最近聲稱在金星中緯度雲層中探測到分子磷化氫,使化學生物特徵的想法重新回到我們尋找宇宙其他地方生命跡象的努力的最前沿。論點認為,磷化氫通常預計不會在金星環境這一部分的非生物(非生命)化學反應中產生或長期存在。但在地球上,磷化氫與有機物有關(想想沼澤氣體或汙水),並且可以被認為是某些極端生物的生物標誌物或生物特徵分子,這些生物可能在金星硫酸雲中潛伏著同類或趨同進化的同等物。
毫不奇怪,有很多注意事項。很多注意事項。
懷疑論者的清單包括識別特定分子的挑戰——即使它是像磷化氫這樣的小而簡單的分子,只有一個磷原子和三個氫原子——只有一個孤單的光譜線特徵。或者我們實際上並不知道金星雲層中正在發生的所有化學網路(其中液滴、氣體和光化學反應相互混合,以每秒 200 公里到 370 公里的速度繞行星流動)——研究人員也指出了這一事實聲稱探測到磷化氫。或者我們真的不知道地球上的微生物實際上是如何產生磷化氫的:它是新陳代謝的直接產物,還是新陳代謝產物與環境化學物質混合的後果?甚至有證據表明,普通的鐵,含有含磷雜質,可以與硫酸反應,在室溫下產生大量的磷化氫;對於富含鐵的隕石物質降落在酸性雲層上來說,這是一個有趣的選項。
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但是,無論金星上實際發生什麼,它都突出了一個更深層次的問題和挑戰,即使用小分子作為生物標誌物的整個概念,特別是當您無法輕易進行原位測量時。
簡單的事實是,許多化學過程都會產生小分子,但將生命與其他現象區分開來的因素之一是,生命始終如一地利用和產生複雜分子。而且它這樣做的方式可以說超越了我們在宇宙中已知的任何其他事物。
那麼,為什麼我們不專門尋找大型複雜分子呢?答案是,遠端執行此操作非常困難,即使不是不可能的。天體化學家非常熟悉這一挑戰。如果您使用射電望遠鏡或遠紅外儀器窺視遙遠的星雲,您肯定可以發現多種分子物種的跡象。問題是它們的電磁指紋非常混亂:來自共價鍵合原子的旋轉、振動、彎曲量子能態的重疊、複雜特徵的巨大汙跡。區分一個碳原子鏈與另一個碳原子鏈也極其困難,因為我們並不總是真正知道它們的光譜特徵應該是什麼樣子。
小分子更容易識別(儘管“更容易”是相對而言的)。在系外行星科學中,天文學家和天體生物學家花費了大量精力來更好地理解我們如何利用遙遠行星大氣中分子氧、臭氧、甲烷和二氧化碳等化合物的丰度,作為“標記”世界可能孕育生物圈的一種方式。但是研究人員也意識到,我們可能會被完全非生物的環境所愚弄,這些環境以不平衡的混合物大量產生這些化合物——遠非基於最簡單的熱力學規則的化學平衡預期。
當然有一些方法可以部分繞過這些問題。測量幾種小分子的精確比例有助於確定潛在的可能性,就像隨著時間的推移監測行星、尋找季節性變化以及生命系統似乎在其中執行的脈動動力學一樣。
但最終,這非常棘手。即使您可以直接採集樣本,例如在火星或金星上,嗅探除最簡單分子以外的任何東西都很困難。如果生態系統稀疏——就像金星雲層中可能的那樣——您可能需要花費大量時間尋找。事實上,即使在地球上,我們也花了令人震驚的漫長時間才充分認識到大氣微生物生命的存在和生命週期,而這還是在您可以真正爬山並採集樣本的情況下。
對於我們尋找宇宙生命的任務來說,這一切聽起來可能相當令人沮喪。但我認為,所有這一切都如此艱難的事實本身就蘊含著非常有趣的東西。真正令人著迷的是,生命對我們來說在日常生活中是如此充滿活力和爆發力的現象,但同時又是如此難以捉摸。地球上的微生物世界是如此,其他地方也是如此。是什麼讓生命同時如此豐富多彩又如此隱蔽?
答案可能回到我之前所說的,生命的突出特徵是它使用和構建我們所知的最複雜的分子,從 DNA 到蛋白質。複雜分子自然而然地富含資訊,在資訊理論和夏農熵給出的最真實、最客觀的意義上是這樣的。但實際上,它們也被深度加密了。細胞中的 DNA 在整個生物化學助手的幫助下“解碼”自身。我們花了幾個世紀才弄清楚其中一些是如何運作的,而且我們還遠未完成。
我們也知道,資訊豐富、良好加密的資料變得越來越難以與噪聲、隨機和不可預測的垃圾區分開來。換句話說,從非常高的角度來看,生命本身在某種程度上必須更類似於噪聲,而不是宇宙中簡單但可識別的結構,無論是微觀的還是行星大小的。
一個含義是,雖然小分子可能易於尋找,並且是感興趣的標記,但最終我們真正尋找的是根本無法輕易解釋自身,但顯然會擾亂環境的事物。我們正在尋找不太像噪聲的噪聲。
