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生命是如何在宇宙中迁移的

摘要：
关于宇宙中生命可能的迁徙方式，我们目前所知有限。小行星能在不同星系之间传播生命的迹象。太阳系内行星之间也存在物质交换，火星陨石落入地球就是例证。在生命起源的时间尺度内，新生的太阳系绕银河中心已完成三周运转，与其他星系碎片有过接触。尽管宇宙环境极为恶劣，一些微生物和螨虫能在真空、低温、强辐射等条件下存活。它们可能搭乘小行星或彗星，在星系间迁移。我们正在努力重建生命起源的过程，也许会发现生命形式比我们想象的更为多样。总之，不同星系之间存在物质交换的证据确实存在，这为生命在宇宙间迁徙提供了可能的途径。

关于星际搭便车和生命起源的笔记。

当我们意识到有一颗星际入侵者“奥陌陌”(Oumuamua)时，它已经经过了离太阳最近的点，并且以它来时的速度和悄无声息的方式离开了。我们谈论的是2017年首次发现的一颗来自银河系其他地区的小行星，它是来自遥远世界的使者。关于这个黑暗的、可能呈雪茄形状的碎片，它以什么样的轨迹和速度进入我们的太阳系，我们知之甚少。

我们只知道它不是由冰制成的，所以它必然是岩石类型。它在接近太阳时没有像彗星那样点燃。我们知道它不会发射电磁辐射。最强大的射电望远镜也没有发现它的踪迹。它的轨道是由太阳的引力决定的；一个小的非惯性分量可以通过太阳辐射压力的影响来解释。我们知道它在进入太阳系之前的速度与银河系区域内的天体的特征速度相匹配，而我们的太阳系就位于其中。这使我们能够排除它来自我们最近的十几颗恒星之一的想法，因为它的速度将会太高。然而，我们已经确定了四颗更远的恒星，它们在过去的百万年里可能会经过，速度足够低，以至于它可能来自其中一个恒星系统。

所以，我们不知道它究竟来自哪里，它是否已经在我们的太阳系中出现过，它是否访问过其他星系，以及它的组成。根据一种假设，它可能是一颗被潮汐效应摧毁的系外行星的碎片。如果是这样的话，它将比主带小行星或来自奥尔特云的物体更为罕见，后者是直接从原始星云中形成的。可以肯定的是，在数百万或数千万年的时间尺度上，像“奥陌陌”这样的碎片可以使不同的恒星系统接触到一起。甚至有一种估计认为，每天有1万颗系外小行星穿越海王星的轨道。

能够探索其中一颗并了解它的组成将是非常有趣的。这种类型的小行星似乎是适合从银河系的一部分运送生命(以休眠的形式)到另一部分的载体。虽然由于这些碎片的高速度，进行这种太空任务将会很困难，但考虑到未来我们的观测能力将大大提高，我们能够比我们发现“奥陌陌”时更早地发现这些天体，所以这并非不可能。另一个想法与这些系外物体中的一些在与木星的近距离接触后被困在我们的太阳系中的可能性有关；已经有一些候选物体被确定了。这种方法将使探索性任务更容易实现。

然而，即使是我们自己太阳系中的行星也在以相当高的速率进行着交流和物质交换。并不是每个人都知道我们在地球上有大约10块来自火星的岩石样本，尽管还没有一次任务将物质带回地球。火星上的陨石轰击会产生一些碎片，由于火星的稀薄大气层，这些碎片可以被抛射到太空中。其中一些碎片可以到达地球，穿过我们的大气层，像普通的陨石一样坠落。通过将各种陨石的同位素组成与NASA的机器人任务期间在火星上测量的同位素组成进行比较，我们能够识别和区分火星陨石与其他所有陨石。

最后，我们应该记住，太阳系绕银河系中心旋转大约需要2.2亿年的时间。自45亿年前形成以来，太阳系已经完成了大约20次完整的旋转。这意味着在地球上生命出现的时间尺度上，新生的太阳系至少完成了三次完整的旋转，与来自遥远恒星系统的碎片接触过。

2019年，我参加了伯克利举办的“宇宙中的生命迁徙”研讨会。我对研讨会的主题感到困惑：“我们对宇宙中的生命几乎一无所知，我们怎么能谈论生命的迁徙呢？”但是回想起对“奥陌陌”的观察，我还是参加了，并且我很高兴我这样做了。我对演讲的科学质量感到惊讶，对这个话题的极大吸引力也让我惊讶不已。生命可能不需要庞大的岩石星舰来从一个行星系统迁移到另一个行星系统。考虑到细菌的微小尺寸，这是我们所知道的最小的生物体，甚至病毒，它们可以在细菌内部生活和繁殖，我们也可以想象其他适合这种运输方式的机制。

例如，微小的冰晶和尘埃中可能含有能够在太空条件下存活的细菌和孢子，它们可以从行星的上层大气层中散布到太空中。当尺寸变得微小时，质量依赖的重力力量与表面积依赖的恒星辐射推力之间的关系会倾向于后者。就像一个行星在身后留下一条香水的气味。含有休眠生命的行星尘埃可以被辐射推动，直到它达到高速并超出给定的恒星系统，扩散到其他系统或星云中，在那里它们可以找到适合繁殖和进化的条件。我们习惯于认为太空是广阔而大部分是空无一物的，对生命来说完全不适合。也许我们应该改变我们的想法。太空并不像我们想象的那样空旷。实际上，银河系的不同部分通过在与地球上生命出现的时间尺度相当的时间内交换物质来进行交流。

在太空中生命能否存活的可能性有多大？事实上，即使在这方面，自然也会给我们带来惊喜。事实上，我们知道有各种各样的生物物种能够忍受太空中极端恶劣的条件，如几乎完全真空、极端温度和电离辐射。不同种类的地衣、细菌和孢子能够存活，失去所有水分并进入完全不活动的状态，这种状态可以持续非常长的时间，一旦它们再次置于湿润的大气中，它们就可以苏醒过来。这种类型的测试已经在国际空间站和各种实验室中进行过。甚至包括更复杂的有机体的浮游生物也表现出抵抗这些禁止条件的能力。

一个真正特殊的例子是水熊虫。这些非常常见的微型动物约有半毫米长，生活在水中。它们有八条腿、一个口和一个消化系统，以及一个简单的神经和大脑结构。它们还能进行有性繁殖。它们以成千上万种不同的形式存在于自然界中，并具有独特特征的新陈代谢。为了经受长时间的干旱条件，它们的身体可以完全脱水，失去约90%的水分，并卷曲成一个微小的桶状结构。换句话说，它们就像是被冷冻干燥了一样。一旦这个过程完成，它们的新陈代谢变得慢了1万倍。最令人惊奇的是，它们可以在这种状态下保持几十年，一旦暴露在湿气中，它们就能在20或30分钟内苏醒过来。但还有更多。当处于脱水状态时，它们可以承受太空中的真空以及高于正常大气压的压力、接近绝对零度或高达150°C的温度。它们对辐射的耐受阈值是致命的数百倍。它们能够硬化的秘密在于一种叫做海藻糖的糖，这种糖在食品工业中也被广泛使用。当干燥时，这种糖取代了细胞中的水分子，使动物处于一种玻璃化状态。

此外，水熊虫的DNA受到一种减少辐射损伤的蛋白质的保护。这些信息足以让我们认为这些微型动物来自太空吗？我认为不是。它们不寻常的新陈代谢更可能是地球上发生的进化适应的结果。事实上，水熊虫是极少数在地球上发生的五次灭绝事件中幸存下来的生物之一。这就是为什么它们是携带在陨石或彗星上进行长途旅行的最佳候选者。最近，水熊虫因以色列发射的“Beresheet”探测器而引起了一些媒体的关注，该探测器于2019年4月初在月球上坠毁。探测器携带了一群处于脱水状态的水熊虫。考虑到它们的微小尺寸，它们很可能在坠毁中幸存下来，并将保持不活动状态很长一段时间，准备好从休眠中苏醒过来。通过用一颗小行星取代以色列探测器，我们有了一个典型的例子，说明生命可能是如何到达地球的。

因此，生命起源的问题仍然是个谜，尽管我们正在逐步取得进展。在过去的十年中，越来越强大的计算工具使我们能够从量子力学的第一原理出发，重现越来越大、越来越复杂的分子系统的形成，这些系统现在由数千个原子组成。计算生物学领域正在以惊人的速度发展；现在只是一个计算能力的问题。

与此同时，我们已经大大发展了解码和操作DNA的能力，甚至创造了第一个由人类设计的DNA构建的简化基因组结构，这些结构源自生物体并能够复制。我们现在谈论的是合成生命，围绕着人类设计的DNA构建的生命，这是一个具有巨大发展前景的领域。

因此，很可能在未来，我们将能够创造出生命所需的复杂分子结构，或者确认在病毒和细菌物种的进化中存在着基因组稳定的岛屿。到那时，我们将拥有另一个工具来理解地球上生命的发展。谁知道呢？也许我们会发现外星人是一种特殊的生物形式，它们从时间的开始就与我们共存；而我们一直在火星上或木星和土星的卫星的冰冷表面下寻找它们。

本文译自 Popular Science，由 BALI 编辑发布。

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