外星生命可能看起来与地球生命完全不同 —— 该如何寻找它们呢？

外星生命可能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存在的证据需要一些创造力。

我们在宇宙中只有一个生物形成的例子 —— 地球上的生命。但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的时候，你如何寻找外星生命呢？

这些问题一直困扰着天体生物学家，他们是寻找地球以外生命的科学家。天体生物学家试图提出控制地球内外复杂物理和生物系统出现的普遍规律。

亚利桑那大学天文学杰出教授克里斯·英佩写过大量关于天体生物学的文章。通过他的研究，我们了解到外星生命最丰富的形式可能是微生物，因为单细胞比大型生物更容易形成。但万一有先进的外星生命存在，克里斯·英佩教授还是国际咨询委员会的成员，负责设计向这些文明发送信息的小组。

探测地球外生命

自1995年首次发现系外行星以来，已经发现了5000多颗系外行星，即围绕其他恒星运行的行星。

许多系外行星都很小，像地球一样是岩石，位于其恒星的宜居带。宜居带指的是一颗行星表面和它所环绕的恒星之间的距离范围，这个距离范围允许这颗行星有液态水，从而支持我们在地球上所知道的生命。

到目前为止，探测到的系外行星样本表明，在我们的星系中有3亿个潜在的生物实验，或者有3亿个地方，包括系外行星和其他天体，如卫星，有适宜生物产生的条件。

研究人员的不确定性始于生命的定义。给人的感觉是，定义生命应该是很容易的，因为当我们看到生命的时候，我们就知道了它，无论是一只飞翔的鸟，还是一滴水中移动的微生物。但是科学家们在一个定义上意见不一，有些人认为一个全面的定义可能是不可能的。

美国宇航局将生命定义为“能够自我维持的化学反应，能够进行达尔文式的进化”。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。达尔文进化论认为，生物体的生存取决于它在环境中的适应性。

地球上的生命已经进化了数十亿年，从单细胞生物到大型动物和其他物种，包括人类。

系外行星距离遥远，比它们的母恒星暗淡数亿倍，因此研究它们具有挑战性。天文学家可以用一种叫做光谱学的方法来观察类地系外行星的大气和表面，以寻找生命的化学特征。

光谱学可以探测到行星大气中氧气的特征，这是数十亿年前地球上由光合作用产生的被称为蓝绿藻的微生物，或者叶绿素的特征，这表明植物有生命。

NASA对生命的定义引出了一些重要但没有答案的问题。达尔文的进化论是普遍的吗？什么化学反应能导致生物离开地球？

进化与复杂性

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

同样的化学过程在地球上的所有生物中都可以看到，这些过程可能是普遍存在的。其他地方的情况也可能截然不同。

2024年10月，一群不同的科学家聚集在一起，跳出进化论的框框进行思考。他们想退后一步，探索什么样的过程在宇宙中创造了秩序 —— 无论是生物的还是非生物的 —— 以找出如何研究与地球上的生命完全不同的生命的出现。

两位研究人员认为，化学物质或矿物质的复杂系统，当处于允许某些结构比其他结构更持久的环境中时，就会进化成存储更大量的信息。随着时间的推移，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。

他们推测可能存在一条定律来描述各种各样的物理系统的演化。通过自然选择的生物进化只是这一更广泛规律的一个例子。

在生物学中，信息是指存储在DNA分子上的核苷酸序列中的指令，这些指令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。

如果你用信息理论来定义复杂性，自然选择会使基因组变得更加复杂，因为它存储了更多关于环境的信息。

复杂性可能有助于测量生命和非生命之间的界限。

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的大小而增加，但进化信息密度却在下降。进化信息密度是基因组中功能基因的比例，或者是表达环境适应性的总遗传物质的比例。

人们认为是原始的生物体，如细菌，其基因组信息密度很高，因此看起来比植物或动物的基因组设计得更好。

关于生命的普遍理论仍然难以捉摸。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或我们在陆地生物中发现的特定种类的细胞联系在一起。

对寻找外星生命的启示

研究人员已经探索了陆地生物化学的替代品。所有已知的生物，从细菌到人类，都含有水，水是一种对地球上的生命至关重要的溶剂。溶剂是一种液体介质，可以促进化学反应，从而产生生命。但生命也可能从其他溶剂中出现。

天体生物学家威廉·贝恩斯和萨拉·西格尔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。

外星生命可能不是以碳为基础的，而碳是构成所有生命基本分子的主干 —— 至少在地球上是这样。它甚至可能不需要一个星球来生存。

外星行星上的高级生命形式可能非常奇怪，以至于无法识别。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，因为矿物多样性可以追踪地球生物的进化。当生命在地球上进化时，它使用并创造了矿物质作为外骨骼和栖息地。生命最初形成时存在的100种矿物质已经增加到今天的5000种左右。

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

另一个寻找不同于地球生命的策略是探测文明存在的证据，比如人造光，或者大气中的工业污染物二氧化氮。这些是智能生命的示踪剂的例子，被称为技术签名。

目前尚不清楚地球外生命的首次探测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的大气层，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，不是一条笔直的道路。这是我们已知的生命，对于未知的生命，一切都不确定。

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