微生物能与外来物种交流吗?

释放双眼,带上耳机,听听看~!

(Image credit: NASA)

Predrag Slijepcevic,伦敦布鲁内尔大学生物学高级讲师

纳林·钱德拉·维克拉马辛哈,白金汉大学名誉教授

我们在宇宙中是孤独的吗?自1959年以来,著名的SETI(搜寻地外文明)计划一直试图回答这个问题。美国天文学家卡尔·萨根和其他许多人认为,一定存在其他类似人类的文明,我们可以与它们交流。但怀疑论者并不相信,他们认为缺乏证据,这种文明极其罕见。

但是,如果其他类似人类的文明不可能存在,那么是否存在其他形式的生命——也许比我们更适合在宇宙中传播?这些生命形式是否有可能相互交流(非人类的SETI)?我们发表在《生物系统》(Biosystems)杂志上的新研究表明,答案是肯定的。微生物,比如细菌,可能是宇宙生命的统治者——它们比我们想象的要聪明得多,事实上,我们展示了微生物如何在没有人类干预的情况下模仿SETI计划。

为了理解微生物,我们需要挑战我们以人类为中心的偏见,虽然我们很多人认为微生物是导致疾病的单细胞生物,但事实并非如此。微生物是松散组织的多细胞实体,以细菌为例,它以拥有数十亿成员的社会团体的形式生活,这些群体具有“思考”和决策能力。

一个典型的细菌菌落是一个控制论实体——一个解决环境问题的“超级大脑”。更重要的是,地球上所有的细菌菌落都相互连接成一个全球细菌超级系统,被称为细菌圈。在过去的30亿年里,遗传信息的“万维网”一直在调节着地球上有机元素的流动,其方式将永远超出人类的能力。例如,它们循环重要的营养物质,如碳、氮和硫。

即使在今天,细菌仍然是地球上最占优势的生物,把细菌带出生物圈,生命就会逐渐崩溃,因此,细菌可能比我们更适合宇宙旅行和交流。最近的一项研究发现,陆地细菌可以在太空中至少存活三年,可能更长。此外,细菌可以在休眠状态下存在数百万年,很明显,微生物是非常有弹性的。

的确,生源说假说的不同版本支持这一观点,该假说认为微生物生命存在并在宇宙中旅行。最近的数学模型支持了这一观点,它表明微生物不仅可能在我们的太阳系中旅行,而且可能在整个银河系中旅行。

微生物SETI

微生物SETI是如何工作的?我们相信细菌圈有可能复制人类SETI的所有步骤。人类SETI的第一步是有能力读取宇宙尺度的信息。例如,使用射电望远镜,我们可以分析遥远的宜居行星。第二步是发展技术和知识,以评估宜居行星是否有生命。第三步是向有智慧的外星人宣传我们在地球上的存在,如果他们对最初的信号做出反应,就试图与他们取得联系。

我们的微生物SETI版本如下图所示。微生物读取宇宙尺度信息的能力有限。例如,蓝藻可以读取来自太阳的可见光部分电磁波谱(第一步)。这种生物现象被称为向光性,例如,当植物转向或远离太阳或其他光源时就会发生。

(Image credit: microbial seti)

第二步对地球上生命的发展至关重要,蓝藻以光合作用(将水、阳光和二氧化碳转化为氧气和营养物质)的形式发展了一种生物技术,在漫长的进化过程中,这一过程将这个死亡的星球转变成了一个有生命的星球,或者说是细菌圈,微生物的生命变得更加复杂,在过去的6亿年里创造了植物和动物,然而,细菌仍然是地球上最主要的生命形式,光合作用作为细菌技术的一种形式,一直为地球上的生命提供燃料。

第三步是具有相似化学物质的微生物之间的相互吸引和交流,如果外星微生物共享基于碳的化学和代谢,包括DNA、蛋白质和其他生物分子,那么它们应该能够无缝地融入地球的细菌圈,相反的过程也有可能。地球上的微生物可以通过小行星进入太空,在宇宙的其他地方播种生命。或者人类作为未来的宇宙旅行者,可以借助人类微生物群作为微生物载体。

要理解微生物SETI,我们需要从进化的角度理解智能的概念,这将使我们能够更好地评估细菌的智能,以及它在人类和微生物SETI环境中的能力,一些生物学家认为,人类智能只是包括微生物和植物在内的众多自然智能中的一个片段。

我们还需要重新评估作为智慧文明标志的技术特征,根据物理学家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)的说法,技术先进的文明必然有巨大的能源需求。这些需求可以通过在行星周围建造被称为戴森球体的宇宙巨型结构来实现,这种结构可以从主星上获取能量,因此,通过观察恒星发出的光是否被阻挡来寻找这样的球体可能是一种找到它们的方法。

但是,如果类人文明确实很罕见,那么寻找这样的结构就没有意义了,相反,在宜居行星上寻找微生物生命的迹象可能更合适。

寻找地外生命的前进之路可能是在行星的大气层中寻找生命的气体,如氧气、甲烷或磷化氢,这些都是由微生物产生的。在金星大气中发现的磷化氢是一个有希望的线索,但现在看来值得怀疑,因为一项新的研究表明,信号可能是二氧化硫而不是磷化氢。然而,除了继续努力,我们别无选择。幸运的是,詹姆斯·韦伯太空望远镜在今年晚些时候发射时,应该能够扫描围绕太阳以外恒星运行的行星的大气层。

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