生命科學

異形就在你身邊?

宛若外星生物的異形生命就在我們周遭,只是我們視而不見?

撰文/戴維斯(Paul Davies)
翻譯/姚若潔

生命科學

異形就在你身邊?

宛若外星生物的異形生命就在我們周遭,只是我們視而不見?

撰文/戴維斯(Paul Davies)
翻譯/姚若潔

重點提要
■許多科學家相信,只要有正確的環境條件,生命便可能誕生,那麼在地球上生命可能已經起源了不只一次。研究者正在尋找第二次生命誕生的證據,方法是尋找生物化學上與已知生物不同的奇特微生物。
■尋找另類生命形式的最佳場所之一,是生態上沒有已知生命存在的地區,例如海底火山口或南極的乾谷。
■異形微生物也可能就潛伏在我們身邊。科學家探索這種可能性的方法,是搜尋另類生物化學的痕跡。

生命的起源是科學尚未解開的大謎題之一。沒有人知道生命到底是如何發生、在哪裡發生、又是何時開始的。我們能確定的只有微生物大約在35億年前開始在地球上立足。至於更早之前,由於缺乏可信的證據,可說是眾說紛紜。

30年前,生物學家之間流行的看法是:生命的發生源自化學上的偶然。因為發生的可能性實在太小,在我們觀察能力所及的宇宙範圍中,不太可能發生第二次。這種保守的看法,可由與諾貝爾獎得主、法國生物學家莫納德(Jacques Monod)在1970年的文章得到例證:「人類至少明白,自己在無情而浩瀚的宇宙中是孤獨的。人類的出現只是一種偶然。」然而近年來,這種看法卻有極大的轉變。1995年,知名的比利時生物化學家杜維(Christian de Duve)認為,生命是「宇宙的必然」,並宣稱生命在任何與地球相似的行星上「幾乎一定會發生」。杜維的說法加強了天文生物學家的信念,認為宇宙裡生機盎然,美國紐約大學的夏匹洛(Robert Shapiro)把這種理論命名為「生物決定論」(biological determinism),也就是說「生命就寫在自然定律裡」。

科學家如何確認哪一種看法才是正確的?最直接的方法,是到別的星球(例如火星)尋找生命的證據。如果太陽系中的兩個行星都從無中生有、誕生了生命,便能確立生物決定論,可惜的是,可能還要很長的時間,探索紅色星球的太空任務才能進步到足以搜尋火星上的生命形式(如果它們真的存在),藉此仔細研究地球以外的生物相。

不過,要測試生物決定論,比較簡單的方法還是存在的。沒有別的星球比地球更像地球,如果生命的確在地球的環境條件下就這麼誕生了,或許在地球上,生命的起源已經發生過許多次。為了探索這種引人入勝的可能性,科學家已經在沙漠、湖泊、洞穴中尋找各種「異形」生命,也就是因為擁有獨立的起源,而與所有已知的生物有著根本差異的生物。這樣的生物應該十分微小,所以研究者設計的測試,是要能辨認出可能就生活在你我身邊的特異微生物。

科學家對生命的嚴格定義還未達成共識,不過多數同意生命有兩個註冊商標:代謝(從環境中取得營養物,把營養物轉變為能量,並排出廢物)以及繁殖。生命起源論的正統觀點是,如果地球上的生命興起不只發生過一次,其中一種形式會迅速取得優勢,並消滅其他形式。舉例來說,可能是因為其中一種形式很快地佔據所有可用的資源,或是和較弱的生命形式「結盟」,把成功的基因完全佔為己有。不過這種論述的證據卻很薄弱,例如細菌與古生菌(archaea)是兩種形式截然不同的微生物,在30億年前從共同祖先分家以來,就一直和平共存至今,誰也沒有把誰消滅掉。另外,另類的生命形式不見得會與已知的生物直接競爭,因為這些「異形」生物可能居住在已知微生物無法生存的極端環境中,或是因為這兩種形式的生命使用了不同的資源。

真的有異形生物嗎?

即使另類的生命形式現在並不存在,還是有可能在因某種理由滅絕之前,繁盛於遙遠的過去。在這種狀況下,科學家仍有機會從地質記錄裡找到它們遺留的生物學痕跡。假設另類的生命形式擁有截然不同的代謝,可能會以已知生物活動所不能解釋的方式,改變岩石或製造礦物質沉積。以獨特有機分子形式形成的生物標記,而且是我們熟知的生命形式無法創造的有機分子,可能隱藏在古老的微化石(microfossil)中,形成的時間可以追溯到遙遠的太古代(25億年前)。

有一種更令人興奮但也更異想天開的可能是,另類的生命形式至今仍然存在,而且就生活在我們的環境之中,形成一種「影子生物圈」(shadow biosphere)。這個名詞由科羅拉多大學波爾德分校的克萊蘭(Carol Cleland)與卡普里(Shelley Copley)所創。這個想法乍看之下可能頗為矛盾;如果異形生物就在我們眼前(甚至眼皮上)大肆活躍,科學家豈不早該發現它們了?答案卻是否定的。絕大多數的生物是微生物,而單是從顯微鏡下觀察,幾乎不可能區別出它們是什麼東西。微生物學家必須分析遺傳序列,才能決定一個生物在生命樹(把所有已知生命依據親緣關係而做的分群)中的位置。但是到目前為止,研究者也只對所有已發現的微生物中一小部份做過分類。

可以確定的是,目前仔細研究過的生物,幾乎都來自共同的祖先。已知生物共有相似的生物化學,也使用幾乎相同的遺傳密碼,所以生物學家可以分析它們的基因序列,然後將之安置在同一株生命樹上。不過研究者用來分析新發現生物的程序,是刻意設計成偵測我們認知中的生命形式,這些技術無法正確地對另類的生物化學有反應。如果影子生物只存在於微生物領域,科學家看漏了它們,也是非常可能的。

生態上與世隔絕的異形

在今天的地球上,研究者該到哪兒尋找異形生物?有些科學家專心搜尋佔據特殊生態區位的生物,但這些生態區位遺世獨立,一般所知的生物根本無法到達。近年來的發現則是,已知生物承受極端嚴酷條件的能力,實在令人驚訝。從滾燙的火山口到南極的乾燥峽谷等極端的環境,都有微生物存在,其他「極端微生物」(extremophile)還可以生活在在於鹽濃度飽和的湖泊中、含金屬的極酸礦坑污染物中,以及核子反應的廢水池裡。

儘管如此,最強韌的微生物還是有其極限。就我們所知的生物而言,液態水是絕不可少的。在智利北部的亞他加馬沙漠(Atacama Desert)就因為極為乾燥,完全沒有熟悉生命形式的跡象。再者,雖然有些微生物可以在一般水沸點之上的溫度繁殖,但目前為止,科學家還沒發現任何東西可以在130℃以上存活。

然而,可想像的是,另類的生命形式可能在更極端的乾燥或溫度條件下存活。

所以,在生態上隔絕的地區,科學家或許能藉由生物活動的線索,例如在地面與大氣之間的碳循環中,找到另類生命形式的證據。要尋找這種隔絕的生態系,最明顯的地方是地殼深處、大氣上層、南極、鹽礦、以及金屬和其他污染物的堆積處。另外,研究者可以在實驗室中控制不同的條件(如溫度或濕度),直到所有已知的生命形式死絕;如果某種生物反應還留存著,那就有可能是影子生命存在的徵兆。科學家已經用這種技術發現了可承受輻射的抗輻射奇異球菌(Deinococcus radiodurans),這種細菌所能承受γ射線劑量,是人類致死劑量的1000倍。不過,抗輻射奇異球菌和所有已經鑑定出來所謂的嗜輻射生物(radiophile),在遺傳上都與已知生命有關聯,所以它們並不是異形的候選者。不過這並不排除以此種方法找到另類生命形式的可能性。

研究者已經整理出好些生態系,看起來應該與生物圈的其他部份完全隔離。在地底深處的微生物,無法接觸到光、氧氣以及其他生物的有機產物。它們賴以維生的方法,是某些微生物能利用化學作用或輻射活動所釋放的二氧化碳或氫氣,以行使代謝、生長與繁殖等活動。雖然目前為止發現的微生物與地表微生物的關係都很接近,但地下深處的生物探險仍處於初步階段,可能還有更多驚奇有待發掘。國際整合海洋鑽探計畫(Integrate Ocean Drilling Program)已經從海床底下將近一公里的深度採得岩石樣本,陸地鑽孔也從更深的地層發現生物活動的訊息。不過,目前為止,研究社群還未進行有系統且大規模的計畫,來偵測地下深處是否有生命存在。…

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2008年第71期1月號】



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