在甲烷中游泳的生物？以地球生命标准寻找外星人将一无所获

彩色化处理过的欧罗巴表面

Ramin Skibba是一位天体物理学家，后来成为了科学作家和自由撰稿人，他的作品曾在《新科学家》、《自然》和《Hakai》等杂志上发表，目前在圣地亚哥工作。

从水滴状的水母到岩石状的地衣，我们的星球上充满了各种各样的生物，以至于很难辨认出有些生物是活着的。这种复杂性暗示着在我们不知道的情况下寻找生命的挑战——外星生物可能已经控制了其他星球，那里的条件可能与我们以前见过的任何东西都不一样。“宇宙是一个非常大的地方。”加州帕萨迪纳喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory at Pasadena, California)的天体化学家凯布尔(Morgan Cable)说，“如果我们能想象到某种生命形式，那很可能它就在某个星球的某个地方，问题是，我们能找到它吗?”

几十年来，天文学家们一直把他们的研究范围局限在与这里的生物大致相似的生物身上，以此来回答这个问题。1976年，美国宇航局的“海盗号”着陆器对火星上的土壤样本进行了检测，并试图利用地球微生物喜欢的有机营养物使其活起来，但没有得到确凿的结果。今年晚些时候，欧洲航天局的ExoMars轨道探测器将开始探测火星大气中的甲烷，这些甲烷可能是由类似地球的细菌产生的。美国国家航空和宇宙航行局(NASA)的“火星2020”(Mars 2020)探测器也将扫描在过去或现在可能存在的火星生物遗留下的碳基化合物。

但火星上的环境与地球上的环境并不相似，天文学家在其他恒星周围发现的系外行星则更加陌生——其中许多行星与我们太阳系中的任何行星都大不相同。因此，扩大对生命的探索非常重要。我们需要对真正陌生的生物、化学、地质和物理过程开放我们的思想。格拉斯哥大学(University of Glasgow)的化学家李·克罗宁(Lee Cronin)说：“每个人都在寻找‘生物特征’，但它们毫无意义，因为我们没有其他生物学的例子。”

为了开放我们的思想，我们需要回到基础上来，考虑生命所必需的基本条件。首先，它需要某种形式的能量，比如来自火山温泉或热液喷口的能量。这似乎排除了任何缺乏强大内热源的行星或卫星。生命也需要保护免受空间辐射，例如大气臭氧层，许多新发现的地球大小的行星，包括TRAPPIST-1和Proxima Centauri周围的行星，围绕着红矮星轨道运行，其强大的耀斑可能会带走一颗行星的大气层。詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)将于明年发射，其研究将揭示我们是否也应该排除这些星球。

最后，我们对生命的所有了解都表明，生命需要某种液体溶剂，在这种液体溶剂中，化学反应可以产生自我复制的分子，在这方面，水特别有效，它有助于形成和打破化学键，合成蛋白质或其他结构分子，并且——对于一个实际的有机体来说——喂养和清除废物。这就是为什么行星科学家目前关注的焦点是围绕恒星的“宜居带”，在那里一个星球可以有产生表面液态水的适宜温度。

这些限制仍然留下了令人眼花缭乱的各种可能性，也许其他的液体可以代替水，或者一种不那么奇异的可能性：也许生物学可以在冰层覆盖的外星世界的海底出现，这样的设置提供了能量、保护和液态水，但几乎没有提供生命的外部迹象，因此很难探测到。对于围绕其他恒星的行星，我们并不知道足够多的东西来说明那里发生了什么(或没有发生什么)。康奈尔大学(Cornell University)的行星科学家乔纳森•卢宁(Jonathan Lunine)承认：“很难想象我们能肯定地在一颗系外行星上找到生命。但是我们可以到达外太阳系。”

因此，寻找陌生的生命必须从离家近的地方开始。土星和木星的卫星提供了一个实验案例，来检验没有大气层生物是否能存在。木星的欧罗巴和土星的土卫二都有内部海洋和内部热源。土卫二从南极喷出巨大的水蒸气喷泉;木卫二似乎偶尔也会喷出羽烟。未来的太空任务可以飞越这些羽状星云，研究它们是否有可能的生物化学物质。美国国家航空和宇宙航行局(NASA)提议的欧罗巴着陆器(Europa lander)可能在大约10年内发射升空，它可以寻找可能含有微生物的海水，这些海水会向天空喷出或者成为雪飘落回地面。

与此同时，另一颗土星卫星，土卫六，可以告诉我们，没有液态水，生命是否能诞生。土卫六表面上点缀着由甲烷和乙烷组成的湖泊，充满了季节性的碳氢化合物雨。卢宁和他的同事推测生命可能在这种寒冷的环境中出现。对此，有几个构思良好(但尚未得到资助)的着陆器概念，着陆器能够调查泰坦的甲烷湖，寻找微生物生命的踪迹。

然而，对于那些在太阳系中没有类似行星的混杂的系外行星，科学家们不得不依靠实验室实验和纯粹的想象力来解释。凯布尔说，“我们仍在寻找我们认为生命需要的基本物理和化学需求，但我们正努力使我们的思维尽可能地广泛。”麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的萨拉•西格(Sara Seager)和华盛顿大学(University of Washington)的维多利亚•梅多斯(Victoria Meadows)等系外行星研究人员正在模拟不同类型的可能行星大气，以及生命可能在这些大气上留下的化学印记。

现在，设计能够探测尽可能多生命迹象的仪器的责任就落在了美国宇航局和其他航天机构的责身上了。目前大多数望远镜只能接收有限的波长范围。“如果你把光谱想象成一套百叶百叶窗，那么现在只有几条木条被拆除了，对获得全部成分来说这不是一个很好的方法。” Lunine说。作为回应，由俄亥俄州立大学的Seager和Scott Gaudi领导的天文学家为NASA在2030年~2040年提出了适合居住的系外行星成像任务(HabEx)。它将通过范围广泛的光学和近红外波长扫描系外行星，以寻找氧气和水蒸气的迹象。

广泛搜索外星生命并不容易，也不便宜，但它肯定会带来变革。即使天体生物学家一无所获，这些知识也会告诉我们地球上的生命有多特殊。而如果有任何形式的成功，那都将是惊天动地的。如果在火星上发现陆生的细菌，那这会告诉我们，我们并不孤单，如果在土卫六上发现会在甲烷里游泳的生物，那将会更深刻地告诉我们，我们的生命形式不是唯一的。无论如何，我们地球人再也不会用以前的方式看待宇宙了。