隨著科學(xué)每年擴(kuò)展我們對(duì)宇宙的了解,我們一半期望得到發(fā)現(xiàn)外星生命的消息。但是,如果我們一直在尋找所有錯(cuò)誤的地方怎么辦?科學(xué)預(yù)言了許多違反直覺(jué)的生活形式。盡管在地球上是不可能的,但它們很可能存在于宇宙的其他地方。
硅是一種分子,其結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)與碳的性質(zhì)非常相似,而碳是地球上大多數(shù)生命所基于的元素。我們知道,生命的重要組成部分是碳形成足夠大的原子和分子以包含諸如DNA之類的生物程序的復(fù)雜鏈的能力。
硅,也常用于計(jì)算機(jī)芯片中,是人類設(shè)計(jì)自己的智能系統(tǒng)以來(lái)最接近的硅。在適當(dāng)?shù)那闆r下,它有可能有機(jī)地形成自己的DNA版本。
另外,在地球上有一些生物在生物結(jié)構(gòu)中使用硅的示例,特別是以藻類的形式(稱為硅藻)。他們負(fù)責(zé)每年在地球海洋中使用超過(guò)60億公噸的硅,并生產(chǎn)約20%的地球氧氣。
結(jié)果,硅可能存在于其他行星的早期生命階段,將其大氣層轉(zhuǎn)化為氧氣,并為以后的更高級(jí)生命做好準(zhǔn)備。
盡管地球上最具標(biāo)志性的毒物之一具有形成生命的基礎(chǔ),這似乎違反直覺(jué),但科學(xué)表明,將砷完全摻入復(fù)雜的生物分子中是完全可能的。
關(guān)于砷存在于生命形式的觀點(diǎn)源于其與磷的化學(xué)相似性,磷是地球生命中DNA的重要組成部分。一些研究表明,砷可能曾經(jīng)是地球早期生命中DNA的一部分,現(xiàn)在已取代了磷中的DNA。
在微生物活動(dòng)能夠從海洋巖石中浸出磷的生命的早期階段,生活在海洋深處的熱液噴口附近的生物體內(nèi)砷的利用率要高得多。
盡管有證據(jù)表明,磷在晚期生活中比砷更有效,但有毒元素對(duì)于早期,簡(jiǎn)單的生活形式可能足夠好。這種物質(zhì)制成的生物可能潛伏在外星海洋的深處。
水是整個(gè)地球生命的重要組成部分。我們的身體使用液體作為溶劑,這幾乎是所有產(chǎn)生能量和維持功能的化學(xué)反應(yīng)所必需的。在人類中一直可見(jiàn)到最小的微生物。
但是,如果有水的替代品呢?最近的科學(xué)表明確實(shí)存在。
為了使生命存在于除水以外的其他物質(zhì)中,有必要使其處于較大的溫度范圍(呈液態(tài)),或者存在于行星上,并且在整個(gè)過(guò)程中溫度變化很?。ㄈ绻械脑挘?。水以液態(tài)形式存在,介于0攝氏度(32°F)和100攝氏度(212°F)之間,范圍為100攝氏度(180°F)。
氨是-77.7攝氏度(-107.86°F)和-33.3攝氏度(-27.94°F)之間的液體,相對(duì)較大的范圍是44.4攝氏度(79.92°F)。盡管人們可能認(rèn)為這樣的溫度太冷而無(wú)法維持生命,但生命所需的反應(yīng)和過(guò)程可能仍然存在,盡管速度較慢。
因此,使用氨而不是水作為化學(xué)溶劑的生物可能會(huì)比水基生命更長(zhǎng)壽,但代謝和進(jìn)化速度較慢。
在某些環(huán)境中,甲烷比水更普遍。土星的衛(wèi)星泰坦就是一個(gè)突出的例子。
根據(jù)計(jì)算機(jī)模型,依賴甲烷的生命將能夠存在于極冷的地區(qū)以及完全沒(méi)有氧氣的地區(qū)。該模型顯示,可以構(gòu)建一個(gè)細(xì)胞壁,該壁可以在-180攝氏度(-292°F)的液態(tài)甲烷中工作。
除了可以在土衛(wèi)六海洋中存在的氮,碳和氫分子產(chǎn)生細(xì)胞膜這一事實(shí)之外,這種功能還意味著簡(jiǎn)單的生物可能存在于甲烷海洋的冰凍深度中。
與以氨為基礎(chǔ)的生物一樣,甲烷海洋中的生命本來(lái)要比地球上的生命慢得多。由于維持液體海洋所需的嚴(yán)寒溫度,將發(fā)生緩慢的進(jìn)化和新陳代謝。
以碳為基礎(chǔ)的生命形式是我們自己以碳為基礎(chǔ)的唯一了解的類型。因此,我們確定在其恒星的潛在宜居區(qū)域內(nèi)存在數(shù)百個(gè)行星。這些行星將能夠通過(guò)氧氣,液態(tài)水,甚至是開(kāi)始生命所需的化學(xué)物質(zhì)和反應(yīng)來(lái)支持我們所知道的生命。
此外,基于碳的生命是我們確定存在的唯一類型,正如我們自己的星球所證明的那樣。
這并不是說(shuō)其他?星球上的碳基生命看起來(lái)就像地球一樣。通過(guò)進(jìn)化,通過(guò)適應(yīng)環(huán)境,地球外的碳基生命有可能呈現(xiàn)出截然不同的形式。
只要看看地球上存在的大量生命形式。它們生活在從嚴(yán)寒海洋到活火山和斷層口的各處。在這種極端環(huán)境下地球上存在生物,這證明這種生命完全有可能存在于各種各樣的其他星球上,其中包括一些我們認(rèn)為人類不宜居住的星球。
如果假設(shè)生物可以使用與地球完全不同的生命基礎(chǔ)進(jìn)化,那么為什么他們不能結(jié)合多種方法呢?例如,生命可能主要基于硅,包含碳或砷元素,并使用氨作為溶劑。
如前所述,地球上的某些生命形式將硅結(jié)構(gòu)納入其細(xì)胞。那么,為什么不更進(jìn)一步呢?如果有機(jī)體在行星上進(jìn)化而來(lái),其中有相對(duì)豐富的多種元素可以在生命過(guò)程中使用,那么為什么不將這兩種元素整合為一個(gè)整體呢?
硅和碳以及硅和氧,碳和氧以及硅和氟化物可以相互鍵合。因此,這些分子有可能發(fā)生反應(yīng)并形成復(fù)雜的鏈,從而以類似于DNA的方式存儲(chǔ)和傳輸信息。
如果行星具有一個(gè)生物圈,其中有一個(gè)生物子集使用諸如碳的元素作為基礎(chǔ),而另一個(gè)子集使用了不同的元素(如硅),那么這也可能起作用。整個(gè)生物圈不是包含兩個(gè)不同元素的生物,而是可以包含兩個(gè)不同的生命元素基礎(chǔ)。
這確實(shí)屬于科幻小說(shuō)的領(lǐng)域。
通過(guò)對(duì)太空中可能存在的條件進(jìn)行建模,2007年的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),等離子體和塵??梢砸砸环N可以視為生命的方式起作用。它們甚至可以通過(guò)等離子體和灰塵的極化形成微觀的固體顆粒雙螺旋線。聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)熟?
更令人著迷的是,研究發(fā)現(xiàn)這些鏈可能會(huì)發(fā)生變化,例如與有機(jī)分子(特別是DNA)相關(guān)的變化。它們可以分裂,復(fù)制甚至進(jìn)化,因?yàn)椴环€(wěn)定的鏈斷裂而更穩(wěn)定的鏈可以承受。
這些生命形式可能以由非有機(jī)物質(zhì)形成的冷卻實(shí)體存在于大量塵埃云內(nèi)部恒星之間的空隙中,或恒星周?chē)牡入x子體或塵埃環(huán)中。通過(guò)不斷發(fā)展,這樣的云有一天有可能完全實(shí)現(xiàn)感知。
盡管科學(xué)目前尚無(wú)證據(jù)表明恒星或星系本身可以形成生命,但確實(shí)表明,借助附近的恒星和恒星結(jié)構(gòu),有機(jī)化合物的生命可以在本行星之外形成。
利用阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列,在麥哲倫星系中發(fā)現(xiàn)了有機(jī)化合物,麥哲倫星系是我們銀河系的衛(wèi)星星系。在麥哲倫星云中的兩個(gè)星云中檢測(cè)到了復(fù)雜的有機(jī)分子,例如甲醇,二甲醚和甲酸甲酯,這些都是有機(jī)生命必不可少的。
這表明在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間和適當(dāng)?shù)那闆r下,這些化合物最終可能形成自我復(fù)制的分子,這些分子將成為此類星云的生命基礎(chǔ)。后來(lái),他們可以創(chuàng)建更復(fù)雜的生物結(jié)構(gòu)。由于它們會(huì)在沒(méi)有重力等基本功能的情況下進(jìn)化,例如在地球上,因此我們不知道這些生物會(huì)是什么樣。
一種流行的理論是,生命通過(guò)對(duì)先前居住的行星的巨大撞擊而引起的行星噴出而在宇宙中傳播。這個(gè)理論指出,生命可以通過(guò)塵土,碎片,小行星和攜帶來(lái)自其他行星的微生物的彗星來(lái)分布。
為了使泛精癥成為可能,生物體必須能夠在激烈的作用力以及極高的溫度和低溫下生存更長(zhǎng)的時(shí)間。這是由于與小行星撞擊有關(guān)的固有力,與行星大氣摩擦產(chǎn)生的熱量以及生物體在太空中傳播的時(shí)間延長(zhǎng)(可能是數(shù)千年或數(shù)百萬(wàn)年)。[9]
這樣的生物已經(jīng)存在于地球上。這些極端微生物可以抵抗極端的寒冷和高溫以及紫外線和強(qiáng)力。盡管它們是最基本的已知生命形式之一,但它們具有無(wú)與倫比的生存能力,可以生存下來(lái),這些條件會(huì)殺死大多數(shù)其他生物。
因此,完全有可能通過(guò)小行星撞擊和這些外來(lái)小行星攜帶的極端微生物在整個(gè)宇宙中傳播了生命。
即使生命是基于另一個(gè)星球的極端微生物,這些生物的簡(jiǎn)單性質(zhì)也使得它們不可能進(jìn)化成看起來(lái)像原始星球上更復(fù)雜的生物的任何事物。這是由于在兩個(gè)星球上生存所必需的不同特征。
不幸的是,我們很可能是宇宙中唯一擁有生命的星球。由于空間的巨大和光速對(duì)星際旅行的限制,我們可能無(wú)法發(fā)現(xiàn)其他生命,甚至根本無(wú)法確定它是否存在。在可觀察的宇宙中,我們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何具體證據(jù)表明生命存在于或曾經(jīng)存在于其他行星上。
話雖如此,宇宙只有大約138億年的歷史。盡管這似乎很長(zhǎng)一段時(shí)間,但我們無(wú)法知道宇宙將要變老多久。也許我們是第一個(gè)進(jìn)化生命的星球,未來(lái)還有許多其他的星球。
我們估計(jì),宇宙的熱死(不再有任何自由熱能的狀態(tài))將發(fā)生在1至100萬(wàn)億年之間。在最壞的情況下,我們僅占整個(gè)宇宙預(yù)期壽命的1.38%。充其量,到那兒大約只有百分之0.01。這是人生發(fā)生的大量時(shí)間。
盡管如此,我們還是不禁要問(wèn),我們的信號(hào)是否會(huì)被某個(gè)人或外面的某物接收到,或者它們是否會(huì)永遠(yuǎn)穿越寒冷,黑暗的空間永遠(yuǎn)發(fā)射出去。
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