能否發現沒有行星的生命？

原子可以在星際空間和行星上連接形成分子，包括有機分子和生物過程，生命是否可能在地球之前就開始了而不是在地球上？圖片：Jenny Mottar

【博科園-科學科普】通過發現太陽系中其他行星的特性，我們發現地球是獨一無二的！只有表面有液態水，只有我們有大的、複雜的、多細胞的生命，這些證據可以從軌道上看到；只有我們有大量的大氣氧氣，其他的世界（天體）可能有海底的海洋或過去的液態水的證據，可能是單層的或以前的生命。當然其他的太陽系可能有類似地球的世界，有相似的條件，生命就在那裡出現。但不僅是一個類似地球的世界並不一定需要生命存在，最近的證據顯示，我們可能不需要擁有一個世界，在星際空間的深處有生命是可能的。

在整個宇宙中包括在最大的恆星形成區域——獵戶座星雲，都能發現有機的生命的分子的特徵。圖片：ESA, HEXOS and the HIFI consortium; E. Bergin

就我們所知生命有幾個關鍵的特性：

1、複合分子或分子集合

2、能編碼信息

3、作為生物體活動的關鍵驅動力

4、它能夠執行收集或收集能量的功能並將其用於工作

5、可以複製自己的副本並將信息傳遞給下一代

在生命和非生命之間有細微的界限，它們沒有很好地定義，因為細菌在裡面，晶體已經出來了，病毒還在爭論中。

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一種雪花的形成和生長，一種特殊的冰晶體結構，雖然晶體有一個分子結構，允許它們複製和複製自己，但它們不利用能量或編碼遺傳信息。圖片：Vyacheslav Ivanov

但是為什麼我們需要一個星球來生活呢？當然我們的海洋提供的水環境可能是我們知道的生命的所在，但在整個宇宙中都能找到原材料。恆星通過行星狀星雲，超新星，中子星碰撞，以及大量的噴射(在其他過程中)，將氫和氦燃燒到元素周期表上的所有穩定元素中。如果有足夠多一代的恆星，宇宙就會充滿所有的恆星，這包括大量的碳、氮、氧、鈣、磷、鉀、鈉、硫、鎂和氯與氫一起（這些元素構成人體的99.5%以上）。

構成人體的元素和生命中最重要的元素佔據了元素周期表上的各種位置，但所有這些元素都可以由宇宙中幾種不同類型的恆星的過程產生。

為了使這些元素結合成一個有趣的有機結構，你需要一個能量源，雖然地球上有太陽，但銀河系中也有幾千億顆恆星，還有各種各樣的星際能量源。中子星，白矮星，超新星遺迹，原行星和原恆星，星雲，更多的充滿了我們的銀河系和所有的大星系。當我們從年輕恆星的噴出物、原行星的星雲或星際介質中的氣體雲時，我們發現了各種各樣的複雜分子。這些包括氨基酸，糖，芳香族碳氫化合物，甚至是像甲酸乙酯這樣的神秘化合物、嗅分子（使樹莓具有其特有的氣味）。

在許多種類的星際空間中發現了有機分子，包括在不同地點發現的巴克敏特富勒烯。圖片：NASA / JPL-Caltech / T. Pyle; Spitzer Space Telescope

在空間中的巴克敏斯特富勒烯(或巴克球)甚至還有死星的爆炸殘餘物。但如果我們回到地球，我們就能在一些非常無機的地方找到這些有機物質的證據：從太空墜落到地面的流星內部。在地球上有20種不同的氨基酸在生物生命過程中發揮作用。理論上構成蛋白質的所有氨基酸分子結構都是相同的，除了一個「R-基團」，可以由不同的原子組成不同的構型。在陸地生命過程中只有這20個，幾乎所有的分子都具有左手性的手性。但在這些小行星的殘骸中，可以發現80多種不同的氨基酸（在相同的丰度中）。

20世紀在澳大利亞的Murchison隕石中發現了大量未被發現的氨基酸。圖片：Wikimedia Commons user Basilicofresco

如果我們看一看今天存在的最簡單的生命類型，看看地球上不同的、更複雜的生命形式進化的時候，我們會發現一個有趣的模式：在生物體基因組中編碼的信息數量隨著複雜性的增加而增加，這是有意義的，因為突變、複製和冗餘可以增加內部的信息。但即使我們觀察非冗餘的基因組，我們不僅發現信息增加，我們發現它隨著時間增加對數。

如果我們回到過去我們會發現：

5、來自1億年前的哺乳動物有6×10 ^ 9個鹼基對

4、來自5億年前的魚類有?10 ^ 9個鹼基對

3、來自10億年前的蠕蟲有8×10 ^ 8個鹼基對

2、來自22億年前的真核生物具有3×10 ^ 6個鹼基對

1、原核生物是35億年前的第一種生命形式有7×10 ^ 5個鹼基對

如果我們圖形化，我們會發現一些令人難以置信的東西：

在這個半對數圖中由核苷酸鹼基對(bp)所計算的非冗餘DNA的長度來衡量，在現在(時間0)之前的幾十億年里生物體的複雜性隨時間線性增加。圖片：Richard Gordon and Alexei Sharov, arXiv:1304.3381

要麼生命開始於地球，複雜的順序是在第一個生物體中10萬個鹼基對的順序，或者生命從更簡單的形式開始了數十億年。這可能是在一個已經存在的世界上，它的信息遷移到太空最終在一個巨大的panspermic活動中來到地球，這當然是可能的。但它也可能是在星際空間的深處，在那裡來自銀河系恆星和大災難的能量為分子組裝提供了一個環境。它不一定是細胞的生命形式，而是一種能夠從環境中收集能量、執行功能並複製自身的分子，編碼在複製分子中必不可少的信息，就像生命一樣。

一個豐富的氣體星雲，由中心區域形成的新恆星推動進入星際介質。地球可能形成於這樣的一個區域，在一些規則和定義下這個區域可能已經充滿了原始的生命形式。圖片：Gemini Observatory / AURA

因此如果我們想要了解地球上生命的起源，或者地球以外的生命，我們可能就不用去另一個世界（天體），解開生命的鑰匙的秘密可能在於最不可能的地方，星際空間如此浩瀚，如果這就是答案所在它可能會告訴我們，不僅生命的成分在宇宙中無處不在，而且生命本身也可能無處不在，也許我們只需要學習如何去尋找。

一種簡單的糖——在星際氣體雲中存在的糖醛。圖片：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Cal?ada (ESO) & NASA/JPL-Caltech/WISE Team

然而有一件事是肯定的：如果生命確實存在於星際空間中，那麼今天在宇宙中形成的幾乎每一個世界都將有這些原始的生命形式出現在世界自身形成的時候。如果從母體恆星的致命輻射中得到任何保護，再加上一個能量源和一個適宜的環境，讓生命茁壯成長可能是不可避免的。科學家們不僅有一天會發現沒有地球的生命，而且我們這個世界上的生命也可能起源於星際空間本身的深處。【博科園-科學科普】

參考：NASA，ESA，Wikimedia等

作者：Ethan Siegel

來自：forbes

編譯：卿君側

審校：博科園

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