生命能在富含氢气的外星世界生存吗?

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根据一项新的研究,生命可以在100%氢气的环境中茁壮成长,这一发现可能会彻底改变我们对宇宙中生命如何存在(以及存在于何处)的认知。

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2020年2月17日,美国宇航局的“朱诺”号宇宙飞船捕捉到了木星南半球的这一景象,木星有一个富含氢的大气层,尽管研究人员认为木星上没有生命,但一项新的研究表明,生命可以在纯氢的环境中生存。(Image: © NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill, © CC BY)

根据一项新的研究,生命可以在100%氢气的环境中茁壮成长,这一发现可能会彻底改变我们对宇宙中生命如何存在(以及存在于何处)的认知。

在这项研究中,麻省理工学院(MIT)的天体物理学家和行星科学家萨拉·西格尔(Sara Seager)带领一组研究人员用大肠杆菌和酵母进行了实验,他们把这些物种放在100%氢气的环境中,令人难以置信的是,微生物存活了下来,这表明了生命是如何在如此极端的环境中生存的,(相比之下,氢只占地球大气的百万分之一,而地球大气主要由氮组成。)

“我想推动天文学家更广泛地思考什么样的行星可能适合居住,”西格尔在一封电子邮件中告诉奇点天文。“生物学家们,如果他们曾经想到富含氢的大气层,就会认为它对生命的生存是有益的,因为我们还不知道氢对生命是有毒的,”她说。然而她指出,天文学家“不知道生命可以在以氢为主的大气中生存,所以我们的工作是提供一个明确而简明的实验证据,证明它是这样的。”

因此,西格尔解释说,研究人员可能会考虑研究系外行星——即太阳系以外的行星,否则他们不会以这些行星为目标去寻找可能存在生命的外星世界。此外,由于氢的大气层通常更大,从行星表面延伸更广,研究人员可以更容易地发现一些,她补充说。

研究微生物

西格尔和她的团队在实验室中研究的微生物在100%氢气的环境中比在“正常”的地球环境中生长得慢,西格尔说。她说:“大肠杆菌的反应慢了几倍,酵母的反应慢了几百倍。”然而,她补充说,“这并不太令人惊讶,因为没有氧气,微生物必须通过发酵获得所有的食物,而发酵产生的能量并不多。”

虽然这个实验展示了生命如何在纯氢的大气中生存,但科学家们并不指望能找到大气中完全由氢构成的系外行星。西格尔说,尽管如此,他们还是希望能找到一些大气以氢为主的系外行星。

仰望星空

西格尔说,这些发现对寻找生命尤其重要,因为天文学家认为,尽管还没有发现生命,但可能存在大气层稀薄、富含氢的大型岩石系外行星。

“我们还不知道有这样的行星,”西格尔说。“理论上说它们应该存在……然而,木星、土星、天王星、海王星、巨大的系外行星和迷你海王星都有H2(氢)和He(氦)主宰大气层——尽管没有人认为那里有生命。”

展望未来,了解到生命可以在氢中存活,研究人员可以扩展他们对遥远系外行星及其大气层的观察,他们可以扩展他们的视野来寻找这样的行星,在用现有的技术进行观测时,他们可能忽略了这些行星,此外,当NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜发射到太空时(太空望远镜目前定于2021年3月发射),他们将能够获得更好的观测结果。

这项研究发表在今天(5月4日)的《自然天文学》杂志上。

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