生命只能起源于水中吗?其他液体中是否能够孕育出智慧生命?

2021-05-04   怪奇菌

原标题:生命只能起源于水中吗?其他液体中是否能够孕育出智慧生命?

人类在探索宇宙,研究宇宙中天体的各种变化和规律时,其实还有一个非常重要的目标——在茫茫宇宙中寻找生命迹象。

科学家们寻找地外生命的方法很简单,就是寻找跟地球类似的宜居行星,而判断是否为宜居行星的标准有很多,其中最重要的一个就是表面是否有液态水的存在,毕竟水是生命之源。

而这个标准也催生出了一个让许多人疑惑的问题:生命之源一定要是水吗?其他液体中是否能够孕育生命呢?

水对生命为什么这么重要

就目前的认知来看,生命的本质是复杂的生物化学反应。为了让各种物质都能够充分接触,并且高效的参与到整个反应中去,将它们溶解在某种液态溶剂中是一种非常好的选择。

此外,液体溶液也是生物体内物质运输非常便利的运输途径。在整个宇宙中,存在着各种各样的液态物质,而在这些液态物质中,水绝对称得上是“最优”的溶剂。

从分子结构上看,水分子独特的特性让它能够很好的吸引负离子和正离子,从而使得它具有极为优秀的溶解能力。

由于整个宇宙中,氢元素和氧元素非常丰富,所以“水”实际上并不是什么罕见的东西,真正罕见的是液态水,因为它的存在需要相对严苛的环境——不能太热、不能太冷,这意味着它只能存在于各个恒星系的宜居带内。

不过,虽然水的有点很明显,但这并不意味着它没有缺点,比如固态水的反射率很高,一旦行星表面形成了一定规模的冰盖,这些冰盖就会将恒星倾泻来的能量反射回去,极大减少行星获取的恒星能量,导致环境温度继续下降,从而导致恶性循环的出现。

除了水之外,宇宙中还有很多具备溶解能力的液态物质

除了氢元素和氧元素以外,宇宙中还有很多含量同样很高的元素,比如碳、氖、氦、硅、硫等等。而以这些元素为基础,也能够组成很多具备溶解能力液态物质:

氨(NH3)

跟水类似,宇宙中同样具有大量的氨。氨拥有和水很相似的化学性质,甚至对有机物的溶解性比水还更胜一筹。

当然,水都不是无懈可击的,氨肯定也同样如此。和水相比较而言,氨分子之间的氢键强度要比水弱许多,所以蒸发时氨吸收的热量仅仅只是水的一半左右。此外,由于氨的表面张力仅仅是水的1/3,所以氨的融点也会比水低很多。

在标准大气压下,氨的液态形式所需要的温度是-78℃~-33℃,而在这种低温环境下,几乎所有的化学反应速率都会变得非常缓慢,所以,如果真的有生命生活在液态氨中,那么这种生物的演化和新陈代谢速度相较地球生物肯定会慢很多很多。

更主要的是,氢键太弱会直接导致液氨没有疏水反应,而疏水反应不论是对生命诞生还是生命进一步演化都起到非常重要的作用。

所以,在液氨的环境之下,我们所知的许多生物机制都无法正常运转,这就意味着液氨环境中如果真的孕育出生命,它们一定会走上和地球生物完全不同的道路。

甲烷和其他碳氢化合物

甲烷分子由碳原子和氢原子组成,而碳和氢都是宇宙中含量极高的元素,所以甲烷的含量其实也非常惊人,比如土卫六表面就布满了甲烷湖泊和甲烷海洋。

和水进行比较,甲烷的缺点非常明显——它的溶解能力很差,所以严格来说,甲烷中孕育生命的可能性很低,但也不是完全没有可能。

天体生物学家克里斯·麦凯( Chris McKay )曾指出,充斥着甲烷的土卫六上可能存在着生命。

他认为,倘若土卫六上真的有生命存在,那么为了获得生命所需的能量,他们必须将复杂的碳氢化合物降解,这个过程需要消耗氢气。

对于这种环境下的生命来说,复杂的碳氢化合物就是我们的葡萄糖,氢气对应的是我们所需的氧气。

科学家们在对土卫六的研究中发现,它大气层下层的氢气和碳氢化合物含量明显比上层低,这说明下层正发生着某种消耗这两种物质的反应,所以能够从侧面证明土卫六上有某种人类完全未知的生命。

硫化氢(H2S)

硫化氢和水的分子式结构非常相似,只是将氧换成了硫,但这一换就极大减弱了它对无机物的溶解能力。

根据研究来看,如果一个行星表面有庞大的液态硫化氢,那么它最有可能来自火山。在这种环境下生存的生物能够从一氧化碳和二氧化碳得到碳,并且释放出一氧化硫。

上面举的几个例子,都是宇宙中结构相对简单、相对常见的溶剂,而除了它们之外,还有许多更加另类的物质同样具有孕育生命的潜力,比如二氧化硅、氯化钾甚至是硫酸。

所以说,水其实并不是唯一能够孕育生命的液体,宇宙中有很多看似不可能的液态溶液都具有这样的潜力。

既然水不是唯一能够孕育生命的液体,为什么科学家们目前仍然以水作为主要的参考标准呢?是因为他们的想象力不够吗?当然不是。

之所以会这样,主要是因为我们目前只知道一种生命形式,也就是地球上的生命,这个样本实在是太少了。浩瀚宇宙中可能存在和地球生物完全不同的生命形式,甚至可能存在某种不需要化学反应的生命,比如恒星表面的等离子体的生命。

虽然以目前的认知来看,太阳上或者中子星上存在生命的观点非常颠覆,但在这些假设被彻底推翻之前,我们并不能否认这些可能性的存在。

不过,从现在的角度出发,在系外行星上寻找液态水,无疑是寻找生命最靠谱的方法,因为我们已经能够确定,水是可以孕育生命的。