外星生命并非要水?其他元素也可能诞生生命

网易科学人
2018-07-02

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网易科学人2018-07-02

目前最新一项研究表明,寻找外星生命的时候,也需要寻找“生命必需元素”。

科学家在搜寻外星生命时,多数聚焦于哪儿有水资源。目前,研究人员认为,观察发现磷和钼等“生命必需元素”可能有助于判断这颗星球是否潜在生命迹象。

地球上几乎任何有水的地方就会有生命迹象存在,从高空云层至地壳最深处。因此,地球之外搜寻生命通常聚焦于“宜居星球”,该星球的适宜温度条件有利于表面存在液态水。

例如:虽然金星表面非常炽热,足以融化铅。但是2016年一项研究表明,7.15亿年之前的远古金星可能一直适宜生命存活,甚至科学家大胆推测,如果生命形式曾经存在于金星,现今仍能存活在金星云层之中。

然而,哈佛大学天文系主任阿维·洛布(Avi Loeb)说:“正如我们所知,生命存在还需其它元素。”例如:在地球上,那些对于海洋生物数量至关重要的元素可能包括氮和磷,氮是用于制造蛋白质的,氮和磷都是DNA和RNA的关键成分。最新几项研究表明,大约6.35亿至8亿年前,海洋中磷含量增多可能有助于支持地球上动物进化。

为了观察生物基本元素在外星生命进化历程中发挥的作用,研究人员关注在冰封表面之下液态海洋如何接近,例如:木卫二和土卫二。人们曾猜测这两颗卫星冰层之下的液态海洋可能存在生命,美国宇航局和欧洲航天局均制定相应的勘测计划。

研究人员指出,在地球上,海洋中磷的主要来源是中酸性雨水对长英质岩石的侵蚀过程,通过热液活动,磷从地球海洋中移除。之前研究显示,水热活动也存在于土卫二或者木卫二,这意味着这两颗星球也潜在具备制造氮和磷的能力。

木星辐射持续照射木卫二表面,产生叫做氧化剂的分子,同时,当木卫二冰层表面被搅拌翻动时,氧化剂能够进入木卫二地下海洋,在那里它们可以和硫化物发生反应,使水具有极强的酸性。研究人员指出,因此木卫二可能拥有足够的磷来维持生命,尽管高酸性海洋可能会扼杀生命形式。

研究报告负责人、哈佛大学天体物理学家马娜斯维·林加姆(Manasvi Lingam)表示,与此相反,之前研究表明土卫二地下海洋可能是强碱性。在这项最新研究中,科学家计算如果一颗星球的海洋是中性或者碱性,并且存在热液活动,磷完全有可能从海洋中短时间内移除(与太阳系年龄相比,数百万年的时间尺度并不算长)。

同时,科学家认为,钼、锰和钴等微量元素也可能是生物必需元素。钼在几种酶中起着至关重要的作用,最明显的是用于固定氮。也就是说,钼能够分解强大的化学键,使氮原子在大气层中成对结合,并“固定”单个氮原子在重要的有机分子中。此外,钼还影响了蛋白质合成,以及许多生物的新陈代谢和生长。

林加姆说:“在叶绿体通过光合作用产生氧气的环境中,锰发挥着重要的角色。钴在新陈代谢中会有多种生物作用,最明显的是,它是维生素B-12的组成成分。”

未参加这项研究的美国罗彻斯特大学天体物理学家亚当·弗兰克(Adam Frank)说:“宜居地区的想法可追溯至上世纪50年代,从那时起我们学到了许多知识,例如:亚表面海洋的存在,它对于将水作为宜居第一要素转移至生命宜居的其它特殊元素和化学物质是至关重要的。”

林加姆表示,有一种方法可以远程观察太阳系之外其它星球是否存在生物基本元素,那就是观察它们的恒星,这可能揭晓该恒星系统行星和卫星的组成。恒星中存在一种元素就会在星光中产生一种独特色彩光谱,并且可以对我们提供一些关于任何围绕它们的行星宜居性重要信息。

如果一颗星球的生物基本元素水平非常低,很可能限制它们的生命潜力,正如我们所知道的那样。然而,这项最新研究表明,未来木卫二和土卫二探测到生命迹象的概率微乎其微,但这是证实我们研究模型不正确的绝佳时机,因此我们必须支持这样的任务。

美国康奈尔大学行星科学家乔纳森·兰尼尔(Jonathan Lunine)并未参与这项研究,他警告称,这些都是基于计算的简单假设,我们必须始终记住地外行星和卫星比我们预想的更加复杂,这是行星探索发现的一个经验教训,因此我们不应该将假设作为决定性结论,而是应该作为指向未来任务应该做出的一种观察方式。

研究人员警告称,平均而言,地外星球生命必需元素含量是非常稀少的,但是生命必需元素含量越高,生命存在概率就越高。当然,研究人员只解释了我们所知道的生命,但是地球之外其它星球的生命可能遵循不同的进化路线。这将是更令人兴奋的重大发现。

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