在人們印象中，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)一向把目光投向深邃的宇宙。近日，它卻爆出了一項(xiàng)生物學(xué)研究突破——由其資助的研究合成了一個(gè)類(lèi)似于DNA的分子系統(tǒng)。這種分子系統(tǒng)能存儲(chǔ)和傳遞信息。它雖然并不是一種全新的生命形式，卻告訴正在尋找地外生命的科學(xué)家，生命在其他星球可能以另一種形式存在，需要重新思考他們正在尋找的東西。相關(guān)研究成果發(fā)表在2月21日出版的《科學(xué)》期刊上。

天文學(xué)家與生物學(xué)的混搭似乎有些不尋常。實(shí)際上，生命探測(cè)是NASA行星科學(xué)任務(wù)日益重要的目標(biāo)。搜尋類(lèi)地行星和尋找地外生命，也正是天體生物學(xué)所關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。那么，什么是天體生物學(xué)?尋找地外生命有哪些探測(cè)方法?目前國(guó)際上有哪些正在開(kāi)展或醞釀中的相關(guān)探測(cè)計(jì)劃?記者就此采訪了相關(guān)專(zhuān)家。

一個(gè)曾遭受批評(píng)的研究領(lǐng)域

“地球上的生命到底從哪來(lái)?其他星球上是否有生命現(xiàn)象存在?碳基為主的生命，其存在的邊界環(huán)境是怎樣的?天體生物學(xué)試圖去尋找這些問(wèn)題的答案。”中科院國(guó)家天文臺(tái)研究員平勁松日前在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說(shuō)道。

作為一個(gè)專(zhuān)有名詞，“天體生物學(xué)”最早出現(xiàn)于上世紀(jì)40年代。1941年，加拿大布魯克林學(xué)院的拉弗勒(L. J. Lafleur)在太平洋天文學(xué)學(xué)會(huì)的報(bào)告中首次提到了天體生物學(xué)。

美國(guó)是天體生物學(xué)的發(fā)源地。上世紀(jì)60年代，美國(guó)的空間探索項(xiàng)目開(kāi)展了對(duì)地外生命的探尋。1964年，NASA發(fā)射了“水手4號(hào)”火星探測(cè)器。

作為第一個(gè)成功飛越火星的人類(lèi)探測(cè)器，“水手4號(hào)”傳回的火星表面照片令人震驚——布滿坑洞的地表一片荒涼，沒(méi)有植被，也沒(méi)有文明存在的跡象。1976年，探測(cè)器“海盜”一號(hào)、二號(hào)先后登陸火星，它們?cè)诨鹦堑默F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)火星的表面或近地表都沒(méi)有生命的存在。

接踵而至的壞消息，使得人們開(kāi)始動(dòng)搖。古生物學(xué)家喬治·蓋洛德·辛普森就曾經(jīng)批評(píng)天體生物學(xué)為“沒(méi)有研究對(duì)象的科學(xué)”。經(jīng)歷了一段時(shí)間的沉寂后，上世紀(jì)90年代，有科學(xué)家提議 NASA 再次啟動(dòng)天體生物學(xué)研究項(xiàng)目。其間，天文領(lǐng)域一系列新的發(fā)現(xiàn)也極大地推動(dòng)了天體生物學(xué)學(xué)科的正式建立。

平勁松舉例道， 1996年，科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)二歐羅巴上存在液態(tài)水海洋，而水是生命存在的重要條件之一;還在火星隕石ALH84001中發(fā)現(xiàn)了可能與生物成因有關(guān)的磁鐵礦。新的發(fā)現(xiàn)幫助人們重拾信心。

隨著研究的不斷深入，天體生物學(xué)逐漸擴(kuò)大為一個(gè)更為廣闊的科學(xué)領(lǐng)域，形成了包括陸地微生物學(xué)、生命起源學(xué)、星際化學(xué)以及地球物理學(xué)等在內(nèi)的交叉學(xué)科。

香港大學(xué)地球科學(xué)系副教授李一良曾撰文指出，研究生命在宇宙中的起源、演化、分布和未來(lái)的天體生物學(xué)，是人類(lèi)對(duì)地球上生命起源、演化的追問(wèn)，對(duì)人類(lèi)文明未來(lái)的思考，對(duì)環(huán)境變遷的憂慮，以及對(duì)空間和宇宙的探索。

多種方式實(shí)現(xiàn)“眼見(jiàn)為實(shí)”

回顧天體生物學(xué)發(fā)展的歷程，不難發(fā)現(xiàn)其一路走來(lái)經(jīng)歷了各種起起落落。令該領(lǐng)域科學(xué)家感到振奮的是，2018年10月，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院發(fā)布經(jīng)美國(guó)國(guó)會(huì)授權(quán)的報(bào)告《尋找宇宙生命的天體生物學(xué)戰(zhàn)略》。該報(bào)告建議拓展對(duì)宇宙生命的搜索，支持更廣泛的生命信號(hào)和環(huán)境的研究，并將天體生物學(xué)納入未來(lái)探索任務(wù)的所有階段。

對(duì)此，平勁松分析指出，在國(guó)家層面出臺(tái)天體生物學(xué)研究計(jì)劃，這在國(guó)際上還是首次，反映出美國(guó)對(duì)天體生物學(xué)的重視到了前所未有的高度。該計(jì)劃將“尋找宇宙生命”寫(xiě)進(jìn)題目中，意味著對(duì)其可能性的肯定。

事實(shí)上，近年來(lái)，在天體生物學(xué)領(lǐng)域確實(shí)有一些令人激動(dòng)的發(fā)現(xiàn)。2018年6月，NASA發(fā)布了兩項(xiàng)關(guān)于火星的重要發(fā)現(xiàn)：“好奇”號(hào)漫游車(chē)在火星表面的沉積巖中發(fā)現(xiàn)了有機(jī)分子，說(shuō)明火星可能曾存在遠(yuǎn)古生命;此外還發(fā)現(xiàn)火星大氣中甲烷濃度存在季節(jié)性變化，或與現(xiàn)在的火星生命有關(guān)。

如何尋找宇宙生命?正所謂“眼見(jiàn)為實(shí)”，直接發(fā)射空間探測(cè)器對(duì)目標(biāo)天體進(jìn)行觀測(cè)、采樣是探測(cè)方式之一。未來(lái)10—15年，美國(guó)計(jì)劃發(fā)射4—5個(gè)空間探測(cè)器進(jìn)行天體生物學(xué)研究。

其中，“凱撒”探測(cè)計(jì)劃以宇宙生命探測(cè)為核心目標(biāo)，計(jì)劃對(duì)67B彗星的慧核進(jìn)行采樣，采集80克的樣本送回地球進(jìn)行分析。“蜻蜓”探測(cè)計(jì)劃則準(zhǔn)備放幾十個(gè)像蜻蜓一樣的無(wú)人小飛行器在天體表面百公里范圍之內(nèi)進(jìn)行大量采樣和分析，尋找生命存在的跡象、水，以及可能的碳水化合物的分布特性。

此外，美國(guó)還將與俄羅斯聯(lián)合進(jìn)行對(duì)金星的探測(cè)。在空中飛行的美國(guó)探測(cè)器，和著陸地面的俄羅斯探測(cè)器，將攜手在金星的大氣和土壤里面尋找可能的生命跡象。

可想而知，發(fā)射空間探測(cè)器進(jìn)行直接探測(cè)的成本高昂。在直接探測(cè)之外，還可以通過(guò)間接探測(cè)的方式開(kāi)展天體生物學(xué)相關(guān)研究。平勁松介紹，在地面上利用天文望遠(yuǎn)鏡對(duì)天體進(jìn)行觀測(cè)，通過(guò)分析觀測(cè)到的光譜，可以測(cè)量彗星上有機(jī)分子的豐度、成分，以及固體行星表面揮發(fā)酚、有機(jī)分子的分布。同時(shí)，天體化學(xué)的一項(xiàng)重要工作，也是試圖將有機(jī)分子逐步變成有機(jī)大分子的過(guò)程串聯(lián)起來(lái)，解開(kāi)生命起源的一些謎團(tuán)。

探尋生命存在的極限

長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家認(rèn)為，地球生命所能承受的溫度、壓力等有著一個(gè)無(wú)法超越的上限，但并不確定邊界到底在哪里。隨著研究的不斷深入，人們對(duì)生命形式的認(rèn)知也在不斷地被刷新。

近日媒體報(bào)道稱，“深碳觀測(cè)站”項(xiàng)目的科學(xué)家在地表下方發(fā)現(xiàn)了一個(gè)規(guī)模龐大的微生物網(wǎng)絡(luò)，由古細(xì)菌、細(xì)菌及原核生物構(gòu)成。這些生物可承受驚人的溫度，能夠在毫無(wú)陽(yáng)光、幾乎不含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的環(huán)境中以“僵尸狀態(tài)”生存。

據(jù)估算，這一地底生物圈的規(guī)模約為20至23億立方公里，相當(dāng)于海洋總體積的兩倍。更令人驚訝的是，在如此極端的環(huán)境中，這群“僵尸”細(xì)菌以獨(dú)特的方式不斷演化，并堅(jiān)持?jǐn)?shù)百萬(wàn)年之久。

生命力如此強(qiáng)大的微生物，是否也存在于其他星球呢?平勁松認(rèn)為，過(guò)去人們對(duì)主宰地底生物圈的微生物的研究較少，隨著對(duì)地球深層生命的進(jìn)一步了解，將啟發(fā)人們以全新的方式看待類(lèi)地行星的宜居性，幫助回答地球上生命起源的過(guò)程，以及生命形式能否在其它星球的表面或地下存在。

事實(shí)上，有科學(xué)家正在研究其他星球上存在微生物的可能性。2018年12月，美國(guó)地球物理學(xué)會(huì)年會(huì)上的一項(xiàng)研究報(bào)告稱，火星上可能有大量的微生物聚集在地下，因?yàn)榛鹦堑叵颅h(huán)境比地球深層生物圈更適合微生物居住。參與該項(xiàng)研究的科學(xué)家指出，火星上的地下巖石比地球上的巖石更加多孔，為微生物需要的養(yǎng)分和氣體交換創(chuàng)造了空間。同時(shí)，火星的冷卻核心雖然仍然是熔化的，但可以為生活在深部巖石中的微生物提供更合適的溫度。

在平勁松看來(lái)，對(duì)尋找外星微生物而言，火星地下層是一個(gè)特別有前景的地方。此前的研究，先后發(fā)現(xiàn)火星上存在鹵鹽水、地下水湖，以及火星兩極冰帽含水。天體生物學(xué)根據(jù)對(duì)地球上生命的認(rèn)識(shí)，確定了液態(tài)水、水—巖石相互作用是類(lèi)地大行星微生物存在的一類(lèi)充分條件。“在大型類(lèi)地行星上，水和微生物的存在可能是天體演化的一個(gè)普遍現(xiàn)象”。(唐婷)

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