太空處處有生機(jī)

林大臨

太空是什么樣子的呢？

在晴朗無(wú)云的夜晚，我們能看到頭頂上方黑色幕布上的點(diǎn)點(diǎn)星光。天文望遠(yuǎn)鏡傳回的照片上，一望無(wú)際的黑暗中，對(duì)人類(lèi)而言巨大無(wú)比、璀璨奪目的星球就像一粒粒灰暗的塵埃，太空就像一片廣闊漆黑、荒無(wú)人煙的沙漠。

在科幻電影中卻不是如此，太空中充滿著多種多樣的生命和文明?！缎乔虼髴?zhàn)》中許多星球上都存在著高智商生物，但是他們的外形跟地球人很不一樣，三角腦袋、金色眼睛的類(lèi)人生物;沒(méi)有眼睛、全身粘液的蛞蝓;頭上長(zhǎng)著潛望鏡的蛇形生物等?！栋⒎策_(dá)》中外星球潘多拉的原住民是約3米高的藍(lán)皮膚類(lèi)人生物，他們被地球人稱(chēng)為納威人，具有與動(dòng)植物交流的能力。

太空到底是沒(méi)有生命的荒漠還是生機(jī)勃勃的大花園？雖然到目前為止，我們還沒(méi)有在太空中找到活體生命的痕跡，但是許多科學(xué)家仍然信心滿滿地認(rèn)為，答案應(yīng)該是后者。

環(huán)境不同，生物有異

地球上的生命是數(shù)十億年適應(yīng)環(huán)境、發(fā)展進(jìn)化的結(jié)果，其他星球的生命也應(yīng)是如此，因此在科學(xué)家的想象中，其他星球的生命與地球生命在外形上會(huì)有很大的不同。

讓我們先從星球軌道來(lái)看。2016年，我國(guó)的科學(xué)家通過(guò)計(jì)算郭守敬望遠(yuǎn)鏡和開(kāi)普勒衛(wèi)星的測(cè)量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)約八成的太陽(yáng)系外行星的軌道與太陽(yáng)系行星的相似，大多為偏心率小于0.1的近圓形軌道，只有兩成左右的系外行星偏心率較大，平均值大于0.3，呈現(xiàn)明顯的橢圓形軌道。這個(gè)結(jié)果讓人振奮，因?yàn)榻鼒A形軌道的行星在任何時(shí)間都不會(huì)太親近或疏遠(yuǎn)自己的恒星，溫度將更加穩(wěn)定而舒適，更適宜哺育生命。八成行星軌道是近圓形，大大提高了科學(xué)家尋找地外生命的信心。在這類(lèi)行星上，有可能存在與地球上相似的生物。

不過(guò)即使是軌道狹長(zhǎng)近橢圓的行星，比如迄今為止發(fā)現(xiàn)的軌道偏心率最大的行星HD 76920b，它接近恒星的時(shí)間短暫，夏天非常炎熱，隨后將迎來(lái)漫長(zhǎng)寒冷的冬天。這樣的行星，它的生存環(huán)境對(duì)地球生物可謂十分惡劣了，但是科學(xué)家也沒(méi)有放棄希望，他們樂(lè)觀地想象著，也許這樣的行星上面會(huì)生存著長(zhǎng)著四肢和樹(shù)葉的步行植物呢。步行植物周身披著綠色葉子外衣，卻又長(zhǎng)著動(dòng)物的四肢，可以靈活運(yùn)動(dòng)。光照充足的午后它會(huì)靜靜地沐浴著日光進(jìn)行光合作用，而資源緊張的時(shí)候，四肢能幫助它們競(jìng)爭(zhēng)和奪取生存物資。在炎夏和寒冬，它們會(huì)逃離到溫度適宜的地區(qū)，又或者靠著長(zhǎng)長(zhǎng)的睡眠越冬。當(dāng)行星接近和離開(kāi)恒星的過(guò)程中，會(huì)有兩個(gè)短暫的溫度適宜的時(shí)期，這時(shí)步行植物就可以抓緊時(shí)間開(kāi)花結(jié)果、繁衍后代。

如果要在地球上找類(lèi)似的生物，那可能就是綠葉海蛞蝓或者中縊蟲(chóng)蝘蜓了，前者是一種螺類(lèi)，后者則是一種纖毛蟲(chóng)。它們靠吞食藻類(lèi)生存，但是不會(huì)完全消化藻類(lèi)，而是將藻類(lèi)的葉綠體納入自己的細(xì)胞中，自行進(jìn)行光合作用，這樣它們就同時(shí)具有了動(dòng)植物的本領(lǐng)。

恒星對(duì)行星的引力強(qiáng)弱也會(huì)影響行星孕育的“孩子”。與恒星距離過(guò)近的行星將受到恒星強(qiáng)大的引力影響，使得行星運(yùn)行在固定的軌道。在這個(gè)軌道內(nèi)，行星的自轉(zhuǎn)周期和它繞恒星公轉(zhuǎn)的周期一致，這就造成行星總是同一個(gè)半球面向恒星，就像我們?cè)诘厍蛏峡偸强吹皆虑虻耐幻嬉粯?。這樣的行星一面永遠(yuǎn)沐浴著陽(yáng)光，另一面則陷入永恒的黑暗，不同的兩面將生存著完全不一樣的生物。向光的一面進(jìn)行光合作用，與地球上的沙漠植物類(lèi)似的生物可以生存在這里。背光的一面寒冷黑暗，這里可能生存著身披皮毛、長(zhǎng)睡不醒的動(dòng)物，它們大張著嘴巴，“迎接”迷路的來(lái)自向陽(yáng)那一面過(guò)來(lái)的動(dòng)物。

而離恒星太遠(yuǎn)的行星受到的引力就太過(guò)微弱。當(dāng)受到另一個(gè)星系的恒星的引力影響時(shí)，它很可能會(huì)脫離原本的軌道，成為宇宙中孤獨(dú)的流浪者，在宇宙中這樣的“流浪者”多達(dá)250億顆。流浪的過(guò)程中，行星很難再享有恒星的光和熱，但也許它并不是一顆冷冰冰的“死星”，其核心可能進(jìn)行著元素衰變反應(yīng)，又或者發(fā)生著劇烈的地質(zhì)活動(dòng)，能為行星的生命提供能量。但是這些生命將不得不適應(yīng)沒(méi)有陽(yáng)光的環(huán)境，就像地球巖石和海洋深處的硝化細(xì)菌、硫細(xì)菌和鐵細(xì)菌一樣，即使沒(méi)有陽(yáng)光，它們也能通過(guò)化能合成作用，氧化無(wú)機(jī)物，并運(yùn)用氧化過(guò)程釋放的能量將二氧化碳和水合成有機(jī)物，維持生命。但是這種方式生產(chǎn)的能量是有限的，它只能滿足微型生物生存的需要，所以暗星中的生命大多具有迷你的體型。

冰火兩重天的星球上住著步行植物（想象圖）

內(nèi)部條件決定“外貌”

除了星球的運(yùn)行軌道和恒星引力，星球的內(nèi)部條件也影響著生物的形態(tài)。

比如它是氣態(tài)星球還是固態(tài)星球，這能決定其中的生物是身輕如燕還是體壯如牛。土星和木星這樣的氣態(tài)星球上的動(dòng)植物可以獲得巨大的浮力，它們都在大氣中“游動(dòng)”生活。因?yàn)橹亓Ω?，那里的?shù)木可以生長(zhǎng)到地球上樹(shù)木的10倍高，動(dòng)物們將依靠著充滿氫氣或甲烷的氣囊在空中“飛行”，盡情享用漂浮在高處的綠藻云、氣球狀植物和章魚(yú)狀動(dòng)物。

當(dāng)飛行能力變成生物的必備本領(lǐng)時(shí)，肌肉的供氧能力會(huì)決定動(dòng)物是否能長(zhǎng)時(shí)間追捕或逃跑。地球上的多數(shù)動(dòng)物是利用血紅蛋白中的鐵原子來(lái)結(jié)合、運(yùn)輸氧氣的，而章魚(yú)等頭足類(lèi)動(dòng)物卻不同，它們利用血藍(lán)蛋白中的銅原子來(lái)運(yùn)送氧氣，與鐵原子相比，銅原子結(jié)合氧氣的速度更慢，但是它能結(jié)合更多的氧氣，這使得章魚(yú)行動(dòng)遲緩卻能長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)。為了長(zhǎng)期飛行，也許氣態(tài)星球上的生物會(huì)拋棄紅色的血紅蛋白，它們的血液會(huì)是藍(lán)紫色的。

我們知道，地球上的生命起源于海洋，所以我們一直認(rèn)為水是生命存在的必備條件。在木星的衛(wèi)星木衛(wèi)三的地表之下，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個(gè)巨大的分層海洋，其海水總量遠(yuǎn)大于地球，這里想必藏著許多我們夢(mèng)寐以求的外星生物。木衛(wèi)三高溫的核心溫度使核心附近的冰層融化成水，但是沒(méi)法融化整個(gè)冰層，接近地表的冰層則受到木星引力的影響而破碎消融，于是海洋被分成一層冰一層水的“三明治”結(jié)構(gòu)。如果這個(gè)分層海洋中有生命的話，它們很可能起源于海底，慢慢地逐層入侵，形成一個(gè)有共同起源的垂直生態(tài)系統(tǒng)。從外觀上看，這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)就像一棵巨大的古樹(shù)。底部的“樹(shù)根”可能由無(wú)數(shù)的變形蟲(chóng)細(xì)胞組成，延伸到上層的“樹(shù)干”和“樹(shù)枝”則被蝦蟹、魚(yú)類(lèi)等食肉動(dòng)物占據(jù)。

但是海洋中的液體一定要是水嗎？其他的液體環(huán)境會(huì)產(chǎn)生生命嗎？科學(xué)家認(rèn)為是可能的。土星的衛(wèi)星土衛(wèi)六，看起來(lái)非常像地球，它的河流和湖泊充滿著液體，但是這些液體與地球上的水有天壤之別，這是液體甲烷，是燃料天然氣的主要成分。美國(guó)和墨西哥的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)在墨西哥的尤卡坦半島發(fā)現(xiàn)了一個(gè)以甲烷為基礎(chǔ)的生態(tài)系統(tǒng)，其中的微生物依靠甲烷生存，其他動(dòng)物則以甲烷微生物為食。既然地球都有甲烷微生物，其他星球也完全可能存在。

想象可能成真

上述生命雖然仍?xún)H存在于科學(xué)家們的想象中，但現(xiàn)在我們找到了一些與地球生命不同的生物存在的證據(jù)。

氣態(tài)行星中也許孕育著“章魚(yú)”

土衛(wèi)六，是土星最大的衛(wèi)星，美國(guó)宇航局的惠更斯探測(cè)器的數(shù)據(jù)顯示，土衛(wèi)六含有許多與地球相似的跟生命起源有關(guān)的有機(jī)成分，比如由氮?dú)?、甲烷和其他碳?xì)浠衔锝M成的厚厚大氣層。但是遺憾的是，土衛(wèi)六的平均氣溫為-187℃，液態(tài)水很少，湖泊里基本是液態(tài)甲烷，雖然地球上也有甲烷微生物，但是它們到了更加嚴(yán)寒的土衛(wèi)六上肯定活不了。

那土衛(wèi)六的甲烷湖泊中能存活自己的甲烷微生物嗎？現(xiàn)有證據(jù)讓科學(xué)家們對(duì)此信心滿滿。

2017年，美國(guó)宇航局的“卡西尼號(hào)”太空船探測(cè)到土衛(wèi)六上存在兩種化合物，它們的發(fā)現(xiàn)使得科學(xué)家更加確信土衛(wèi)六能孕育生命。在土衛(wèi)六的上層大氣中發(fā)現(xiàn)了我們稱(chēng)為丙烯腈的化合物，這種化合物可以在實(shí)驗(yàn)室低溫的甲烷中形成穩(wěn)定的與細(xì)胞膜類(lèi)似的膜結(jié)構(gòu)。而另一種被稱(chēng)為碳鏈陰離子的化合物被發(fā)現(xiàn)存在于土衛(wèi)六的電離層中，它是能生長(zhǎng)成更復(fù)雜的有機(jī)微粒的“種子”，以它為起點(diǎn)繼續(xù)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，極有可能出現(xiàn)有機(jī)生命體。

無(wú)獨(dú)有偶，“卡西尼號(hào)”太空船也在土衛(wèi)二上發(fā)現(xiàn)了生命存在的可能性。2015年，美國(guó)宇航局分析“卡西尼號(hào)”在土衛(wèi)二上采集的樣本，發(fā)現(xiàn)了大型復(fù)雜的有機(jī)物分子，它們的分子質(zhì)量超過(guò)200個(gè)相對(duì)原子質(zhì)量（以一個(gè)12C原子質(zhì)量的1/12作為標(biāo)準(zhǔn)，任何一種原子的平均原子質(zhì)量跟一個(gè)12C原子質(zhì)量的1/12的比值，稱(chēng)為該原子的相對(duì)原子質(zhì)量），由長(zhǎng)碳鏈和碳環(huán)組成。這意味著土衛(wèi)二上能進(jìn)行復(fù)雜的生化過(guò)程，而地球生命起源之初也在進(jìn)行著這樣的生化過(guò)程。

2017年初，“卡西尼號(hào)”還在土衛(wèi)二表面探測(cè)到了氫分子。在地球上，產(chǎn)生氫氣的生化反應(yīng)過(guò)程為深海熱液噴口的微生物獨(dú)有，通過(guò)這個(gè)過(guò)程給周?chē)恼麄€(gè)生態(tài)系統(tǒng)供能。據(jù)此，美國(guó)西南研究院的大氣科學(xué)家亨特·韋特推測(cè)，土衛(wèi)二的地下海底熱液噴口處的有機(jī)物可能已經(jīng)演化成了生命體，氫氣正是由它們進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的。

目前我們還無(wú)法去驗(yàn)證上述衛(wèi)星中是否真的存在外星生物，但是它們的生化環(huán)境與地球生命出現(xiàn)初期的環(huán)境非常相似，這是科學(xué)家們的猜想最有力的支持。而如果靠化能合成作用生存的微生物真實(shí)存在的話，其他生物生存的可能性不就大大增加了嗎？

DNA使我們生而不同

如果外星生物真的像科學(xué)家們想象的那樣與地球生物完全不同，那么這是什么東西造成的呢？在地球上，我們把決定生物性狀的物質(zhì)叫做DNA，這里姑且把決定外星生物的性狀的東西稱(chēng)為外星DNA吧，兩者DNA有什么不同，科學(xué)家們做了一些大膽的猜想。

我們已經(jīng)知道，地球生物的DNA由4種叫做堿基的有機(jī)小分子組成，它們被命名為鳥(niǎo)嘌呤、胞嘧啶、腺嘌呤和胸腺嘧啶，改變堿基的排列順序，就可以決定地球生物的所有性狀特征。外星DNA也是四種堿基組成的嗎？如果不是四種，而是6種、8種會(huì)怎么樣呢？美國(guó)生化科學(xué)家史蒂文·本納領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在實(shí)驗(yàn)室里制造了一些“外星DNA”。

外星人的DNA會(huì)是8種堿基組成的DNA嗎？（綠色（天然堿基G），紅色（A），藍(lán)色（C），黃色（T），青色（合成堿基B），粉紅色（S），紫色（P），橙色（Z））

史蒂文·本納關(guān)于合成DNA的研究由來(lái)已久。早在2006年，本納小組就通過(guò)調(diào)整天然堿基的結(jié)構(gòu)來(lái)造出了兩個(gè)人工堿基，稱(chēng)為Z和P，后來(lái)他們又用同樣的方法獲得了一對(duì)名為S和B的堿基對(duì)。

2019年2月，本納小組將他們的人工堿基與天然堿基組建在了一起，造出了數(shù)百個(gè)合成DNA分子。合成DNA跟天然DNA確實(shí)有差異，它不能被地球生物原有的酶復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯。本納小組找到了T7 噬菌體的一種突變的RNA聚合酶，最終成功實(shí)現(xiàn)了這個(gè)合成DNA的轉(zhuǎn)錄。這是不是說(shuō)明，外星DNA的堿基極有可能與地球生物的很不一致，它們有自己的堿基和相應(yīng)的酶呢？

不過(guò)本納小組的工作就到這里了，另一位科學(xué)家做了將合成DNA轉(zhuǎn)入地球生物的基因組中，制造新型蛋白質(zhì)的實(shí)驗(yàn)。

美國(guó)斯克里普斯研究所弗洛伊德·羅姆斯伯格領(lǐng)導(dǎo)的研究小組制造了與本納小組不同的新堿基，它們被命名為X和Y。2014年5月，他們首次將含有這對(duì)新堿基的合成DNA插入大腸桿菌基因組。當(dāng)大腸桿菌分裂繁殖時(shí)，這些人造堿基也成功復(fù)制并遺傳到子代中，而且只要提供足量的人造堿基，它就能穩(wěn)定地遺傳下去。

不過(guò)與本納小組相似的是，大腸桿菌原有的搬運(yùn)氨基酸的tRNA在遇到人造堿基時(shí)不起作用，無(wú)法翻譯。為了解決這個(gè)問(wèn)題，他們改良了tRNA及其攜帶的氨基酸，最終子代大腸桿菌生產(chǎn)出了一些新類(lèi)型的蛋白質(zhì)，變成了一種“新物種”。

天然DNA可以控制20種氨基酸的制造，而8種堿基的DNA能控制172種氨基酸的制造，能合成的蛋白質(zhì)類(lèi)型更多。如果外星DNA與天然DNA完全不同，生產(chǎn)出的蛋白質(zhì)自然千差萬(wàn)別，那么外星生物們長(zhǎng)得“奇形怪狀”，具有各種奇特本領(lǐng)也是完全有可能的。

也許我們從來(lái)不孤獨(dú)，太空處處都充滿著生命，只是我們生而不同，彼此之間無(wú)法識(shí)別也無(wú)法交流。但是我們對(duì)其他星球生命的探索熱情從未消減，期待著未來(lái)某一天能夠打破壁壘，對(duì)外星人Say Hi。