天体生物学：解救“来自宇宙的灾难”

凯莱布·沙尔夫+等

自从人类第一次意识到在地球和太阳系之外存在其他世界的可能性之后，天文学与生物学便被有机地结合起来，产生了一门新的、令人兴趣盎然的学科。但这两门学科真正融合起来，形成今天的天体生物学，则始于1 9 5 7年10月4日。当天，一个7米大小的铝合金球体——“斯普特尼克1”号人造卫星从哈萨克斯坦的沙漠草原升空，飞入近地轨道。此后几周，“斯普特尼克1”号人造卫星不断发出无线电信号，预示着一个全新且未知的世界诞生

了。3个月后，“斯普特尼克1”号人造卫星跌跌撞撞地穿越大气层，回到地球，而人类则首次实现了地球历史40多亿年来在太空轨道飞行方面的一个小进步。

在“斯普特尼克1”号冉冉升空时，一位名叫约书亚·莱德伯格的美国人正在墨尔本大学任客座教授，当时他才32岁。莱德伯格1925年出生后，随父母迁往新泽西州。他是一个神童，聪慧、博学，而且具有过目不忘的天才本领。他在高中及以前不断跳级，15岁就被哥伦比亚大学录取。莱德伯格在哥伦比亚大学获得动物学学位之后又进军医学界，并且随着研究兴趣的转移，他申请并入读耶鲁大学医学院。1958年，33岁的莱德伯格由于在耶鲁大学读书期间（确切说，是21岁时）在微生物遗传学和细菌转基因领域的成就，获得了诺贝尔医学或生理学奖。

在当时，如同其他主要西方国家一样，澳大利亚也被苏联导弹锁定。苏联人这么做不仅仅是为了显示其在该技术方面的超强实力，也是为了显示超级大国可以轻松跨洋发射核弹头，从而对其西方敌对国产生威慑。然而，莱德伯格的灵感激发面与周围的人都不相同。在他看来，这种环境与背景更有利于打破一种看不见、摸不着的思想或者意识壁垒，这种壁垒可以将一些实质上无趣的东西屏蔽在外，同时也蕴含着科学的绝佳机会。

如果人类以后能够实现太空行走乃至旅行，那么必将在其他星球散播地球上的各类生命体，并且可能将外星病原体等生物带回地球。正如莱德伯格所言，无论发生以上所述的哪一种情况，都有可能毁灭太阳系的本土生命，包括人类本身。由于所预测的情况不容乐观，莱德伯格回到美国，全身心投入天文学和生物学交叉学科领域的研究，并写信给美国国家科学院，就上述迫在眉睫的危险向其同行提出警告。

》我们随时都有可能毁灭太阳系内的生命

到了1958年春天，莱德伯格关于“来自宇宙的灾难”的学说开始令人们感到紧张，这一学说也因而引起了广泛关注。莱德伯格的学说并不仅仅是为了吓唬一下研究者和决策者，事实上，它标志着一种抛开地球常规思维限制的新型科学的诞生。用莱德伯格自己的话来说：“我是当时唯一认真对待进行地球外思想探索活动的生物学家。”他的重大影响一直在延续，在接下来的几年中，莱德伯格成功地将生物学探索直接纳入美国航空航天局的研究与训练日程中，并形成了一个新术语和学科——“天体生物学”，以展示对地球外生命研究的重要性。

天体生物学对太空探索的方式产生了深远影响。为了对航天器进行消毒，并对其可能带回地球的地球外生命进行检疫，相关部门与研究人员一起制定了严格的操作指南。美国航空航天局设立无菌操作间，对工作人员进行全员药物除菌，并在发射前对相应设备进行灼烧消毒。科学家则着手粗略计算地球外星际中生物污染物的风险等问题的研究。此时，其中一项已经成熟的标准要求每次任务必须将外星生态系统感染的可能性降低到1/10000以内。这一标准看起来的确有些过于严格，但从另一层面也体现了人类对外星生物污染的零容忍度。

后来，当“阿波罗11”号航天飞机成功返航时，宇航员们首先被封锁在改装的灭菌操作间里进行了3个礼拜的慎重隔离，而不是马上举行庆功活动。有一张众所周知的图片显示，尼克松总统对着阿姆斯特朗、奥尔德林和柯林斯露齿而笑，而三人都被安置在灭菌操作间的密封窗后面。在“阿波罗14”号航天飞机成功返航之后，人们终于确定月球表面的环境是完全无菌的，于是取消了后续的隔离检疫。

然而，莱德伯格的研究并不止步于此。他和年轻的助手卡尔·萨根在20世纪60年代初成为志同道合的好友，此后他们一起展开了如何在太阳系内探索新兴领域，以及如何搜寻地球外生命等方面的研究。1965年，美国航空航天局发射的“水手4”号航天器掠过火星表面，并成功地发回火星表面的近距离图像。图像显示，火星表面荒凉且布满坑洞，火星是一个干旱荒凉的星球，没有植被、没有文明，甚至几乎没有大气层。

这起事件展示了一个至关重要的时刻。之前人类对太阳系存在其他生命抱有乐观的想法，但是“水手4”号的调查结果驳斥了这一想法，并揭示了天体生物学研究将会遇到的最大挑战——如果火星等星体存在生命痕迹，则可能要使用显微镜才能发现它们。从这一事件出发，莱德伯格、萨根和其他研究人员迅速从概念角度借助微生物和化学实验展开了先驱性研究。

1976年，登陆火星表面的“海盗”号航天器达到了光辉的顶点。这台航天器携带了高灵敏度的自动化增（降）压舱，专门用于培育和检测火星红色土壤中可能潜伏的微生物——那是这片荒凉的土地上，生命体最后可能存在的避难所之一。

然而，尽管携带的仪器非常精密，但从很多方面来讲，“海盗”号航天器的火星探测任务也标志着莱德伯格式地球外生物学研究的结束。“海盗”号航天器并没有发现它试图寻找的微生物，以及其他类型的生命体。航天器内的生物学实验结果也出人意料，现在对这些当时令人困惑的实验结果给出的解释为火星表层土壤具有可怕的化学特性，而且这些土壤中富含有害的氧化物，类似于火箭燃料中使用的物质。总之，“海盗”号航天器的发现表明，要想在地球以外寻找到生命，比原本预期的困难得多。

》我们过去忽视了太多地球上的生命，这意味着我们可能对别处的生命忽视得更多。

出于对外在变化的响应，以及自身发展的要求，天体生物学研究后来逐渐扩大为一个更为广阔的科学领域，综合了包括陆地微生物学、生命起源学、星际化学以及地球物理学在内的多种学科，甚至包括一些简单的宇宙学内容。这可不是一个轻而易举的转型，但莱德伯格关于天体生物学最初愿景中的大部分内容依然存在，而正是这些意义深远的问题，引起了人类更广泛和深远的兴趣。在美国，美国航空航天局一直坚持进行着一系列规模空前

的跨学科外太空研究，研究范围从进化生物学到宇宙化学，试图寻求科学上的突破。

在20世纪70年代末到80年代，在极端环境中发现地球生命体这一现象重新刺激了科学家的想象力。人们在海洋深处数千米以下的地方，和火山通风系统的气孔中发现了食用有毒超高温臭气的微生物和一些稍大的生物。后来，进一步的研究发现，一些细菌能在极端的干燥、电离辐射和冰冻环境中轻易存活。后来卡尔· 伍兹和一些科学家定义了古生菌的研究领域，并提出了一系列关于生命起源的新思路，而托马斯· 戈尔德则谈到了行星地下

环境中生命存在的可能性与意义。此外，当时还出现了另一种思潮，即我们过去忽视了太多地球上的生命，这意味着我们可能对别处的生命忽视得更多。

然而，直到20世纪90年代，科学家才勉强给出天体生物学所研究问题的范围，这些成就让该学科被正式命名为“天体生物学”。天体生物学是天文学和生物学的全方位结合，要求人们将生命理解为一个正常的宇宙现象。从此，一个泛学科的研究领域开始形成，就像1995年首次发现环绕类日恒星运行的宜居行星一样。

现在回想起来，正是一连串偶然的重大发现才使天体生物学发展到如今的高度，从最初的细菌问题和“斯普特尼克1”号人造卫星，到后来太阳系系外行星的发现。如果这些发现的时间点有所不同，我们可能在不知不觉中铸成大错，并将太阳系污染得到处是细菌，远远超出了自然传播的范畴。如此一来，人类就阻碍并浪费了研究可能存在于其他世界中的生命的机会。

》天体生物学可以说是过去数百年间最幸运和最不幸的学科

我们所品味的带有冷战式装腔作势且内心偏执特点的鸡尾酒中，点缀着莱德伯格的睿智思想。他把超级大国间的太空竞赛变成了一场生物体污染预防战备，同时也为我们更密切、更仔细地观察其他世界争取了时间。如果我们对早期火星，甚至金星的探索没有保持清醒的头脑，则可能错过丰富多彩的生命形式所具有的更深层次的含义。生命不可能凭空出现，它在宇宙舞台上出现的频率是一项至关重要的统计数据，需要我们深究。获取这些知

识一直以来都是最具挑战性的科学任务之一。基于这些原因，天体生物学可以说既是过去数百年里最幸运的也是最不幸的科技领域。

这一学科仍然可能存在一些不和谐的合作关系——关于科学上谁更重要的问题，生物学家和天文学家时常意见相左。但这个问题的产生是可以理解和处理的，因为从很多方面看来，当初莱德伯格想要保护和保持的比任何其他一切都重要。我们的诉求并不仅仅局限于寻找宇宙中生命的丰富多彩，还包括如何将地球放置于合适的宇宙大环境下，更加充分地了解人类自身，以便人类在无意中且可能不必要造成的环境变化中实现自身的稳定进化。

这一学科还暗示在外太空中可能存在一些价值巨大，但尚未被地球人类发现的其他生命群体。我们已经知道火星曾经是一个比现在的环境更为宜居的星球，我们也知道银河系中有许多太阳系中没有的比地球大一点的行星。即使仅仅分析目前已经获得的原始数据，不同的世界也会展现出非比寻常的多样性，更何况人类对宇宙的探索目前看来的确永无止境。

有些星球布满密度很高的岩石或者富含气体层的奇怪地域，但其他星球可能有着截然不同的地质化学特性，在那里，基岩的主要成分是碳，而不是硅。无论如何，在不久的将来，人类将不得不寻求其他方式来解释我们在这个行星家族里的位置，而且我们可能不得不依靠天体生物学来解释我们所处的位置。那将是知识的终极合并，把地球生命置于宇宙的舞台，彼时，天体生物学将迎来自己的春天。