什么呢？
首先 ， 硅原子比碳原子多了一个电子层 ， 使它对最外层的4个电子的控制力减弱 。 其次 ， 硅原子在与其他原子进行共享连接时 ， 通常只能共享单个的电子 ， 而不像碳原子那样共享2个甚至3个电子 ， 从而不如碳原子那样稳固 。 这就导致以硅元素为基础的复杂分子不仅很不稳定 ， 还很容易断裂 ， 以至于脆弱到无法形成活体细胞结构的程度 。
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