外星生命可能看起來與地球生命完全不同 —— 該如何尋找它們呢？

外星生命可能與我們在地球上見過的任何東西都不一樣。試圖找到這些未知生物存在的證據需要一些創造力。

我們在宇宙中只有一個生物形成的例子 —— 地球上的生命。但如果生命可以以其他方式形成呢？當你不知道外星生命可能是什麼樣子的時候，你如何尋找外星生命呢？

這些問題一直困擾着天體生物學家，他們是尋找地球以外生命的科學家。天體生物學家試圖提出控制地球內外複雜物理和生物系統出現的普遍規律。

亞利桑那大學天文學傑出教授克里斯·英佩寫過大量關於天體生物學的文章。通過他的研究，我們瞭解到外星生命最豐富的形式可能是微生物，因爲單細胞比大型生物更容易形成。但萬一有先進的外星生命存在，克里斯·英佩教授還是國際諮詢委員會的成員，負責設計向這些文明發送信息的小組。

探測地球外生命

自1995年首次發現系外行星以來，已經發現了5000多顆系外行星，即圍繞其他恆星運行的行星。

許多系外行星都很小，像地球一樣是岩石，位於其恆星的宜居帶。宜居帶指的是一顆行星表面和它所環繞的恆星之間的距離範圍，這個距離範圍允許這顆行星有液態水，從而支持我們在地球上所知道的生命。

到目前爲止，探測到的系外行星樣本表明，在我們的星系中有3億個潛在的生物實驗，或者有3億個地方，包括系外行星和其他天體，如衛星，有適宜生物產生的條件。

研究人員的不確定性始於生命的定義。給人的感覺是，定義生命應該是很容易的，因爲當我們看到生命的時候，我們就知道了它，無論是一隻飛翔的鳥，還是一滴水中移動的微生物。但是科學家們在一個定義上意見不一，有些人認爲一個全面的定義可能是不可能的。

美國宇航局將生命定義爲“能夠自我維持的化學反應，能夠進行達爾文式的進化”。這意味着具有複雜化學系統的生物體通過適應環境而進化。達爾文進化論認爲，生物體的生存取決於它在環境中的適應性。

地球上的生命已經進化了數十億年，從單細胞生物到大型動物和其他物種，包括人類。

系外行星距離遙遠，比它們的母恆星暗淡數億倍，因此研究它們具有挑戰性。天文學家可以用一種叫做光譜學的方法來觀察類地系外行星的大氣和表面，以尋找生命的化學特徵。

光譜學可以探測到行星大氣中氧氣的特徵，這是數十億年前地球上由光合作用產生的被稱爲藍綠藻的微生物，或者葉綠素的特徵，這表明植物有生命。

NASA對生命的定義引出了一些重要但沒有答案的問題。達爾文的進化論是普遍的嗎？什麼化學反應能導致生物離開地球？

進化與複雜性

地球上的所有生命，從真菌孢子到藍鯨，都是從大約40億年前的微生物共同祖先進化而來的。

同樣的化學過程在地球上的所有生物中都可以看到，這些過程可能是普遍存在的。其他地方的情況也可能截然不同。

2024年10月，一羣不同的科學家聚集在一起，跳出進化論的框框進行思考。他們想退後一步，探索什麼樣的過程在宇宙中創造了秩序 —— 無論是生物的還是非生物的 —— 以找出如何研究與地球上的生命完全不同的生命的出現。

兩位研究人員認爲，化學物質或礦物質的複雜系統，當處於允許某些結構比其他結構更持久的環境中時，就會進化成存儲更大量的信息。隨着時間的推移，系統將變得更加多樣化和複雜，通過一種自然選擇，獲得生存所需的功能。

他們推測可能存在一條定律來描述各種各樣的物理系統的演化。通過自然選擇的生物進化只是這一更廣泛規律的一個例子。

在生物學中，信息是指存儲在DNA分子上的核苷酸序列中的指令，這些指令共同構成了生物體的基因組，並決定了生物體的外觀和功能。

如果你用信息理論來定義複雜性，自然選擇會使基因組變得更加複雜，因爲它存儲了更多關於環境的信息。

複雜性可能有助於測量生命和非生命之間的界限。

然而，得出動物比微生物更復雜的結論是錯誤的。生物信息隨着基因組的大小而增加，但進化信息密度卻在下降。進化信息密度是基因組中功能基因的比例，或者是表達環境適應性的總遺傳物質的比例。

人們認爲是原始的生物體，如細菌，其基因組信息密度很高，因此看起來比植物或動物的基因組設計得更好。

關於生命的普遍理論仍然難以捉摸。這樣的理論將包括複雜性和信息存儲的概念，但它不會與DNA或我們在陸地生物中發現的特定種類的細胞聯繫在一起。

對尋找外星生命的啓示

研究人員已經探索了陸地生物化學的替代品。所有已知的生物，從細菌到人類，都含有水，水是一種對地球上的生命至關重要的溶劑。溶劑是一種液體介質，可以促進化學反應，從而產生生命。但生命也可能從其他溶劑中出現。

天體生物學家威廉·貝恩斯和薩拉·西格爾已經探索了數千種可能與生命有關的分子。可能的溶劑包括硫酸、氨、液態二氧化碳甚至液態硫。

外星生命可能不是以碳爲基礎的，而碳是構成所有生命基本分子的主幹 —— 至少在地球上是這樣。它甚至可能不需要一個星球來生存。

外星行星上的高級生命形式可能非常奇怪，以至於無法識別。當天體生物學家試圖探測地球外的生命時，他們需要有創造力。

一種策略是測量系外行星岩石表面的礦物特徵，因爲礦物多樣性可以追蹤地球生物的進化。當生命在地球上進化時，它使用並創造了礦物質作爲外骨骼和棲息地。生命最初形成時存在的100種礦物質已經增加到今天的5000種左右。

例如，鋯石是簡單的硅酸鹽晶體，可以追溯到生命開始之前。在澳大利亞發現的鋯石是已知的最古老的地殼。但其他礦物質，如磷灰石，一種複雜的磷酸鈣礦物，是由生物產生的。磷灰石是骨頭、牙齒和魚鱗的主要成分。

另一個尋找不同於地球生命的策略是探測文明存在的證據，比如人造光，或者大氣中的工業污染物二氧化氮。這些是智能生命的示蹤劑的例子，被稱爲技術簽名。

目前尚不清楚地球外生命的首次探測將如何以及何時發生。它可能在太陽系內，或者通過嗅探系外行星的大氣層，或者通過探測來自遙遠文明的人工無線電信號。

搜索是一條曲折的道路，不是一條筆直的道路。這是我們已知的生命，對於未知的生命，一切都不確定。

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