没有水资源的外星球如何孕育生命？

水是地球生命不可或缺的要素。因此，这种液体也被视为其他星球存在生命的必要条件。数十年来，科学家对外星球宜居性的定义始终基于这一假设。

近日，麻省理工学院的研究人员发现，某些行星的宜居性或许与水几乎毫无关联。事实上，在那些水难以存续的星球上，一种完全不同的液体理论上可以支撑生命系统。

通过实验室研究，科学家发现一种名为离子液体的特殊流体，完全可能由某些岩石行星和卫星表面普遍存在的化学成分形成。离子液体是在约 100 摄氏度以下呈液态的盐类物质。研究团队证实，当硫酸与某些含氮有机化合物混合时就会产生这种液体。在岩质行星上，硫酸可能是火山活动的副产品，而含氮化合物已在太阳系多颗小行星和行星上被检测到，暗示这类物质可能广泛存在于其他行星系统。

离子液体具有极低的蒸气压且不会挥发，它们能在比液态水更严苛的高温低压环境中稳定存在。研究人员指出，这种流体可以成为某些生物分子的理想载体，例如某些蛋白质能在其中保持结构稳定。

研究人员据此提出，即使在温度过高或大气压过低而无法维持液态水的行星上，仍可能存在离子液体形成的“生命绿洲”。只要有液态环境存在，就可能孕育生命，尽管这类生命体可能与地球水基生物截然不同。

“我们之所以认为水是生命必需品，只是因为地球生命需要它。但如果采用更广义的定义，生命真正需要的是能支持新陈代谢的液态介质。”该研究负责人、麻省理工学院地球、大气与行星科学系博士后 Rachana Agrawal 解释道，“若将离子液体纳入考量，所有岩质世界的宜居带范围都将大幅扩展。”

研究合著者包括麻省理工学院 1941 届行星科学教授、地球大气与行星科学系兼物理系及航空航天系教授 Sara Seager，以及 Iaroslav Iakubivskyi、Weston Buchanan、Ana Glidden 和 Jingcheng Huang。合著者还包括伍斯特理工学院的 Maxwell Seager、卡迪夫大学的 William Bains 和波兰弗罗茨瓦夫科技大学的 Janusz Petkowski。

从剧毒云层到生命信号

研究团队对离子液体的探索源于寻找金星生命迹象的努力。这颗被剧毒硫酸云笼罩的行星，其云层中可能潜藏着生命信号，科学家计划通过即将开展的金星大气探测任务验证这一假说。

Agrawal 与领导“拂晓星”（Morning Star Missions）任务的 Seager 原本在研究硫酸的收集与蒸发方法。“拂晓星”任务是一系列以天体生物学为重点的探测金星的任务，其主要目标是研究金星的云层，以确定它们是否能支持微生物生命，并寻找生命存在的迹象或生命本身。

若探测任务从金星云层采集样本，必须先蒸发掉硫酸才能分析残留的有机物是否存在生命迹象。

研究人员使用专门设计的低压系统进行实验，测试硫酸与有机化合物甘氨酸混合溶液的蒸发特性。他们发现：每次实验中，虽然大部分液态硫酸会蒸发，但总会残留一层顽固的液态膜。团队很快意识到，硫酸正与甘氨酸发生化学反应——酸中的氢原子转移至有机化合物，最终形成由盐类（离子）组成的混合液体。这种离子液体能在极宽的温度和压力范围内保持液态。

这一意外发现催生了革命性猜想：在那些因温度过高或大气稀薄而无法存留液态水的行星上，是否可能自然形成离子液体？

“由此我们展开了大胆想象，”Agrawal 解释道，“地球火山会释放硫酸，而小行星等天体上已发现有机物。这让我们思考：外行星上是否可能天然存在离子液体？”

揭开离子液体的形成之谜

在地球上，离子液体主要被人工合成用于工业用途。除此之外，两种敌对蚂蚁的毒液混合可能会产生天然离子液体。

研究团队开始探索离子液体自然形成的条件及其温压范围。实验中，他们将硫酸与多种含氮有机化合物混合。Seager 团队先前研究发现，这些化合物在硫酸中表现出惊人的稳定性。“中学化学告诉我们酸会释放质子，但有趣的是，我们早前对金星云层主要成分硫酸与含氮化合物的研究发现，氮原子会主动捕获氢原子。这就像一个人的垃圾是另一个人的宝藏。”

当硫酸与含氮有机物以 1:1 比例混合时，反应会产生少量离子液体。在新研究中，Seager 与 Agrawal 让硫酸与 30 多种含氮有机物在不同温压条件下反应，随后观察蒸发硫酸后各试管中是否形成离子液体。他们还在玄武岩（已知存在于多颗岩质行星表面）上进行了混合实验。

“离子液体在如此多样的条件下都能形成，这令我们非常震惊。即使将硫酸与有机物滴在岩石上，多余的硫酸会渗入石缝，但岩石表面仍会残留离子液滴。无论尝试何种方法，离子液体总会生成。”Seager 表示。

实验证实，这些反应在高达 180 摄氏度的极端低压环境（远低于地球大气压）中仍能产生离子液体。这表明在液态水无法存续的行星上，只要条件适宜，离子液体仍可能自然形成

“我们设想一颗比地球更炎热、没有水资源的行星，在其历史或现阶段存在火山活动产生的硫酸。当这些硫酸流经有机物沉积区时就会形成液态绿洲。”Seager 说道。

她指出，这些液滴可能在行星表面存续数年甚至数千年，理论上可为基于离子液体的简单生命形式提供生存空间。研究团队下一步将探索哪些生物分子及生命成分能在离子液体中存活甚至繁衍。

https://news.mit.edu/2025/planets-without-water-could-still-produce-certain-liquids-0811