假如泰坦星上有生命

李雨亭

在漫威電影中，超級(jí)反派“滅霸”是出生在泰坦星上的永恒一族，這顆最終毀滅殆盡、荒涼的藍(lán)色星球給觀眾留下了深刻印象。在現(xiàn)實(shí)中，這顆藍(lán)色星球并沒有滅亡，它一直真實(shí)存在于太陽(yáng)系中。

泰坦長(zhǎng)什么樣？

泰坦在天文學(xué)里專指土星的第六顆衛(wèi)星——土衛(wèi)六。它是太陽(yáng)系中僅次于木衛(wèi)三的第二大衛(wèi)星，平均直徑約5149千米，是月球的1.5倍。它也是目前太陽(yáng)系中已知的唯一一顆同時(shí)擁有稠密大氣層和液態(tài)海洋的衛(wèi)星。從某種程度上來說，它是整個(gè)宇宙中目前已知的和我們的地球最相似的星球之一。

由于土衛(wèi)六的大氣層太厚太稠密，而且對(duì)可見光幾乎是不透明的，即使是近距離飛掠的探測(cè)器，也難以在可見光和紅外波段看到土衛(wèi)六表面的細(xì)節(jié)，因此從1655年人類首次發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)六以來的三百多年里，我們幾乎都無法探知土衛(wèi)六的表面到底是什么樣的。直到2019年美國(guó)宇航局噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室JPL的行星科學(xué)家洛普斯及其同事們繪制完成了首幅土衛(wèi)六的全球地質(zhì)圖。

這幅地質(zhì)圖向我們展示了泰坦星的表面概況，比如平原是土衛(wèi)六上最主要的地貌，占了土衛(wèi)六表面積的65%;沙丘和山地丘陵則分別占了17%和14%;湖海和溝網(wǎng)都只占了1.5%;可確認(rèn)的撞擊坑數(shù)目少的驚人，只占了總面積的0.4%，說明土衛(wèi)六表面相當(dāng)年輕活躍，所以才會(huì)抹去了大部分撞擊坑。同時(shí)，土衛(wèi)六的這些地質(zhì)單元表現(xiàn)出了很強(qiáng)的緯度分布。盡管這些發(fā)現(xiàn)略顯單薄，但依然給了科學(xué)家們?cè)S多推測(cè)土衛(wèi)六地質(zhì)活動(dòng)和地質(zhì)歷史的線索。

揭開泰坦表面的重重面紗，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)泰坦是目前已知的唯一一個(gè)表面有著液態(tài)甲烷的湖和海的星球。它有著甲烷的循環(huán)，甚至?xí)录淄橛?。通過美國(guó)宇航局卡西尼號(hào)宇宙飛船傳回來的圖片來看，泰坦表面的液態(tài)湖泊反射著陽(yáng)光，這樣的景象在太陽(yáng)系中除了地球，僅此一家?？ㄎ髂岬臏y(cè)量還顯示，泰坦冰蓋下有一片液態(tài)海洋，而且可能是覆蓋泰坦全球的，科學(xué)家們認(rèn)為這里具備適合生命生存的條件。這些發(fā)現(xiàn)無疑讓泰坦成為了最有可能孕育生命的“大熱”星球。

如果泰坦星上真的存在生命，它們會(huì)是什么樣的？

科學(xué)家設(shè)想的泰坦星細(xì)胞膜

美國(guó)康奈爾大學(xué)的化學(xué)工程師和天文學(xué)家們聯(lián)手研究出了一套模擬泰坦生物模板，基于泰坦表面大量的液態(tài)甲烷，他們認(rèn)為泰坦上或許擁有以甲烷為基礎(chǔ)、無需氧元素的細(xì)胞，能夠新陳代謝，復(fù)制繁衍，做任何地球上的生命能夠做到的事情。

而我們都知道對(duì)生物細(xì)胞來說，細(xì)胞膜必不可少。它們像盡職盡責(zé)的衛(wèi)士，將不需要的物質(zhì)拒之門外，又能做到允許營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入;幫助細(xì)胞排出廢物的同時(shí)，也保護(hù)了細(xì)胞內(nèi)部的完整性。可以說，具備這樣的膜結(jié)構(gòu)是生物進(jìn)化的大前提，它使得生物有機(jī)會(huì)產(chǎn)生更復(fù)雜的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，并得以進(jìn)化為高級(jí)生命體。

在地球上，水被認(rèn)為是細(xì)胞膜賴以生存的必要前提。但如果細(xì)胞膜的存在不基于水，而是依賴甲烷，是否可行呢？

科學(xué)家們將他們理論上建立的細(xì)胞膜稱為氮質(zhì)體，由于泰坦上沒有發(fā)現(xiàn)游離氧，他們認(rèn)為這些氮質(zhì)體是由已知存在于泰坦低溫海洋中的氮、碳和氫分子構(gòu)成，但它們的穩(wěn)定性和柔軟性應(yīng)該與地球上的脂質(zhì)體類似。那氮質(zhì)體是由哪種物質(zhì)組成的呢？基于此科學(xué)家們采用了一種分子動(dòng)力學(xué)方法來篩選候選化合物，看是否有合適的物質(zhì)足以用于自組裝成類似膜的結(jié)構(gòu)。

很快他們發(fā)現(xiàn)，丙烯腈展現(xiàn)出了優(yōu)良的穩(wěn)定性和柔軟性，用作氮質(zhì)體最具潛質(zhì)。丙烯腈是一種無色、有毒的液態(tài)有機(jī)化合物，在地球上被用于制造丙烯酸光纖、樹脂和熱塑性塑料。最重要的是這種化合物就存在于泰坦的大氣之中，含量非常豐富。

此外，科學(xué)家們探究了這種氮質(zhì)體的結(jié)構(gòu)模式，丙烯腈能夠形成一個(gè)穩(wěn)定的膜結(jié)構(gòu)，從而分離膜內(nèi)外環(huán)境，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的交互。這意味著，泰坦上極有可能存在類似生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)！

但很可惜，科學(xué)家們?cè)谑褂糜?jì)算機(jī)建模來模擬用丙烯腈作為膜的組裝過程時(shí)發(fā)現(xiàn)，在泰坦的同樣環(huán)境下，這種膜根本無法完成自組裝。也就是說，泰坦星上自行孕育生物細(xì)胞的可能性還是不存在的。

研究進(jìn)行到這里，很多人都感到非常失望，明明發(fā)現(xiàn)了一顆與我們地球如此相像的星球，卻始終無法證明它有和我們一樣孕育生命的能力。

讓核動(dòng)力無人機(jī)去泰坦

有科學(xué)家指出，鑒于泰坦上的溫度極低，生物大分子在其上將是不可移動(dòng)的。泰坦上如果真的存在生命，那它們將需要依靠較小分子的緩慢擴(kuò)散來完成移動(dòng)。但是，任何膜都會(huì)阻止這種程度擴(kuò)散，因此他們認(rèn)為泰坦上的潛在生命可能根本不需要膜。

當(dāng)然這種理論很快被其他科學(xué)家駁斥了，大多數(shù)科學(xué)家還是堅(jiān)持膜的存在對(duì)于維持細(xì)胞內(nèi)部與外部之間的平衡至關(guān)重要，沒有它，就無法阻止對(duì)生命有利的有機(jī)分子向環(huán)境流失，也無法保護(hù)內(nèi)在物質(zhì)或與外在物質(zhì)作交換。畢竟無論是在泰坦還是在其他任何地方，生命都需要維持最小的生命單元即細(xì)胞的完整性，而只有這種結(jié)構(gòu)才能支撐生物進(jìn)化為更復(fù)雜的生命體。

盡管目前對(duì)泰坦生命的探索令不少人感到遺憾，但科學(xué)家們并沒有因此放棄。他們認(rèn)為泰坦上可能存在任何形式的生命，甚至可能生活在非常極端的環(huán)境中，超乎我們的想象。

美國(guó)宇航局宣布了一項(xiàng)名為“蜻蜓”的新任務(wù)，“蜻蜓”是一種核動(dòng)力無人機(jī)，計(jì)劃于2026年發(fā)射，預(yù)計(jì)將在2034年到達(dá)泰坦。在兩年的計(jì)劃任務(wù)中，“蜻蜓”會(huì)穿越相當(dāng)于整個(gè)美國(guó)加州的距離，每16個(gè)地球日（或一個(gè)泰坦日）移動(dòng)到另一個(gè)的地方，同時(shí)收集數(shù)據(jù)。蜻蜓團(tuán)隊(duì)成員說，這有可能是我們一生中最大膽，最具變革性的太空任務(wù)之一，我們將去往這個(gè)美麗星球?qū)ふ疑?/p>

泰坦上真的會(huì)有生命嗎？那里的生命會(huì)是什么結(jié)構(gòu)？讓我們拭目以待，等“蜻蜓”帶我們一起去探尋吧！