人類在宇宙中是孤獨(dú)的嗎？地球以外的天體中是否存在生命甚至是智慧生命呢？數(shù)千年以來，從哲學(xué)家到科學(xué)家，無數(shù)人都在探求這些問題的答案。隨著人類認(rèn)識(shí)宇宙視野的不斷擴(kuò)大，20世紀(jì)90年代，一門叫作“天體生物學(xué)”的學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生。那么，天體生物學(xué)是什么？
美國(guó)華盛頓大學(xué)地球與空間科學(xué)系教授戴維·C.卡特林在 《天體生物學(xué)》 這部作品里對(duì)天體生物學(xué)進(jìn)行了深入淺出的介紹?？ㄌ亓珠L(zhǎng)期從事天體生物學(xué)研究，研究?jī)?nèi)容涵蓋生命起源、行星宜居性和地外生命搜尋等多個(gè)領(lǐng)域，還曾參與美國(guó)國(guó)家航空航天局的“鳳凰號(hào)”“毅力號(hào)”等多項(xiàng)火星探測(cè)任務(wù)。他在書中不僅介紹了天體生物學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，還結(jié)合自身的研究，帶領(lǐng)讀者從地球生命起源出發(fā)，在太陽(yáng)系內(nèi)外進(jìn)行了一場(chǎng)圍繞生命搜尋的探索之旅。
名字背后的故事
“天體生物學(xué)究竟是什么？！”一名美國(guó)特勤局特工向無線電對(duì)講機(jī)那頭喊道。他剛剛在舊金山附近的美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）埃姆斯研究中心檢查了一位訪問學(xué)者的身份。來訪者對(duì)他說自己正在參加NASA組織的第一次天體生物學(xué)科學(xué)會(huì)議。埃姆斯研究中心有一座簡(jiǎn)易機(jī)場(chǎng)，可為“空軍一號(hào)”提供安全的著陸點(diǎn)。正是在這條飛機(jī)跑道上，2000年4月，比爾·克林頓總統(tǒng)帶著他的特勤局隨行人員飛抵舊金山灣區(qū)。
這名特工會(huì)提出這樣的問題也算正常，畢竟直到20世紀(jì)90年代末，學(xué)界才對(duì)天體生物學(xué)的含義達(dá)成科學(xué)共識(shí)——應(yīng)該很少有外行人或者特勤局特工聽說過這個(gè)術(shù)語(yǔ)。彼時(shí)，NASA開始推進(jìn)一個(gè)由埃姆斯研究中心領(lǐng)導(dǎo)的天體生物學(xué)研究項(xiàng)目，而我正是該研究中心的一名空間科學(xué)家。一開始，我的一些同事并不喜歡“恒星的生物學(xué)”這一希臘語(yǔ)字面義。有人嘲笑說，生命是不可能存在于地獄般的恒星之中的。相對(duì)來說，一個(gè)不那么令人掃興的解釋是，“天體生物學(xué)”（astrobiology）中的“天體”（astro）涉及的是恒星（包括太陽(yáng)）周圍的生命，或者簡(jiǎn)單來說，太空中的生命。事實(shí)上，很多天體生物學(xué)家既關(guān)心地球上生命的歷史，也關(guān)心其他天體環(huán)境中的生命。天體生物學(xué)家們一致認(rèn)為，我們應(yīng)該首先對(duì)地球上的生命是如何演化的有一個(gè)明確的認(rèn)識(shí)和了解，以便進(jìn)一步思考地外空間生命存在與否的問題。然而，現(xiàn)代科學(xué)的一個(gè)驚人現(xiàn)狀是：迄今為止，它甚至無法完全回答一個(gè)孩子可能會(huì)問的生物學(xué)問題！地球上的生命是如何起源的？我們對(duì)此有一些認(rèn)識(shí)，但是其中的諸多細(xì)節(jié)仍然是未知的。地球與太陽(yáng)系的哪些特性使得我們的星球適合生命發(fā)展？同樣地，我們有一些觀點(diǎn)，但仍然不了解很多方面。那么又是什么驅(qū)動(dòng)生命向復(fù)雜的有機(jī)體演化，而不是僅僅保持簡(jiǎn)單的形式呢？我們?nèi)匀徊磺宄?/p>
為了填補(bǔ)這些人類認(rèn)知的空白，天體生物學(xué)作為研究地球上生命的起源與演化，以及其他天體環(huán)境中可能存在的各種生命形式的科學(xué)分支應(yīng)運(yùn)而生。這是我自己更喜歡的一個(gè)定義。NASA則把天體生物學(xué)定義為：對(duì)宇宙中生命的起源、演化、分布和未來的研究。另一個(gè)常見的釋義是：對(duì)宇宙中生命的研究，或者對(duì)宇宙環(huán)境中生命的研究。在這一范疇下，天體生物學(xué)家既探討“地球生命的過去與未來是怎樣的”，也探索“地球之外是否也有生命存在”。
20世紀(jì)90年代末，天體生物學(xué)作為一個(gè)學(xué)科誕生，與此同時(shí)，四項(xiàng)重大科學(xué)進(jìn)展也橫空出世。1996年，科學(xué)家在一塊火星隕石中發(fā)現(xiàn)了頗具爭(zhēng)議的古代火星生命跡象。這塊重1.9千克的石頭由于小行星撞擊而被炸離火星表面，最終落在地球的南極地區(qū)。無論該研究對(duì)隕石中存在微體生物化石的解讀（詳見本書第六章）是否正確，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)都引發(fā)了人們對(duì)于地外生命的思考。此外，在過去的二十年里，生物學(xué)家證實(shí)，一些微生物能在比傳統(tǒng)認(rèn)為的更廣泛的環(huán)境條件下存活，它們甚至能夠在極端的溫度、酸度、壓力或者鹽度條件下茁壯成長(zhǎng)。因此，我們開始考慮在看似極端嚴(yán)峻的地外環(huán)境條件下存在微生物的可能性。第三個(gè)發(fā)現(xiàn)來自1996年NASA的“伽利略號(hào)”探測(cè)器所拍攝的被冰覆蓋的木衛(wèi)二的表面圖像。這些圖像揭示了在木衛(wèi)二冰面上一些冰塊曾彼此漸行漸遠(yuǎn)，說明在冰層下可能存在海洋。第四項(xiàng)是，自20世紀(jì)90年代中期以來，天文學(xué)家陸續(xù)觀察到越來越多圍繞其他恒星運(yùn)動(dòng)的系外行星。上述這些發(fā)現(xiàn)表明，生命可能定居在這些遙遠(yuǎn)的系外行星上，抑或潛藏于如我們宇宙后花園般的太陽(yáng)系內(nèi)的其他星球上。我們不禁懷疑：在宇宙中生命是不是普遍存在？
▲“伽利略號(hào)”拍攝的木衛(wèi)二圖像
思想史上的天體生物學(xué)
盡管天體生物學(xué)的概念在20世紀(jì)90年代才問世，關(guān)于我們?cè)谟钪嬷惺欠窆陋?dú)的思考卻可以追溯到幾千年以前。約公元前600年，西方哲學(xué)之父泰勒斯已經(jīng)開始贊同生命的多世界論的觀點(diǎn)。后來，希臘原子論學(xué)派（認(rèn)為物質(zhì)是由不可再分的原子構(gòu)成的）的擁躉，從留基伯到德謨克里特和伊壁鳩魯，也支持這種“多元主義”。約公元前400年，德謨克里特的追隨者邁特羅多魯斯曾寫道：“在一望無垠的宇宙中只有一個(gè)擁有生命的世界，好比在一片遼闊的原野上只有一株小麥——多么反常而不自然啊！”不過，將古代哲學(xué)家的多元主義直接等同于現(xiàn)代設(shè)想的火星或者系外行星上存在生命可能并不正確。邁特羅多魯斯全然不知天上的星星只不過是極遠(yuǎn)的類似于太陽(yáng)的物體，而認(rèn)為它們是由地球大氣層中的水汽造成的日?，F(xiàn)象。原子論學(xué)者們想象中的生命世界存在于一個(gè)抽象空間中，與現(xiàn)代的平行宇宙觀點(diǎn)很類似。與這些相反，柏拉圖（公元前427—前347）和亞里士多德（公元前384—前322）認(rèn)為地球是唯一有生命的天體且居于宇宙中心，這一觀點(diǎn)最終還是占了上風(fēng)并盛行了一千多年。
▲邁特羅多魯斯
文藝復(fù)興時(shí)期，天文學(xué)家們終于證明了地球是圍繞太陽(yáng)運(yùn)行的。而隨著人們逐漸認(rèn)識(shí)到地球也不過是太陽(yáng)系諸多行星中的一員，很快就出現(xiàn)了對(duì)其他行星上存在地外生命的猜測(cè)。例如，德國(guó)天文學(xué)家約翰尼斯·開普勒（1571—1630，提出行星運(yùn)動(dòng)三定律）欣然提出其他星球上可能存在生命的觀點(diǎn)。隨后，在17世紀(jì)末，丹麥天文學(xué)家克里斯蒂安·惠更斯（1629—1695）在他的著作《被發(fā)現(xiàn)的天上的世界》（1968）中想象太陽(yáng)系之外的生命：“那無數(shù)恒星周圍環(huán)繞著的所有行星啊——它們一定也有自己的植物和動(dòng)物，不僅如此，還會(huì)有智慧生物！”彼時(shí)，地外生命論一度非常流行，以至于哲學(xué)家伊曼努爾·康德（1724—1804）在1755年寫過聰慧的木星人和多情的金星人。
與之相對(duì)立的是，一些學(xué)者囿于宗教認(rèn)識(shí)，仍然堅(jiān)持認(rèn)為地球是獨(dú)一無二的。一個(gè)例子就是劍橋大學(xué)的威廉·休厄爾（1794—1866），他在《論世界的多樣性》一書中反對(duì)其他行星上有生命的觀點(diǎn)。從某種程度上來說，這是現(xiàn)代“稀有地球”假說的先驅(qū)。我們將在第八章討論這一假說。
到了19世紀(jì)末，地球外是否有生命的問題已經(jīng)被視為一個(gè)純粹的科學(xué)問題，但科學(xué)研究很快走進(jìn)了死胡同。喬范尼·夏帕雷利（1835—1910）和帕西瓦爾·羅威爾（1855—1916）通過天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)了火星表面，這大大激發(fā)了人們對(duì)火星上可能存在智慧生命的興趣。遺憾的是，羅威爾所看到的火星運(yùn)河，只不過是由于心理因素將模糊圖像中的小點(diǎn)連起來而造成的錯(cuò)覺，而他關(guān)于火星文明的想法也都僅僅是幻想。隨著天文學(xué)家更多地開始使用諸如行星光譜分析等更精細(xì)的觀測(cè)技術(shù)，大家越來越清晰地認(rèn)識(shí)到，太陽(yáng)系中許多行星上的物理?xiàng)l件可能并不利于生命存活。局勢(shì)開始不可避免地向相反的方向發(fā)展——到20世紀(jì)中葉幾乎沒有天文學(xué)家對(duì)行星感興趣了。這一舊時(shí)的好奇心直到太空時(shí)代到來才被重新點(diǎn)燃。
▲帕西瓦爾·羅威爾繪制的“火星運(yùn)河”地圖并提出火星上可能存在生命
盡管天體生物學(xué)研究的基本問題有悠久的歷史，但是“天體生物學(xué)”這一專業(yè)術(shù)語(yǔ)一直都是偶爾現(xiàn)身，直到20世紀(jì)90年代才開始變得常見。1941年，紐約市立大學(xué)布魯克林學(xué)院的哲學(xué)家勞倫斯·拉弗勒的一篇題為《天體生物學(xué)》的短文對(duì)該詞的解釋比現(xiàn)代的詮釋狹隘一些，僅僅考慮了地球之外的生命。1955年，加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的天文學(xué)家奧托·斯特魯維也將“天體生物學(xué)”描述為對(duì)地外生命的搜尋。而俄羅斯天體物理學(xué)家加夫里爾·季科夫（1875—1960）和德國(guó)天文學(xué)家約阿希姆·赫爾曼則分別于1953年和1974年出版了名為《天體生物學(xué)》的書，涵蓋了當(dāng)時(shí)關(guān)于地外生命的流行觀點(diǎn)。
現(xiàn)代意義上的“天體生物學(xué)”一詞是由韋斯利·亨特里斯于1995年在位于華盛頓特區(qū)的NASA總部首次使用的。當(dāng)時(shí)，NASA的科學(xué)家們認(rèn)為，對(duì)生命進(jìn)行從微生物到宇宙尺度的研究是理解宇宙中生命的必由之路。亨特里斯出于這一愿景而喜歡上天體生物學(xué)一詞，并最終敲定這一術(shù)語(yǔ)。
實(shí)際上，天體生物學(xué)確實(shí)是太空生物學(xué)的重塑與擴(kuò)展，而太空生物學(xué)研究可以追溯到幾十年前。1960年，喬舒亞·萊德伯格（1925—2008）首次使用了這個(gè)詞，指“地球之外生命的演化”。萊德伯格——因在細(xì)菌遺傳學(xué)方面的發(fā)現(xiàn)而榮獲諾貝爾獎(jiǎng)——認(rèn)為尋找生命是太空探索必不可少的一部分。隨后，從20世紀(jì)60年代開始，NASA遵循了萊德伯格的建議，為太空生物學(xué)研究提供資金支持。但是，批評(píng)太空生物學(xué)的聲音也隨之而出現(xiàn)。例如，1964年，哈佛大學(xué)的生物學(xué)家喬治·蓋洛德·辛普森曾譏諷道：“這門所謂的‘科學(xué)’甚至尚未證實(shí)其研究對(duì)象是存在的！”
現(xiàn)代的天體生物學(xué)則無須擔(dān)憂如何回應(yīng)辛普森的指責(zé)了，因?yàn)樗暮诵膬?nèi)容涵蓋了對(duì)地球上生命的起源與演化的研究。天體生物學(xué)同樣強(qiáng)調(diào)作為生命存在環(huán)境的行星的起源與演化，因此相比于太空生物學(xué)，天體生物學(xué)更加明確地涉及了天文學(xué)家們的研究。
太空生物學(xué)并不是唯一一個(gè)與天體生物學(xué)相近的術(shù)語(yǔ)。自1982年開始，天文學(xué)家已經(jīng)正式使用生命天文學(xué)這一術(shù)語(yǔ)，指天文學(xué)研究中涉及地外生命搜尋的部分。更早些時(shí)候，德斯蒙德·J.貝爾納（1901—1971，著名愛爾蘭裔英國(guó)物理化學(xué)家）曾青睞宇宙生物學(xué)。不過，它們都未曾被廣泛使用。
（本文摘編自《天體生物學(xué)》，配圖、標(biāo)題為編者所加）
書名：天體生物學(xué)
?♂? 作者：[英]戴維·C.卡特林 翻譯：郝記華 張晟霖
內(nèi)容簡(jiǎn)介
地球上的生命是如何起源的？生命是地球獨(dú)有的嗎？我們應(yīng)該怎樣尋找地外生命？它們都是天體生物學(xué)的核心問題。這是一門令人興奮的新學(xué)科，融合了微生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)、天文學(xué)等的研究成果。本書分析生命在地球上產(chǎn)生與延續(xù)的因素，介紹在探索其他星球宜居性時(shí)發(fā)現(xiàn)的跡象，從而為我們尋找外星生命提供線索。
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