外星人就藏在眼前吗?

北京时间10月20日消息,据国外媒体报道,今年,人类发射了数个任务,为的都是在火星上寻找可能存在的生命。但是,即便我们真的找到了,我们能认出这些外星生物吗?今年7月份,有三个国家分别向火星发射了三个无人飞行任务,分别是天问一号(中国)、NASA的火星2020毅力号探测车(美国)以及希望号火星探测器(阿联酋)。

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中国和美国发射的登陆器将在火星上寻找现在或过去的生命迹象。另外,NASA也在计划木卫二飞越任务,旨在探测木星的一颗卫星——木卫二,也叫“欧罗巴”;以及向土卫六(“泰坦”)发射蜻蜓号登陆器。人们普遍认为,在我们的太阳系中,木卫二和土卫六上也有可能有生命存在。除此之外,冰冷的土卫二(“恩赛勒达斯”)上的地下海洋也可能有生命存在。

与此同时,我们现在也可以一窥太阳系外行星(即绕其他恒星飞行的行星)大气层的化学组成。不少人希望,这些研究可以揭示可能的生命特征。

然而,除非我们对“生命”有清晰的认识,否则这些探索究竟能有多大效果呢?NASA的非正式工作定义是“能够自我进化和自我维持的化学系统”。“NASA需要一个对生命的定义,这样他们才可以开发探测器并知道在探测任务中应该使用哪些仪器。”剑桥大学的动物学家阿里克·克森鲍姆说。只不过,大家对生命的定义,意见不一。

NASA的埃姆斯研究中心的宇宙生物学家林恩·罗斯柴尔德在艾伦·米恩创作的《小熊维尼》中读到一个警示性的故事。故事讲到,有一天,维尼和小猪想抓一只大臭鼠,但是他们不知道大臭鼠长什么样,结果错把自己的脚印当成大臭鼠的踪迹。“如果你什么都不了解,也就无从去寻找,”克森鲍姆说。

自1976年,NASA的两个海盗号着陆器登陆火星以来,行星科学家就一直在思索如何定义生命。从那之后,探测器在火星上早已漫游了数十英里,却未曾发现任何生命迹象。但是,如果我们真的发现了什么,我们能知道吗?

NASA发射探测器,探索火星表面的古老生命迹象

NASA发射探测器,探索火星表面的古老生命迹象

有一些专门研究其他星球上生命存在可能性的宇宙生物学家认为,我们的生命观点太狭隘。我们只知道一种生命形式,即地球生命。地球上的所有生物都是由适应水环境的细胞构成,依赖由蛋白质组成和基因编码的分子机制。鲜有科学家认为,外星生命会依赖与地球生命相同的化学物质(如果外星生命真的存在的话)。“我们不能在其他星球上也只是寻找已知的生物化学,”克森鲍姆说。比如,泰坦表面过于寒冷(零下179摄氏度),液态水几乎不可能存在。但是2005年着陆的惠更斯号泰坦探测器却揭露了另一种类型的湖泊:由碳氢化合物组成的湖泊,其中主要是甲烷和乙烷。这种湖水,跟我们平时用的汽油有点类似。

罗斯柴尔德认为,化学的通用准则缩小了某些选择范围,“我很难想象另一种非基于碳的生命形式,”她说。所以,在设计探索生命的行星任务时,脑海中有这样一个思路也情有可原。水作为生命的溶剂,它有“许多优势”。即便泰坦上的甲烷湖中有有趣的化学反应发生,但低温也会大大降低化学反应速度。生命可以以如此缓慢的速度进化吗?加州理工学院的行星科学家斯图尔特·巴特利特对此持开放态度。他说:“泰坦的大气中可能漂浮着一些生物,它们靠喝汽油生存。”

一直以来,人们认为可以被称为活着的任何物质都具有不依赖于其精确化学组成的属性。但是,我们又很难说清楚这一般特征到底是什么。生命系统——哪怕是细菌——都异常复杂。这些生命系统靠代代相传并创建组织的信息得以维持(以人类为例,维持生命系统的信息就是基因)。但生命系统又跟冰冷无生命的晶体不同,晶体内部是原子的有序堆叠;而更像一座城市或云层的动态结构,科学家称之为“非均衡”:不断有能量输入,不会陷入静止状态。

詹姆斯·洛夫洛克最出名的是提出盖娅假说,假定我们的整个星球好似一个活着的生物体。上世纪七十年代,在参与海盗号探测器的设计时,他曾建议在探测的环境中寻找这种化学失衡——或许只有生命可以熬过一个又一个的地质年代。但问题是,非生命系统中也存在“有序不平衡”状态,比如流动的液体,所以仅凭这一个标准无法识别出生命。

巴特利特现在正与西雅图华盛顿大学的宇宙生物学家迈克尔·王进行合作。巴特利特认为,我们需要摆脱基于地球生命的思维模式束缚。他们提出引入一个更广泛的类别,叫做“lyfe”。在这个大类别中,我们已知的生命只是其中的一种形式。“我们的提议旨在尝试打破某些潜在的偏见,因为我们也可能只是lyfe中的一种实例,”巴特利特说。

他们还为lyfe列出了四个标准:

1。 利用周围环境中的能源,以防止其变得一致和始终如一;

2。 呈指数增长(例如通过复制);

3。 可以自我调节,以在不断变化的环境中保持稳定;

4。 可以学习和记住周围环境的信息。达尔文进化论就是长时间下,这种学习的一个例子:基因保留了针对特定环境的有用适应。

巴特利特和迈克尔·王这两位研究人员称,有些“子lyfe”系统仅符合其中的一些条件;或许也有“超级lyfe”符合额外的条件:这些lyfe形式拥有超越我们的能力,看待我们的方式就好比我们看待复杂但无生命的过程(比如晶体生长)一样。

巴特利特说:“我们希望,这个定义可以释放大家的想象力,以免错过就藏在我们眼皮子底下的lyfe形式。”他和迈克尔·王认为,某些活着的lyfe生物或许还可以利用在我们地球上未被开发的能源,像是磁场或动能。“目前,还没有已知的生命形式可以直接将动能转化为新陈代谢,”巴特利特说。

他们说,除了DNA这样的遗传链之外,可能还有其他的遗传信息存储方式。例如,科学家已经设计出存储和处理遗传信息的人工方式,使用二维合成分子阵列,像棋盘格或者算盘那样。巴特利特说,lyfe和非lyfe之间的区别可能是模糊的:是不是活的lyfe,可能只是程度的问题。毕竟,科学家已经在争论,病毒是不是生命——虽然没有人会怀疑病毒对生命造成巨大破坏的能力。

NASA的工作定义认为lyfe/生命只能通过达尔文进化产生和发展。对此,巴特利特持怀疑态度。他说,即便是地球生物,它们也可以通过不依赖于达尔文进化机制的方式,改变自己的行为。“虽然自然界确实发生了达尔文进化,但我不认为达尔文进化可以用来解释所有的生物学习,”巴特利特说。

亚利桑那州立大学的宇宙生物学家兼物理学家萨拉·沃克对此表示赞同。她说:“或许有些系统,它具有生命的多种特征,但却从未越过那道分界线,进化成为达尔文式的生命。”而在他的新书——《动物学家的银河系指南》中,克森鲍姆说,很难想象有任何其他过程可以形成值得被认为是生命的复杂化学系统。他说,自然选择的进化遵循“已知的明确规则,这些规则不仅适用于地球,也适用于宇宙中的任何其他地方”。他也“相信自然选择的进化也会促进外星星球上的生物多样性。”克森鲍姆说,如果是这样,我们就可以对外星生命可能具有的其他特征做出合理假设。比如,生命可能具有类似于光合作用的过程,吸收其他“太阳”的能量。

土卫六液态烃海的艺术渲染图。在我们的太阳系中,土卫六上也可能有生命存在。

土卫六液态烃海的艺术渲染图。在我们的太阳系中,土卫六上也可能有生命存在。

巴特利特和迈克尔·王也在怀疑,活着的lyfe是否一定要具有清晰的物理边界。毕竟,我们所说的人指的是皮肤底下包裹的一切,但我们的的确确是依赖我们身体内的其他各种生物体而活着,比如肠道中的菌群。更有一些哲学家认为,我们的思维已然超越大脑和身体,比如已经延伸到我们的技术设备中。“我们认为,lyfe或许是一整个星球上发生的过程,”巴特利特说。沃克也认同“生命过程的唯一自然边界是行星边界”——这与洛夫洛克的盖娅假说相呼应。

但是,罗斯柴尔德认为,如果没有分子成分的限制边界,生命系统的所有组成部分都会消散于周围环境,就好比一滴墨滴入水中一样。克森鲍姆也说,如果是达尔文式的进化,那么独立的、有边界的生物体不可或缺,因为只有这样,才会有竞争。

不过沃克认为,巴特利特和迈克尔·王为摆脱地球生命思维模式束缚所做的努力还不够。沃克说,他们提出的lyfe概念,“仍旧以当前的生命定义为基础,提出更宽泛的定义,从而绕开当前生命定义中普遍存在的各种问题。但它仍然存在很多相同的基本问题。我们不需要新的生命定义。我们需要的是新理论,来支撑起决定宇宙中生命物理的基本原理。”

拓展我们对生命认识的另一个可能途径是,我们能够在实验室内从零开始创造出完全不同于已知形式的生命系统。“或许你觉得不太现实,但实际上我们可能已经非常接近了,”罗斯柴尔德说。事实上,这或许已经发生,只是我们没有意识到而已,她半开玩笑地说。如果我们不知道自己想要寻找什么的话,有些研究人员可能无意中已经创造出新的生命形式——然后倒在水池中一冲而尽。

罗斯柴尔德还说,最终,也许我们不应该太执着于生命是否符合任何自然定义。“我认为,目前对生命的定义是非自然的,因为我们只有一个数据点。我甚至在想,生命是不是就是我们所定义的那样。”

“我们或许会发现一些十分奇怪且出乎意料的系统,以至于我们都无法确信它们到底是不是生命,”克森鲍姆说,“但是,如果我们真的发现一些十分有趣又复杂,但又不完全符合生命定义的事物,那这依然是一个非常振奋人心的成就。我们不会因为它们不符合我们的定义,而无视其存在。”

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