只有水是不夠的，尋找外星生命可能還要評估其他元素

一項新的研究表明，在尋找外星生命時，只考慮水是不夠的，還要考慮其他的「生命必需」元素，例如磷和鉬。

土衛二在紅外、綠光與紫外線下綜合曝光拍攝的照片；供圖：Kevin Gill

來源 | AIP Inside Science

作者 | Charles Q. Choi

科學家們在尋找外星生命時，總是聚焦於哪些地方有水存在。但一項新的研究表明，觀測諸如磷或鉬這樣的「生命必需」元素同樣有助於判斷一個星球是否具備誕生生命的潛力。

從高高的雲層到地殼最深處，地球上到處都能找到水。所以科學家們通常認為，我們正在尋找的外星生命都應當聚居在「宜居」星球之上，這些星球的溫度應當可以支持其表面存在液態水。

例如，儘管目前金星的表面溫度足以將鉛塊熔化，但一項2016年的研究表明，它在距今7.15億年前有可能是宜居的。科學家們甚至推測，如果金星上真的存在過生命，那麼現在可能還有一些存活於金星的雲層中。

儘管金星的地表溫度很高，但科學家們依然猜想其雲層中可能存在微生物；圖片來自網路

不過，「就像我們知道的那樣，生命的存在還需要其他元素」，這項研究的作者之一，哈佛大學的天文學教授艾維·勞埃伯（Avi Loeb）說道。例如，在地球上，決定海洋中有多少生命存在的關鍵因素還包括氮和磷。氮元素是構成蛋白質的必要元素，而氮和磷又都是構建DNA與RNA的關鍵。在近期的一項研究中，有科學家指出，在6.35億至8億年前，海洋中磷元素的增加甚至促成了當時的動物進化。

為了了解這些「生命必需」元素在外星生命進化過程中的作用，研究者分析了它們在冰下液態海洋中的可檢測性，就像在木衛二「歐羅巴」與土衛二「恩克拉多斯」上那樣。「人們一直都在猜想，木衛二與土衛二的冰下液態海洋中可能存在生命，美國宇航局（NASA）和歐洲航天局也都在計劃相關太空任務，比如，派遣『歐羅巴快船1號（Europa Clipper 1）』去訪問它們」，勞埃伯說。

歐羅巴快船飛掠木衛二藝術概念；圖片來源：NASA

在地球上，溫和的酸性雨水對長英質岩石的侵蝕作用可將磷元素溶於水中，這是海洋中磷的主要來源；反過來，海洋中的水熱活動也可以將磷元素從水中去除；先前有研究表明，木衛二與土衛二上也存在水熱活動。

來自木星的輻射不斷沖刷著木衛二的表面，使其產生氧化性很強的分子（稱為「氧化劑」），當木衛二的冰面發生攪動時，這些氧化劑分子就可以進入木衛二冰層下的神秘海域，與其中的硫化物發生反應，使得海水呈現很高的酸性。這樣，木衛二就可能擁有足夠的磷（被酸溶入水中）來維持生命存在，儘管高酸性的海洋可能會扼殺生命出現的機會，研究人員說。

木星和它的衛星「歐羅巴」；圖片來自網路

與木衛二不同，先前的研究表明，土衛二的地下海洋可能是強鹼性的。在這項新研究中，科學家們計算出：如果一個星球的海洋是中性或鹼性的，且存在水熱活動，那麼「其中的磷元素在幾百萬年內就可能被完全去除——與太陽系的壽命相比，這個時間實在非常短暫」，這項研究的第一作者，哈佛大學的天體物理學家曼納什·靈格姆（Manasvi Lingam）說道。

科學家們還提到，一些微量金屬元素，例如鉬、錳、鈷等，或許也是生命存在所必需的。「鉬在多種生物酶中起著重要作用，其中最重要的作用是固定氮」——也就是，打破氮氣分子中兩個氮原子之間的強化學鍵，並將這些拆散的氮原子「固定」到重要的有機分子中去，靈格姆說。此外，鉬元素還「影響著蛋白質的合成，以及很多生物體的代謝與生長過程」，他解釋道。

除了鉬元素，錳和鈷看起來也不可或缺。「在葉綠體通過光合作用產生氧氣的過程中，錳元素起著重要的作用」，靈格姆說。「而鈷元素在新陳代謝中有多種生物學作用——其中最重要的，它是維生素B-12的成分之一。」

在綠色植物的光合作用中，錳元素起著重要的作用；圖片來自網路

「宜居帶的概念可以追溯到20世紀50年代。從那時起，人類對太陽系又有了很多新認識，比如，地下海洋的存在；因此，我們在考慮宜居性時，有必要將其從單一的『水』拓展到其他『生命必需』的元素和化學物質」，在紐約的羅切斯特大學工作的物理學家亞當·弗蘭克（Adam Frank）說道，他沒有參加這項研究。

有一種可行的方法能觀測系外行星是否具備生命必需元素，那就是觀測它們的恆星，以此來推測這個星系中行星與衛星的組成成分。恆星中的特定元素會讓其星光中表現出特定波長的光譜，「光譜能為我們提供一些該星系中行星的宜居性信息」，靈格姆說。

如果一個星球上的生命必需元素水平很低，就可能限制其誕生生命的潛力。儘管這項新的研究表明，在未來對木衛二與土衛二的探測任務中，找到生命的幾率非常低，但這是「一個驗證我們的模型的極好機會，所以我們非常支持這樣的任務」，靈格姆說。

在康奈爾大學工作的行星科學家喬納森·盧寧（Jonathan Lunine）提醒說：「這些都是基於簡單假設的計算，要知道，行星和衛星通常比我們想像的複雜得多——這在以往的行星勘測任務中已有過經驗教訓。因此，我們不應將該項研究的結果看做是確定性的結論，而應當將其作為一種指示，來幫助決定在未來的勘測任務中應作出哪些方面的觀測。」喬納森沒有參與這項研究。

研究人員們指出，即便一顆星球中的生命必需元素的平均佔比很低，但在局部位置這些物質的含量仍依然可能較高，於是這些地方出現生命的幾率也就更高。當然，研究者們目前只針對我們已知的生命形式進行了研究——「未知的生命可能有著與地球生命完全不同的物質形式，比起那些我們已知的生命，找到這類新的生命形式會讓人感到更興奮」，勞埃伯說。

靈格姆與勞埃伯於5月31日在arXiv平台上詳細報道了他們的研究。

翻譯 | 孟慶宇

責編 | 高佩雯

https://www.insidescience.org/news/water-may-not-be-only-sign-alien-life

美國物理聯合會（AIP/American Institute of Physics）--InsideScience專欄獨家供稿

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！