在實驗室探索外星生命

摩西

在美國系列電影《復仇者聯盟》中，大反派滅霸的老家是一個叫做泰坦的星球。實際上，宇宙中真的存在泰坦星，它是環繞土星運行的衛星中最大的一顆，不僅如此，泰坦星還被不少人稱為“另一個地球”。因為它是太陽系中有大氣層的4顆巖石星球之一（另外3顆為地球、金星和火星），而且泰坦星上還有液態甲烷構成的湖泊和河流。液態甲烷在整個泰坦星上，起到了類似地球上水的作用，它們不斷地蒸發到空中，冷卻成甲烷云，然后形成甲烷雨，回到湖泊和河流，構成了完整的循環系統。

于是便有人開始思考，地球上充滿了生命，很大一部分原因是由于液態水的存在。但在宇宙的其他地方，生命很可能是由不同的化學物質組成的，這些化學物質或許可以在像甲烷這樣的液體中溶解和聚集。不只如此，現在天文學家們新確認的系外行星越來越多，它們中的一些很可能擁有由己烷、醚類、氯仿或者其他的液體組成的海洋，這些液體很可能是未知的生命基礎。

目前，人類還不清楚這些星球上是否有新的生命形式，但是研究人員正在地球上的實驗室里探索著一些可能性。

最基礎的生命模塊

對于簡單的生命來說，最基礎的組成部分是什么？

答案應該是能夠攜帶遺傳信息的分子（DNA或RNA）以及能夠形成細胞膜的分子組合。因為遺傳信息是生命的核心，也是生命延續和傳遞的媒介，而且生命的運行需要一系列可控的化學反應，細胞膜可以將生命物質與外界環境分離開來，保證這些生化反應的可控性。因此，研究者們尋找新的生命形式，首先就要從細胞膜和遺傳因子入手。

然而地球上的生命化學機制不能適用于像泰坦星上那樣的碳氫化合物（碳元素和氫元素組成的物質，比如甲烷、乙烷、氯仿等）形成的海洋。

在水分子中，氧原子所在的一端帶一點負電荷，而氫端帶一點正電荷，水分子不呈電中性，而是有極性的。這種極性會影響水和各種生物體組成成分的結合，比如，水能夠通過氫鍵（稍帶正電的氫與稍帶負電的其他原子間的相互作用）與蛋白質結合，影響蛋白質的結構以及生物學功能。

而大多數的碳氫化合物是非極性的，分子兩端都不帶電荷，呈電中性，很難通過電荷的相互吸引作用，與其他化學物質形成一些特別的化學鍵（比如，使水與蛋白質結合的氫鍵）。因此如果在泰坦的甲烷湖中有生命，那將是完全不同的一套構建體系。

關于新生命形式的各種試驗

科學家要想在其他星球上發現異質結構的生命，先要嘗試在地球上創造一些異質的東西。目前，世界各地的化學家和生物學家都在通過計算機模擬和實驗室的實際操作，探索新的生命分子和結構。

2015年，美國康奈爾大學的行星科學家喬納森·蘭尼爾與另外兩名化學工程師一起進行了一項研究，探索在土衛六充滿甲烷的低溫環境中，生命形態是什么樣的？他們使用計算機數字模型確定了一種名為丙烯腈的有機化合物，這種化合物在液態甲烷中，能夠組合在一起形成“空心球”，類似于組成生物體必須的膜結構。然后在2017年，美國宇航局的科學家們利用光譜望遠鏡在土衛六的大氣中檢測到大量的丙烯腈，這增加了土衛六上存在“另類生命”的可能。

除了上述數字模擬尋找細胞膜的方式，還有科學家在實驗中尋找可能構成細胞膜的化合物，美國康涅狄格州立大學的生物化學家莎拉·毛雷爾就是其中一員。她表示細胞膜參與了動植物細胞的化學反應，膜除了使細胞與外界保持相隔外，還需要有選擇性地運輸物質進出。

盡管甲烷和乙烷充滿了泰坦湖，但是這些物質只有在極低的溫度下才會變成液體，所以研究人員使用己烷來代替它們，己烷可以在室溫下保持液態。至于如何驗證某種物質是否適合作為細胞膜呢？他們將實驗測試的物質制成膜狀后，再觀察磷酸鹽（構成DNA和RNA主干的小分子）——一種帶有輕微負電荷的分子能否穿過細胞膜。一般情況下，作為遺傳物質的重要組成部分，細胞內的磷酸鹽應該不能夠通過細胞膜。

雖然泰坦是尋找太陽系中其他星球的生命的最大焦點，但一些被冰雪覆蓋的星球上也有可能存在生命：木衛二、土衛八、土衛二和海衛三是可能存在生命的候選行星。

美國佐治亞理工學院的分子生物學家勞倫·威廉姆斯也計劃做類似的實驗，他希望將液態基底更換為氯仿，用硅酸鹽替代磷酸鹽，從而使分子更容易溶解在碳氫化合物中。他的團隊還準備用其他化學物質來代替我們熟悉的腺嘌呤、胞嘧啶（DNA核苷酸中的堿基，組成部分之一）等，測試新的、可能的基因分子。

關于新的DNA分子的實驗其實也有很多。復雜的DNA其實只有四種堿基排列組合而成，分別為鳥嘌呤、胞嘧啶、腺嘌呤和胸腺嘧啶，通常用字母G、C、A和T表示。四種不同類型堿基的排列組合，儲存著地球上所有生命的遺傳信息。

2019年2月份，美國佛羅里達州阿拉庫阿應用分子進化基金會創始人史蒂文·本納領導的研究小組在《科學》雜志上發表了一篇重要的文章。研究人員成功地將4種人工合成的堿基，與天然存在的四種堿基結合，創造出了由8種堿基組成的DNA分子，并且該DNA分子能夠像天然DNA一樣存儲和轉錄信息。該研究證明了，人工合成的堿基能夠相互識別并結合，并且它們形成的雙螺旋結構能夠保持著穩定的結構。同時也證實了，宇宙中的確可能存在其他的生命基因系統。

另外，美國圣路易斯大學的布雷徹研究小組正在研究一種新的可能構成遺傳基因的分子，這種分子的堿基不依靠氫鍵配對，而是通過共享一種叫做硫代脂的分子而配對。

尋找外星生命

上述實驗都是科學家對于新生命形式的探索。在這些實驗中，他們不會真的創造出外星生物，但實驗也許可以回答“是否有一種新的生命形式可以在液態碳氫海洋中生存”這一問題。

目前，人們尋找外星生命都是以水為前提的，如果上面問題的答案是肯定的，那么這意味著我們目前對生命的探索存在一個巨大的盲點。通過證明最基本的生命化學可以在其他的液體中產生，科學家可以開辟新的探索領域，或者指導我們如何梳理空間探測器收集到的大量數據。

例如，2005年，美國宇航局埃姆斯研究中心的天體生物學家克里斯·麥凱的研究指出，泰坦星上可能有生物通過代謝乙炔或乙烷生存，并表示它們會在泰坦星的大氣層中留下明顯的痕跡。然而在對環繞土星飛行、考察土星的卡西尼號空間探測器收集到的數據進行篩查后，研究人員發現，衛星的表面既沒有乙烷層，也沒有乙炔，從而在很大程度上推翻了這種說法。

也許在實驗室中探索外星生命的意義就在于此，它可以指導我們到哪里，又該如何去尋找和驗證外星的生命。