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《環(huán)球科學(xué)》：外星生命就在我們身邊?(圖) 2008年01月08日 09:57:01
沒人知道生命是在何時(shí)、何地、如何起源的——至今，生命起源仍是科學(xué)界最大的謎題之一。我們唯一能肯定的是，35億年前，微生物就在地球上出現(xiàn)了。然而對(duì)于更早以前出現(xiàn)過什么樣的生命，由于缺乏可靠證據(jù)，科學(xué)界一直沒有定論。 30年前，生物學(xué)家普遍認(rèn)為，生命起源于一次偶然化學(xué)事件，由于發(fā)生幾率太小，幾乎不可能在已知宇宙中重復(fù)。1965年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者、法國(guó)生物學(xué)家雅克·莫諾（Jacques Monod）就持這種觀點(diǎn)，他在1970年的一篇文章中寫道：“人類終于知道，在這個(gè)冷清而又廣袤的宇宙中，他們是多么孤獨(dú)，因?yàn)樯某霈F(xiàn)純屬偶然。”但最近幾年，關(guān)于生命起源的認(rèn)識(shí)發(fā)生了戲劇性變化。1995年，比利時(shí)著名生物化學(xué)家克里斯蒂安·德杜夫（Christian de Duve）提出，生命是“宇宙必需的”，在任何類地行星上，“生命幾乎注定會(huì)產(chǎn)生”。德杜夫的觀點(diǎn)堅(jiān)定了天體生物學(xué)家的信心：宇宙中散布著生命。美國(guó)紐約大學(xué)的羅伯特·夏皮羅（Robert Shapiro）把上述觀點(diǎn)稱為“生物決定論”（biological determinism），甚至還有科學(xué)家認(rèn)為，這種觀點(diǎn)可以表述為“生命已被寫入自然法則”。 科學(xué)家怎樣判定哪種觀點(diǎn)才是正確的呢？最直接的辦法就是在其他行星（如火星）上尋找生命的證據(jù)。如果在太陽系的兩顆行星上，生命起源都是“從零開始”，我們就可以認(rèn)為“生物決定論”的假設(shè)是正確的。不過，要找到火星生命（如果存在的話），并詳細(xì)研究這顆紅色星球的生物圈，可能還需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。 當(dāng)然，尋找火星生命并非驗(yàn)證生物決定論的唯一方法。任何星球都不會(huì)比地球更“像”地球，如果生命能在類似地球的環(huán)境下產(chǎn)生，我們就可以假設(shè)，生命可能在地球上反復(fù)出現(xiàn)過很多次。這種可能性無疑讓人充滿遐想，為了驗(yàn)證它，科學(xué)家開始在沙漠、湖泊和洞穴中尋找外星生命的證據(jù)——這些生命可能與已知生物完全不同，因?yàn)樗鼈兪仟?dú)立起源的?？茖W(xué)家們猜測(cè)，這類生物很可能與細(xì)菌一樣微小，只有用顯微鏡才能觀察到，因此他們開始研究新的檢測(cè)方法，用于尋找很可能就隱藏在我們身邊的外星生物。 雖然在科學(xué)界，對(duì)于生命的嚴(yán)格定義至今尚未形成共識(shí)，但大多數(shù)科學(xué)家都有相同的看法：新陳代謝（從環(huán)境中攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并將這些物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?，然后把代謝產(chǎn)物排出體外）和自我復(fù)制能力是生命的兩個(gè)主要特征。關(guān)于生命起源的一種傳統(tǒng)觀點(diǎn)是，如果在早期地球上，生命起源曾不止發(fā)生一次，產(chǎn)生了多種生命形式，那么其中一種將迅速占據(jù)主導(dǎo)地位，消滅掉其他生命形式。我們也知道，當(dāng)一種生命形式迅速占有全部可利用的資源，或“拉幫結(jié)伙”、僅在同類生物中交換優(yōu)勢(shì)基因，共同對(duì)付“弱勢(shì)群體”時(shí)，情況就是如此。但這種論點(diǎn)無法讓人信服。細(xì)菌和古細(xì)菌（archaea）是兩種差異極大的微生物，它們的共同祖先要追溯到30億年前，但在漫長(zhǎng)歲月里，兩種微生物一直“和平相處”，誰也沒有滅掉誰。其他形式的生命體也許和已知生物沒有競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，因?yàn)檫@些“異形”占據(jù)的地方，是已知微生物根本無法生存的極端環(huán)境，它們需要的能源，也可能與現(xiàn)有生物需要的完全不同
地球上有外星生命嗎？ 至今，科學(xué)家仍未在地球上發(fā)現(xiàn)與已知生物不同的生命體，然而這并不代表地球上沒有外星生命：雖然現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)已經(jīng)很先進(jìn)，但還有很多生物我們無法觀察到。 即使其他生命體已經(jīng)從地球上消失，但在遙遠(yuǎn)的過去，它們可能曾在地球上風(fēng)光一時(shí)。如果真是那樣的話，科學(xué)家可以通過地質(zhì)學(xué)記錄，找到它們留下的、被巖石塵封了幾億年甚至幾十億年的生物學(xué)標(biāo)志。如果這些生命體有著獨(dú)特的新陳代謝方式，它們改變巖石成分或形成沉積礦物質(zhì)的方式，將是已知生物活動(dòng)無法解釋的。某些現(xiàn)有生物無法產(chǎn)生的生物標(biāo)志（比如一些特殊有機(jī)分子），可能就隱藏在古老的微生物化石中，科學(xué)家在太古代（25億年以前）巖石中就發(fā)現(xiàn)過這樣的化石。 一個(gè)更激動(dòng)人心但也更“異想天開”的設(shè)想是：其他類型的生命體至今仍然存在，它們構(gòu)成了一個(gè)“影子”生物圈(shadow biosphere)——這是美國(guó)科羅拉多大學(xué)的卡羅爾·克萊蘭（Carol Cleland ）和謝利·科普利(Shelley Copley）發(fā)明的新詞。乍看起來，這個(gè)想法似乎很是荒謬：如果外星生物就在我們眼皮底下（甚至就在我們的鼻子內(nèi)）大量繁殖，為什么科學(xué)家一直沒能發(fā)現(xiàn)它們？但我們不能輕易否定這個(gè)設(shè)想。地球上，微生物的數(shù)量超乎想象，僅通過顯微鏡觀察，很難區(qū)分它們。微生物學(xué)家必須分析某個(gè)微生物的基因序列，才能確定它在進(jìn)化樹上的位置。到目前為止，有明確分類的微生物，只占已知微生物很小一部分。 可以肯定的是，我們仔細(xì)研究過的生物都來自同一個(gè)祖先。已知生物具有相似的生化特性，采用幾乎完全相同的遺傳密碼，這使得生物學(xué)家能通過基因序列，找到它們?cè)谶M(jìn)化樹上的位置。但是，科學(xué)家在分析新發(fā)現(xiàn)的物種時(shí)所使用的方法，是專門用于檢測(cè)我們熟知的生物。這些技術(shù)能檢測(cè)到與現(xiàn)有生命形式完全不同的外星生物嗎？答案顯然是否定的。如果外星生物被限定在微生物領(lǐng)域，科學(xué)家可能已經(jīng)將它們遺漏。 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“與世隔絕”的、環(huán)境極其惡劣的區(qū)域，因?yàn)橐阎餆o法在這里存活。如果找到生命活動(dòng)的跡象，就證明這些地方可能存在外星生命。 我們?cè)诘厍蛏系哪男┑胤娇赡苷业酵庑巧锬?？一些科學(xué)家把注意力集中在這樣一些地方：生態(tài)學(xué)上完全孤立、已知生物永遠(yuǎn)無法涉足的小生態(tài)環(huán)境。近幾年，一個(gè)令人驚訝的發(fā)現(xiàn)是，某些生物能在極端環(huán)境下生存。從滾燙的火山口到南極洲干涸的河谷，在這樣的極端環(huán)境中，都能發(fā)現(xiàn)微生物。還有一些生存能力超強(qiáng)的微生物——嗜極菌（extremophile），竟然能在高濃度的鹽湖中、被重金屬污染的強(qiáng)酸性尾礦中以及核反應(yīng)堆廢料池中生存。 然而，再頑強(qiáng)的微生物也有耐受極限，因?yàn)樗幸阎锒茧x不開液態(tài)水。智利北部的阿塔卡馬沙漠(Atacama Desert)非常干燥，在那里找不到任何已知生物。雖然某些微生物還能在高溫下繁殖，但在溫度高于130℃的環(huán)境下，我們能找到的，最多是已知生物的尸體。不過，我們不能用這樣的條件去衡量外星生命，因?yàn)樗鼈円苍S能在更干燥或者溫度更高的環(huán)境中生存。 科學(xué)家可以在一個(gè)生態(tài)學(xué)上完全孤立的區(qū)域?qū)ふ疑顒?dòng)的跡象（例如土壤和大氣層之間的碳循環(huán)），作為外星生命存在的證據(jù)。孤立的生態(tài)系統(tǒng)其實(shí)很容易找到，如地殼深處、大氣層上部、南極洲、鹽堿地以及被重金屬或其他污染物污染的地帶。研究人員還可以在實(shí)驗(yàn)室中“創(chuàng)造”孤立的生態(tài)系統(tǒng)：首先改變溫度和濕度，將已知生物殺死，如果仍有生命跡象，可能就是外星生命在起作用。利用這種方法，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種耐輻射細(xì)菌（Deinococcus radiodurans），它們能承受的γ射線輻射劑量，是人類能承受的劑量的1,000倍。令人失望的是，最終結(jié)果表明，這種細(xì)菌和其他耐輻射生物一樣，在遺傳學(xué)上都與已知生物有關(guān)，并非外星生物。不過，這并不能排除利用這種方法找到外星生物的可能。 科學(xué)家已經(jīng)找到一些幾乎與其他生態(tài)系統(tǒng)完全隔離的環(huán)境。在地殼深處，微生物群落與光線、氧氣和其他生物的有機(jī)產(chǎn)物完全斷絕了聯(lián)系。它們能生存下來的原因是，某些微生物可以將在化學(xué)或放射反應(yīng)中釋放出的二氧化碳和氫，用于新陳代謝、生長(zhǎng)和復(fù)制。盡管迄今為止，科學(xué)家在這些生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的微生物都與生活在地表的微生物有緊密聯(lián)系，但我們對(duì)地殼深處的生物學(xué)探索還處于初級(jí)階段，在更深的地方，或許有驚喜正等著我們。綜合海洋鉆探計(jì)劃（Integrated Ocean Drilling Program）從深達(dá)1千米的海床采集巖石樣本、探查巖石中的微生物，就是該計(jì)劃的目的之一。陸地上的鉆探工作還曾發(fā)現(xiàn)，即便在更深的地下，仍有生物活動(dòng)的跡象。然而，科學(xué)界至今尚未制定系統(tǒng)、大規(guī)模地探索地殼深處生命的計(jì)劃。（撰文 保羅·戴維斯（Paul Davies）翻譯 明平剛 羅 靜審?！?yán)家新） |
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