太空处处有生机

林大临

太空是什么样子的呢？

在晴朗无云的夜晚，我们能看到头顶上方黑色幕布上的点点星光。天文望远镜传回的照片上，一望无际的黑暗中，对人类而言巨大无比、璀璨夺目的星球就像一粒粒灰暗的塵埃，太空就像一片广阔漆黑、荒无人烟的沙漠。

在科幻电影中却不是如此，太空中充满着多种多样的生命和文明。《星球大战》中许多星球上都存在着高智商生物，但是他们的外形跟地球人很不一样，三角脑袋、金色眼睛的类人生物;没有眼睛、全身粘液的蛞蝓;头上长着潜望镜的蛇形生物等。《阿凡达》中外星球潘多拉的原住民是约3米高的蓝皮肤类人生物，他们被地球人称为纳威人，具有与动植物交流的能力。

太空到底是没有生命的荒漠还是生机勃勃的大花园？虽然到目前为止，我们还没有在太空中找到活体生命的痕迹，但是许多科学家仍然信心满满地认为，答案应该是后者。

环境不同，生物有异

地球上的生命是数十亿年适应环境、发展进化的结果，其他星球的生命也应是如此，因此在科学家的想象中，其他星球的生命与地球生命在外形上会有很大的不同。

让我们先从星球轨道来看。2016年，我国的科学家通过计算郭守敬望远镜和开普勒卫星的测量数据，发现约八成的太阳系外行星的轨道与太阳系行星的相似，大多为偏心率小于0.1的近圆形轨道，只有两成左右的系外行星偏心率较大，平均值大于0.3，呈现明显的椭圆形轨道。这个结果让人振奋，因为近圆形轨道的行星在任何时间都不会太亲近或疏远自己的恒星，温度将更加稳定而舒适，更适宜哺育生命。八成行星轨道是近圆形，大大提高了科学家寻找地外生命的信心。在这类行星上，有可能存在与地球上相似的生物。

不过即使是轨道狭长近椭圆的行星，比如迄今为止发现的轨道偏心率最大的行星HD 76920b，它接近恒星的时间短暂，夏天非常炎热，随后将迎来漫长寒冷的冬天。这样的行星，它的生存环境对地球生物可谓十分恶劣了，但是科学家也没有放弃希望，他们乐观地想象着，也许这样的行星上面会生存着长着四肢和树叶的步行植物呢。步行植物周身披着绿色叶子外衣，却又长着动物的四肢，可以灵活运动。光照充足的午后它会静静地沐浴着日光进行光合作用，而资源紧张的时候，四肢能帮助它们竞争和夺取生存物资。在炎夏和寒冬，它们会逃离到温度适宜的地区，又或者靠着长长的睡眠越冬。当行星接近和离开恒星的过程中，会有两个短暂的温度适宜的时期，这时步行植物就可以抓紧时间开花结果、繁衍后代。

如果要在地球上找类似的生物，那可能就是绿叶海蛞蝓或者中缢虫蝘蜓了，前者是一种螺类，后者则是一种纤毛虫。它们靠吞食藻类生存，但是不会完全消化藻类，而是将藻类的叶绿体纳入自己的细胞中，自行进行光合作用，这样它们就同时具有了动植物的本领。

恒星对行星的引力强弱也会影响行星孕育的“孩子”。与恒星距离过近的行星将受到恒星强大的引力影响，使得行星运行在固定的轨道。在这个轨道内，行星的自转周期和它绕恒星公转的周期一致，这就造成行星总是同一个半球面向恒星，就像我们在地球上总是看到月球的同一面一样。这样的行星一面永远沐浴着阳光，另一面则陷入永恒的黑暗，不同的两面将生存着完全不一样的生物。向光的一面进行光合作用，与地球上的沙漠植物类似的生物可以生存在这里。背光的一面寒冷黑暗，这里可能生存着身披皮毛、长睡不醒的动物，它们大张着嘴巴，“迎接”迷路的来自向阳那一面过来的动物。

而离恒星太远的行星受到的引力就太过微弱。当受到另一个星系的恒星的引力影响时，它很可能会脱离原本的轨道，成为宇宙中孤独的流浪者，在宇宙中这样的“流浪者”多达250亿颗。流浪的过程中，行星很难再享有恒星的光和热，但也许它并不是一颗冷冰冰的“死星”，其核心可能进行着元素衰变反应，又或者发生着剧烈的地质活动，能为行星的生命提供能量。但是这些生命将不得不适应没有阳光的环境，就像地球岩石和海洋深处的硝化细菌、硫细菌和铁细菌一样，即使没有阳光，它们也能通过化能合成作用，氧化无机物，并运用氧化过程释放的能量将二氧化碳和水合成有机物，维持生命。但是这种方式生产的能量是有限的，它只能满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体型。

冰火两重天的星球上住着步行植物（想象图）

内部条件决定“外貌”

除了星球的运行轨道和恒星引力，星球的内部条件也影响着生物的形态。

比如它是气态星球还是固态星球，这能决定其中的生物是身轻如燕还是体壮如牛。土星和木星这样的气态星球上的动植物可以获得巨大的浮力，它们都在大气中“游动”生活。因为重力更小，那里的树木可以生长到地球上树木的10倍高，动物们将依靠着充满氢气或甲烷的气囊在空中“飞行”，尽情享用漂浮在高处的绿藻云、气球状植物和章鱼状动物。

当飞行能力变成生物的必备本领时，肌肉的供氧能力会决定动物是否能长时间追捕或逃跑。地球上的多数动物是利用血红蛋白中的铁原子来结合、运输氧气的，而章鱼等头足类动物却不同，它们利用血蓝蛋白中的铜原子来运送氧气，与铁原子相比，铜原子结合氧气的速度更慢，但是它能结合更多的氧气，这使得章鱼行动迟缓却能长期运动。为了长期飞行，也许气态星球上的生物会抛弃红色的血红蛋白，它们的血液会是蓝紫色的。

我们知道，地球上的生命起源于海洋，所以我们一直认为水是生命存在的必备条件。在木星的卫星木卫三的地表之下，科学家发现了一个巨大的分层海洋，其海水总量远大于地球，这里想必藏着许多我们梦寐以求的外星生物。木卫三高温的核心温度使核心附近的冰层融化成水，但是没法融化整个冰层，接近地表的冰层则受到木星引力的影响而破碎消融，于是海洋被分成一层冰一层水的“三明治”结构。如果这个分层海洋中有生命的话，它们很可能起源于海底，慢慢地逐层入侵，形成一个有共同起源的垂直生态系统。从外观上看，这个生态系统就像一棵巨大的古树。底部的“树根”可能由无数的变形虫细胞组成，延伸到上层的“树干”和“树枝”则被虾蟹、鱼类等食肉动物占据。

但是海洋中的液体一定要是水吗？其他的液体环境会产生生命吗？科学家认为是可能的。土星的卫星土卫六，看起来非常像地球，它的河流和湖泊充满着液体，但是这些液体与地球上的水有天壤之别，这是液体甲烷，是燃料天然气的主要成分。美国和墨西哥的科学家团队在墨西哥的尤卡坦半岛发现了一个以甲烷为基础的生态系统，其中的微生物依靠甲烷生存，其他动物则以甲烷微生物为食。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

上述生命虽然仍仅存在于科学家们的想象中，但现在我们找到了一些与地球生命不同的生物存在的证据。

气态行星中也许孕育着“章鱼”

土卫六，是土星最大的卫星，美国宇航局的惠更斯探测器的数据显示，土卫六含有许多与地球相似的跟生命起源有关的有机成分，比如由氮气、甲烷和其他碳氢化合物组成的厚厚大气层。但是遗憾的是，土卫六的平均气温为-187℃，液态水很少，湖泊里基本是液态甲烷，虽然地球上也有甲烷微生物，但是它们到了更加严寒的土卫六上肯定活不了。

那土卫六的甲烷湖泊中能存活自己的甲烷微生物吗？现有证据让科学家们对此信心满满。

2017年，美国宇航局的“卡西尼号”太空船探测到土卫六上存在两种化合物，它们的发现使得科学家更加确信土卫六能孕育生命。在土卫六的上层大气中发现了我们称为丙烯腈的化合物，这种化合物可以在实验室低温的甲烷中形成稳定的与细胞膜类似的膜结构。而另一种被称为碳链阴离子的化合物被发现存在于土卫六的电离层中，它是能生长成更复杂的有机微粒的“种子”，以它为起点继续进行化学反应，极有可能出现有机生命体。

无独有偶，“卡西尼号”太空船也在土卫二上发现了生命存在的可能性。2015年，美国宇航局分析“卡西尼号”在土卫二上采集的样本，发现了大型复杂的有机物分子，它们的分子质量超过200个相对原子质量（以一个12C原子质量的1/12作为标准，任何一种原子的平均原子质量跟一个12C原子质量的1/12的比值，称为该原子的相对原子质量），由长碳链和碳环组成。这意味着土卫二上能进行复杂的生化过程，而地球生命起源之初也在进行着这样的生化过程。

2017年初，“卡西尼號”还在土卫二表面探测到了氢分子。在地球上，产生氢气的生化反应过程为深海热液喷口的微生物独有，通过这个过程给周围的整个生态系统供能。据此，美国西南研究院的大气科学家亨特·韦特推测，土卫二的地下海底热液喷口处的有机物可能已经演化成了生命体，氢气正是由它们进行的化学反应产生的。

目前我们还无法去验证上述卫星中是否真的存在外星生物，但是它们的生化环境与地球生命出现初期的环境非常相似，这是科学家们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实存在的话，其他生物生存的可能性不就大大增加了吗？

DNA使我们生而不同

如果外星生物真的像科学家们想象的那样与地球生物完全不同，那么这是什么东西造成的呢？在地球上，我们把决定生物性状的物质叫做DNA，这里姑且把决定外星生物的性状的东西称为外星DNA吧，两者DNA有什么不同，科学家们做了一些大胆的猜想。

我们已经知道，地球生物的DNA由4种叫做碱基的有机小分子组成，它们被命名为鸟嘌呤、胞嘧啶、腺嘌呤和胸腺嘧啶，改变碱基的排列顺序，就可以决定地球生物的所有性状特征。外星DNA也是四种碱基组成的吗？如果不是四种，而是6种、8种会怎么样呢？美国生化科学家史蒂文·本纳领导的研究小组在实验室里制造了一些“外星DNA”。

外星人的DNA会是8种碱基组成的DNA吗？（绿色（天然碱基G），红色（A），蓝色（C），黄色（T），青色（合成碱基B），粉红色（S），紫色（P），橙色（Z））

史蒂文·本纳关于合成DNA的研究由来已久。早在2006年，本纳小组就通过调整天然碱基的结构来造出了两个人工碱基，称为Z和P，后来他们又用同样的方法获得了一对名为S和B的碱基对。

2019年2月，本纳小组将他们的人工碱基与天然碱基组建在了一起，造出了数百个合成DNA分子。合成DNA跟天然DNA确实有差异，它不能被地球生物原有的酶复制、转录和翻译。本纳小组找到了T7 噬菌体的一种突变的RNA聚合酶，最终成功实现了这个合成DNA的转录。这是不是说明，外星DNA的碱基极有可能与地球生物的很不一致，它们有自己的碱基和相应的酶呢？

不过本纳小组的工作就到这里了，另一位科学家做了将合成DNA转入地球生物的基因组中，制造新型蛋白质的实验。

美国斯克里普斯研究所弗洛伊德·罗姆斯伯格领导的研究小组制造了与本纳小组不同的新碱基，它们被命名为X和Y。2014年5月，他们首次将含有这对新碱基的合成DNA插入大肠杆菌基因组。当大肠杆菌分裂繁殖时，这些人造碱基也成功复制并遗传到子代中，而且只要提供足量的人造碱基，它就能稳定地遗传下去。

不过与本纳小组相似的是，大肠杆菌原有的搬运氨基酸的tRNA在遇到人造碱基时不起作用，无法翻译。为了解决这个问题，他们改良了tRNA及其携带的氨基酸，最终子代大肠杆菌生产出了一些新类型的蛋白质，变成了一种“新物种”。

天然DNA可以控制20种氨基酸的制造，而8种碱基的DNA能控制172种氨基酸的制造，能合成的蛋白质类型更多。如果外星DNA与天然DNA完全不同，生产出的蛋白质自然千差万别，那么外星生物们长得“奇形怪状”，具有各种奇特本领也是完全有可能的。

也许我们从来不孤独，太空处处都充满着生命，只是我们生而不同，彼此之间无法识别也无法交流。但是我们对其他星球生命的探索热情从未消减，期待着未来某一天能够打破壁垒，对外星人Say Hi。