第一章 什么是天體生物學(xué)？

名字背后的故事

“天體生物學(xué)究竟是什么？！”一名美國特勤局特工向無線電對講機(jī)那頭喊道。他剛剛在舊金山附近的美國國家航空航天局（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)會議。埃姆斯研究中心有一座簡易機(jī)場，可為“空軍一號”提供安全的著陸點。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)界才對天體生物學(xué)的含義達(dá)成科學(xué)共識—應(yīng)該很少有外行人或者特勤局特工聽說過這個術(shù)語。彼時，NASA開始推進(jìn)一個由埃姆斯研究中心領(lǐng)導(dǎo)的天體生物學(xué)研究項目，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。相對來說，一個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）周圍的生命，或者簡單來說，太空中的生命。事實上，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)該首先對地球上的生命是如何演化的有一個明確的認(rèn)識和了解，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)的一個驚人現(xiàn)狀是：迄今為止，它甚至無法完全回答一個孩子可能會問的生物學(xué)問題！地球上的生命是如何起源的？我們對此有一些認(rèn)識，但是其中的諸多細(xì)節(jié)仍然是未知的。地球與太陽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，但仍然不了解很多方面。那么又是什么驅(qū)動生命向復(fù)雜的有機(jī)體演化，而不是僅僅保持簡單的形式呢？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)運而生。這是我自己更喜歡的一個定義。NASA則把天體生物學(xué)定義為：對宇宙中生命的起源、演化、分布和未來的研究。另一個常見的釋義是：對宇宙中生命的研究，或者對宇宙環(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)作為一個學(xué)科誕生，與此同時，四項重大科學(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)。無論該研究對隕石中存在微體生物化石的解讀（詳見第六章）是否正確，這項發(fā)現(xiàn)都引發(fā)了人們對于地外生命的思考。此外，在過去的二十年里，生物學(xué)家證實，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。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。第三個發(fā)現(xiàn)來自1996年NASA的“伽利略號”探測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動的系外行星。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？