外星生物探秘

外星生物探秘天體生物學綜合運用了生物學、化學、物理學、地質學和天文學等多門學科的原理。天體生物學家通常必須以地球生命的信息為指導，研究地球以外的生命。

基本介紹

• 中文名：外星生物探秘
• 運用科學：生物學、化學
• 指導：地球生命的信息
• 研究對象：地球以外的生命

基本信息

極端環境下的生命在宇宙中是否存在著其他生命形式？最近有兩項發現為地外生命的科學研究提供了支持。首先，在地球上發現了生活在各種奇異環境下的生命形式，這說明生命是十分頑強的，能夠適應最奇特、最惡劣的環境。其次，天文學家還發現在太陽系外存在著圍繞恆星運行的行星。截至2001年，已在太陽系外發現了50多顆行星。在這些行星上是否存在著外星生命形式呢？
如果外星生命的確存在，那么它們會是什麼樣子呢？它們是像細菌、病毒或藻類那樣的簡單生命形式，還是更高級一些的多細胞生物？它們有沒有可能是智慧生物呢？外星生物是動物、植物，還是兼具兩者的特徵呢？它們是不是像我們一樣，有胳膊有腿，而且直立行走呢？它們是把視覺作為基本感官，還是用其他方法來收集周圍環境的信息呢？它們“呼吸”的是氧氣還是其他氣體

天體生物學

我們大多數人都會把外星生命想像成電影裡描繪的模樣。電影裡的外星生物通常具有與人相似的外形，因為它們要么是直接由演員化妝扮演的，要么是電腦動畫中的模型。此外，相對於更具異相、有如怪物般的生物，觀眾更容易接受與人類外形相似的外星人。不過，人類具有一個左右對稱的腦袋、兩條手臂和兩條腿，這種身體結構是由兩棲動物和爬行動物在移居陸地的過程中演變而來的，而在外星世界中不大可能進化出這樣的形體。所以，我們還是暫時把好萊塢放在一邊，來看看真實的天體生物學吧。
天體生物學是一門研究宇宙中的生物的科學。天體生物學家試圖揭示許多奧妙，其中包括地球上的生命是如何起源和進化、生命的組織形式由什麼決定，以及是什麼使行星變得適合生存。

天體生物學綜合運用了生物學、化學、物理學、地質學和天文學等多門學科的原理。天體生物學家通常必須以地球生命的信息為指導，研究地球以外的生命。下面讓我們來看看從地球生命了解到的一些知識。

生命

雖然很難對“生命”下一個明確的定義，但大多數生物學家都認為生命體具有許多共同的特徵。如果某個物體符合這些特徵，它將被視為有生命：
具有有機結構——生命體由原子和分子組成。原子和分子又構成了細胞。細胞是一種有機體，有的具有一致的特性，有的則已分化，以實現各種不同的功能。細胞可以進一步構成組織、器官和系統。地球上的生命體在結構和複雜性方面差別很大。

內穩態性——生命體執行的一些機能使它們能夠保持一種持續不變、相對穩定的狀態，這種狀態稱為內穩態性。例如，你的身體有一套使體溫保持穩定的系統：覺得冷時，身體會打顫；覺得熱時，則會出汗。

繁殖——生命體會繁衍出自己的同類生物，也就是說，通過無性繁殖進行的精確複製（克隆），或者通過有性繁殖繁衍出與自身類似的後代。

生長/發育——生命體可以從較小和/或較簡單的形態開始生長發育。例如，人的生命從受精卵開始，逐漸發育為胚胎、胎兒和嬰兒。嬰兒隨後會慢慢成長為兒童、少年和成人。

從環境中攝取能量——保持相對恆定而有組織的狀態有悖於熱力學第二定律。根據該定律，所有物體的無序度（熵）都在增加。一個生命有機體要維持其結構，它必須攝入、轉化和消耗能量。為此，人類和其他動物會吃進食物來攝取能量。

應激能力——生命體會對環境的變化做出反應。例如，如果某個刺激物使你感到疼痛，你會做出反應，遠離這個物體。如果你在照明條件良好的視窗附近栽種一株植物，它的枝條或幼芽會向著有光的方向生長（）。為了保護自身，某些動物會改變自己的體色，與環境融為一體（偽裝）。

環境適應性——生命體的特性傾向於與它的棲息環境相適應。例如，海豚的鰭是平的，適於游泳。而蝙蝠翅膀的骨架基本結構與海豚的鰭相同，但有一層薄膜，這使它具有飛翔能力。

美國商業部國家海洋大氣局供圖
呈棒狀結構的水下微生物群，
被稱為“疊層石”
現在我們已經了解了生命的定義，下面來看看在漫長歲月中，生命是如何演變的。查爾斯·達爾文提出的自然選擇進化論是支配物種產生、生存、保持不變或滅絕的基本規則。達爾文的進化論有下列幾個要點：

有機體總是繁殖出與自身類似的其他有機體——狗生狗，魚生魚，蒲公英繁殖出來的後代還是蒲公英。

生物往往會繁殖出大量後代，這是因為生存下來的後代數量低於繁殖出的總數。

在所有種群中，個體的任何特性，如身高、膚色、毛色或喙的形狀等都會有所不同，這些變異會遺傳給下一代。

某些變異是有利的，它們使個體能夠更好地適應環境，有些則相反。那些發生有利變異的有機體將生存下來，並將這些特性傳給它們的後代；而發生不利變異的有機物則會死亡，其特性也隨之消亡，這就是自然選擇。

如果有充足的時間，自然選擇會使這些有利的特性累積下來。物種將發生進化。
雖然達爾文提出的進化論是為了解釋地球上物種的變化，但這一原理卻有足夠的普遍性，可以適用於宇宙中的其他地方。

極端環境下的生命

直到30年前，人們還相信地球上的所有生命都是依靠太陽的能量生存的。而且，人們認為在溫度極高（如在噴泉或溫泉中）或極低（如在南極的荒原中）的環境下是不可能有生命存在的。
海洋學家們對熱液噴口的探索打破了這些觀念。熱液噴口是海底的裂口，通過這些裂口，溫度極高、富含礦物質的水從地殼中噴發出來。熱液噴口位於海平面以下數公里處的海底，環境水溫接近或等於冰點，沒有一絲光線，壓力極高。在這些噴口的基部周圍生活著一些有機生物群，被稱為“黑煙囪”。科學家們在其中發現了蛤類動物、螃蟹和體長兩米、形狀怪異的巨大管蟲。從噴口湧出的水溫為110至350攝氏度。

這些動物是如何在遠離日光的極端環境下生存下來的呢？科學家們在水中發現了某些種類的細菌，它們能將水中的硫化氫分離出來，以獲得製造有機化合物的能量（化學合成）。管蟲組織內的細菌能幫助它們從水中獲取能量。蛤類以細菌為食，而螃蟹則以管蟲為食。

在熱液噴口發現生物群，這表明在沒有太陽光線照射的地方，以及母恆星無法提供足夠光照的其他星球上可能會進化出生命。考慮到在熱液噴口的這項發現，木衛二上可能也有生命存在。木衛二是木星的衛星，表面全是冰，科學家們認為在它的冰蓋下有一個液態海洋。 其他極端環境中也發現了生命。科學家在采自南極荒原的岩石樣本上發現了一種名為隱生苔（cryptoendoliths）的苔蘚群落，而在那裡，溫度往往會低至零下 100 度，並且幾乎沒有液態水存在。與此形成對照的是，人們在水溫超過沸點的溫泉中發現了嗜熱細菌。如果生命可以在地球上的極端環境中進化，那么其他星球的極端環境中也可能存在著生命，比如火星。 地球殊異假說天文學家弗蘭克·德雷克（Frank Drake）發明了德雷克方程式，用來估算宇宙中智慧文明的數量，該方程式因卡爾·薩根（Carl Sagan）的推介而廣為人知。與此相反，華盛頓大學的地質學家皮特·沃德（Peter Ward）和天文學家唐納德·布朗利（Donald Brownlee）提出了地球殊異假說，認為地球上的生命是獨一無二的。他們的假說宣稱，生命在地球上的發展是一系列偶然事件和條件的結果，如地球處在太陽系中適合生命生存的區域，有木星之類的行星清除了軌道附近的彗星和小行星，生物大滅亡次數少等等，因此生命不大可能在其他地方出現。

外星生命---基本規則

利用我們從地球生命了解到的知識，我們可以得出關於外星生命的什麼推論？雖然外星生命可能與地球生命有很大差別，但和地球上各種各樣的生命一樣，它們也要遵循某些通用準則。這些準則（或稱基本規則）包括：

外星生命受物理和化學規律的支配。

外星生命基於某種化學物質構成（排除科幻作品中的純能量生命形態）。
溶劑——在地球上，所有生物化學物質的溶液均為液態水。其他化學品也可以充當溶劑，如氨水、液態甲烷、硫化氫或氟化氫。

溫度——外星生命需要適當的溫度，以使它體內的溶劑保持液態。

壓力——外星生命需要適當的環境壓力（和溫度），以使溶劑能以物質的三種形態（固態、液態、氣態）存在。

能量來源——生命體需要能量來維持自身的組織結構。該能量可以來自某個恆星、某種化學能或地熱能（如熱液噴口和溫泉中的地熱能）。在任何一個外星世界中，都會存在某種用來維持生命的能量源。

複雜分子——地球上的生物都是有機體，它們由複雜的碳基分子構成，這些分子能執行各種生化機能。碳是一種具有多樣性的原子，它最多可以與四個其他原子以各種不同的形狀結合形成化學鍵，以組成分子。雖然矽的多樣性不如碳，但它也能與其他原子組成最多四個化學鍵，有人提出它可以作為外星生命的分子基礎（還有人認為碳矽混合分子也堪當此任）。外星生命形式可能會包含一些複雜的分子類型，以執行與地球生命類似的機能。

信息分子——地球上的有機體含有脫氧核糖核酸（DNA），這是一種攜帶遺傳信息的分子，它能引導其他分子的形成過程，以便讓生命完成繁殖和其他活動。由於繁殖是生命的特性之一，因此外星生命形式也會擁有某種類型的信息分子。

大於微生物的外星生命體內會有某種相當於細胞的東西。當有機體逐漸增大時，它的內部容積（立方函式）的增長速度比表面面積（平方函式）更快。這為有機體的體積設定了某種限制，因為來自外界的物質必須經過擴散才能傳遞到有機體的內部並遍布全身，這需要有較大的表面積、較短的傳遞距離和濃度差。在有機體增大的過程中，外部到其中心的距離會加大，擴散速度也會變慢。為了保持一個有效的擴散距離，有機體必須由多個小細胞而不是一個大細胞構成。因此，如果外星生物比微生物大，那么它一定是多細胞的。（我們不期望能找到一光年寬的單細胞有機體，就好像早年間《星際旅行》（Star Trek）電視劇中“免疫綜合症”（The Immunity Syndrome）那一集所描述的那樣。）

根據前面介紹的進化論，外星生命可能會通過進化來適應周圍的環境。

多細胞外星生物會採用最適合周圍環境的生理結構。它的各個器官系統可以適應溫度、濕度和重力等環境條件。

外星生物會通過某種方式將固體、液體和氣體攝入體內，將它們分配給每個細胞，並將廢料排出體外（例如使用類似於心臟、血管和腎臟的器官）。

外星生物還能從周圍攝取能量並加以提取，然後排出廢料。

外星生物擁有感知能力（如視覺、聽覺、觸覺），可以從環境中收集信息，並做出應激反應（我們的主要感官是視覺，外星生物可能並非如此）。它們還會用某種類型的大腦或神經系統來處理信息。

外星生物會以某種方式進行繁殖，可以是有性的，也可以是無性的。

外星有機體可能與地球生命具有類似的生態結構。
種群的大小受主要食物的多寡、天敵、疾病和其他環境因素的限制。

各種外星生命形式都以某種食物鏈為生存依據，並在它們的原生環境中交織形成一個食物網，這一點與地球類似。生產者製造食物，消費者吃掉生產者和/或其他消費者，而分解者則從死亡的有機體回收原子和分子，將它們返回到生態環境

猜想

­你可以把這些基本規則記下來，由於還沒有確鑿的證據表明已經發現了地球外的生物，所以關於外星生物的生理知識完全是我們想像的產物。科幻小說家（特別是那些力圖嚴格遵循真實的科學原理的“硬”科幻作家）多年來一直在不斷想像外星生命的樣子。他們首先會設計或構建一個星球，仔細構造出它的物理、天文和生態特性。接下來，他們會設計有哪些類型的外星生物能生存在這個星球上。對於這種構建某個星球的寫作手法，你可以在Epona Project一書中看到範例。該書是由幾名科幻小說家合著的，書中創造了一個名叫Epona的星球，並附有相關的行星學、地質學和生態學數據。有一位名叫史蒂夫·漢利（Steven Hanly）的畫家創作了Epona星球的生物。
哈爾·克萊門特（Hal Clement）在他的小說《重力使命》（Mission of Gravity）中虛構了一顆圍繞兩顆恆星運行的星球，名叫麥斯克林星。麥斯克林星每18分鐘自轉一次，並因自轉形成了扁平的形狀。它在赤道的重力是地球重力的三倍，在兩極為七倍。麥斯克林星的大氣層由氫氣構成，海洋里流淌的是液態甲烷。Mesklinite是該行星的生命形式之一，它是一種類似於蜈蚣的小型生物，由一種被稱為“殼質”的昆蟲骨骼蛋白質構成。它有18雙腿，腿的末端是形似吸管的足，前面的鉗子可用來抓握；它有一個強大的循環系統，可以直接透過甲殼吸收氫氣。它極為強壯，這是生活在高重力環境下的結果；不過它很怕被人撿起來，因為在高重力的作用下，即使是從一個較低的高度跌落，也會是致命的。

文章中，我們虛構了一個外星世界和其中的外星生命形式。在我們虛構的世界中，行星圍繞著一顆明亮的恆星運行。行星表面只有十分之一由水覆蓋，但在陸地上有一些水囊，它們在沙地下收集偶爾落下的雨水。這裡的環境炎熱而乾旱，陽光十分明亮。這顆行星體積巨大，重力比地球高100倍。大氣與地球上的類似，是由氦氣、氧氣和二氧化碳的混合氣體組成的。

我們為這個世界想像出兩種外星生命形式，它們都是動物，生活在這個行星上為數不多的表面水體附近，是非常靈活的肉食動物。兩種外星生物個頭都很小，高約30厘米，但肢體很粗壯，足以在高重力環境下支撐自身的重量。它們都有很厚的外殼或皮膚，可儘量減少水分蒸發，從而保持水分。在收集信息方面，其中一種生物主要靠視覺，而另一種靠的Lashlarm是我們想像的第一種外星肉食動物。它看起來就像一隻會走路的抽水馬桶。它平坦的嘴部下緣長著三條粗壯的腿來支撐重量。下緣下面是許多鱗片，能像蛇在地面上移動那樣在沙地上滑行。它還有幾個感覺器官，使它能靠化學方式找到獵物。它在小塊的表面水體附近捕食，沿水邊一路觸摸，品嘗沙子和水，以尋找其他動物。一旦發現獵物，Lashlarm會蜷下身子，向對方滑行過去，然後張開大嘴，向下面的獵物撲去，將其整個吞下。

是化學感官（味覺和嗅覺）。

Nirba的體型比Lashlarm略大一點。它生活在靠岸的水中，和鱷魚類似，但它並不完全是水生動物。當其他動物，尤其是 Lashlarm 來到水邊時，Nirba 就會出水捕食。它有一顆大腦袋，鼻孔位於鼻子的頂部，這樣在身體大部分潛入水中時它還能進行呼吸。Nirba 的皮很厚，當它離開水域時，可以避免在炎熱的陽光下脫水。它那龐大的前肢肌肉很發達，帶有巨大的爪子，可用來殺死獵物。它憑藉長長的尾巴在水中游泳，尾巴末端成箭頭形，能幫助它進行捕獵，並保衛領地。