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《环球科学》:外星生命就在我们身边?

2017-10-02 15:26:00编辑:曲氵人气:



《环球科学》:外星生命就在我们身边?   没人知道生命是在何时、何地、如何起源的——至今,生命起源仍是科学界最大的谜题之一我们唯一能肯定的是,35亿年前,微生物就在地球上出现了然而对于更早以前出现过什么样的生命,由于缺乏可靠证据,科学界一直没有定论   30年前,生物学家普遍认为,生命起源于一次偶然化学事件,由于发生几率太小,几乎不可能在已知宇宙中重复1965年诺贝尔生理学或医学奖获得者、法国生物学家雅克·莫诺(Jacques Monod)就持这种观点,他在1970年的一篇文章中写道:“人类终于知道,在这个冷清而又广袤的宇宙中,他们是多么孤独,因为生命的出现纯属偶然” 但最近几年,关于生命起源的认识发生了戏剧性变化1995年,比利时著名生物化学家克里斯蒂安·德杜夫(Christian de Duve)提出,生命是“宇宙必需的”,在任何类地行星上,“生命几乎注定会产生”德杜夫的观点坚定了天体生物学家的信心:宇宙中散布着生命美国纽约大学的罗伯特·夏皮罗(Robert Shapiro)把上述观点称为“生物决定论”(biological determinism),甚至还有科学家认为,这种观点可以表述为“生命已被写入自然法则”   科学家怎样判定哪种观点才是正确的呢最直接的办法就是在其他行星(如火星)上寻找生命的证据如果在太阳系的两颗行星上,生命起源都是“从零开始”,我们就可以认为“生物决定论”的假设是正确的不过,要找到火星生命(如果存在的话),并详细研究这颗红色星球的生物圈,可能还需要相当长的时间   当然,寻找火星生命并非验证生物决定论的唯一方法任何星球都不会比地球更“像”地球,如果生命能在类似地球的环境下产生,我们就可以假设,生命可能在地球上反复出现过很多次这种可能性无疑让人充满遐想,为了验证它,科学家开始在沙漠、湖泊和洞穴中寻找外星生命的证据——这些生命可能与已知生物完全不同,因为它们是独立起源的科学家们猜测,这类生物很可能与细菌一样微小,只有用显微镜才能观察到,因此他们开始研究新的检测方法,用于寻找很可能就隐藏在我们身边的外星生物   虽然在科学界,对于生命的严格定义至今尚未形成共识,但大多数科学家都有相同的看法:新陈代谢(从环境中摄取营养物质,并将这些物质转变为能量,然后把代谢产物排出体外)和自我复制能力是生命的两个主要特征关于生命起源的一种传统观点是,如果在早期地球上,生命起源曾不止发生一次,产生了多种生命形式,那么其中一种将迅速占据主导地位,消灭掉其他生命形式我们也知道,当一种生命形式迅速占有全部可利用的资源,或“拉帮结伙”、仅在同类生物中交换优势基因,共同对付“弱势群体”时,情况就是如此但这种论点无法让人信服细菌和古细菌(archaea)是两种差异极大的微生物,它们的共同祖先要追溯到30亿年前,但在漫长岁月里,两种微生物一直“和平相处”,谁也没有灭掉谁其他形式的生命体也许和已知生物没有竞争关系,因为这些“异形”占据的地方,是已知微生物根本无法生存的极端环境,它们需要的能源,也可能与现有生物需要的完全不同   至今,科学家仍未在地球上发现与已知生物不同的生命体,然而这并不代表地球上没有外星生命:虽然现代科学技术已经很先进,但还有很多生物我们无法观察到   即使其他生命体已经从地球上消失,但在遥远的过去,它们可能曾在地球上风光一时如果真是那样的话,科学家可以通过地质学记录,找到它们留下的、被岩石尘封了几亿年甚至几十亿年的生物学标志如果这些生命体有着独特的新陈代谢方式,它们改变岩石成分或形成沉积矿物质的方式,将是已知生物活动无法解释的某些现有生物无法产生的生物标志(比如一些特殊有机分子),可能就隐藏在古老的微生物化石中,科学家在太古代(25亿年以前)岩石中就发现过这样的化石   一个更激动人心但也更“异想天开”的设想是:其他类型的生命体至今仍然存在,它们构成了一个“影子”生物圈(shadow biosphere)——这是美国科罗拉多大学的卡罗尔·克莱兰(Carol Cleland )和谢利·科普利(Shelley Copley)发明的新词乍看起来,这个想法似乎很是荒谬:如果外星生物就在我们眼皮底下(甚至就在我们的鼻子内)大量繁殖,为什么科学家一直没能发现它们但我们不能轻易否定这个设想地球上,微生物的数量超乎想象,仅通过显微镜观察,很难区分它们微生物学家必须分析某个微生物的基因序列,才能确定它在进化树上的位置到目前为止,有明确分类的微生物,只占已知微生物很小一部分   可以肯定的是,我们仔细研究过的生物都来自同一个祖先已知生物具有相似的生化特性,采用几乎完全相同的遗传密码,这使得生物学家能通过基因序列,找到它们在进化树上的位置但是,科学家在分析新发现的物种时所使用的方法,是专门用于检测我们熟知的生物这些技术能检测到与现有生命形式完全不同的外星生物吗答案显然是否定的如果外星生物被限定在微生物领域,科学家可能已经将它们遗漏   可能存在外星生命的地方   最有可能存在外星生命的地方,可能是一些“与世隔绝”的、环境极其恶劣的区域,因为已知生物无法在这里存活如果找到生命活动的迹象,就证明这些地方可能存在外星生命   我们在地球上的哪些地方可能找到外星生物呢一些科学家把注意力集中在这样一些地方:生态学上完全孤立、已知生物永远无法涉足的小生态环境近几年,一个令人惊讶的发现是,某些生物能在极端环境下生存从滚烫的火山口到南极洲干涸的河谷,在这样的极端环境中,都能发现微生物还有一些生存能力超强的微生物——嗜极菌(extremophile),竟然能在高浓度的盐湖中、被重金属污染的强酸性尾矿中以及核反应堆废料池中生存   然而,再顽强的微生物也有耐受极限,因为所有已知生物都离不开液态水智利北部的阿塔卡马沙漠(Atacama Desert)非常干燥,在那里找不到任何已知生物虽然某些微生物还能在高温下繁殖,但在温度高于130℃的环境下,我们能找到的,最多是已知生物的尸体不过,我们不能用这样的条件去衡量外星生命,因为它们也许能在更干燥或者温度更高的环境中生存   科学家可以在一个生态学上完全孤立的区域寻找生命活动的迹象(例如土壤和大气层之间的碳循环),作为外星生命存在的证据孤立的生态系统其实很容易找到,如地壳深处、大气层上部、南极洲、盐碱地以及被重金属或其他污染物污染的地带研究人员还可以在实验室中“创造”孤立的生态系统:首先改变温度和湿度,将已知生物杀死,如果仍有生命迹象,可能就是外星生命在起作用利用这种方法,科学家发现了一种耐辐射细菌(Deinococcus radiodurans),它们能承受的γ射线辐射剂量,是人类能承受的剂量的1,000倍令人失望的是,最终结果表明,这种细菌和其他耐辐射生物一样,在遗传学上都与已知生物有关,并非外星生物不过,这并不能排除利用这种方法找到外星生物的可能   科学家已经找到一些几乎与其他生态系统完全隔离的环境在地壳深处,微生物群落与光线、氧气和其他生物的有机产物完全断绝了联系它们能生存下来的原因是,某些微生物可以将在化学或放射反应中释放出的二氧化碳和氢,用于新陈代谢、生长和复制尽管迄今为止,科学家在这些生态系统中发现的微生物都与生活在地表的微生物有紧密联系,但我们对地壳深处的生物学探索还处于初级阶段,在更深的地方,或许有惊喜正等着我们综合海洋钻探计划(Integrated Ocean Drilling Program)从深达1千米的海床采集岩石样本、探查岩石中的微生物,就是该计划的目的之一陆地上的钻探工作还曾发现,即便在更深的地下,仍有生物活动的迹象然而, 
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