“水也许并非宇宙生命的唯一液体要素”。
不过,现在的生物教科书仍然坚持水是生命唯一的液体要素。
这并不奇怪,因为迄今已知的所有地球生命,从低级的细菌到高等的人类,无不依赖两种基本的化学成分:碳和水。
碳,具有一种罕见的能力,能把各种基本元素黏合在一起,从而形成对生命意义重大的复杂分子,因此被誉为“生命的脊梁”。水,则是一种非常非常重要的介质,一切复杂分子都浮游在水中,并在水中完成生命所需的种种基本的化学反应,除水之外没有其他任何液体能够胜任这个工作。发往火星和金星的探测器强化了这种观点——它们在这两颗星的贫瘠、干燥的表面没有发现一滴水,更没有发现传说中的“小绿人”。
但是,生物化学家、行星学家、遗传学家等多领域科学家曾共同推出的一份报告,颠覆了长期以来科学界对生命的“经典思维”。该报告指出,水不一定是生命必不可缺的条件,生命有可能依赖其他液体如甲烷、乙烷、氨水等存活。该报告甚至还大胆猜测,外星生命可能不需要由碳而是由硅构成,DNA也不一定非要由磷构成,也许可以用砷代替。总之,外星生命无论是在构成还是在外形方面,都可能与地球生命大相径庭。
如此看来,我们无法排除这样的可能性:在宇宙的某个或某些地方,一些奇怪的生物渴望着呷一口冻氨或甲烷液,来滋润自己干裂的嘴唇,因此,有科学家呼吁:我们应该换个思路寻找外星人。
生活在甲烷海洋里?
乍一想,宇宙中其他地方的生命应该跟地球上的生命很相像,因为在宇宙的任何地方,水、碳以及诸如蛋白质和DNA这样的特殊分子都是支撑生命的最佳选择。的确,碳很适合为复杂的生物分子充当“脚手架”。碳原子链与氧、氮、氢等其他元素结合,就构成了生命的“脊梁大分子”,比如氨基酸、蛋白质、DNA和复杂的多糖分子,其中多糖分子能够贮存能量,并且有助于植物和昆虫形成自己的硬质结构。
碳还是宇宙中仅次于氢、氦、氧的最常见的元素,所以最容易被生命得到和使用。在陨石中,人们发现了氨基酸和碱基之类的有机分子,其中氨基酸和碱基可以结合形成蛋白质和DNA,
而蛋白质和DNA都是构筑“生命大厦”的基石。实验室研究证实,这些关键性的分子能够在从-80℃到-℃的很宽的温度范围内自发形成。如此看来,不管在宇宙的什么地方,生命出现的“基本的基本”是碳。
生命出现的第二个“基本的基本”是水(这也是科学家急于在其他行星上找到水的原因)。水具有太多了不起的特性。比如,水分子擅长为其他分子输送氢原子,而氢原子被这些分子作为催化剂,在诸如分解糖以获取能量的生化反应中使用。又如,在大气压力下,水能够在很宽的温度范围内保持液态,因此是一种绝佳的介质,生物分子在水中可以自由漂浮,直至碰到一个可以与之发生反应的分子。
不过,“卑微”之水最不同寻常的地方,是集很高的表面张力(水滴的表面是如此富有弹性)和极低的黏性(水流起来是如此顺畅)于一身。
观察落在汽车挡风玻璃上的雨滴,从它们比油滴快得多的流动速度,你就容易理解水的这个特质。正因为这个特质,与其他任何液体相比,水都能更好地在蛋白质这类瘦长分子周围形成支撑“笼”,从而帮助蛋白质保持折叠,同时让糖分子之类的小分子四处游动,直到它们被消耗掉。毫无疑问,作为生命基本化学反应的摇篮,水的确是十分惊人的。不过,有科学家认为,地球生命如此依赖水只是一个特例,因为水是地球上唯一真正充沛的液体,
所以地球上的生物才学会了运用水。他们说,如果在某一个更温暖的行星上,硫酸海洋取代了地球上的水的海洋,谁能断定那里的硫酸海洋就不能支撑生命?如果在另一个更寒冷的行星上,甲醇、氨甚至甲烷海洋取代了地球上的水的海洋,又有谁能断言这些海洋中没有游动着的生命?按照他们的观点,水之于生命,未必就是独一无二、不可或缺的。
外星生命或许并不依赖水,而是把硫酸甚至氢氟酸(氟化氢的水溶液)当水喝。硫酸和氢氟酸都“恶名昭著”,因为它们都是强腐蚀剂,能一下子“烧”穿你的肌肤。不过,大多数地球人所不清楚的是,这一“灼烧”过程离不开水——正是水分子将蛋白质撕成碎片,而酸本身只是催化了这一进程而已。如此看来,硫酸和氢氟酸并不是天生的“恶棍”,假如没有水这个“元凶”,它们就恶不起来。实际上,无水的硫酸或者氟化氢都是很温和的溶剂。
有科学家推测,在金星大气的硫酸云滴里可能生活着依赖酸生存的酸基微生物。
它们最初可能出现在金星表面,当时的金星还很年轻,比现在凉爽得多。后来,随着金星被大大加热,这些微生物不得不撤退到云中求生。在距离金星表面50千米的高空云层中,气压只有1个地球大气压,温度也降至20℃~80℃,或许金星微生物就生活在这一高空云层及以上。
即使是在距离金星表面如此远的云层中,云滴的酸性也强到了跟电池酸性不相上下的程度。或许你会说:在这种环境中怎么可能存在生命?事实上,在地球上至少已知一种细菌能生活在如此恶劣的强酸性环境——炽热硫酸泉中。这种耐热又耐酸的细菌之所以能够存活,是因为它们把硫酸挡在了自己的细胞之外。不过,对于金星细菌来说,它们的细胞中应该充满纯硫酸,所以它们的生存策略可能正好相反——把水挡在外面,把纯硫酸保持在体内,不然两者相遇,后果不堪设想。
飘飞在硫酸浓云中?
已经有证据表明,外星生命或许根本就不需要水。
现在,很多科学家都指出,水的特性其实并非独一无二。我们知道,细胞需要进行一系列重要的化学反应以便消化养分,氢离子在这些反应中起催化作用,而水则担负着四处运送氢离子的任务,水因此被认为是“生命之液”。但是,科学家发现,氢氟酸、硫酸、氨水甚至过氧化氢也能担负同样的责任。
酶是一种最基本的生物催化剂。直到几十年前,科学家还坚信酶不可能在非水介质中工作,但现在他们惊奇地发现,在一定条件下,酶在乙烷等碳氢化合物液体中照样能正常工作。
根据这些新的发现,我们不妨大胆想象:火星贫瘠、干燥的土壤中或许生活过以氧化氢为基础的微生物,
而在金星的浓云中则飘飞着以硫酸为基础的“金星人”。
在所有可能支持生命存在的液体中,最怪异的当属二氧化碳。在地球上,二氧化碳以气态的形式存在。但是,在海王星和金星以及其他大小及条件与之相似的行星上,气压可以达到90倍地球大气压,二氧化碳可能压缩成准液态,化学家称之为“超临界状态”。如果你跳进一个盛满超临界二氧化碳的池子,你会感觉自己像是在空气中飘飞,这是因为超临界二氧化碳分子不像大多数液体分子那样结合紧密。有人已经在超临界二氧化碳中测试过酶,结果发现它在超临界二氧化碳中的表现同在丙酮和乙醚中一样好。