什么样的行星能孕育生命？

宇宙的另一端是否存在某种高级智慧文明？或许在不久的将来，科学家就能揭晓神秘外星人的真实面目。《美国国家科学院院刊》近期刊登的一份研究报告，详述了地外生命存活的必要条件和限制因素。

地球上生命存活的必要条件、生命的构成元素以及环境限制因素，为评估系外行星宜居性提供了重要线索。温度是一个关键条件，它关系到液态水存在与否。同时，科学家还从系外行星系统的气候模型和轨道空间直接估测出了生命生长和繁殖所必需的温度条件。科学家对极度干旱的沙漠的研究表明，即使只有少量的雨、雾、雪，甚至水蒸气，只要存在适当的光照，微生物群落就能存活。另外的研究表明，一些微生物能够承受较强的紫外线和离子辐射。因此，系外行星上存在生命是可能的。

生命极限

探测生命生存的极限有两种不同的方法：第一种是分析生命生存的必要条件；第二种是研究生活有微生物的极端环境。这两种方法均与寻找外星生命密切相关。

对地球生命而言，生存的必要条件有以下四个：能量、碳、液态水和其他各种元素。

刺激地球生命新陈代谢和生长的能量只有一种来源——与还原和氧化反应相关的电子转移。比如，微生物利用二氧化碳和氢反应制造出甲烷气体，光合生物利用光线吸收蛋白质，以及氧化还原反应产生的电子。这些过程可在细胞膜之间形成一种电化学梯度，通常发生在多数真核细胞的线粒体以及原核细胞的细胞膜中。一项最新的研究表明，电子可直接提供电流，驱动微生物代谢作用。

作为地球化学及生物化学的支柱分子，广泛分布在太阳系中的碳元素具有重要地位。然而，富含碳元素并不是一颗系外行星宜居与否的必要条件，与外太阳系的星球相比，地球的碳元素含量明显低得多。地球的碳元素绝大多数存储在地壳沉积岩中，但由于含碳分子（二氧化碳、一氧化碳和甲烷）易挥发，地球表面也有充足的碳元素。这种情况也同样存在于火星和金星上。地球表面的生命体除了需要碳元素外，还用到多种元素，但这并不能证明它们是碳基生命存活的必要条件。

系外行星探索策略

近年来，科学家一直在探索如何评估系外行星的宜居性。在我看来，他们应当聚焦于原始生命，因为系外行星可能不具备完整的生态系统，但系外行星大气层中的光催化过程对原始生命具有重要意义。

类地系外行星宜居性的关键参数是液态水的存在，它直接取决于大气压和温度。温度是至关重要的，它不仅影响水的存在形式，还能直接影响系外行星系统的气候模型。我们认为，适合生命存活的温度存在低温极限和高温极限。

1.低温极限。许多微生物可以在冰点以下生长和繁殖，这是因为它们的细胞中包含盐和其他溶质。近期的一项研究表明，一种生活在北极永久冻结带的微生物可以在15℃的环境中生长繁殖，并且能在25℃的冰冻土壤中进行新陈代谢。此外，雪衣藻可以生长在冰雪中。这种高原藻的微生物活动可以在永冻土中产生足够的热量，促进冰雪融化。不过，尚未发现微生物直接利用新陈代谢能量融解冰层的例子。

2.高温极限。迄今发现的许多系外行星的表面温度都较高，因此，科学家需要知道生命能承受的高温极限。有一种甲烷菌，可以在122℃的高温下产生甲烷气体。在该环境下，只要压力足够高，水就能以液态形式存在，其介电常数和液体极性减少，溶液特性以及溶液生物分子的交互性显著改变。脂质、蛋白质和核酸在高温下很不稳定，这种不稳定的脂质双分子层很可能会溶解在介电常数较低的水中。因此，科学家认为，在这种高温环境中存在古生菌并不意外。

3.干旱极限。生命存活受限于可用性水资源，火星就是一个实例，因此生命能承受的极限干旱条件令科学家颇感兴趣。在干旱环境下，光自养生物可以在阴凉处或岩石下找到一些水资源。阿塔卡马沙漠干旱区盐岩表面之下生长着一种岩隙蓝细菌，靠盐岩在溶解过程中吸收的大气水分生存。一些实例表明，少量的雨、雾、雪，甚至一定的大气湿度都能让靠光合作用获取能量的微生物种群生存。

4.紫外线和放射线。复杂生命形式对放射线非常敏感，但许多微生物能够承受一定量的放射线，有些甚至超出我们的想象。抗辐射奇异球菌是一种土壤异养生物，能够承受高辐射。科学家认为，这是由于它们能够适应脱水状态。此外，生长在沙漠的拟甲色球藻能够适应极端干燥、高电离辐射和强紫外线条件。

5.氮。除碳元素之外，氮是维持生命最重要的元素。实验表明，嗜氧微生物需要大气层中含有一定数量的氮，极光、闪电和火山爆发能将氮转化为硝酸盐。太阳系之外也存在氮元素的还原状态，以氨的形式存在，同时具有生物可利用性。氮的生物可利用性对地外环境的宜居性研究具有重要作用。

6.氧。地球上的多细胞生命通常依赖氧代谢，其进化发展与氧气含量的变化息息相关。如果某颗系外行星的大气层存在一定比例的氧气，就可能有多细胞生命的存在。科学家指出，在系外行星和卫星的大气中探测到氧气或将证明地外生命的存在。同时，类地星球上存在高指数氧气则暗示具有生物光合作用。

土卫六潜藏生命？

系外行星的潜在生命宜居条件，应当具有类似地球的液态水环境，这是搜寻生命的合理出发点。然而，其他星球上的液态水会略有不同，可能含有适合生命形式存活的介质。目前，科学家认为土卫六表面的液烃湖泊可以孕育生命，像地球海洋环境一样。从某种意义上讲，液烃比水更适合复杂的有机化学反应，同时也具有适当的氧化还原能量，可使生命存活下来。

土卫六表面的有机分子（乙炔、乙烷和一些固体有机物）释放出的能量与大气层中的氢发生反应，将形成甲烷。科学家猜测，类似土卫六的星球可能存在生命迹象，这些生命将消耗氢、乙炔和乙烷。同时他们指出，宇宙中类似土卫六的星球数量远大于类地星球。天文学家曾发现一颗类似土卫六的星球环绕M型恒星运行，该类星球表面存在液态甲烷和液态乙烷池。

土卫六是天体生物学研究的一个实例，此外，太阳系中的木卫二和土卫二也引起了科学家的浓厚兴趣。土卫二看似具备所有的生命宜居条件，它可能被土星的潮汐能加热，并且从太阳接收充足的能量，便于实现光合作用。木卫二则是环绕巨大系外行星的宜居卫星的理想模型。