进化，即变化的过程，支配着地球上的生命，以及其他地方可能存在的不同形式的生命。图片来源：uux.cn/Just_Super/E+，盖蒂图片社

（神秘的地球uux.cn）据《对话》（Chris Impey）：我们只有一个生物在宇宙中形成的例子——地球上的生命。但是，如果生命可以以其他方式形成呢？当你不知道外星生命可能是什么样子时，你如何寻找外星生命？

这些问题正困扰着天体生物学家，他们是寻找地球以外生命的科学家。天体生物学家试图提出普遍的规则来管理地球内外复杂的物理和生物系统的出现。

我是一名天文学家，写过大量关于天体生物学的文章。通过我的研究，我了解到最丰富的外星生命形式可能是微生物，因为单细胞比大型生物更容易形成。但以防那里有先进的外星生命，我是国际咨询委员会的成员，该委员会负责设计向这些文明发送的信息。

探测地球以外的生命

自1995年首次发现系外行星以来，已经发现了5000多颗系外行星，或围绕其他恒星运行的行星。

这些系外行星中的许多都是像地球一样的小型岩石行星，位于恒星的宜居带。宜居带是指行星表面与其轨道上的恒星之间的距离范围，这将使行星有液态水，从而支持我们地球上所知的生命。

迄今为止检测到的系外行星样本预计，我们银河系中有3亿个潜在的生物实验，或3亿个地方，包括系外行星和卫星等其他天体，这些地方都有适合生物学产生的条件。

研究人员的不确定性始于生命的定义。这感觉就像定义生命应该很容易，因为当我们看到生命时，我们就会知道它，无论是一只会飞的鸟还是一滴水中移动的微生物。但科学家们对定义意见不一，一些人认为不可能有一个全面的定义。

美国国家航空航天局将生命定义为“能够进行达尔文进化的自我维持的化学反应”。这意味着具有复杂化学系统的生物通过适应环境而进化。达尔文进化论认为，生物体的生存取决于其在环境中的适应性。

地球上生命的进化经历了数十亿年，从单细胞生物到大型动物和其他物种，包括人类。

系外行星距离遥远，比它们的母恒星暗数亿倍，因此研究它们具有挑战性。天文学家可以使用一种称为光谱学的方法来检查类地系外行星的大气层和表面，以寻找生命的化学特征。

光谱学可能会检测到行星大气中的氧气特征，即数十亿年前地球上光合作用产生的被称为蓝绿藻的微生物，或叶绿素特征，这表明存在植物生命。

美国国家航空航天局对生命的定义引出了一些重要但尚未解决的问题。达尔文进化论是普遍的吗？哪些化学反应会导致地球以外的生物？

进化和复杂性

地球上所有的生命，从真菌孢子到蓝鲸，都是从大约40亿年前的微生物最后一个共同祖先进化而来的。

地球上所有生物体都有相同的化学过程，这些过程可能是普遍的。它们在其他地方也可能截然不同。

2024年10月，一群不同的科学家聚集在一起，对进化进行跳出框框的思考。他们想退一步，探索是什么样的过程在宇宙中创造了秩序——无论是生物的还是非生物的——以找出如何研究与地球上的生命完全不同的生命的出现。

两位在场的研究人员认为，当化学物质或矿物的复杂系统处于允许某些配置比其他配置更好地持续存在的环境中时，它们会进化以存储更多的信息。随着时间的推移，该系统将变得更加多样化和复杂，通过一种自然选择获得生存所需的功能。

他们推测，可能存在一条定律来描述各种物理系统的演化。通过自然选择进行的生物进化只是这一更广泛规律的一个例子。

在生物学中，信息是指存储在DNA分子上核苷酸序列中的指令，这些指令共同构成了生物体的基因组，并决定了生物体的外观和功能。

如果你用信息论来定义复杂性，自然选择会导致基因组变得更加复杂，因为它存储了更多关于其环境的信息。

复杂性可能有助于衡量生命和非生命之间的界限。

然而，得出动物比微生物更复杂的结论是错误的。生物信息随着基因组大小的增加而增加，但进化信息密度下降。进化信息密度是指基因组中功能基因的比例，或表示对环境适应性的总遗传物质的比例。

人们认为原始的生物体，如细菌，具有高信息密度的基因组，因此看起来比植物或动物的基因组设计得更好。

一个普遍的生命理论仍然难以捉摸。这样的理论将包括复杂性和信息存储的概念，但它与DNA或我们在陆地生物学中发现的特定类型的细胞无关。

寻找外星生命的意义

研究人员已经探索了陆地生物化学的替代方案。从细菌到人类，所有已知的生物体都含有水，水是地球上生命所必需的溶剂。溶剂是一种液体介质，它促进了可能产生生命的化学反应。但生命也可能从其他溶剂中产生。

天体生物学家Willam Bains和Sara Seager已经探索了数千种可能与生命有关的分子。合理的溶剂包括硫酸、氨、液态二氧化碳甚至液态硫。

外星生命可能不是以碳为基础的，碳是所有生命基本分子的支柱，至少在地球上是这样。它甚至可能不需要一个星球来生存。

外星行星上的高级生命形式可能非常奇怪，以至于无法辨认。当天体生物学家试图探测地球外的生命时，他们需要发挥创造力。

一种策略是测量系外行星岩石表面的矿物特征，因为矿物多样性追踪着陆地生物的进化。随着生命在地球上的进化，它为外骨骼和栖息地使用和创造了矿物质。生命最初形成时存在的100种矿物质今天已经增长到大约5000种。

例如，锆石是简单的硅酸盐晶体，可以追溯到生命开始之前。在澳大利亚发现的锆石是已知最古老的地壳。但其他矿物质，如磷灰石，一种复杂的磷酸钙矿物，是由生物学产生的。磷灰石是骨骼、牙齿和鱼鳞的主要成分。

另一种寻找与地球上不同生命的策略是探测文明的证据，如人造光或大气中的工业污染物二氧化氮。这些是被称为技术签名的智能生命示踪剂的例子。

目前尚不清楚首次探测到地球以外生命的方式和时间。它可能在太阳系内，或者通过嗅探系外行星大气层，或者通过探测来自遥远文明的人造无线电信号。

搜索是一条曲折的道路，而不是一条笔直的道路。这是我们所知道的生活——对于我们所不知道的生活，所有的赌注都是不可能的。

Discolsure：Chris Impey获得了美国国家科学基金会和霍华德休斯医学研究所的资助。