探秘外星生物

探秘外星生物

　　人是这个宇宙间渺小的生物，我们常常会想象外星生物的样子。现在，跟学习啦小编一起去探秘外星生物吧。

　　外星生物探秘简介

　　外星生物探秘天体生物学综合运用了生物学、化学、物理学、地质学和天文学等多门学科的原理。天体生物学家通常必须以地球生命的信息为指导，研究地球以外的生命。

　　极端环境下的生命在宇宙中是否存在着其他生命形式?最近有两项发现为地外生命的科学研究提供了支持。首先，在地球上发现了生活在各种奇异环境下的生命形式，这说明生命是十分顽强的，能够适应最奇特、最恶劣的环境。其次，天文学家还发现在太阳系外存在着围绕恒星运行的行星。截至2001年，已在太阳系外发现了50多颗行星。在这些行星上是否存在着外星生命形式呢?

　　如果外星生命的确存在，那么它们会是什么样子呢?它们是像细菌、病毒或藻类那样的简单生命形式，还是更高级一些的多细胞生物?它们有没有可能是智慧生物呢?外星生物是动物、植物，还是兼具两者的特征呢?它们是不是像我们一样，有胳膊有腿，而且直立行走呢?它们是把视觉作为基本感官，还是用其他方法来收集周围环境的信息呢?它们“呼吸”的是氧气还是其他气体

　　天体生物学

　　我们大多数人都会把外星生命想像成电影里描绘的模样。电影里的外星生物通常具有与人相似的外形，因为它们要么是直接由演员化妆扮演的，要么是电脑动画中的模型。此外，相对于更具异相、有如怪物般的生物，观众更容易接受与人类外形相似的外星人。不过，人类具有一个左右对称的脑袋、两条手臂和两条腿，这种身体结构是由两栖动物和爬行动物在移居陆地的过程中演变而来的，而在外星世界中不大可能进化出这样的形体。所以，我们还是暂时把好莱坞放在一边，来看看真实的天体生物学吧。

　　天体生物学是一门研究宇宙中的生物的科学。天体生物学家试图揭示许多奥妙，其中包括地球上的生命是如何起源和进化、生命的组织形式由什么决定，以及是什么使行星变得适合生存。

　　天体生物学综合运用了生物学、化学、物理学、地质学和天文学等多门学科的原理。天体生物学家通常必须以地球生命的信息为指导，研究地球以外的生命。

　　生命

　　虽然很难对“生命”下一个明确的定义，但大多数生物学家都认为生命体具有许多共同的特征。如果某个物体符合这些特征，它将被视为有生命：

　　具有有机结构——生命体由原子和分子组成。原子和分子又构成了细胞。细胞是一种有机体，有的具有一致的特性，有的则已分化，以实现各种不同的功能。细胞可以进一步构成组织、器官和系统。地球上的生命体在结构和复杂性方面差别很大。

　　内稳态性——生命体执行的一些机能使它们能够保持一种持续不变、相对稳定的状态，这种状态称为内稳态性。例如，你的身体有一套使体温保持稳定的系统：觉得冷时，身体会打颤;觉得热时，则会出汗。

　　繁殖——生命体会繁衍出自己的同类生物，也就是说，通过无性繁殖进行的精确复制(克隆)，或者通过有性繁殖繁衍出与自身类似的后代。

　　生长/发育——生命体可以从较小和/或较简单的形态开始生长发育。例如，人的生命从受精卵开始，逐渐发育为胚胎、胎儿和婴儿。婴儿随后会慢慢成长为儿童、少年和成人。

　　从环境中摄取能量——保持相对恒定而有组织的状态有悖于热力学第二定律。根据该定律，所有物体的无序度(熵)都在增加。一个生命有机体要维持其结构，它必须摄入、转化和消耗能量。为此，人类和其他动物会吃进食物来摄取能量。

　　应激能力——生命体会对环境的变化做出反应。例如，如果某个刺激物使你感到疼痛，你会做出反应，远离这个物体。如果你在照明条件良好的窗口附近栽种一株植物，它的枝条或幼芽会向着有光的方向生长(<趋光性b>)。为了保护自身，某些动物会改变自己的体色，与环境融为一体(伪装)。

　　环境适应性——生命体的特性倾向于与它的栖息环境相适应。例如，海豚的鳍是平的，适于游泳。而蝙蝠翅膀的骨架基本结构与海豚的鳍相同，但有一层薄膜，这使它具有飞翔能力。

　　美国商业部国家海洋大气局供图

　　呈棒状结构的水下微生物群，

　　被称为“叠层石”

　　现在我们已经了解了生命的定义，下面来看看在漫长岁月中，生命是如何演变的。查尔斯·达尔文提出的自然选择进化论是支配物种产生、生存、保持不变或灭绝的基本规则。达尔文的进化论有下列几个要点：

　　有机体总是繁殖出与自身类似的其他有机体——狗生狗，鱼生鱼，蒲公英繁殖出来的后代还是蒲公英。

　　生物往往会繁殖出大量后代，这是因为生存下来的后代数量低于繁殖出的总数。

　　在所有种群中，个体的任何特性，如身高、肤色、毛色或喙的形状等都会有所不同，这些变异会遗传给下一代。

　　某些变异是有利的，它们使个体能够更好地适应环境，有些则相反。那些发生有利变异的有机体将生存下来，并将这些特性传给它们的后代;而发生不利变异的有机物则会死亡，其特性也随之消亡，这就是自然选择。

　　如果有充足的时间，自然选择会使这些有利的特性累积下来。物种将发生进化。

　　虽然达尔文提出的进化论是为了解释地球上物种的变化，但这一原理却有足够的普遍性，可以适用于宇宙中的其他地方。

　　极端环境下的生命

　　直到30年前，人们还相信地球上的所有生命都是依靠太阳的能量生存的。而且，人们认为在温度极高(如在喷泉或温泉中)或极低(如在南极的荒原中)的环境下是不可能有生命存在的。

　　海洋学家们对热液喷口的探索打破了这些观念。热液喷口是海底的裂口，通过这些裂口，温度极高、富含矿物质的水从地壳中喷发出来。热液喷口位于海平面以下数公里处的海底，环境水温接近或等于冰点，没有一丝光线，压力极高。在这些喷口的基部周围生活着一些有机生物群，被称为“黑烟囱”。科学家们在其中发现了蛤类动物、螃蟹和体长两米、形状怪异的巨大管虫。从喷口涌出的水温为110至350摄氏度。

　　这些动物是如何在远离日光的极端环境下生存下来的呢?科学家们在水中发现了某些种类的细菌，它们能将水中的硫化氢分离出来，以获得制造有机化合物的能量(化学合成)。管虫组织内的细菌能帮助它们从水中获取能量。蛤类以细菌为食，而螃蟹则以管虫为食。

　　在热液喷口发现生物群，这表明在没有太阳光线照射的地方，以及母恒星无法提供足够光照的其他星球上可能会进化出生命。考虑到在热液喷口的这项发现，木卫二上可能也有生命存在。木卫二是木星的卫星，表面全是冰，科学家们认为在它的冰盖下有一个液态海洋。 其他极端环境中也发现了生命。科学家在采自南极荒原的岩石样本上发现了一种名为隐生苔(cryptoendoliths)的苔藓群落，而在那里，温度往往会低至零下 100 度，并且几乎没有液态水存在。与此形成对照的是，人们在水温超过沸点的温泉中发现了嗜热细菌。如果生命可以在地球上的极端环境中进化，那么其他星球的极端环境中也可能存在着生命，比如火星。 地球殊异假说天文学家弗兰克·德雷克(Frank Drake)发明了德雷克方程式，用来估算宇宙中智慧文明的数量，该方程式因卡尔·萨根(Carl Sagan)的推介而广为人知。与此相反，华盛顿大学的地质学家皮特·沃德(Peter Ward)和天文学家唐纳德·布朗利(Donald Brownlee)提出了地球殊异假说，认为地球上的生命是独一无二的。他们的假说宣称，生命在地球上的发展是一系列偶然事件和条件的结果，如地球处在太阳系中适合生命生存的区域，有木星之类的行星清除了轨道附近的彗星和小行星，生物大灭亡次数少等等，因此生命不大可能在其他地方出现。

　　外星生命基本规则

　　利用我们从地球生命了解到的知识，我们可以得出关于外星生命的什么推论?虽然外星生命可能与地球生命有很大差别，但和地球上各种各样的生命一样，它们也要遵循某些通用准则。这些准则(或称基本规则)包括：

　　外星生命受物理和化学规律的支配。

　　外星生命基于某种化学物质构成(排除科幻作品中的纯能量生命形态)。

　　溶剂——在地球上，所有生物化学物质的溶液均为液态水。其他化学品也可以充当溶剂，如氨水、液态甲烷、硫化氢或氟化氢。

　　温度——外星生命需要适当的温度，以使它体内的溶剂保持液态。

　　压力——外星生命需要适当的环境压力(和温度)，以使溶剂能以物质的三种形态(固态、液态、气态)存在。

　　能量来源——生命体需要能量来维持自身的组织结构。该能量可以来自某个恒星、某种化学能或地热能(如热液喷口和温泉中的地热能)。在任何一个外星世界中，都会存在某种用来维持生命的能量源。

　　复杂分子——地球上的生物都是有机体，它们由复杂的碳基分子构成，这些分子能执行各种生化机能。碳是一种具有多样性的原子，它最多可以与四个其他原子以各种不同的形状结合形成化学键，以组成分子。虽然硅的多样性不如碳，但它也能与其他原子组成最多四个化学键，有人提出它可以作为外星生命的分子基础(还有人认为碳硅混合分子也堪当此任)。外星生命形式可能会包含一些复杂的分子类型，以执行与地球生命类似的机能。

　　信息分子——地球上的有机体含有脱氧核糖核酸(DNA)，这是一种携带遗传信息的分子，它能引导其他分子的形成过程，以便让生命完成繁殖和其他活动。由于繁殖是生命的特性之一，因此外星生命形式也会拥有某种类型的信息分子。

　　大于微生物的外星生命体内会有某种相当于细胞的东西。当有机体逐渐增大时，它的内部容积(立方函数)的增长速度比表面面积(平方函数)更快。这为有机体的体积设定了某种限制，因为来自外界的物质必须经过扩散才能传递到有机体的内部并遍布全身，这需要有较大的表面积、较短的传递距离和浓度差。在有机体增大的过程中，外部到其中心的距离会加大，扩散速度也会变慢。为了保持一个有效的扩散距离，有机体必须由多个小细胞而不是一个大细胞构成。因此，如果外星生物比微生物大，那么它一定是多细胞的。(我们不期望能找到一光年宽的单细胞有机体，就好像早年间《星际旅行》(Star Trek)电视剧中“免疫综合症”(The Immunity Syndrome)那一集所描述的那样。)

　　根据前面介绍的进化论，外星生命可能会通过进化来适应周围的环境。

　　多细胞外星生物会采用最适合周围环境的生理结构。它的各个器官系统可以适应温度、湿度和重力等环境条件。

　　外星生物会通过某种方式将固体、液体和气体摄入体内，将它们分配给每个细胞，并将废料排出体外(例如使用类似于心脏、血管和肾脏的器官)。

　　外星生物还能从周围摄取能量并加以提取，然后排出废料。

　　外星生物拥有感知能力(如视觉、听觉、触觉)，可以从环境中收集信息，并做出应激反应(我们的主要感官是视觉，外星生物可能并非如此)。它们还会用某种类型的大脑或神经系统来处理信息。

　　外星生物会以某种方式进行繁殖，可以是有性的，也可以是无性的。

　　外星有机体可能与地球生命具有类似的生态结构。

　　种群的大小受主要食物的多寡、天敌、疾病和其他环境因素的限制。

　　各种外星生命形式都以某种食物链为生存依据，并在它们的原生环境中交织形成一个食物网，这一点与地球类似。生产者制造食物，消费者吃掉生产者和/或其他消费者，而分解者则从死亡的有机体回收原子和分子，将它们返回到生态环境