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科學家們已經證明,生命可以在與地球完全不同的行星上繁衍生息。
2023/11/27

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隨著未來幾年新的、更強大的望遠鏡的出現,天文學家將能夠將它們指向附近的系外行星,以確定它們的成分并尋找生命的跡象。假設在這些探索過程中,我們遇到了另一個星球上的生物,但沒有意識到它們實際上是生命。

像莎拉·西格這樣的宇航員希望避免這種情況。西格是麻省理工學院地球科學和物理學以及航空航天學教授,他超越了「以地球為中心」的生命觀,考慮了生命可以存在的各種環境類型。

在《自然天文學》雜志上發表的一篇論文中,她和她的同事描述了他們實驗室研究的結果,他們發現一些細菌可以在以氫為主的大氣中生存和繁衍,而不是像地球上那樣以氮和氧為主。氫氣是比氮氣或氧氣更輕的氣體,因此它的大氣層會比巖石行星表面高得多,并且可以使用強大的望遠鏡相對容易地觀察和研究。西格的研究表明,含有氫氣的行星上可能存在簡單的生命形式。

「有不同類型的宜居行星,我們得出的結論是,地球上的生命可以在氫大氣中生存。」 「當我們考慮其他星球上的生命并實際嘗試尋找它時,我們需要將這些行星納入選擇過程中,」西格說。

進化條件

數十億年前地球形成時,它的大氣層與今天有很大不同。里面幾乎沒有氧氣,但有過量的二氧化碳和甲烷,還有少量的氫氣。氫在大氣中保留了數十億年,直到所謂的氧災難,之后它與氧結合。今天大氣中殘留的少量氫氣被一些古老的微生物消耗,包括產甲烷菌——生活在冰層深處或沙漠土壤中的生物,它們捕獲氫氣和二氧化碳并產生甲烷。

Seager 的團隊研究了兩種細菌在 100% 氫氣環境中的動態。他們選擇的生物體是大腸桿菌(一種簡單的原核生物)和酵母(一種更復雜的真核生物,尚未在氫主導的環境中生長)。這兩個物種都是科學家長期研究并熟知的標準模型。科學家們培養了酵母和大腸桿菌的培養物,然后將它們分別放入裝有微生物可以賴以生存的「肉湯」的小瓶中,之后將富氧空氣從小瓶中排出,剩余的「頂部空間」被排出。充滿100%氫氣。然后他們將瓶子放入培養箱中,不斷輕輕搖動以促進細菌和營養物質的混合。

80 小時內,團隊成員每小時從每個小瓶中取樣并計算活菌含量。

結果顯示,在實驗開始時,細菌數量迅速增加,它們迅速繁殖,消耗營養,直到最后細菌數量穩定在同一水平:新細菌繼續生長,取代死亡細菌。

西格澄清說,該實驗并不是為了證明細菌是否可以利用氫氣作為能源,而是為了證明100%的氫氣不會傷害或殺死任何形式的生命。她希望這項研究將有助于改變科學家對尋找宜居行星和外星生命的思考方式。

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