地外生命可能看起来一点不像地球上的生命因此天体生物学家正在提出一个来研究复杂系统如何进化的框架

By Chris Impey

 published 17 hours ago

Search for Life

当你不知道外星人生命可能看起来像什么一样时你如何寻找外星人生命呢？

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(Image credit: kasezo via Getty Images)

这篇文章最初发表在The Conversation上。该出版物将这篇文章贡献给太空网站的《专家之声：编辑意见与洞察》。

我们只有一个生物在宇宙中形成的例子——地球上的生命。但如果生命能以其他方式形成呢？当你不知道外星人生命可能看起来像什么一样时你如何寻找外星人生命呢？

这些问题正先入为主天体生物学家，他们是寻找地球以外生命的科学家。天体生物学家已经试图提出规制即在地球上又在地球外的复杂物理和生物系统浮现的规则。

我是一名已经写过大量关于天体生物学文章的天文学家。通过我的研究我已经了解到最丰富的地外生命形式可能是微生物，因为单细胞比大生物更准备就绪形成。但刚好在那里有先进的外星人生命的案例中我是设计向这些文明发送信息的国际咨询委员会的成员。

探测地球以外的生命

自1995年一颗系外行星首次发现以来，已经发现了5000多颗系外行星或环绕其他恒星的行星。

这些系外行星中的许多都是像地球一样的小型岩石行星并位于它们的恒星的宜居带。宜居带是一颗行星表面和它环绕的恒星之间的距离范围，这将允许行星有液态水，这样支持如我们在地球上知道的生命。

迄今为止检测到的系外行星样本在我们银河系中投射3亿个潜在的生物实验或3亿个地方，包括系外行星和卫星等其他天体，这些地方都有适合生物学产生的条件。

研究人员始于定义生命的不确定性。这感觉就像定义生命应该是容易的一样，因为当我们看到生命时我们知道生命，无论是一只飞的鸟还是在一滴水中移动的微生物。但科学家们在定义上不一致，一些人认为不可能有一个全面的定义。

美国宇航局将生命定义为一个“能够达尔文进化的自我维持的化学反应”。这意味着有一个复杂化学系统通过适应到它们的环境进化的生物。达尔文进化论说一个生物体的生存依靠它在它的环境中的适应性。

地球上生命的进化从单细胞生物到大型动物和其他物种包括人类已经进步了数十亿年。

系外行星是遥远的和比它们的母恒星更暗数亿倍，因此研究它们是挑战的。天文学家能用一种被称为光谱学的方法检查地球一样系外行星的大气层和表面寻找生命的化学签名。

光谱学可能检测到在一颗行星大气层中的氧气签名，被数十亿年前地球上光合作用创造的叫蓝绿藻的微生物或叶绿素签名表明植物生命。

美国宇航局的生命定义导致一些重要还没有被回答的问题。达尔文进化论是普遍的吗？什么化学反应能导致地球以外的生物学？

进化和复杂性

地球上所有的生命从一个真菌孢子到一只蓝鲸，都从大约40亿年前的一个微生物的最后共同祖先进化了。

在地球上所有生物体中相同的化学过程能被看到，这些过程可能是普遍的。它们在其他地方也可能是激进的不同的。

2024年10月，一群多样化的科学家聚集在一起来思考在进化框框外面的。他们要退一步并探索什么样的过程在宇宙中创造了秩序——生物的还是非生物的——来弄清楚如何研究在地球上完全不一样生命的生命的浮现。

两位在场的研究人员争论当环境中允许某些结构比其他结构更好坚持时化学物质或矿物的复杂系统进化到存储更大量信息。随着时间过去，该系统将生长变得更多样化和复杂，通过一种自然选择获得生存所需的功能。

矿物是一个数十亿年来多样性和复杂性中已经增加的非生命系统的例子。 (Image credit: UNM Newsroom)

他们推测可能有一个法则来描述各种物理系统的演化。通过自然选择生物进化会只是这一更广泛法则的一个例子。

在生物学中，信息指存储在一个DNA分子上核苷酸序列中的指令，这些指令共同的构成一个生物体的基因组并规定生物体看起来像什么样子和功能。

如果你按信息论定义复杂性，自然选择将造成一个基因组变得更复杂因为它存储更多关于它的环境的信息。

复杂性可能在衡量生命和非生命边界之间是有用的。

然而，来得出动物比微生物更复杂的结论是错误的。生物信息随基因组大小增加，但进化信息密度下降。进化信息密度是在基因组内功能的基因的份数，或表达对环境适应性的总基因物质的分数。

人们认为原始的生物体如细菌有高信息密度的基因组，因此出现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是难以捉摸的。这样一个理论将包括复杂性和信息存储的概念，但它没有被联系到DNA或我们在陆地生物学中发现的特定类型的细胞。

寻找外星生命的涵义

研究人员已经探索了陆地生物化学的替代方案。从细菌到人类所有已知的生物体都含有水，水对地球上生命是本质的一种溶剂。一种溶剂是一种液体介质，它促进可能浮现生命的化学反应。但生命可能潜在的也从其他溶剂浮现。

天体生物学家拜恩斯（Willam Bains）和西格尔（Sara Seager）已经探索了数千种可能被相关到生命的分子。合理的溶剂包括硫酸、氨、液态二氧化碳甚至液态硫。

外星生命可能不是基于碳的，碳形成所有生命的本质分子的支柱，至少在这里地球上。它甚至可能不需要一个星球来生存。

在外星行星上的高级生命形式可能是如此奇怪以至于它们是不可辨认的。随天体生物学家试图来探测地球外的生命他们将需要是创造性的。

一种策略是来测量系外行星岩石表面上的矿物签名，因为矿物多样性跟踪陆地生物进化。随着生命在地球上进化，它为外骨骼和栖息地用了和创造了矿物质。当生命最初形成了时表现的100种矿物质今天已经增长到大约5000种。

例如，锆石是简单的追溯回到生命开始之前的硅酸盐晶体。在澳大利亚发现的一种锆石是已知最古老的地壳片。但其他矿物质如磷灰石一种复杂的磷酸钙矿物被生物学创造。磷灰石是一种骨骼、牙齿和鱼鳞中的主要成分。

另一种来发现与地球上不一样生命的策略是来探测一个文明的证据，如人造光或在大气层中的工业污染物二氧化氮。这些都是叫技术签名的智能生命的示踪剂的例子。

不清楚的是首次探测到地球以外生命时将是什么时候和如何发生。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一个遥远文明的人造无线电信号。

搜索是一条曲折的道路而不是一条笔直的途径。这是就我们所知道的生命——对我们不知道它的生命所有的赌注都丢掉的。

这篇文章最初发表在The Conversation上。阅读原始文章original article。在脸书、推特和谷歌+上跟随所有专家之声问题和辩论并成为讨论的一部分。所表达的观点是作者自己的那些，不一定反映出版商的观点。这篇文章最初发表在太空网站太空网站上。