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外星海洋里的生命会是什么样子?

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发表于 2019-10-12 09:37:26 | 显示全部楼层 |阅读模式

地球上一些奇怪的生命形式,可能深深影响了我们对外星海洋生命的想象
   北京时间10月12日消息,当人类冒险登上木卫二(欧罗巴)或土卫六(泰坦),深入观察它们冰冻的表面之下时,我们可能会在那里发现新的生命形式吗?近年来的发现使天体生物学家认为,木星和土星的一些卫星是太阳系中最有希望存在外星生命的地方。目前几个主要的太空任务正在计划在未来十年内前往那里,寻找可能的生命迹象。


人类的探测器已经拍摄到土卫二表面喷射出的水柱
  与地球邻近的行星不同,木星和土星的一些卫星上存在大量的液态水。例如,科学家认为木卫二含有的液态水比地球上所有海洋加起来还要多。这片水域,以及其中的任何生命,都被一层厚达数千米的表面冰层保护着,免受太空辐射和小行星撞击。
  在土卫二(恩克拉多斯)和木卫二,探测器都拍摄到了水汽的羽状喷流,这意味着两颗星球的内部可能较为温暖,能够支持液态海洋的存在。它们的热源并非太阳,而是来自一个“内部发电机”,可能是核心发生放射性衰变的结果,也可能是其在行星轨道上受到潮汐力作用加热而产生的。


在地球上深海热液口周围聚集的生命可能是了解外星海底生命的线索
  目前有证据表明存在海洋的太阳系卫星,包括木卫二、土卫二、木卫四(卡利斯托)和木卫三(盖尼米德)。今年6月发表的一项研究估计,土卫二海洋大约有10亿年的历史。其他研究则认为其历史可能有数十亿年,有足够的时间让生命演化。
  研究者认为这些海洋是咸的,含有氯化钠,就像地球上的海洋一样,这对存在类地生命的前景而言是另一个利好。


如果像木卫二的海洋中确实存在生命,那么它很可能是微生物,必须依靠化学合成来获得能量
  此外,在液态水和海洋下面的岩石地幔之间,很可能存在一个界面。科学家认为,类似的界面为地球上生命起源提供了某些化学物质的关键成分。例如,美国国家航空航天局的卡西尼号探测到土卫二的羽状水汽喷流中含有某些分子,暗示着其海底很可能存在热液喷口。
  地球的深海中也存在类似的热液喷口。在那里,岩浆与盐水相遇,提供了热量、化学物质和基底物质,有助于形成一些地球生命最初演化时所需的复杂化学物质。在地球海洋的深处,几乎没有阳光,就像木星和土星多颗卫星的海洋一样。但这并不意味着没有生命。事实上,在地球上,这样的热液喷口充满了生机。


土卫六可能非常寒冷,但厚厚的冰层下仍然有液态水
  大约20年前,英国广播公司(BBC)的纪录片《外星人的自然史》(Natural History of an Alien)指出,木卫二海洋中的整个生态系统可能以深海热泉为基础。一组科学家提出,细菌将形成食物链的底层,利用化学合成方式从热液喷口中获取能量,并在海床上方数千米处堆积出高高的沉淀物管道。
  其他生物,比如像鱼一样的食草动物,会刺穿这些管子,吸入大量的细菌作为食物。它们将具有很强的领地意识,会抵御竞争对手,并保卫自己的牧场。反过来,它们也会被鲨鱼一样的动物捕食,这些捕食者的身体呈流线型,速度很快,能利用回声定位来发现猎物。
  这种对生命形式的猜测比大多数科学家预期的要高级得多。哈佛大学地球和行星科学教授安德鲁表示,即使在地球上,90%左右的历史中,唯一存在的生命就只有微生物。因此,如果其他星球存在生命,那很可能就是微生物,而在木卫二或土卫二这样的地方,微生物将不得不完全依靠化学合成来获得能量,因此可能只维持很小的生物量。
  哈佛大学“生命起源计划”(Origins of Life Initiative)的主任、天文学教授迪米塔尔表示,存在这样一个生态系统的可能性仍然是有的。该计划是一个支持多学科研究的中心,旨在发现宇宙中是否存在丰富的生命。仅仅因为木卫二的海洋寒冷且缺乏能量,并不意味着那里就不能演化出较小规模的复杂生态系统。
  “猜测很有意思,”萨赛罗夫说,“我的直觉是,在那里有很多可能的演化革新空间。在那里,可能会出现一些很小,但具有掠食性的东西,它将是一个多细胞生物,而不仅仅是单细胞。”
  我们计划访问的另一颗卫星就呈现出完全不同的景象。
  土卫六,又称泰坦,是土星卫星中最大的一颗,也是太阳系第二大的卫星。同时,它还是地球之外已知的唯一表面具有稳定液体的星球。2005年,卡西尼-惠更斯号任务的惠更斯号探测器在土卫六着陆,传回了类似地球的地貌图片,显示其表面存在河床和海洋。
  但是,土卫六的云、雨和海洋都不是由水组成,而是由液态甲烷和乙烷组成的,二者都是地球上天然气的组成部分。任何存在于土卫六表面的水都会凝固成岩石和山脉,因为其表面温度在零下180摄氏度左右。
  这意味着,尽管土卫六的景观看起来很像地球,但实际情况却完全不同。如果有生命存在,它将依赖甲烷,而不是水,而且将是我们不知道的奇异生命——真正的“外星人”。
  萨赛罗夫表示,土卫六上有可能存在生命,并且有理论依据,但这些生命具有“完全不同的、独立的生物化学”。萨赛罗夫的长期目标是弄清楚是否存在另一种生物化学形式,以及如何在实验室中创造出这种生物化学。
  地球上的生命依赖于磷脂质构成的细胞膜。磷脂为两性分子,一端为亲水的含氮或磷的头,另一端则为疏水的长烃基链。这些分子链相互结合,在水中形成一层柔性膜。
  以甲烷为基础的生命则需要另一种方式来形成细胞。2015年,由化学工程师保利特·克兰西(Paulette Clancy)领导的康奈尔大学研究小组发现,由氮、碳和氢组成的小分子可以形成适合土卫六生存条件的细胞。
  从那时起,美国国家航空航天局的研究人员已经证实,土卫六的大气层中存在乙烯基氰化物,这种有机化合物可以提供类似的细胞膜。因此,至少在理论上,土卫六巨大的甲烷海洋中可能存在着能够组成生命的细胞,而这些生命与地球生命截然不同。
  “在某些方面,我们在地球上看到的只是一个偶然事件,” 美国亚利桑那州立大学的天体生物学家特蕾莎·费舍尔(Theresa Fisher)说,“我们可以在其他世界的生命中看到大量潜在的多样性”。
  “可能会出现许多新奇的、非常多样化的生物体,占据了一系列新的生态位,”加州大学戴维斯分校的人类学荣誉教授萨拉·布拉弗尔·赫迪(Sarah Blaffer Hrdy)补充道,“假设这些生物中的任何一种演化到像鲸目动物,或大象那样具有社会性、智慧和沟通能力,以及像黑猩猩或猩猩那样善于操纵工具,既灵巧和聪明,那它们最终将可以演化出更复杂的技术和文化能力。”
  美国宾夕法尼亚大学的古生物学家劳伦·萨兰(Lauren Sallan)认为,外星生命将以微生物的形式存在,而成为微生物的方式非常多。她还指出,就多细胞外星生物而言,情况可能会变得更加复杂。“我们会认识到,它们在做同样的事情,因为一切都集中在吸收能源或摄食其他东西来获取能源上,”她说,“但它们这么做的方式将是相当难以预测的。”
  哈佛大学天文学教授大卫·夏邦诺(David Charbonneau)说:“我们真的不知道生命的极限是什么。”他指出,这也正是我们需要发射更多的探测器去探访这些卫星的原因。
  好消息是,人类正计划这么做。
  美国国家航空航天局今年夏天宣布,其蜻蜓号计划将于2026年发射,并于2034年到达土卫六。蜻蜓号将放出一架类似无人机的飞行器,着陆土卫六表面,探索数十个地点,并寻找生命迹象。
  有趣的是,科学家还认为土卫六的冰冷外层下还有一个液态水海洋,这意味着,除了以液态甲烷为基础的奇异表面生命外,土卫六的表面下可能还存在更多类似地球的生命。
  在同一个星球上存在不同类型生命也许并不是土卫六的专利,木卫三同样有这种可能性。一些科学家认为,这颗卫星拥有数层不同的海洋,由不同类型的冰隔开,这些冰在不同的深度和压力下形成。如果是这样的话,从理论上讲,每一层海洋都可以容纳不同的生命形式,以适应当地的情况。
  木卫三将于2022年接受欧洲空间局的“木星冰月探测器”(JUICE)任务的访问。该任务还将访问木星的另外两颗卫星——木卫二和木卫四,研究的宜居性,并寻找生命的迹象。
  与此同时,美国国家航空航天局的“木卫二飞越任务”(Europa Clipper)计划绕木星轨道运行,并多次飞越木卫二,以考察它是否具备适合生命生存的条件。该任务的发射时间预计为2023年。美国国家航空航天局也在讨论最早在2025年向木卫二发射着陆器的可能性。
  此外,美国国家航空航天局支持的一项私人计划还将前往土卫二寻找生命,如果该计划在今年晚些时候获得批准,将有望在2025年启动。
  然而,要真正弄清楚这些外星海洋中可能存在什么生命,我们还需要派遣一艘潜水器,这将是一项棘手的任务,因为这样一艘潜水器必须钻过几千米厚的冰层才能到达液态海洋。美国国家航空航天局正在资助一些相关的理论研究。
  2018年在华盛顿举行的美国地球物理联盟(American Geophysical Union)会议上,伊利诺伊大学和美国国家航空航天局的科学家们提出了一个概念,那就是用核动力“隧道机器人”(tunnelbot)在木卫二上寻找生命。他们的机器人会在穿越冰层和水体时采样,通过光缆将信息传回表面。
  但是,如果那里确实存在外星生命形式,那我们可能很难发现它们。也有可能,那里根本没有生命。
  在遥远的未来,大约50亿年后,当太阳耗尽氢燃料,并开始膨胀为一个红巨星的时候,它在最终死亡之前将融化这些卫星上的冰层,使它们变得更像地球。到时候,它们的表面应该有液态水,气候也会更温和,这或许会为那里的生命演化提供可能——或者至少能为逃离焦土的地球难民提供避难所。(任天)
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