太空處處有生機

林大臨

太空是什么樣子的呢？

在晴朗無云的夜晚，我們能看到頭頂上方黑色幕布上的點點星光。天文望遠鏡傳回的照片上，一望無際的黑暗中，對人類而言巨大無比、璀璨奪目的星球就像一粒粒灰暗的塵埃，太空就像一片廣闊漆黑、荒無人煙的沙漠。

在科幻電影中卻不是如此，太空中充滿著多種多樣的生命和文明。《星球大戰》中許多星球上都存在著高智商生物，但是他們的外形跟地球人很不一樣，三角腦袋、金色眼睛的類人生物;沒有眼睛、全身粘液的蛞蝓;頭上長著潛望鏡的蛇形生物等。《阿凡達》中外星球潘多拉的原住民是約3米高的藍皮膚類人生物，他們被地球人稱為納威人，具有與動植物交流的能力。

太空到底是沒有生命的荒漠還是生機勃勃的大花園？雖然到目前為止，我們還沒有在太空中找到活體生命的痕跡，但是許多科學家仍然信心滿滿地認為，答案應該是后者。

環境不同，生物有異

地球上的生命是數十億年適應環境、發展進化的結果，其他星球的生命也應是如此，因此在科學家的想象中，其他星球的生命與地球生命在外形上會有很大的不同。

讓我們先從星球軌道來看。2016年，我國的科學家通過計算郭守敬望遠鏡和開普勒衛星的測量數據，發現約八成的太陽系外行星的軌道與太陽系行星的相似，大多為偏心率小于0.1的近圓形軌道，只有兩成左右的系外行星偏心率較大，平均值大于0.3，呈現明顯的橢圓形軌道。這個結果讓人振奮，因為近圓形軌道的行星在任何時間都不會太親近或疏遠自己的恒星，溫度將更加穩定而舒適，更適宜哺育生命。八成行星軌道是近圓形，大大提高了科學家尋找地外生命的信心。在這類行星上，有可能存在與地球上相似的生物。

不過即使是軌道狹長近橢圓的行星，比如迄今為止發現的軌道偏心率最大的行星HD 76920b，它接近恒星的時間短暫，夏天非常炎熱，隨后將迎來漫長寒冷的冬天。這樣的行星，它的生存環境對地球生物可謂十分惡劣了，但是科學家也沒有放棄希望，他們樂觀地想象著，也許這樣的行星上面會生存著長著四肢和樹葉的步行植物呢。步行植物周身披著綠色葉子外衣，卻又長著動物的四肢，可以靈活運動。光照充足的午后它會靜靜地沐浴著日光進行光合作用，而資源緊張的時候，四肢能幫助它們競爭和奪取生存物資。在炎夏和寒冬，它們會逃離到溫度適宜的地區，又或者靠著長長的睡眠越冬。當行星接近和離開恒星的過程中，會有兩個短暫的溫度適宜的時期，這時步行植物就可以抓緊時間開花結果、繁衍后代。

如果要在地球上找類似的生物，那可能就是綠葉海蛞蝓或者中縊蟲蝘蜓了，前者是一種螺類，后者則是一種纖毛蟲。它們靠吞食藻類生存，但是不會完全消化藻類，而是將藻類的葉綠體納入自己的細胞中，自行進行光合作用，這樣它們就同時具有了動植物的本領。

恒星對行星的引力強弱也會影響行星孕育的“孩子”。與恒星距離過近的行星將受到恒星強大的引力影響，使得行星運行在固定的軌道。在這個軌道內，行星的自轉周期和它繞恒星公轉的周期一致，這就造成行星總是同一個半球面向恒星，就像我們在地球上總是看到月球的同一面一樣。這樣的行星一面永遠沐浴著陽光，另一面則陷入永恒的黑暗，不同的兩面將生存著完全不一樣的生物。向光的一面進行光合作用，與地球上的沙漠植物類似的生物可以生存在這里。背光的一面寒冷黑暗，這里可能生存著身披皮毛、長睡不醒的動物，它們大張著嘴巴，“迎接”迷路的來自向陽那一面過來的動物。

而離恒星太遠的行星受到的引力就太過微弱。當受到另一個星系的恒星的引力影響時，它很可能會脫離原本的軌道，成為宇宙中孤獨的流浪者，在宇宙中這樣的“流浪者”多達250億顆。流浪的過程中，行星很難再享有恒星的光和熱，但也許它并不是一顆冷冰冰的“死星”，其核心可能進行著元素衰變反應，又或者發生著劇烈的地質活動，能為行星的生命提供能量。但是這些生命將不得不適應沒有陽光的環境，就像地球巖石和海洋深處的硝化細菌、硫細菌和鐵細菌一樣，即使沒有陽光，它們也能通過化能合成作用，氧化無機物，并運用氧化過程釋放的能量將二氧化碳和水合成有機物，維持生命。但是這種方式生產的能量是有限的，它只能滿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體型。

冰火兩重天的星球上住著步行植物（想象圖）

內部條件決定“外貌”

除了星球的運行軌道和恒星引力，星球的內部條件也影響著生物的形態。

比如它是氣態星球還是固態星球，這能決定其中的生物是身輕如燕還是體壯如牛。土星和木星這樣的氣態星球上的動植物可以獲得巨大的浮力，它們都在大氣中“游動”生活。因為重力更小，那里的樹木可以生長到地球上樹木的10倍高，動物們將依靠著充滿氫氣或甲烷的氣囊在空中“飛行”，盡情享用漂浮在高處的綠藻云、氣球狀植物和章魚狀動物。

當飛行能力變成生物的必備本領時，肌肉的供氧能力會決定動物是否能長時間追捕或逃跑。地球上的多數動物是利用血紅蛋白中的鐵原子來結合、運輸氧氣的，而章魚等頭足類動物卻不同，它們利用血藍蛋白中的銅原子來運送氧氣，與鐵原子相比，銅原子結合氧氣的速度更慢，但是它能結合更多的氧氣，這使得章魚行動遲緩卻能長期運動。為了長期飛行，也許氣態星球上的生物會拋棄紅色的血紅蛋白，它們的血液會是藍紫色的。

我們知道，地球上的生命起源于海洋，所以我們一直認為水是生命存在的必備條件。在木星的衛星木衛三的地表之下，科學家發現了一個巨大的分層海洋，其海水總量遠大于地球，這里想必藏著許多我們夢寐以求的外星生物。木衛三高溫的核心溫度使核心附近的冰層融化成水，但是沒法融化整個冰層，接近地表的冰層則受到木星引力的影響而破碎消融，于是海洋被分成一層冰一層水的“三明治”結構。如果這個分層海洋中有生命的話，它們很可能起源于海底，慢慢地逐層入侵，形成一個有共同起源的垂直生態系統。從外觀上看，這個生態系統就像一棵巨大的古樹。底部的“樹根”可能由無數的變形蟲細胞組成，延伸到上層的“樹干”和“樹枝”則被蝦蟹、魚類等食肉動物占據。

但是海洋中的液體一定要是水嗎？其他的液體環境會產生生命嗎？科學家認為是可能的。土星的衛星土衛六，看起來非常像地球，它的河流和湖泊充滿著液體，但是這些液體與地球上的水有天壤之別，這是液體甲烷，是燃料天然氣的主要成分。美國和墨西哥的科學家團隊在墨西哥的尤卡坦半島發現了一個以甲烷為基礎的生態系統，其中的微生物依靠甲烷生存，其他動物則以甲烷微生物為食。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

上述生命雖然仍僅存在于科學家們的想象中，但現在我們找到了一些與地球生命不同的生物存在的證據。

氣態行星中也許孕育著“章魚”

土衛六，是土星最大的衛星，美國宇航局的惠更斯探測器的數據顯示，土衛六含有許多與地球相似的跟生命起源有關的有機成分，比如由氮氣、甲烷和其他碳氫化合物組成的厚厚大氣層。但是遺憾的是，土衛六的平均氣溫為-187℃，液態水很少，湖泊里基本是液態甲烷，雖然地球上也有甲烷微生物，但是它們到了更加嚴寒的土衛六上肯定活不了。

那土衛六的甲烷湖泊中能存活自己的甲烷微生物嗎？現有證據讓科學家們對此信心滿滿。

2017年，美國宇航局的“卡西尼號”太空船探測到土衛六上存在兩種化合物，它們的發現使得科學家更加確信土衛六能孕育生命。在土衛六的上層大氣中發現了我們稱為丙烯腈的化合物，這種化合物可以在實驗室低溫的甲烷中形成穩定的與細胞膜類似的膜結構。而另一種被稱為碳鏈陰離子的化合物被發現存在于土衛六的電離層中，它是能生長成更復雜的有機微粒的“種子”，以它為起點繼續進行化學反應，極有可能出現有機生命體。

無獨有偶，“卡西尼號”太空船也在土衛二上發現了生命存在的可能性。2015年，美國宇航局分析“卡西尼號”在土衛二上采集的樣本，發現了大型復雜的有機物分子，它們的分子質量超過200個相對原子質量（以一個12C原子質量的1/12作為標準，任何一種原子的平均原子質量跟一個12C原子質量的1/12的比值，稱為該原子的相對原子質量），由長碳鏈和碳環組成。這意味著土衛二上能進行復雜的生化過程，而地球生命起源之初也在進行著這樣的生化過程。

2017年初，“卡西尼號”還在土衛二表面探測到了氫分子。在地球上，產生氫氣的生化反應過程為深海熱液噴口的微生物獨有，通過這個過程給周圍的整個生態系統供能。據此，美國西南研究院的大氣科學家亨特·韋特推測，土衛二的地下海底熱液噴口處的有機物可能已經演化成了生命體，氫氣正是由它們進行的化學反應產生的。

目前我們還無法去驗證上述衛星中是否真的存在外星生物，但是它們的生化環境與地球生命出現初期的環境非常相似，這是科學家們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實存在的話，其他生物生存的可能性不就大大增加了嗎？

DNA使我們生而不同

如果外星生物真的像科學家們想象的那樣與地球生物完全不同，那么這是什么東西造成的呢？在地球上，我們把決定生物性狀的物質叫做DNA，這里姑且把決定外星生物的性狀的東西稱為外星DNA吧，兩者DNA有什么不同，科學家們做了一些大膽的猜想。

我們已經知道，地球生物的DNA由4種叫做堿基的有機小分子組成，它們被命名為鳥嘌呤、胞嘧啶、腺嘌呤和胸腺嘧啶，改變堿基的排列順序，就可以決定地球生物的所有性狀特征。外星DNA也是四種堿基組成的嗎？如果不是四種，而是6種、8種會怎么樣呢？美國生化科學家史蒂文·本納領導的研究小組在實驗室里制造了一些“外星DNA”。

外星人的DNA會是8種堿基組成的DNA嗎？（綠色（天然堿基G），紅色（A），藍色（C），黃色（T），青色（合成堿基B），粉紅色（S），紫色（P），橙色（Z））

史蒂文·本納關于合成DNA的研究由來已久。早在2006年，本納小組就通過調整天然堿基的結構來造出了兩個人工堿基，稱為Z和P，后來他們又用同樣的方法獲得了一對名為S和B的堿基對。

2019年2月，本納小組將他們的人工堿基與天然堿基組建在了一起，造出了數百個合成DNA分子。合成DNA跟天然DNA確實有差異，它不能被地球生物原有的酶復制、轉錄和翻譯。本納小組找到了T7 噬菌體的一種突變的RNA聚合酶，最終成功實現了這個合成DNA的轉錄。這是不是說明，外星DNA的堿基極有可能與地球生物的很不一致，它們有自己的堿基和相應的酶呢？

不過本納小組的工作就到這里了，另一位科學家做了將合成DNA轉入地球生物的基因組中，制造新型蛋白質的實驗。

美國斯克里普斯研究所弗洛伊德·羅姆斯伯格領導的研究小組制造了與本納小組不同的新堿基，它們被命名為X和Y。2014年5月，他們首次將含有這對新堿基的合成DNA插入大腸桿菌基因組。當大腸桿菌分裂繁殖時，這些人造堿基也成功復制并遺傳到子代中，而且只要提供足量的人造堿基，它就能穩定地遺傳下去。

不過與本納小組相似的是，大腸桿菌原有的搬運氨基酸的tRNA在遇到人造堿基時不起作用，無法翻譯。為了解決這個問題，他們改良了tRNA及其攜帶的氨基酸，最終子代大腸桿菌生產出了一些新類型的蛋白質，變成了一種“新物種”。

天然DNA可以控制20種氨基酸的制造，而8種堿基的DNA能控制172種氨基酸的制造，能合成的蛋白質類型更多。如果外星DNA與天然DNA完全不同，生產出的蛋白質自然千差萬別，那么外星生物們長得“奇形怪狀”，具有各種奇特本領也是完全有可能的。

也許我們從來不孤獨，太空處處都充滿著生命，只是我們生而不同，彼此之間無法識別也無法交流。但是我們對其他星球生命的探索熱情從未消減，期待著未來某一天能夠打破壁壘，對外星人Say Hi。