外星生命就在我們身邊？

作者：保羅．戴維斯(Paul Davies) 翻譯　明平剛　羅靜　發表：2008-10-14 22:08

沒人知道生命是在何時、何地、如何起源的——至今，生命起源仍是科學界最大的謎題之一。我們唯一能肯定的是，35億年前，微生物就在地球上出現了。然而對於更早以前出現過什麼樣的生命，由於缺乏可靠證據，科學界一直沒有定論。

30年前，生物學家普遍認為，生命起源於一次偶然化學事件，由於發生機率太小，幾乎不可能在已知宇宙中重複。1965年諾貝爾生理學或醫學獎獲得者、法國生物學家雅克·莫諾(Jacques Monod)就持這種觀點，他在1970年的一篇文章中寫道：「人類終於知道，在這個冷清而又廣袤的宇宙中，他們是多麼孤獨，因為生命的出現純屬偶然。」但最近幾年，關於生命起源的認識發生了戲劇性變化。1995年，比利時著名生物化學家克里斯蒂安·德杜夫(Christian de Duve)提出，生命是「宇宙必需的」，在任何類地行星上，「生命幾乎注定會產生」。德杜夫的觀點堅定了天體生物學家的信心：宇宙中散佈著生命。美國紐約大學的羅伯特·夏皮羅(Robert Shapiro)把上述觀點稱為「生物決定論」(biological determinism)，甚至還有科學家認為，這種觀點可以表述為「生命已被寫入自然法則」。

科學家怎樣判定哪種觀點才是正確的呢？最直接的辦法就是在其他行星(如火星)上尋找生命的證據。如果在太陽系的兩顆行星上，生命起源都是「從零開始」，我們就可以認為「生物決定論」的假設是正確的。不過，要找到火星生命(如果存在的話)，並詳細研究這顆紅色星球的生物圈，可能還需要相當長的時間。

當然，尋找火星生命並非驗證生物決定論的唯一方法。任何星球都不會比地球更「像」地球，如果生命能在類似地球的環境下產生，我們就可以假設，生命可能在地球上反覆出現過很多次。這種可能性無疑讓人充滿遐想，為了驗證它，科學家開始在沙漠、湖泊和洞穴中尋找外星生命的證據——這些生命可能與已知生物完全不同，因為它們是獨立起源的。科學家們猜測，這類生物很可能與細菌一樣微小，只有用顯微鏡才能觀察到，因此他們開始研究新的檢測方法，用於尋找很可能就隱藏在我們身邊的外星生物。

雖然在科學界，對於生命的嚴格定義至今尚未形成共識，但大多數科學家都有相同的看法：新陳代謝(從環境中攝取營養物質，並將這些物質轉變為能量，然後把代謝產物排出體外)和自我複製能力是生命的兩個主要特徵。關於生命起源的一種傳統觀點是，如果在早期地球上，生命起源曾不止發生一次，產生了多種生命形式，那麼其中一種將迅速佔據主導地位，消滅掉其他生命形式。我們也知道，當一種生命形式迅速佔有全部可利用的資源，或「拉幫結夥」、僅在同類生物中交換優勢基因，共同對付「弱勢群體」時，情況就是如此。但這種論點無法讓人信服。細菌和古細菌(archaea)是兩種差異極大的微生物，它們的共同祖先要追溯到30億年前，但在漫長歲月裡，兩種微生物一直「和平相處」，誰也沒有滅掉誰。其他形式的生命體也許和已知生物沒有競爭關係，因為這些「異形」佔據的地方，是已知微生物根本無法生存的極端環境，它們需要的能源，也可能與現有生物需要的完全不同。

地球上有外星生命嗎？

至今，科學家仍未在地球上發現與已知生物不同的生命體，然而這並不代表地球上沒有外星生命：雖然現代科學技術已經很先進，但還有很多生物我們無法觀察到。

即使其他生命體已經從地球上消失，但在遙遠的過去，它們可能曾在地球上風光一時。如果真是那樣的話，科學家可以通過地質學記錄，找到它們留下的、被岩石塵封了幾億年甚至幾十億年的生物學標誌。如果這些生命體有著獨特的新陳代謝方式，它們改變岩石成分或形成沉積礦物質的方式，將是已知生物活動無法解釋的。某些現有生物無法產生的生物標誌(比如一些特殊有機分子)，可能就隱藏在古老的微生物化石中，科學家在太古代(25億年以前)岩石中就發現過這樣的化石。

一個更激動人心但也更「異想天開」的設想是：其他類型的生命體至今仍然存在，它們構成了一個「影子」生物圈(shadow biosphere)——這是美國科羅拉多大學的卡羅爾·克萊蘭(Carol Cleland )和謝利·科普利(Shelley Copley)發明的新詞。乍看起來，這個想法似乎很是荒謬：如果外星生物就在我們眼皮底下(甚至就在我們的鼻子內)大量繁殖，為什麼科學家一直沒能發現它們？但我們不能輕易否定這個設想。地球上，微生物的數量超乎想像，僅通過顯微鏡觀察，很難區分它們。微生物學家必須分析某個微生物的基因序列，才能確定它在進化樹上的位置。到目前為止，有明確分類的微生物，只佔已知微生物很小一部分。

可以肯定的是，我們仔細研究過的生物都來自同一個祖先。已知生物具有相似的生化特性，採用幾乎完全相同的遺傳密碼，這使得生物學家能通過基因序列，找到它們在進化樹上的位置。但是，科學家在分析新發現的物種時所使用的方法，是專門用於檢測我們熟知的生物。這些技術能檢測到與現有生命形式完全不同的外星生物嗎？答案顯然是否定的。如果外星生物被限定在微生物領域，科學家可能已經將它們遺漏。

可能存在外星生命的地方

最有可能存在外星生命的地方，可能是一些「與世隔絕」的、環境極其惡劣的區域，因為已知生物無法在這裡存活。如果找到生命活動的跡象，就證明這些地方可能存在外星生命。

我們在地球上的哪些地方可能找到外星生物呢？一些科學家把注意力集中在這樣一些地方：生態學上完全孤立、已知生物永遠無法涉足的小生態環境。近幾年，一個令人驚訝的發現是，某些生物能在極端環境下生存。從滾燙的火山口到南極洲乾涸的河谷，在這樣的極端環境中，都能發現微生物。還有一些生存能力超強的微生物——嗜極菌(extremophile)，竟然能在高濃度的鹽湖中、被重金屬污染的強酸性尾礦中以及核反應爐廢料池中生存。

然而，再頑強的微生物也有耐受極限，因為所有已知生物都離不開液態水。智利北部的阿塔卡馬沙漠(Atacama Desert)非常乾燥，在那裡找不到任何已知生物。雖然某些微生物還能在高溫下繁殖，但在溫度高於130℃的環境下，我們能找到的，最多是已知生物的屍體。不過，我們不能用這樣的條件去衡量外星生命，因為它們也許能在更乾燥或者溫度更高的環境中生存。

科學家可以在一個生態學上完全孤立的區域尋找生命活動的跡象(例如土壤和大氣層之間的碳循環)，作為外星生命存在的證據。孤立的生態系統其實很容易找到，如地殼深處、大氣層上部、南極洲、鹽鹼地以及被重金屬或其他污染物污染的地帶。研究人員還可以在實驗室中「創造」孤立的生態系統：首先改變溫度和濕度，將已知生物殺死，如果仍有生命跡象，可能就是外星生命在起作用。利用這種方法，科學家發現了一種耐輻射細菌(Deinococcus radiodurans)，它們能承受的γ射線輻射劑量，是人類能承受的劑量的1,000倍。令人失望的是，最終結果表明，這種細菌和其他耐輻射生物一樣，在遺傳學上都與已知生物有關，並非外星生物。不過，這並不能排除利用這種方法找到外星生物的可能。

科學家已經找到一些幾乎與其他生態系統完全隔離的環境。在地殼深處，微生物群落與光線、氧氣和其他生物的有機產物完全斷絕了聯繫。它們能生存下來的原因是，某些微生物可以將在化學或放射反應中釋放出的二氧化碳和氫，用於新陳代謝、生長和複製。儘管迄今為止，科學家在這些生態系統中發現的微生物都與生活在地表的微生物有緊密聯繫，但我們對地殼深處的生物學探索還處於初級階段，在更深的地方，或許有驚喜正等著我們。綜合海洋鑽探計畫(Integrated Ocean Drilling Program)從深達1千米的海床採集岩石樣本、探查岩石中的微生物，就是該計畫的目的之一。陸地上的鑽探工作還曾發現，即便在更深的地下，仍有生物活動的跡象。然而，科學界至今尚未制定系統、大規模地探索地殼深處生命的計畫。

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