摘要：人类对外星生命的探索一直以地球生命为模板，但宇宙中是否存在与地球生命截然不同的生命形式？它们可能不依赖水和碳，甚至没有类似地球生物的细胞结构。面对这种未知，科学家该如何定义和寻找外星生命？天体生物学家们正在突破传统思维，探索新的研究方向。

人类对外星生命的探索一直以地球生命为模板，但宇宙中是否存在与地球生命截然不同的生命形式？它们可能不依赖水和碳，甚至没有类似地球生物的细胞结构。面对这种未知，科学家该如何定义和寻找外星生命？天体生物学家们正在突破传统思维，探索新的研究方向。

在宇宙中，我们只知道一种生命形式——地球生命。但如果生命能以其他形式存在呢？

当你甚至不知道外星生命可能长什么样时，该如何寻找它们？

这些问题一直困扰着天体生物学家——他们是专门寻找地球以外生命的科学家。

天体生物学家们试图提出一些普遍规律，以解释地球和宇宙其他地方复杂物理系统与生物系统的起源。

我是一名天文学家，写过很多关于天体生物学的文章。通过研究我发现，外星生命最有可能以微生物形式存在。

因为单细胞生物比大型生物更容易形成。但为了以防万一，若真有高等外星生命存在，我还是一个国际顾问委员会的成员，该委员会负责设计向这些文明发送的信息。

自1995年首次发现系外行星（围绕其他恒星运行的行星）以来，人类已发现了超过5000颗系外行星。

其中许多系外行星体积较小、表面多岩石，与地球类似，且处于恒星的宜居带内。

宜居带指行星与恒星之间的距离范围，在这个范围内，行星表面可能存在液态水——因此可能支持我们所知的地球生命形式。

目前已探测到的系外行星样本显示，在我们的银河系中，可能存在3亿个潜在的“生命实验场”——即3亿个可能适合生命起源的地方，包括系外行星和卫星等天体。

研究人员面临的第一个难题是“生命的定义”。按理说，定义生命应该很简单——无论是飞翔的鸟类，还是水滴中移动的微生物，我们看到就能认出是生命。

但科学家们尚未就生命的定义达成共识，有些科学家甚至认为，可能无法给出一个全面的生命定义。

美国国家航空航天局（NASA）将生命定义为“能够进行达尔文式进化的自我维持化学反应系统”。

这意味着，生命是拥有复杂化学系统、能通过适应环境实现进化的有机体。达尔文式进化认为，有机体的生存取决于其对环境的适应能力（适合度）。

地球生命的进化已持续了数十亿年，从单细胞生物发展到大型动物等多种物种，人类也在其中。

系外行星距离遥远，且亮度比其宿主恒星暗数亿倍，因此研究它们难度极大。

天文学家会采用光谱学方法，研究类地系外行星的大气和表面，以寻找生命存在的化学信号。

通过光谱学，或许能探测到行星大气中的氧气（数十亿年前，地球蓝藻通过光合作用产生了氧气），或叶绿素信号（表明存在植物生命）。

NASA对生命的定义引发了一些重要但尚未解答的问题：达尔文式进化是普遍规律吗？

哪些化学反应能在地球以外的地方孕育生命？

地球上所有生命，从真菌孢子到蓝鲸，都起源于约40亿年前的一个微生物共同祖先。

所有地球生物都遵循相同的化学过程，这些过程可能具有普遍性，也可能在宇宙其他地方截然不同。

2024年10月，一群不同领域的科学家齐聚一堂，跳出传统思维框架，探讨进化问题。

他们希望退一步，探索宇宙中（无论是否与生物相关）各种有序系统的形成过程，从而找到研究“与地球生命完全不同的外星生命起源”的方法。

会上有两位研究人员提出，当化学或矿物构成的复杂系统处于某种环境中——该环境能让某些结构比其他结构更易留存时，这些系统会逐渐进化，以存储更多信息。

随着时间推移，通过一种类似自然选择的过程，系统会变得更加多样和复杂，并获得生存所需的功能。

他们推测，可能存在一条规律，可描述各种物理系统的进化过程。而通过自然选择实现的生物进化，只是这条普遍规律的一个例子。

在生物学中，“信息”指存储在DNA分子核苷酸序列中的指令，这些指令共同构成了有机体的基因组，决定了有机体的形态和功能。

如果从信息论的角度定义“复杂性”，那么自然选择会使基因组存储更多关于环境的信息，从而变得更加复杂。

“复杂性”或许能帮助我们区分生命与非生命。

但不能简单认为动物比微生物更复杂。从基因组大小来看，生物信息确实会随基因组增大而增加，但进化信息密度会下降。

进化信息密度指基因组中功能基因的比例，或遗传物质中体现“环境适应度”的比例。

像细菌这样被认为“原始”的生物，其基因组的信息密度很高，因此从进化角度看，比植物或动物的基因组“设计更优”。

目前，我们仍未找到关于生命的普遍理论。这种理论应包含“复杂性”和“信息存储”的概念，但不应局限于DNA，或地球生物中常见的细胞类型。

研究人员已开始探索地球生物化学以外的可能性。目前已知的所有生命体，从细菌到人类，都依赖水生存——水是地球生命不可或缺的溶剂。

溶剂是一种液体介质，能促进化学反应，而生命可能就是从这些化学反应中起源的。但生命也有可能起源于其他溶剂。

天体生物学家威廉·贝恩斯和萨拉·西格尔已研究了数千种可能与生命相关的分子。

潜在的溶剂包括硫酸、氨、液态二氧化碳，甚至液态硫。

外星生命可能不基于碳元素——而碳是地球生命所有关键分子的骨架。它们甚至可能不需要行星就能生存。

外星行星上的高等生命形式可能非常奇特，以至于我们无法识别。因此，天体生物学家在探测外星生命时，需要更具创造性。

一种策略是测量系外行星岩石表面的矿物信号，因为矿物多样性与地球生物进化过程密切相关。

随着地球生命的进化，生物会利用矿物构建外骨骼和栖息地，也会创造新的矿物。生命最初出现时，地球上只有约100种矿物，如今已增加到约5000种。

例如，锆石是一种简单的硅酸盐晶体，其形成时间早于生命起源。在澳大利亚发现的一颗锆石，是已知最古老的地球地壳样本。

而另一些矿物，如磷灰石（一种复杂的磷酸钙矿物），则是由生物活动产生的。磷灰石是骨骼、牙齿和鱼鳞的主要成分。

另一种寻找“非地球式生命”的策略是探测文明存在的证据，例如人造光，或大气中的工业污染物二氧化氮。

这些被称为“技术特征”（technosignatures），是智慧生命存在的标志。

目前尚不清楚人类何时、以何种方式能首次探测到外星生命。可能是在太阳系内，通过分析系外行星大气，或探测来自遥远文明的人造无线电信号。

探索外星生命的道路充满曲折，而非一条直线。对于我们已知的生命形式是如此，对于我们未知的生命形式，更是无法预测。

来源：悠悠趣闻