探秘外星生物

探秘外星生物

　　人是這個宇宙間渺小的生物，我們常常會想象外星生物的樣子?，F(xiàn)在，跟學習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綜合運用了生物學、化學、物理學、地質(zhì)學和天文學等多門學科的原理。天體生物學家通常必須以地球生命的信息為指導，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?最近有兩項發(fā)現(xiàn)為地外生命的科學研究提供了支持。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的，能夠適應最奇特、最惡劣的環(huán)境。其次，天文學家還發(fā)現(xiàn)在太陽系外存在著圍繞恒星運行的行星。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

　　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，因為它們要么是直接由演員化妝扮演的，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，人類具有一個左右對稱的腦袋、兩條手臂和兩條腿，這種身體結構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化出這樣的形體。所以，我們還是暫時把好萊塢放在一邊，來看看真實的天體生物學吧。

　　天體生物學是一門研究宇宙中的生物的科學。天體生物學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。

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

　　生命

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

　　具有有機結構——生命體由原子和分子組成。原子和分子又構成了細胞。細胞是一種有機體，有的具有一致的特性，有的則已分化，以實現(xiàn)各種不同的功能。細胞可以進一步構成組織、器官和系統(tǒng)。地球上的生命體在結構和復雜性方面差別很大。

　　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，身體會打顫;覺得熱時，則會出汗。

　　繁殖——生命體會繁衍出自己的同類生物，也就是說，通過無性繁殖進行的精確復制(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。一個生命有機體要維持其結構，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食物來攝取能量。

　　應激能力——生命體會對環(huán)境的變化做出反應。例如，如果某個刺激物使你感到疼痛，你會做出反應，遠離這個物體。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)境適應性——生命體的特性傾向于與它的棲息環(huán)境相適應。例如，海豚的鰭是平的，適于游泳。而蝙蝠翅膀的骨架基本結構與海豚的鰭相同，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

　　呈棒狀結構的水下微生物群，

　　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·達爾文提出的自然選擇進化論是支配物種產(chǎn)生、生存、保持不變或滅絕的基本規(guī)則。達爾文的進化論有下列幾個要點：

　　有機體總是繁殖出與自身類似的其他有機體——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，這是因為生存下來的后代數(shù)量低于繁殖出的總數(shù)。

　　在所有種群中，個體的任何特性，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，它們使個體能夠更好地適應環(huán)境，有些則相反。那些發(fā)生有利變異的有機體將生存下來，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)生進化。

　　雖然達爾文提出的進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，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生物群，被稱為“黑煙囪”?？茖W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離日光的極端環(huán)境下生存下來的呢?科學家們在水中發(fā)現(xiàn)了某些種類的細菌，它們能將水中的硫化氫分離出來，以獲得制造有機化合物的能量(化學合成)。管蟲組織內(nèi)的細菌能幫助它們從水中獲取能量。蛤類以細菌為食，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化出生命?？紤]到在熱液噴口的這項發(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，科學家們認為在它的冰蓋下有一個液態(tài)海洋。 其他極端環(huán)境中也發(fā)現(xiàn)了生命。科學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的溫泉中發(fā)現(xiàn)了嗜熱細菌。如果生命可以在地球上的極端環(huán)境中進化，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，華盛頓大學的地質(zhì)學家皮特·沃德(Peter Ward)和天文學家唐納德·布朗利(Donald Brownlee)提出了地球殊異假說，認為地球上的生命是獨一無二的。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則。這些準則(或稱基本規(guī)則)包括：

　　外星生命受物理和化學規(guī)律的支配。

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

　　溶劑——在地球上，所有生物化學物質(zhì)的溶液均為液態(tài)水。其他化學品也可以充當溶劑，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?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?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構。該能量可以來自某個恒星、某種化學能或地熱能(如熱液噴口和溫泉中的地熱能)。在任何一個外星世界中，都會存在某種用來維持生命的能量源。

　　復雜分子——地球上的生物都是有機體，它們由復雜的碳基分子構成，這些分子能執(zhí)行各種生化機能。碳是一種具有多樣性的原子，它最多可以與四個其他原子以各種不同的形狀結合形成化學鍵，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化學鍵，有人提出它可以作為外星生命的分子基礎(還有人認為碳硅混合分子也堪當此任)。外星生命形式可能會包含一些復雜的分子類型，以執(zhí)行與地球生命類似的機能。

　　信息分子——地球上的有機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)會有某種相當于細胞的東西。當有機體逐漸增大時，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。這為有機體的體積設定了某種限制，因為來自外界的物質(zhì)必須經(jīng)過擴散才能傳遞到有機體的內(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。在有機體增大的過程中，外部到其中心的距離會加大，擴散速度也會變慢。為了保持一個有效的擴散距離，有機體必須由多個小細胞而不是一個大細胞構成。因此，如果外星生物比微生物大，那么它一定是多細胞的。(我們不期望能找到一光年寬的單細胞有機體，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)前面介紹的進化論，外星生命可能會通過進化來適應周圍的環(huán)境。

　　多細胞外星生物會采用最適合周圍環(huán)境的生理結構。它的各個器官系統(tǒng)可以適應溫度、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)，將它們分配給每個細胞，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，并做出應激反應(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行繁殖，可以是有性的，也可以是無性的。

　　外星有機體可能與地球生命具有類似的生態(tài)結構。

　　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)境中交織形成一個食物網(wǎng)，這一點與地球類似。生產(chǎn)者制造食物，消費者吃掉生產(chǎn)者和/或其他消費者，而分解者則從死亡的有機體回收原子和分子，將它們返回到生態(tài)環(huán)境