探秘外星生物

　　人是這個(gè)宇宙間渺小的生物，我們常常會想象外星生物的樣子?，F(xiàn)在，跟學(xué)習(xí)啦小編一起去探秘外星生物吧。

　　外星生物探秘簡介

　　外星生物探秘天體生物學(xué)綜合運(yùn)用了生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、地質(zhì)學(xué)和天文學(xué)等多門學(xué)科的原理。天體生物學(xué)家通常必須以地球生命的信息為指導(dǎo)，研究地球以外的生命。

　　極端環(huán)境下的生命在宇宙中是否存在著其他生命形式?最近有兩項(xiàng)發(fā)現(xiàn)為地外生命的科學(xué)研究提供了支持。首先，在地球上發(fā)現(xiàn)了生活在各種奇異環(huán)境下的生命形式，這說明生命是十分頑強(qiáng)的，能夠適應(yīng)最奇特、最惡劣的環(huán)境。其次，天文學(xué)家還發(fā)現(xiàn)在太陽系外存在著圍繞恒星運(yùn)行的行星。截至2001年，已在太陽系外發(fā)現(xiàn)了50多顆行星。在這些行星上是否存在著外星生命形式呢?

　　如果外星生命的確存在，那么它們會是什么樣子呢?它們是像細(xì)菌、病毒或藻類那樣的簡單生命形式，還是更高級一些的多細(xì)胞生物?它們有沒有可能是智慧生物呢?外星生物是動物、植物，還是兼具兩者的特征呢?它們是不是像我們一樣，有胳膊有腿，而且直立行走呢?它們是把視覺作為基本感官，還是用其他方法來收集周圍環(huán)境的信息呢?它們“呼吸”的是氧氣還是其他氣體

　　天體生物學(xué)

　　我們大多數(shù)人都會把外星生命想像成電影里描繪的模樣。電影里的外星生物通常具有與人相似的外形，因?yàn)樗鼈円词侵苯佑裳輪T化妝扮演的，要么是電腦動畫中的模型。此外，相對于更具異相、有如怪物般的生物，觀眾更容易接受與人類外形相似的外星人。不過，人類具有一個(gè)左右對稱的腦袋、兩條手臂和兩條腿，這種身體結(jié)構(gòu)是由兩棲動物和爬行動物在移居陸地的過程中演變而來的，而在外星世界中不大可能進(jìn)化出這樣的形體。所以，我們還是暫時(shí)把好萊塢放在一邊，來看看真實(shí)的天體生物學(xué)吧。

　　天體生物學(xué)是一門研究宇宙中的生物的科學(xué)。天體生物學(xué)家試圖揭示許多奧妙，其中包括地球上的生命是如何起源和進(jìn)化、生命的組織形式由什么決定，以及是什么使行星變得適合生存。

　　天體生物學(xué)綜合運(yùn)用了生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、地質(zhì)學(xué)和天文學(xué)等多門學(xué)科的原理。天體生物學(xué)家通常必須以地球生命的信息為指導(dǎo)，研究地球以外的生命。

　　生命

　　雖然很難對“生命”下一個(gè)明確的定義，但大多數(shù)生物學(xué)家都認(rèn)為生命體具有許多共同的特征。如果某個(gè)物體符合這些特征，它將被視為有生命：

　　具有有機(jī)結(jié)構(gòu)——生命體由原子和分子組成。原子和分子又構(gòu)成了細(xì)胞。細(xì)胞是一種有機(jī)體，有的具有一致的特性，有的則已分化，以實(shí)現(xiàn)各種不同的功能。細(xì)胞可以進(jìn)一步構(gòu)成組織、器官和系統(tǒng)。地球上的生命體在結(jié)構(gòu)和復(fù)雜性方面差別很大。

　　內(nèi)穩(wěn)態(tài)性——生命體執(zhí)行的一些機(jī)能使它們能夠保持一種持續(xù)不變、相對穩(wěn)定的狀態(tài)，這種狀態(tài)稱為內(nèi)穩(wěn)態(tài)性。例如，你的身體有一套使體溫保持穩(wěn)定的系統(tǒng)：覺得冷時(shí)，身體會打顫;覺得熱時(shí)，則會出汗。

　　繁殖——生命體會繁衍出自己的同類生物，也就是說，通過無性繁殖進(jìn)行的精確復(fù)制(克隆)，或者通過有性繁殖繁衍出與自身類似的后代。

　　生長/發(fā)育——生命體可以從較小和/或較簡單的形態(tài)開始生長發(fā)育。例如，人的生命從受精卵開始，逐漸發(fā)育為胚胎、胎兒和嬰兒。嬰兒隨后會慢慢成長為兒童、少年和成人。

　　從環(huán)境中攝取能量——保持相對恒定而有組織的狀態(tài)有悖于熱力學(xué)第二定律。根據(jù)該定律，所有物體的無序度(熵)都在增加。一個(gè)生命有機(jī)體要維持其結(jié)構(gòu)，它必須攝入、轉(zhuǎn)化和消耗能量。為此，人類和其他動物會吃進(jìn)食物來攝取能量。

　　應(yīng)激能力——生命體會對環(huán)境的變化做出反應(yīng)。例如，如果某個(gè)刺激物使你感到疼痛，你會做出反應(yīng)，遠(yuǎn)離這個(gè)物體。如果你在照明條件良好的窗口附近栽種一株植物，它的枝條或幼芽會向著有光的方向生長(<趨光性b>)。為了保護(hù)自身，某些動物會改變自己的體色，與環(huán)境融為一體(偽裝)。

　　環(huán)境適應(yīng)性——生命體的特性傾向于與它的棲息環(huán)境相適應(yīng)。例如，海豚的鰭是平的，適于游泳。而蝙蝠翅膀的骨架基本結(jié)構(gòu)與海豚的鰭相同，但有一層薄膜，這使它具有飛翔能力。

　　美國商業(yè)部國家海洋大氣局供圖

　　呈棒狀結(jié)構(gòu)的水下微生物群，

　　被稱為“疊層石”

　　現(xiàn)在我們已經(jīng)了解了生命的定義，下面來看看在漫長歲月中，生命是如何演變的。查爾斯·達(dá)爾文提出的自然選擇進(jìn)化論是支配物種產(chǎn)生、生存、保持不變或滅絕的基本規(guī)則。達(dá)爾文的進(jìn)化論有下列幾個(gè)要點(diǎn)：

　　有機(jī)體總是繁殖出與自身類似的其他有機(jī)體——狗生狗，魚生魚，蒲公英繁殖出來的后代還是蒲公英。

　　生物往往會繁殖出大量后代，這是因?yàn)樯嫦聛淼暮蟠鷶?shù)量低于繁殖出的總數(shù)。

　　在所有種群中，個(gè)體的任何特性，如身高、膚色、毛色或喙的形狀等都會有所不同，這些變異會遺傳給下一代。

　　某些變異是有利的，它們使個(gè)體能夠更好地適應(yīng)環(huán)境，有些則相反。那些發(fā)生有利變異的有機(jī)體將生存下來，并將這些特性傳給它們的后代;而發(fā)生不利變異的有機(jī)物則會死亡，其特性也隨之消亡，這就是自然選擇。

　　如果有充足的時(shí)間，自然選擇會使這些有利的特性累積下來。物種將發(fā)生進(jìn)化。

　　雖然達(dá)爾文提出的進(jìn)化論是為了解釋地球上物種的變化，但這一原理卻有足夠的普遍性，可以適用于宇宙中的其他地方。

　　極端環(huán)境下的生命

　　直到30年前，人們還相信地球上的所有生命都是依靠太陽的能量生存的。而且，人們認(rèn)為在溫度極高(如在噴泉或溫泉中)或極低(如在南極的荒原中)的環(huán)境下是不可能有生命存在的。

　　海洋學(xué)家們對熱液噴口的探索打破了這些觀念。熱液噴口是海底的裂口，通過這些裂口，溫度極高、富含礦物質(zhì)的水從地殼中噴發(fā)出來。熱液噴口位于海平面以下數(shù)公里處的海底，環(huán)境水溫接近或等于冰點(diǎn)，沒有一絲光線，壓力極高。在這些噴口的基部周圍生活著一些有機(jī)生物群，被稱為“黑煙囪”?？茖W(xué)家們在其中發(fā)現(xiàn)了蛤類動物、螃蟹和體長兩米、形狀怪異的巨大管蟲。從噴口涌出的水溫為110至350攝氏度。

　　這些動物是如何在遠(yuǎn)離日光的極端環(huán)境下生存下來的呢?科學(xué)家們在水中發(fā)現(xiàn)了某些種類的細(xì)菌，它們能將水中的硫化氫分離出來，以獲得制造有機(jī)化合物的能量(化學(xué)合成)。管蟲組織內(nèi)的細(xì)菌能幫助它們從水中獲取能量。蛤類以細(xì)菌為食，而螃蟹則以管蟲為食。

　　在熱液噴口發(fā)現(xiàn)生物群，這表明在沒有太陽光線照射的地方，以及母恒星無法提供足夠光照的其他星球上可能會進(jìn)化出生命。考慮到在熱液噴口的這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，木衛(wèi)二上可能也有生命存在。木衛(wèi)二是木星的衛(wèi)星，表面全是冰，科學(xué)家們認(rèn)為在它的冰蓋下有一個(gè)液態(tài)海洋。 其他極端環(huán)境中也發(fā)現(xiàn)了生命?？茖W(xué)家在采自南極荒原的巖石樣本上發(fā)現(xiàn)了一種名為隱生苔(cryptoendoliths)的苔蘚群落，而在那里，溫度往往會低至零下 100 度，并且?guī)缀鯖]有液態(tài)水存在。與此形成對照的是，人們在水溫超過沸點(diǎn)的溫泉中發(fā)現(xiàn)了嗜熱細(xì)菌。如果生命可以在地球上的極端環(huán)境中進(jìn)化，那么其他星球的極端環(huán)境中也可能存在著生命，比如火星。 地球殊異假說天文學(xué)家弗蘭克·德雷克(Frank Drake)發(fā)明了德雷克方程式，用來估算宇宙中智慧文明的數(shù)量，該方程式因卡爾·薩根(Carl Sagan)的推介而廣為人知。與此相反，華盛頓大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家皮特·沃德(Peter Ward)和天文學(xué)家唐納德·布朗利(Donald Brownlee)提出了地球殊異假說，認(rèn)為地球上的生命是獨(dú)一無二的。他們的假說宣稱，生命在地球上的發(fā)展是一系列偶然事件和條件的結(jié)果，如地球處在太陽系中適合生命生存的區(qū)域，有木星之類的行星清除了軌道附近的彗星和小行星，生物大滅亡次數(shù)少等等，因此生命不大可能在其他地方出現(xiàn)。

　　外星生命基本規(guī)則

　　利用我們從地球生命了解到的知識，我們可以得出關(guān)于外星生命的什么推論?雖然外星生命可能與地球生命有很大差別，但和地球上各種各樣的生命一樣，它們也要遵循某些通用準(zhǔn)則。這些準(zhǔn)則(或稱基本規(guī)則)包括：

　　外星生命受物理和化學(xué)規(guī)律的支配。

　　外星生命基于某種化學(xué)物質(zhì)構(gòu)成(排除科幻作品中的純能量生命形態(tài))。

　　溶劑——在地球上，所有生物化學(xué)物質(zhì)的溶液均為液態(tài)水。其他化學(xué)品也可以充當(dāng)溶劑，如氨水、液態(tài)甲烷、硫化氫或氟化氫。

　　溫度——外星生命需要適當(dāng)?shù)臏囟?，以使它體內(nèi)的溶劑保持液態(tài)。

　　壓力——外星生命需要適當(dāng)?shù)沫h(huán)境壓力(和溫度)，以使溶劑能以物質(zhì)的三種形態(tài)(固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài))存在。

　　能量來源——生命體需要能量來維持自身的組織結(jié)構(gòu)。該能量可以來自某個(gè)恒星、某種化學(xué)能或地?zé)崮?如熱液噴口和溫泉中的地?zé)崮?。在任何一個(gè)外星世界中，都會存在某種用來維持生命的能量源。

　　復(fù)雜分子——地球上的生物都是有機(jī)體，它們由復(fù)雜的碳基分子構(gòu)成，這些分子能執(zhí)行各種生化機(jī)能。碳是一種具有多樣性的原子，它最多可以與四個(gè)其他原子以各種不同的形狀結(jié)合形成化學(xué)鍵，以組成分子。雖然硅的多樣性不如碳，但它也能與其他原子組成最多四個(gè)化學(xué)鍵，有人提出它可以作為外星生命的分子基礎(chǔ)(還有人認(rèn)為碳硅混合分子也堪當(dāng)此任)。外星生命形式可能會包含一些復(fù)雜的分子類型，以執(zhí)行與地球生命類似的機(jī)能。

　　信息分子——地球上的有機(jī)體含有脫氧核糖核酸(DNA)，這是一種攜帶遺傳信息的分子，它能引導(dǎo)其他分子的形成過程，以便讓生命完成繁殖和其他活動。由于繁殖是生命的特性之一，因此外星生命形式也會擁有某種類型的信息分子。

　　大于微生物的外星生命體內(nèi)會有某種相當(dāng)于細(xì)胞的東西。當(dāng)有機(jī)體逐漸增大時(shí)，它的內(nèi)部容積(立方函數(shù))的增長速度比表面面積(平方函數(shù))更快。這為有機(jī)體的體積設(shè)定了某種限制，因?yàn)閬碜酝饨绲奈镔|(zhì)必須經(jīng)過擴(kuò)散才能傳遞到有機(jī)體的內(nèi)部并遍布全身，這需要有較大的表面積、較短的傳遞距離和濃度差。在有機(jī)體增大的過程中，外部到其中心的距離會加大，擴(kuò)散速度也會變慢。為了保持一個(gè)有效的擴(kuò)散距離，有機(jī)體必須由多個(gè)小細(xì)胞而不是一個(gè)大細(xì)胞構(gòu)成。因此，如果外星生物比微生物大，那么它一定是多細(xì)胞的。(我們不期望能找到一光年寬的單細(xì)胞有機(jī)體，就好像早年間《星際旅行》(Star Trek)電視劇中“免疫綜合癥”(The Immunity Syndrome)那一集所描述的那樣。)

　　根據(jù)前面介紹的進(jìn)化論，外星生命可能會通過進(jìn)化來適應(yīng)周圍的環(huán)境。

　　多細(xì)胞外星生物會采用最適合周圍環(huán)境的生理結(jié)構(gòu)。它的各個(gè)器官系統(tǒng)可以適應(yīng)溫度、濕度和重力等環(huán)境條件。

　　外星生物會通過某種方式將固體、液體和氣體攝入體內(nèi)，將它們分配給每個(gè)細(xì)胞，并將廢料排出體外(例如使用類似于心臟、血管和腎臟的器官)。

　　外星生物還能從周圍攝取能量并加以提取，然后排出廢料。

　　外星生物擁有感知能力(如視覺、聽覺、觸覺)，可以從環(huán)境中收集信息，并做出應(yīng)激反應(yīng)(我們的主要感官是視覺，外星生物可能并非如此)。它們還會用某種類型的大腦或神經(jīng)系統(tǒng)來處理信息。

　　外星生物會以某種方式進(jìn)行繁殖，可以是有性的，也可以是無性的。

　　外星有機(jī)體可能與地球生命具有類似的生態(tài)結(jié)構(gòu)。

　　種群的大小受主要食物的多寡、天敵、疾病和其他環(huán)境因素的限制。

　　各種外星生命形式都以某種食物鏈為生存依據(jù)，并在它們的原生環(huán)境中交織形成一個(gè)食物網(wǎng)，這一點(diǎn)與地球類似。生產(chǎn)者制造食物，消費(fèi)者吃掉生產(chǎn)者和/或其他消費(fèi)者，而分解者則從死亡的有機(jī)體回收原子和分子，將它們返回到生態(tài)環(huán)境