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“以碳为基础的生命形式”这一说法，早已因为重复的次数太多而显得毫无新意了。根据这一说法，如果没有碳原子，那么生命就不可能出现在地球上。天体生物学家们的研究方向就是要探明在宇宙中，除了地球之外，其他地方是否还存在生命。大部分的天体生物学家都坚信一点：假如有一天，在地球以外的天体上发现了新的生命，那么这些新生命也绝对是一种碳基生命体形式。
为什么我们会对碳的重要性有这么坚定的信心呢？为什么我们认为离开了碳原子后，有生命的物体就绝对不可能出现呢？这些问题的答案都与碳原子本身的特性有关。碳原子的最外层轨道上分布着四价电子，因为一些复杂的、尚不为大家所知的原因，这种四价电子使碳原子更易于与其他的原子进行组合，特别是氢、氮、氧、磷、硫等原子以及其他的碳原子。碳原子的这一特点具有重大意义。碳、氢、氮、氧、磷、硫这6种原子构成了地球上99%的生命体。碳具有极强的潜力，可以轻易组合成新的链状或环状聚合物，包括：储存在核酸里的所有遗传信息、蛋白质的组成物质，以及存储能量的碳水化合物与脂肪等（现代科学技术已经利用碳原子极强的生成能力，制造出被我们称为塑料的人造聚合物）。在地球的表层成分中，只有约0.03%是碳原子，但它占据了我们人体构成的20%。碳原子在人体中所占据的极大的比例，凸显了它在连接能力上极强的潜力。碳是种连接剂。
碳的这种连接功能对于生命体的日常运作是至关重要的：核酸命令氨基酸组成蛋白质长链，动力则来自碳水化合物所储存的能量。同时，碳的连接功能对于生命体自身的根本创新是尤其重要的，也是必不可少的。如果碳原子缺少了那种易于与其他原子连接并形成新的复杂分子的潜能，那么就无法想象地球上的第一个有机体要如何才能进化出来。碳原子所带的四价电子，让无生命的地球去探索自己的相邻可能。在筛选了很多潜在的分子组合形式以后，最终出现了一种稳定的化学反应模式。于是，第一批生物就应这种化学反应而生了，并在地球上慢慢地发展变化，最终“开花结果”，无限扩展开来。 没有碳的生成性连接，地球很可能只是一锅没有任何生命迹象的“原始汤”，也不会产生任何生命体形式的化学反应。
20世纪曾有一项著名的科学实验验证了碳原子超强的天分——生成新连接网络的潜力。1953年，芝加哥大学的两位教授斯坦利·米勒（Stanley L. Miller）和哈罗德·尤里（Harold C. Urey），用一些玻璃管和烧瓶组建了一个封闭的系统，模拟地球上出现生命以前的环境特点，并在系统里放入如下元素：甲烷（CH 4 ）、氨（NH 3 ）、氢（H 2 ）和水（H 2 O）。其中，只有甲烷里包含了碳原子。与这些化学液体相连接的一个烧瓶里放了一对电极。米勒和尤里想使用这对电极激发电火花，从而模拟出闪电。这个实验连续做了7天。当实验的第一个周期结束时，他们发现在原来的化学液体中10%的碳原子已经自发地与其他原子进行了化学反应，并生成了一些新的有机化合物，比如：糖类、脂质、核酸。而这些化合物对于生命体的形成是非常重要的。米勒当时声称，一旦在模拟的前生存环境里点燃一道电火花，那么就可以产生11种氨基酸，占了生命体中氨基酸种类的一半。十几年前，另一组研究人员重新做了这个实验。结果发现，当烧瓶模拟出海底火山口的环境时，进行实验的化学液体里生成了所有的氨基酸种类，一共22种。
在这个实验之后的半个世纪里，成百上千种新理论持续出现，试图解释生命形成的早期过程。一些理论强调细胞自我复制的能力促进生命体的形成；一些理论强调新陈代谢的作用；一些理论则对海底火山口的高温作用进行推测；还有一些理论认为是一些已有生命体的彗星与地球相撞后，让地球具备了生命起源的最初条件。不过，在五花八门的各式理论之间，存在着一个共同之处，那就是都肯定了碳原子的超强连接能力在生命起源过程中具有重大的意义。另外一小部分研究者和科幻小说的作者们则构思了另一个版本的生命起源过程。在这个版本里，生命是因为硅原子的存在才成为可能的。在化学元素周期表中，硅原子排在碳原子之后，并且有和碳原子一样的四价电子。然而，与碳原子相比，硅原子缺少一种天生的易变性，不能随意拥有二价或三价电子，从而与其他原子化合生成新的环状脂肪酸或糖类化合物。另外，要生成新的价键，硅原子也要消耗掉比碳原子更多的能量。虽然地球的硅含量是碳的100多倍，但自然母亲却选择了碳这种较为稀少的元素，让它成为生命起源的必备成分。
硅原子之所以不能成为生命体的必备元素，还有另外一个原因：硅的价键极易在水中溶解。大部分关于生命起源的理论都涉及水的存在，并非只是因为氢和氧在很多有机化合物中都是重要的元素，同时也因为液态水的环境能让生命在地球上形成的那些“最初的化学反应”可以更容易发生。米勒和尤里当年所做的实验，从某种意义上来说，只是强力地证明了一个世纪前达尔文提出的一个假设：生命起源于水。在达尔文写给植物学家约瑟夫·胡克（Joseph Hooker）的一封信里，他曾设想生命最初一定是出现在一个小小的，温度适宜的水塘里。他还设想在那个水塘里一定存在各种氨、磷酸盐、光、热、电。后来出现的大部分关于生命起源的理论，或多或少都包括了达尔文假设的“原始汤”理论。该理论认为，液体的自然波动和起伏翻滚可以促使一些新的化学运动出现，并出现新的化学反应。诚然，碳是一个天才的连接者，但如果没有一个环境允许它自由自在地移动，随意地遇到或撞到其他的化学元素，碳的超强连接能力也将无从施展，那些壮观且奇妙的各种聚合物链就无法生成，只能永远地“躲”在相邻可能里，找不到打开空间大门的钥匙。
与碳原子一样，水分子也具备几种超常的特性。因此，水作为一种媒介物质，非常适合在生命起源的最初阶段帮助维持生命的存在。从水分子里分离出来的氢键比存在于“一般液体”里的价键要稳定10倍，因此，当水作为一种媒介存在时，它就具备了更多的优势。首先，水作为液体存在的温度区间为0℃～100℃，这是一个非常大的空间，比其他任何一种液态物质都更具备优势。由于氢键的这些优势，当地球上出现了最初的生命体后，避免了海洋里的水因为温度太高而全部蒸发得无影无踪。其次，水还具备一种超常的功能，那就是溶解能力（举一个例子，黄金的稳定性是众所周知的，但如果把黄金放在水里，只要时间足够久，它也会被水慢慢地溶解）。由于水的流动性和溶解性，当水里面的元素慢慢地移动、前行时，它们更容易相互碰撞，也能更轻易地创造新的网络连接。最后，因为氢键的超强稳定性，当一些新的化合物组织出现后（部分化合物组织与碳原子有关），便具备了更强的稳定能力，并在“原始汤”里寻找机会与其他化合物连接生成新的化合物。
因此，当回顾生命起源的历史时， 我们发现生命起源的创新动力具备两个基本的特性：首先，具备能够与尽可能多的其他元素建立新连接的能力； 其次，可以促进系统里各种元素之间活动与碰撞的“随机性”环境。 至少在地球上，生命起源的故事背景一定是一个液态的、超高密度的网络系统：“原始汤”里的碳原子不停地与其他元素相遇并连接。一旦经过这些原子的活动与连接，组成了一些新的分子，地球就不只是存在一些化学和物理反应了，生物进化的开端也就出现了。当第一份脂质因为分子的自发组合活动而在地球上出现后，一扇生物进化过程中的相邻可能之门就打开了，并最终形成了细胞膜；当第一种核苷酸生成以后，又一扇相邻可能之门打开了，并最终慢慢地进化、演变并生成了DNA。这些都是生命起源故事里的一些关于创新的小情节。