第一章 什么是天體生物學？

名字背后的故事

“天體生物學究竟是什么？！”一名美國特勤局特工向無線電對講機那頭喊道。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科學會議。埃姆斯研究中心有一座簡易機場，可為“空軍一號”提供安全的著陸點。正是在這條飛機跑道上，2000年4月，比爾 ·克林頓總統帶著他的特勤局隨行人員飛抵舊金山灣區。

這名特工會提出這樣的問題也算正常，畢竟直到20世紀90年代末，學界才對天體生物學的含義達成科學共識—應該很少有外行人或者特勤局特工聽說過這個術語。彼時，NASA開始推進一個由埃姆斯研究中心領導的天體生物學研究項目，而我正是該研究中心的一名空間科學家。一開始，我的一些同事并不喜歡“恒星的生物學”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”（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，很多天體生物學家既關心地球上生命的歷史，也關心其他天體環境中的生命。天體生物學家們一致認為，我們應該首先對地球上的生命是如何演化的有一個明確的認識和了解，以便進一步思考地外空間生命存在與否的問題。然而，現代科學的一個驚人現狀是：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問題！地球上的生命是如何起源的？我們對此有一些認識，但是其中的諸多細節仍然是未知的。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。那么又是什么驅動生命向復雜的有機體演化，而不是僅僅保持簡單的形式呢？我們仍然不清楚。

為了填補這些人類認知的空白，天體生物學作為研究地球上生命的起源與演化，以及其他天體環境中可能存在的各種生命形式的科學分支應運而生。這是我自己更喜歡的一個定義。NASA則把天體生物學定義為：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，或者對宇宙環境中生命的研究。在這一范疇下，天體生物學家既探討“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90年代末，天體生物學作為一個學科誕生，與此同時，四項重大科學進展也橫空出世。1996年，科學家在一塊火星隕石中發現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。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，這項發現都引發了人們對于地外生命的思考。此外，在過去的二十年里，生物學家證實，一些微生物能在比傳統認為的更廣泛的環境條件下存活，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峻的地外環境條件下存在微生物的可能性。第三個發現來自1996年NASA的“伽利略號”探測器所拍攝的被冰覆蓋的木衛二的表面圖像。這些圖像揭示了在木衛二冰面上一些冰塊曾彼此漸行漸遠，說明在冰層下可能存在海洋。第四項是，自20世紀90年代中期以來，天文學家陸續觀察到越來越多圍繞其他恒星運動的系外行星。上述這些發現表明，生命可能定居在這些遙遠的系外行星上，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？