生命只能起源於水中嗎?其他液體中是否能夠孕育出智慧生命?

2021-05-04     怪奇菌

原標題:生命只能起源於水中嗎?其他液體中是否能夠孕育出智慧生命?

人類在探索宇宙,研究宇宙中天體的各種變化和規律時,其實還有一個非常重要的目標——在茫茫宇宙中尋找生命跡象。

科學家們尋找地外生命的方法很簡單,就是尋找跟地球類似的宜居行星,而判斷是否為宜居行星的標準有很多,其中最重要的一個就是表面是否有液態水的存在,畢竟水是生命之源。

而這個標準也催生出了一個讓許多人疑惑的問題:生命之源一定要是水嗎?其他液體中是否能夠孕育生命呢?

水對生命為什麼這麼重要

就目前的認知來看,生命的本質是複雜的生物化學反應。為了讓各種物質都能夠充分接觸,並且高效的參與到整個反應中去,將它們溶解在某種液態溶劑中是一種非常好的選擇。

此外,液體溶液也是生物體內物質運輸非常便利的運輸途徑。在整個宇宙中,存在著各種各樣的液態物質,而在這些液態物質中,水絕對稱得上是「最優」的溶劑。

從分子結構上看,水分子獨特的特性讓它能夠很好的吸引負離子和正離子,從而使得它具有極為優秀的溶解能力。

由於整個宇宙中,氫元素和氧元素非常豐富,所以「水」實際上並不是什麼罕見的東西,真正罕見的是液態水,因為它的存在需要相對嚴苛的環境——不能太熱、不能太冷,這意味著它只能存在於各個恆星系的宜居帶內。

不過,雖然水的有點很明顯,但這並不意味著它沒有缺點,比如固態水的反射率很高,一旦行星表面形成了一定規模的冰蓋,這些冰蓋就會將恆星傾瀉來的能量反射回去,極大減少行星獲取的恆星能量,導致環境溫度繼續下降,從而導致惡性循環的出現。

除了水之外,宇宙中還有很多具備溶解能力的液態物質

除了氫元素和氧元素以外,宇宙中還有很多含量同樣很高的元素,比如碳、氖、氦、矽、硫等等。而以這些元素為基礎,也能夠組成很多具備溶解能力液態物質:

氨(NH3)

跟水類似,宇宙中同樣具有大量的氨。氨擁有和水很相似的化學性質,甚至對有機物的溶解性比水還更勝一籌。

當然,水都不是無懈可擊的,氨肯定也同樣如此。和水相比較而言,氨分子之間的氫鍵強度要比水弱許多,所以蒸發時氨吸收的熱量僅僅只是水的一半左右。此外,由於氨的表面張力僅僅是水的1/3,所以氨的融點也會比水低很多。

在標準大氣壓下,氨的液態形式所需要的溫度是-78℃~-33℃,而在這種低溫環境下,幾乎所有的化學反應速率都會變得非常緩慢,所以,如果真的有生命生活在液態氨中,那麼這種生物的演化和新陳代謝速度相較地球生物肯定會慢很多很多。

更主要的是,氫鍵太弱會直接導致液氨沒有疏水反應,而疏水反應不論是對生命誕生還是生命進一步演化都起到非常重要的作用。

所以,在液氨的環境之下,我們所知的許多生物機制都無法正常運轉,這就意味著液氨環境中如果真的孕育出生命,它們一定會走上和地球生物完全不同的道路。

甲烷和其他碳氫化合物

甲烷分子由碳原子和氫原子組成,而碳和氫都是宇宙中含量極高的元素,所以甲烷的含量其實也非常驚人,比如土衛六表面就布滿了甲烷湖泊和甲烷海洋。

和水進行比較,甲烷的缺點非常明顯——它的溶解能力很差,所以嚴格來說,甲烷中孕育生命的可能性很低,但也不是完全沒有可能。

天體生物學家克里斯·麥凱( Chris McKay )曾指出,充斥著甲烷的土衛六上可能存在著生命。

他認為,倘若土衛六上真的有生命存在,那麼為了獲得生命所需的能量,他們必須將複雜的碳氫化合物降解,這個過程需要消耗氫氣。

對於這種環境下的生命來說,複雜的碳氫化合物就是我們的葡萄糖,氫氣對應的是我們所需的氧氣。

科學家們在對土衛六的研究中發現,它大氣層下層的氫氣和碳氫化合物含量明顯比上層低,這說明下層正發生著某種消耗這兩種物質的反應,所以能夠從側面證明土衛六上有某種人類完全未知的生命。

硫化氫(H2S)

硫化氫和水的分子式結構非常相似,只是將氧換成了硫,但這一換就極大減弱了它對無機物的溶解能力。

根據研究來看,如果一個行星表面有龐大的液態硫化氫,那麼它最有可能來自火山。在這種環境下生存的生物能夠從一氧化碳和二氧化碳得到碳,並且釋放出一氧化硫。

上面舉的幾個例子,都是宇宙中結構相對簡單、相對常見的溶劑,而除了它們之外,還有許多更加另類的物質同樣具有孕育生命的潛力,比如二氧化矽、氯化鉀甚至是硫酸。

所以說,水其實並不是唯一能夠孕育生命的液體,宇宙中有很多看似不可能的液態溶液都具有這樣的潛力。

既然水不是唯一能夠孕育生命的液體,為什麼科學家們目前仍然以水作為主要的參考標準呢?是因為他們的想像力不夠嗎?當然不是。

之所以會這樣,主要是因為我們目前只知道一種生命形式,也就是地球上的生命,這個樣本實在是太少了。浩瀚宇宙中可能存在和地球生物完全不同的生命形式,甚至可能存在某種不需要化學反應的生命,比如恆星表面的等離子體的生命。

雖然以目前的認知來看,太陽上或者中子星上存在生命的觀點非常顛覆,但在這些假設被徹底推翻之前,我們並不能否認這些可能性的存在。

不過,從現在的角度出發,在系外行星上尋找液態水,無疑是尋找生命最靠譜的方法,因為我們已經能夠確定,水是可以孕育生命的。

文章來源: https://twgreatdaily.com/DCDVRnkBrsvY2_Uu34Yw.html