地外生物学

09/08/2022
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[拼音]:diwai shengwuxue

[外文]:exobiology

研究地球以外天体上生命的生存、分布及其特征的学科。是空间生命科学的一个分支。地外生物学的研究涉及的领域很广,如天文学、生物学、空间物理学、空间化学和生物化学等。目前,地外生物学的研究主要限于地外有无生命的探索,随著空间科学技术的发展,对地外生命的探索,已由设想、推论而进入直接的观察实验阶段。

对地外有无生命,存在两种不同的观点:一种认为,生命的发生纯属偶然现象,在第二颗行星上重演的可能性极小;另一种认为,宇宙中可以有生命,但对生命的发生和组成有争论。如瑞典的阿亨尼斯(G.O.S.Arrhenius)认为生命及其胚胎能从一个天体迁移到另一个天体,当它落到适合于生长的天体时,就继续生长,并成为该天体所有生物的祖先。但另一些人则认为,生命是通过演化而产生,如苏联的奥巴林(А.Ч.Опарин)认为,生命的产生是一个演化过程,在具备生命起源的条件时,生命可以重新发生。对生命的组成成分有人认为不是碳,而是矽或锗,其溶剂不是水而是乙二醇。也有人认为,生命的概念和有无生命的标准应该是以地球上活的生物的概念为标准,所有生物都是由碳氢化合物构成,以蛋白质的形式存在,以核酸作为遗传的物质基础。目前在地外生命的探索中,大多是以此为依据。

生命的起源和演化及其存在的条件

地球上的生命是从无机物演化来的。当原始大气成分,如水蒸气、二氧化碳、氢、氨、甲烷等无机物,在外界光、热、电等因素作用下,合成简单的有机小分子(如单糖、氨基酸、核苷酸),有机小分子逐步组合成为生物大分子(如蛋白质、核酸、多糖)。这个过程发生在约40亿年前。人们发现在32亿年前的岩石中有古代细菌和蓝藻的化石。也就是说,在那时已存在原始生物。原始生物再经过漫长的岁月,逐渐由低阶到高阶,由简单到复杂,产生出各种微生物、植物和动物。

从地球上生命的起源和演化过程看,生命存在的必要条件是:

(1)生物大分子的存在。

(2)要有供生命生长、繁殖所必需的营养物质的存在。

(3)必要的大气成分。大气不仅是生物体新陈代谢过程中氧的提供者,而且大气覆盖天体表面,也可以保护生命免受宇宙线、紫外线和陨石等的损害,防止水分逸失。

(4)要有合适的温度。

(5)要有代谢过程中不可缺少的物质──水的存在。

(6)必要的时间。因为生命的发生和进化,都需要有漫长的时间。

地外生命的探索

要确认天体上有无生命,应该直接观察某一天体上有无生命物质或者生命体的残骸。但在行星际航行实现以前,主要是通过研究行星表面化学的和物理的条件,以此同生命所必需的条件相比较,间接推论生命存在的可能性。

陨石分析

通过对陨石的分析研究发现,陨石中含有多种不同的氨基酸。经化学家研究表明,碳氢化合物及其衍生物在自然界中可以通过无机化合物的方式产生,也就是说,这样合成的氨基酸是属于非生物源性的。非生物源性氨基酸的特点是具有相等的L型和D型结构。而地球上生物源性氨基酸都是L型结构。目前,在陨石中发现的氨基酸种类中,有些是在地球上活细胞中见到过的,例如1969年9月陨落于澳大利亚的陨石中含有 18种氨基酸,其中有8~10种在地球上的活细胞中见到过。它们作为生物前分子的可能性是存在的。

对火星、木星、土星的探测

根据天文学知识,在太阳系中,只有火星在某些方面同地球相似。如火星的两极与地球一样有极冠,冬季增大,夏季缩小或消失;火星上也有四季和昼夜的变化,表面有随季节而变化的色斑;火星的表面温度也较接近生命生存的适宜范围。因此,人们差不多有一世纪之久猜测火星上可能有生命。从20世纪60年代开始,美国、苏联分别发射了“水手”号、“火星”号等火星探测器,对火星的大气成分、地表温度等环境进行了多方面的探测。探测结果表明,火星的极冠是由冰组成的,火星上有沙漠,火星表面经常扬起巨大的尘暴,火星表面的色斑变化就是尘埃移动的结果,并不是植物。1975年,美国发射了两个“海盗”号探测器,以考察火星上是否存在低阶生命形式。在该探测器上进行了 3种探测火星土壤微生物的实验。实验发现,火星土壤释放出氧和二氧化碳等气体,科学家认为这种气体是非生物源性的,可能是某种化学反应的结果。到目前为止,还没有在火星上找到生命存在的证据。

“旅行者”号对木星、土星及其卫星的探测,发现在它们的大气层中都有化学演化的某些迹象,尤其在“土卫六”的大气层中发现了丰富的、各种各样的有机分子,认为这个星体提供了一个特别有意义的自然实验室。

大量的地面模拟试验表明,自然界可以有很多提供能量的手段,使无机分子转变为不同的有机物。宇宙空间产生有机物质和原始生命的机会比我们原来想象的要大得多,而且,即使太阳系的其他天体上都不存在生命,也不表明宇宙间不存在生命。因为银河系中有亿万颗行星具有孕育生命的条件,还有其他行星上生命存在的形式和特征由于环境的不同,其结构、功能和反应等都可能不同。因此,很难假定在其他行星上生存的生物型别会同地球上的生物完全一样。由于生物进化过程中外界环境的影响,差别也可能更大。

地外资讯的监测

在20世纪60年代,美国提出奥斯莫计划,对来自宇宙空间的无线电讯号进行监测,不过没有获得任何结果。70年代,美国国家航空和航天局又提出一个塞提计划(SETI,地外智力的探测),对地球邻近的一些星体进行探索,并监测来自外层空间的无线电讯号、红外讯号和光讯号。监测正在进行中,还没有获得结果。

参考书目

M. Calvin and O.G.Gazenko ed., Foundations of Space Biology and Medicine,Joint USA/USSR Publ.in three Volumes,Washington,1975.

H.Bjurstedt ed.,Bioloay and Medicine in Space,ESA,Paris,1979.

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