10種科學上有可能存在的外星生命形態

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外星生命

在尋找外星文明時,有些人保有著“碳沙文主義(carbon chauvinism)”期望著其他生命形態跟我們的構成一樣,並依這些條件尋找他們。這裏有十種改寫生命的定義的生物或非生物生態系統。

1. 甲烷生物 Methanogens

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2005年,國際太空大學的Heater Smith與NASA的Ames研究中心的Chris McKay共同提出了以甲烷為基礎的生命的可能性,或稱為“甲烷菌”。這種生命形態能吸收氫氣,乙炔和乙烷並吐出甲烷來代替二氧化碳。

這將讓極度寒冷的土星的土衛六衛星(泰坦星)能夠提供生命存活的空間,像地球,土衛六的大氣層大多是氮,但與甲烷的混合。土衛六是唯一在太陽系裡跟地球一樣有大量液體,以乙烷與甲烷混合的湖和河。(土衛六有地下水源,它的姊妹衛星恩克拉多斯Enceladus與拉普拉斯Europa也有) 液體對於有機生命的分子間的互動是必要的,而大部分的注意力都放在水上,不過類似的互動也能在乙烷與甲烷之間發生。

甲烷生物

NASA–ESA 卡西尼 – 惠更斯號(Cassini–Huygens)任務在2004年偵測到一個負179攝氏的土世界,水硬得跟石頭一樣,甲烷跟河流一樣流,集中在極地湖泊。2015年,化學工程師與天文學家的團隊在康奈爾大學開發了一個用有機氮化合物製成的細胞膜,並能在土衛六的液體甲烷裡生存。他們叫這細胞為“azotosome” 意思是氮物體,跟地球的脂質囊有一樣的彈性與穩定性。而最突出的分子化合物是丙烯腈azotosome。丙烯腈,用於丙烯酸纖維,樹脂,以及地球上的熱塑性塑料,它是無色有毒的有機分子,在土衛六大氣也存在。

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找外星生命的含義是非常廣泛的。不僅是生命可能在土衛六產生,它可能因由表面上的氫,乙炔,和乙烷的耗盡被偵測出來。充滿甲烷的衛星和星球有可能存在在跟太陽一樣的恆星旁,不過也在紅矮星附近(像土衛六碰到紫外線是不透明的,不過對於紅外線則是透明的)。如果NASA在2016年成功發射泰坦馬雷瀏覽器(Titan Mare Explorer),我們可能要等到2023年以後才可以知道更多。

 2. 矽元素生命 Silicon-Based Life

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矽元素生命可能在科幻小說裡是最受歡迎的生化替代型態,像是星艦迷航記裡的Horta。這概念很舊,從1894年H.G. Wells就說:“有些人會被這幻想嚇到:矽鋁生物,為什麼不可能?矽鋁人曾經在充滿硫的大氣裡漫步,在千度高溫的鐵海旁。”

矽元素生命

矽會受歡迎是因為它的組成跟碳差不多,一樣可以有四個連結,允許一整個基於矽元素的生化系統。它在地球地殼裡是第二多的元素,在氧氣之下。在地球上有一種藻類利用矽元素成長。矽元素還是敵不過碳,碳能夠很穩定地形成多樣又複雜的構造。碳分子結合氧氣與氮氣來形成穩定的化合物。複雜的矽元素生物很不幸地會瓦解。碳在宇宙裡是非常常見的(數十億年有了)。

矽元素生命不太有可能在像地球一樣環境的地方形成,通常它們會被鎖在火山或火山岩裡。理論上來說在高溫的環境下有可能不太一樣,不過沒有任何證據。像土衛六極端的環境有可能會存在,像之前說的甲烷體一樣,像是矽烷和聚矽烷可以模仿地球的生化。不過,在土衛六上,大多的表面都是以碳形成,而矽元素都在地表下。

NASA天文化學家Max Bernstein懷疑矽元素生命可能會在充滿氫氣並缺乏氧氣的大氣的高溫星球裡生存。讓複雜的矽烷化學與可以反矽結合與硒或碲,不過他認為這機率很小。在地球上,這種生物會繁殖得很慢,這對地球的生態沒有威脅。他們可能會慢慢地吞食我們的城市,不過我們只要給他一擊斃命就好了。

3. 其他替代生化 Other Alternate Biochemistries

其他替代生化

有些人也有建議一些其他基於碳以外生命系統。像碳與矽元素,硼有形成牢固的共價高分子化合物的傾向,形成不同種的氫化,硼原子是以氫氣連結。像碳,硼可以與氮結合來形成似烷烴的化合物。以硼為基礎的生物的問題是這元素,對我們來說,非常的稀少。以硼為基礎的生物可能會存在溫度低到能讓氨變液體溶劑,而這化學反應可以更容易控制。

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另一種獲得媒體關注的假設生命是砷基生命。所有在地球的生命是由碳,氫,氮,氧,磷,硫組成的,但在2010年,NASA宣稱他們找到一種細菌叫GFAJ-1它可以在它的細胞結構裡用砷來代替磷,而且沒有副作用。GFAJ-1在加州的Mono湖裡充滿砷的水裡活躍,唯一幾個可以在這環境生存的生物。GFAJ-1是第一種被發現的生物能夠把這種元素當成自己的生化積木。獨立研究家說他們沒有在它們的DNA裡找到任何砷的證據。不過,砷基生命還是有可能性。

氨已被命名為能代替水來形成生命。有些人假設把氮氫化合物放入氨的溶劑裡,能夠製造蛋白質,核酸,和多肽氮。任何氨為基礎的生命必須生存於低溫並保持持液體狀態。固體氨比液態氨密集,所以沒有辦法停止它結凍。這對單細胞的生物沒有問題,不過對於多細胞生物很致命。不過,以氨為基礎的單細胞生物在較冷的星球還是有可能存在於太陽系,像是木星這種氣態巨行星。

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硫被認定為建立地球早期新陳代謝的主因,而在地球上比較極端的環境裡存在著用硫來代替氧氣代謝的生物。說不定在某個世界裡,硫基生物可能有進化優勢。有些人認為氮與磷在某些特定的條件內也可以取代碳。

4. 模因生命 Memetic Life

模因生命

Richard Dawkins相信生命運轉的原則是,“所有生命依照複製生存模式而進化”生命需要複製並被放入自然選擇與進化論可行的環境裡。在他的書裡,The Selfish Gene(自私的基因), Dawkins說到點子從大腦產生並透過溝通散播到其他人。這像是基因的行為與適應的方式,所以他稱為他們“模因”。 有些人把早期生命的階段與人類社會裡的歌曲,搞笑的梗和儀式比較,自由思想家在地球的古代海洋裡游泳。有這樣想法的生物複製,進化並在真實世界裡生存競爭。

這些模因在人類出現前存在,在鳥群社交行為裡還有靈長動物的行為。當人類能夠理解抽象思想,模因可以更進一步成長,建立部落關係並設立傳統,文化和信仰。書寫的發明讓模因的成長加速,它們可以超越時空傳播,跟基因傳播生物資訊一樣。對某些人這只是以此類推而已,不過有些人認為這些模因代表著獨特又原始的生命形態。

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有些人把這延伸地更遠,George van Driem創立了共生理論(Symbiosism),說明語言其實是另一種生命形態。古老的語言學理論叫語言寄生蟲,不過van Driem說我們腦部有模因與我們形成一個合作關係:沒有我們,他們無法生存,沒有他們,我們只比原始人好一點。他相信意識的幻覺與自由意識來自人類動物直覺、飢餓和情慾之間的互動,與透過想法跟意義一再重生的語言共生。。

5. 異核酸合成生物 XNA-Based Synthetic Life

異核酸合成生物

地球上的生命以兩種訊息傳遞分子分類,DNA與RNA,科學家從以前就一直好奇是不是有類似的其他分子。雖然聚合物可以儲存訊息,DNA與RNA顯示遺傳,編碼並傳遞基因訊息,並且能經歷許多進化過程,DNA與RNA是一串的分子稱為核苷酸,有三種不同的化學成分,磷酸鹽,五碳糖組合(脫氧核糖在DNA或RNA中核糖),或五基本化學物之一(腺嘌呤,鳥嘌呤,胞嘧啶,胸腺嘧啶或尿嘧啶)。

2012年,來自英國,比利時和丹麥的科學家們成為世界第一個團隊製作出異核酸(xeno-nucleic acid 或XNA),與DNA跟RNA結構類似的核苷酸合成生物。他們把原本的脫氧核糖與核糖用其他成分交替製作。有些分子被開發過,不過這次是第一次它們能複製並進化。在DNA與RNA裡,它們透過聚合酶複製,聚合酶可以讀取,複寫,反複寫正常核酸序列。團隊製造了聚合酶合成生物來製造了六種新基因系統:HNA, CeNA, LNA, ANA, FANA, 和 TNA。

其中一種新基因系統,HNA或糖醇核酸,穩健到可以儲存基因資訊,成為生物系統的根源。另一個,蘇糖核酸就稱TNA,很有可能是有生命前的原始生化關鍵。

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這樣的發展有許多用途。更深入的研究能夠揭開地球上生命的來源還有生物學上未知的領域。XNA可能有治療用途,能夠與其他分子結合而且不會跟DNA或RNA一樣化解。他們甚至可以變成分子機器的基礎或一個完全合成的生命。

不過,在那之前,其他適合XNA的酶需要被開發。有些這樣的酶在2014年在英國被開發。XNA也有可能進入RNA/DNA的基因資料裡造成破壞,所以一定要先做好防範。

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6. 色動力,弱核力與地心引力生命 Chromodynamic, Weak Nuclear Force And Gravitational Life

弱核力與地心引力生命 (1)

在1979年,奈米科科技學家Robert A. Freitas Jr. 發表非生物生命的可能性。他說有生命的生物有四大基本能量,電磁,強核力,弱核力,與地心引力。電磁生命是在地球上會看見的一般生物,如同外來生物結構和機械基礎的生命也是。

色動力生命要是有強大的核力是可能的,核力是基本力裡威力最強大的,但只有在短距離內。他說這種環境可能在中子星上可能存在,一個直徑大約10到20公里,質量跟恆星一樣的物體。高密度,磁場與引力比地球還要強1000億倍,它有三公里厚的結晶鐵核心。在這下面有極度高溫的中子,與許多不同種的核粒子,包含著質子與原子核。這有可能有充滿中子的大核。這些大核理論上可已集結成似有機分子的超核心,以中子當作水來運作在這怪異的偽生物系統裡。

弱核力與地心引力生命

Freitas認為弱核力生命比較不可能,因為弱核力只能在亞核力階段運作,而且他們並不強。放射性Beta和自由中子衰變中常有弱核力,一個弱力生命體可以存在假如小心管控幻境裡的弱互動的話。他想像一種人有原子與過多的中子,而當他們死去時會產生輻射。也有人猜測說在宇宙的某個地方弱核力其實比較強,提高這種生命形態的可能性。

重力生物也有可能存在,因為地心引力是宇宙力最常見又有效率的力量。這種生物能夠把地心引力轉成自己的能源,他們的能源能夠來自黑洞與黑洞的撞擊,或星系中其他的天體,更小的生物像可以利用星球的自轉與公轉,或再更小的重力生物從瀑布,風,潮汐和海流或甚至地震中吸取能量。

7. 微粒電漿生命形態 Dusty Plasma Life-Forms

微粒電漿生命形態

在地球上的所有有機生物都是以碳化合物組成的,而我們已經說過許多種碳的替代生物。不過2007年,俄國科學學院的普通物理研究所的V.N. Tsytovich 帶領的一個國際團隊的紀錄說,在對的狀況下,無機塵埃的粒子能形成螺旋結構,讓它們能跟有機化學一樣反應。這種行為會在電漿裡產生,電漿是物質的第四狀態,除了固體,液體和氣體。在這種狀態下,電子會跟原子分離,產生大量的帶電粒子。

Tsytovich 的團隊發現電子電荷會分開而電漿會偏振,在電漿裡的粒子會自己形成螺旋架構並互相吸引。他們也可以複製原本的架構,就像DNA,並改變它們的鄰居。Tsytovich說,“這些複雜又可以自我管理的電漿讓它們可以支撐無機生物。它們有自主性,可以繁殖並進化。”

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有些人合理地懷疑這說法,認為無機生物只是為了宣傳效果。雖然螺旋結構跟DNA很像,它們的功能不一定一樣。而且,能複製的螺旋結構不代表能有生命,因為雲也可以。最重要的,這些研究都是依據電腦的模擬而不是觀察。

其中有一位實驗的觀察者說雖然結果很像生命,不過最終它們還是很特別的電漿晶體。不過,如果無機微子可以延伸成自我複製並進化的生物的話,它們將是宇宙裡最常見的生命形態,因為太空中有大量的電漿與星塵。

8. 無機化學細胞 iCHELLs

無機化學細胞

格拉斯哥大學的科學與工程學院的Gardiner Chair的Lee Cronin教授,有個夢想。他希望能用礦物造出活細胞。他用多種鐵元素結合氧與硫的多金屬氧酸鹽來造出像細胞的泡沫,他稱為無機化學細胞(inorganic-chemical-cells或iCHELLS)。

Cronin的團隊從鐵氧化物的負荷離子與氫或鈉的正荷離子的結合來產生鹽。這些鹽的溶液會再被加到一群正荷與負荷有機離子。兩種鹽交替部分成分,大鐵氧化物會跟大有機離子結合,形成一種無法被水溶解的膜。修改鐵氧化物的根本,這些泡沫能夠有生物細胞膜的特徵,能夠選過濾哪種化學物質,有可能可以讓活細胞裡一樣的控制化學變化發生。

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團隊也有在泡沫裡製造泡沫,模仿生物細胞內部的構造,並且試圖製造人造光合作用,成功的話,就能夠製造像植物一樣的細胞。其他的人造生物學家說,這些細胞必須要有複製與進化的能力才能有生命。Cronin對於未來的發展很樂觀。未來對於科技的貢獻,比方說,太陽燃料裝置(可以儲存電力的細胞)或有可能的醫療運用上。

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Cronin說,“最終的目標是製造出複雜的化學細胞來幫助我們了解生命的起源並且用這科技來進化,這種無機生命科技。”

9. 馮紐曼探測器 Von Neumann Probes

馮紐曼探測器

基於機器的人工生命是很常見的想法,不過這很古老,所以我們來研究自我複製探測器叫,馮紐曼探測器。它們在中20世紀時被一位匈牙利的數學家與未來家,馮紐曼提出。他相信如果要複製人類大腦的功能,機器需要有自我管理與自我修復的功能。依據生命是如何繁殖的,他提出生產自我複製的機器的點子。他認為這些機器需要有統一的建構者,這樣能讓他們自我複製或改變跟改良型態,讓他們可以進化與增加它們的複雜度。

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其他的未來思想家像Freeman Dyson與Eric Drexler接下來利用這點子來幫助探索宇宙而想出了馮紐曼探測器的概念。發射出自我複製的機器人是殖民星系最有效的方法,有可能在一百萬年內的時間佔據整個銀河系,就算他們不能超過光速。

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Michio Kaku說:

馮紐曼探測器是一種能夠到遠方星系並建立一個自我複製的工廠的機器人。對馮紐曼探測器來說一個死去的衛星會比行星更適合,因為這些衛星沒有侵蝕性,讓它們能輕鬆降落起飛。這太測器能夠用當地的礦物建造機器人工廠。它們可以複製上千個自己,然後分散到其他星系裡。

在過去幾年有許多不同版本的馮紐曼探測器主意出現,包括探索與偵查其他外星生物,以多數的探測器用無線訊號來偵測,或大型的探測器建立大型的宇宙結構,還有殖民地的探測器在新世界繁殖新居民。探測器也有可能引導一個新的文明到太空去。相反地,也有可能有摧毀性探測器,摧毀所有碰到的有機生物,因此需要建立一群警察機器人防止這樣的攻擊。考慮到許多人認為馮紐曼探測器像宇宙病毒一樣,我們應該更小心開發這類科技。

10. 蓋亞假說 Gaia Hypothesis

蓋亞假說

1975年,James Lovelock教授與Sidney Epton在New Scientist裡寫了一篇叫“蓋亞探索The quest for Gaia”的文章。一方傳統的想法是因為對的條件,生命在地球上才有可能產生,Lovelock與Epton宣稱生命在決定與維持自己的生存裡扮演著很活耀的角色。他們說在地球上的空氣,海洋和陸地上所有的生命都是一個超級生物的一部分,能夠改變自己的溫度還有大氣的成分來生存。他們叫這系統蓋亞,希臘的地球女神。能夠維持體內的平衡讓生物圈在地球存在。

蓋亞假說Gaia

Lovelock從1960年中就開始研究蓋亞假說。這理論是地球有個生物圈,還有許多自然循環,而只要其中一個故障,其他會互相互補來讓生命生存。這也解釋了為什麼大氣層裡不是全二氧化碳而海水不會有太多鹽分。當火山爆發製造充滿二氧化碳的大氣層,能生產氮氣的細菌出現,而植物形成光合作用。幾十萬年後,我們的大氣層演化成現在的樣子。就算河流能運送鹽分到海洋裡,海洋的鹽分程度一直是3.4%。這不是有意識的過程而是保持地球生態平衡的反應循環。

有些證明顯示如果沒有這些生物活動,元素像是甲烷和氫氣在十幾年內就會消失。而且,就算太陽比35億年還要熱30%,全球的溫度只有改變五度攝氏。因為有一個能夠移除二氧化碳並轉換到化石裡的大氣層。

當初,Lovelock的理論被稱為假科學或是新世代的神秘論。過了一段時間,蓋亞假說影響了許多科學家對地球的生物圈的想法,並且提醒我們生物圈的重要性。今天,蓋亞理論已經被大多數的科學家接受。而且被認為是對於地球正面的文化框架,提倡人們對地球的生態系統的尊敬。

古生物學者Peter Ward發表了反對論的美狄亞假說(Medea hypothesis),由希臘神話裡殺自己孩子的母親為名。這理論說生命的本性是自殺性與自我破壞的。他說到歷史上,大多數的大滅絕都是由生物造成,像是穿褲子的人科動物不斷地嚴重改變地球的大氣層。
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來源: Listverse