摘要：进化，即变化的过程，支配着地球上的生命——以及其他地方可能的不同形式的生命。 （图片来源：Just_Super/E+ 来自 Getty Images）

外星生命可能看起来与我们在地球上见过的任何东西都不一样。试图找到这些未知生物的证据需要一些创造力。

进化，即变化的过程，支配着地球上的生命——以及其他地方可能的不同形式的生命。 （图片来源：Just_Super/E+ 来自 Getty Images）

我们只有一个生物学在宇宙中形成的例子——地球上的生命。但是，如果生命可以以其他方式形成呢？当你不知道外星生命可能是什么样子时，你如何寻找外星生命？

这些问题是天体生物学家关注的问题，他们是寻找地球以外生命的科学家。天体生物学家试图提出普遍的规则，这些规则支配着地球内外复杂物理和生物系统的出现。

我是一名天文学家，写了大量关于天体生物学的文章。通过我的研究，我了解到外星生命最丰富的形式可能是微生物，因为单个细胞比大型生物更容易形成。但为了以防万一那里有先进的外星生命，我是国际咨询委员会的成员，该小组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以来，已经发现了 5,000 多颗系外行星或围绕其他恒星运行的行星。

这些系外行星中有许多像地球一样小而多岩石，并且位于恒星的宜居带。宜居带是行星表面与其绕行的恒星之间的距离范围，该距离将使行星拥有液态水，从而支持我们在地球上所知道的生命。

迄今为止探测到的系外行星样本表明，我们的银河系中有 3 亿次潜在的生物实验，或者说有 3 亿个地方，包括系外行星和卫星等其他天体，为生物学的出现提供了合适的条件。

研究人员面临的不确定性始于生命的定义。感觉定义生命应该很容易，因为我们看到生命时就知道它，无论是飞鸟还是在水滴中移动的微生物。但科学家们对定义没有达成一致，有些人认为可能无法有一个全面的定义。

美国宇航局将生命定义为“能够进行达尔文进化的自我维持的化学反应”。这意味着具有复杂化学系统的生物体通过适应环境而进化。达尔文进化论说，有机体的生存取决于它在环境中的适应性。

地球上生命的进化已经从单细胞生物发展了数十亿年，发展到大型动物和其他物种，包括人类。

系外行星很遥远，比它们的母星暗数亿倍，因此研究它们具有挑战性。天文学家可以使用一种称为光谱学的方法检查类地系外行星的大气和表面，以寻找生命的化学特征。

光谱学可能会检测到行星大气中氧的特征，这些微生物称为蓝绿藻，是几十亿年前地球上光合作用产生的，或者叶绿素特征，它表明植物生命。

NASA 对生命的定义引出了一些重要但尚未解答的问题。达尔文进化论是普遍的吗？哪些化学反应会导致地球外的生物学？

地球上的所有生命，从真菌孢子到蓝鲸，都是从大约 40 亿年前的微生物最后一个共同祖先进化而来的。

地球上的所有生物体都可以看到相同的化学过程，而且这些过程可能是普遍的。它们在其他地方也可能截然不同。

2024 年 10 月，一群不同的科学家聚集在一起，跳出框框思考进化论。他们想退后一步，探索什么样的过程创造了宇宙中的秩序——无论是否是生物的——以弄清楚如何研究与地球上的生命完全不同的生命的出现。

在场的两位研究人员认为，当复杂的化学品或矿物系统处于允许某些配置比其他配置更好地持续存在的环境中时，会进化以存储更多的信息。随着时间的推移，该系统将变得更加多样化和复杂，通过一种自然选择获得生存所需的功能。

矿物是非生命系统的一个例子，该系统的多样性和复杂性在数十亿年中不断增加。（图片来源：道格·鲍曼（Doug Bowman）， CC BY)

他们推测可能有一个定律来描述各种物理系统的演化。通过自然选择进行的生物进化只是这一更广泛定律的一个例子。

在生物学中，信息是指存储在 DNA 分子上核苷酸序列中的指令，它们共同构成了生物体的基因组，并决定了生物体的外观和功能。

如果你用信息论来定义复杂性，自然选择将导致基因组变得更加复杂，因为它存储了更多关于其环境的信息。

复杂性可能有助于测量生命和非生命之间的边界。

然而，得出动物比微生物更复杂的结论是错误的。生物信息随着基因组大小的增加而增加，但进化信息密度下降。进化信息密度是基因组中功能基因的比例，或表达对环境适应性的总遗传物质的比例。

人们认为原始的生物体（如细菌）具有高度信息密度的基因组，因此看起来比植物或动物的基因组设计得更好。

一个普遍的生命理论仍然难以捉摸。这样的理论将包括复杂性和信息存储的概念，但它不会与 DNA 或我们在陆地生物学中发现的特定类型的细胞相关联。

研究人员已经探索了陆地生物化学的替代方案。所有已知的生物体，从细菌到人类，都含有水，它是地球上生命所必需的溶剂。溶剂是一种液体介质，可促进化学反应，生命可以从中产生。但生命也可能从其他溶剂中出现。

天体生物学家威廉·贝恩斯 （Willam Bains） 和萨拉·西格尔 （Sara Seager） 已经探索了数千种可能与生命有关的分子。可能的溶剂包括硫酸、氨、液态二氧化碳甚至液态硫磺。

外星生命可能不以碳为基础，碳构成了所有生命基本分子的支柱——至少在地球上是这样。它甚至可能不需要行星就能生存。

外星球上的高级生命形式可能非常奇怪，以至于无法辨认。当天体生物学家试图探测地球外的生命时，他们需要有创造力。

一种策略是测量系外行星岩石表面的矿物特征，因为矿物多样性跟踪着陆地生物的进化。随着地球上生命的进化，它使用并创造了用于外骨骼和栖息地的矿物。生命最初形成时存在的 100 种矿物今天已增长到约 5,000 种。

例如，锆石是简单的硅酸盐晶体，其历史可以追溯到生命开始之前。在澳大利亚发现的一颗锆石是已知最古老的地壳。但其他矿物质，如磷灰石，一种复杂的磷酸钙矿物，是由生物学产生的。磷灰石是骨骼、牙齿和鱼鳞的主要成分。

寻找与地球上不同生命的另一种策略是检测文明的证据，例如人造光或大气中的工业污染物二氧化氮。这些是称为技术特征的智能生命示踪剂的例子。

目前尚不清楚首次探测到地球以外的生命将如何以及何时发生。它可能在太阳系内，或者通过嗅探系外行星大气层，或者通过探测来自遥远文明的人工无线电信号。

搜索是一条曲折的道路，而不是一条直截了当的道路。这就是我们所知道的生命——我们不知道的生命，所有的赌注都落空了。

来源：老何的科学大讲堂