水可能不是外星生命的唯一标志

(《科学内幕》)——说到寻找外星生命,科学家们主要关注的是哪里有水。现在,研究人员建议,观察“生物本质”元素,如磷和钼,可以帮助判断一个世界的生命潜力。

几乎在地球上有水的地方都有生命,从高于地表的云层到地壳最深层。因此,对地球以外生命的探索通常集中在“适宜居住”的环境上,这些环境的温度有利于在其表面存在液态水。

例如,尽管金星表面目前热得足以融化铅,2016年的一项研究表明,直到最近的7.15亿年前,它还可以居住。科学家们甚至推测,如果生命曾经存在于金星上,那么它可能仍然存在于它的云层中。

然而,“正如我们所知,生命当然还需要其他的成分,”这项研究的高级作者阿维·勒布说,他是位于剑桥的哈佛大学天文学系主任。例如,在地球上,决定海洋生物数量的关键元素可能包括氮和磷。制造蛋白质需要氮,氮和磷都是DNA和RNA的关键成分。研究人员指出,最近的几项研究表明,大约6.35亿至8亿年前海洋中磷的增加可能有助于支持地球上动物的进化。

为了了解这些生物基本元素在外星生命进化中可能扮演的角色,研究人员关注的是它们在冰冻表面下的液体海洋世界的可及性,就像木星的卫星欧罗巴(Europa)和土星的土卫二(Enceladus)一样。Loeb说:“人们怀疑在木卫二和土卫二的冰层下可能存在液态水,美国国家航空航天局和欧洲航天局(ESA)都计划用欧罗巴(Europa) Clipper 1这样的任务来访问它们。”

在地球上,海洋中磷的主要来源是通过温和酸性雨水对长英质岩石进行风化。水热活动又把磷从地球海洋中除去; 研究人员说,先前的研究表明,土卫二和木卫二也存在水热活动。

木星的辐射不断地照射木卫一的表面,产生被称为氧化剂的分子,而作为木卫二的冰面,这些氧化剂可以进入欧罗巴的隐藏海域,在那里它们可以与硫化物反应并使水呈现高度酸性。因此,欧罗巴可能拥有足够的磷来维持生命,尽管高度酸性的海洋可能会扼杀生命机会,研究人员说。

相比之下,先前的研究表明土卫二的地下海洋可能是强碱性的。在这项新研究中,科学家们计算出,如果海洋中性或碱性并具有热液活动,那么与太阳系的年龄相比之下,磷可以在非常短的时间内(数百万年)从地下海洋世界中完全去除 ,“研究报告的主要作者,哈佛大学天体物理学家Manasvi Lingam说。

科学家们还提出,钼、锰和钴等微量金属也可能被证明具有生物活性。Lingam说,“钼在几种酶中起着至关重要的作用,其中最显著的就是固定氮”——即分解在大气中对氮原子成对的强力化学键,并将产生的单个氮原子“固定”到重要的有机分子中。此外,钼“影响许多生物体的蛋白质合成、代谢和生长”,他解释说。

此外,“锰在叶绿体中通过光合作用产生氧气的环境中起着重要作用,”林格姆说。钴在新陈代谢中有多种生物作用——最值得注意的是,它是维生素B-12的组成部分。

“可居住区域的想法可以追溯到1950年代,从那时起我们已经学到了很多,比如地下海洋的存在,那么重要的是要将我们的思考适居性仅仅是关于水的特定元素和化学物质可能是生命的必需品,”纽约罗切斯特大学的天体物理学家亚当·弗兰克说,他没有参与这项研究。

远程观察太阳系以外的外星世界是否有生物基本元素,一种方法是观察它们的恒星,这可能会为它们的行星和卫星的组成提供光。凌格姆说,恒星中存在的元素会产生一种独特的光谱,在它的星光中可以看到颜色,“因此可以为我们提供一些关于环绕恒星运行的行星的可居住性的信息。”

如果一个世界的生物基本元素水平很低,就会限制我们所知的生命潜力。林甘说,虽然新的研究表明,未来前往欧罗巴和恩克拉多斯的任务探测生命的机会很小,但它们是“伪造我们模型的绝佳机会,因此我们赞成这样的任务。

纽约伊萨卡康奈尔大学的行星科学家Jonathan Lunine没有参与这项研究,他警告说“这些是基于简单假设的计算,我们必须始终记住,行星和卫星比我们预期的要复杂得多 – 是行星探索发现的教训之一。所以我们不应该把结果看作是确定的,而是指向未来任务应该做的一些观察。“

林根姆说,研究人员警告说,虽然生物必需元素在世界上平均来说可能是罕见的,但在这些元素的含量和生命的机会更高的世界上,可能会存在一些斑块。当然,研究人员只解释了我们所知道的生命——“我们不知道的生命可能会遵循与地球不同的化学路线,这将是比我们所知道的生命更令人兴奋的发现,”Loeb说。

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