天體生物學(xué)：解救“來自宇宙的災(zāi)難”

凱萊布·沙爾夫+等

自從人類第一次意識(shí)到在地球和太陽系之外存在其他世界的可能性之后，天文學(xué)與生物學(xué)便被有機(jī)地結(jié)合起來，產(chǎn)生了一門新的、令人興趣盎然的學(xué)科。但這兩門學(xué)科真正融合起來，形成今天的天體生物學(xué)，則始于1 9 5 7年10月4日。當(dāng)天，一個(gè)7米大小的鋁合金球體——“斯普特尼克1”號(hào)人造衛(wèi)星從哈薩克斯坦的沙漠草原升空，飛入近地軌道。此后幾周，“斯普特尼克1”號(hào)人造衛(wèi)星不斷發(fā)出無線電信號(hào)，預(yù)示著一個(gè)全新且未知的世界誕生

了。3個(gè)月后，“斯普特尼克1”號(hào)人造衛(wèi)星跌跌撞撞地穿越大氣層，回到地球，而人類則首次實(shí)現(xiàn)了地球歷史40多億年來在太空軌道飛行方面的一個(gè)小進(jìn)步。

在“斯普特尼克1”號(hào)冉冉升空時(shí)，一位名叫約書亞·萊德伯格的美國人正在墨爾本大學(xué)任客座教授，當(dāng)時(shí)他才32歲。萊德伯格1925年出生后，隨父母遷往新澤西州。他是一個(gè)神童，聰慧、博學(xué)，而且具有過目不忘的天才本領(lǐng)。他在高中及以前不斷跳級(jí)，15歲就被哥倫比亞大學(xué)錄取。萊德伯格在哥倫比亞大學(xué)獲得動(dòng)物學(xué)學(xué)位之后又進(jìn)軍醫(yī)學(xué)界，并且隨著研究興趣的轉(zhuǎn)移，他申請(qǐng)并入讀耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院。1958年，33歲的萊德伯格由于在耶魯大學(xué)讀書期間（確切說，是21歲時(shí)）在微生物遺傳學(xué)和細(xì)菌轉(zhuǎn)基因領(lǐng)域的成就，獲得了諾貝爾醫(yī)學(xué)或生理學(xué)獎(jiǎng)。

在當(dāng)時(shí)，如同其他主要西方國家一樣，澳大利亞也被蘇聯(lián)導(dǎo)彈鎖定。蘇聯(lián)人這么做不僅僅是為了顯示其在該技術(shù)方面的超強(qiáng)實(shí)力，也是為了顯示超級(jí)大國可以輕松跨洋發(fā)射核彈頭，從而對(duì)其西方敵對(duì)國產(chǎn)生威懾。然而，萊德伯格的靈感激發(fā)面與周圍的人都不相同。在他看來，這種環(huán)境與背景更有利于打破一種看不見、摸不著的思想或者意識(shí)壁壘，這種壁壘可以將一些實(shí)質(zhì)上無趣的東西屏蔽在外，同時(shí)也蘊(yùn)含著科學(xué)的絕佳機(jī)會(huì)。

如果人類以后能夠?qū)崿F(xiàn)太空行走乃至旅行，那么必將在其他星球散播地球上的各類生命體，并且可能將外星病原體等生物帶回地球。正如萊德伯格所言，無論發(fā)生以上所述的哪一種情況，都有可能毀滅太陽系的本土生命，包括人類本身。由于所預(yù)測的情況不容樂觀，萊德伯格回到美國，全身心投入天文學(xué)和生物學(xué)交叉學(xué)科領(lǐng)域的研究，并寫信給美國國家科學(xué)院，就上述迫在眉睫的危險(xiǎn)向其同行提出警告。

》我們隨時(shí)都有可能毀滅太陽系內(nèi)的生命

到了1958年春天，萊德伯格關(guān)于“來自宇宙的災(zāi)難”的學(xué)說開始令人們感到緊張，這一學(xué)說也因而引起了廣泛關(guān)注。萊德伯格的學(xué)說并不僅僅是為了嚇唬一下研究者和決策者，事實(shí)上，它標(biāo)志著一種拋開地球常規(guī)思維限制的新型科學(xué)的誕生。用萊德伯格自己的話來說：“我是當(dāng)時(shí)唯一認(rèn)真對(duì)待進(jìn)行地球外思想探索活動(dòng)的生物學(xué)家?！彼闹卮笥绊懸恢痹谘永m(xù)，在接下來的幾年中，萊德伯格成功地將生物學(xué)探索直接納入美國航空航天局的研究與訓(xùn)練日程中，并形成了一個(gè)新術(shù)語和學(xué)科——“天體生物學(xué)”，以展示對(duì)地球外生命研究的重要性。

天體生物學(xué)對(duì)太空探索的方式產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。為了對(duì)航天器進(jìn)行消毒，并對(duì)其可能帶回地球的地球外生命進(jìn)行檢疫，相關(guān)部門與研究人員一起制定了嚴(yán)格的操作指南。美國航空航天局設(shè)立無菌操作間，對(duì)工作人員進(jìn)行全員藥物除菌，并在發(fā)射前對(duì)相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行灼燒消毒?？茖W(xué)家則著手粗略計(jì)算地球外星際中生物污染物的風(fēng)險(xiǎn)等問題的研究。此時(shí)，其中一項(xiàng)已經(jīng)成熟的標(biāo)準(zhǔn)要求每次任務(wù)必須將外星生態(tài)系統(tǒng)感染的可能性降低到1/10000以內(nèi)。這一標(biāo)準(zhǔn)看起來的確有些過于嚴(yán)格，但從另一層面也體現(xiàn)了人類對(duì)外星生物污染的零容忍度。

后來，當(dāng)“阿波羅11”號(hào)航天飛機(jī)成功返航時(shí)，宇航員們首先被封鎖在改裝的滅菌操作間里進(jìn)行了3個(gè)禮拜的慎重隔離，而不是馬上舉行慶功活動(dòng)。有一張眾所周知的圖片顯示，尼克松總統(tǒng)對(duì)著阿姆斯特朗、奧爾德林和柯林斯露齒而笑，而三人都被安置在滅菌操作間的密封窗后面。在“阿波羅14”號(hào)航天飛機(jī)成功返航之后，人們終于確定月球表面的環(huán)境是完全無菌的，于是取消了后續(xù)的隔離檢疫。

然而，萊德伯格的研究并不止步于此。他和年輕的助手卡爾·薩根在20世紀(jì)60年代初成為志同道合的好友，此后他們一起展開了如何在太陽系內(nèi)探索新興領(lǐng)域，以及如何搜尋地球外生命等方面的研究。1965年，美國航空航天局發(fā)射的“水手4”號(hào)航天器掠過火星表面，并成功地發(fā)回火星表面的近距離圖像。圖像顯示，火星表面荒涼且布滿坑洞，火星是一個(gè)干旱荒涼的星球，沒有植被、沒有文明，甚至幾乎沒有大氣層。

這起事件展示了一個(gè)至關(guān)重要的時(shí)刻。之前人類對(duì)太陽系存在其他生命抱有樂觀的想法，但是“水手4”號(hào)的調(diào)查結(jié)果駁斥了這一想法，并揭示了天體生物學(xué)研究將會(huì)遇到的最大挑戰(zhàn)——如果火星等星體存在生命痕跡，則可能要使用顯微鏡才能發(fā)現(xiàn)它們。從這一事件出發(fā)，萊德伯格、薩根和其他研究人員迅速從概念角度借助微生物和化學(xué)實(shí)驗(yàn)展開了先驅(qū)性研究。

1976年，登陸火星表面的“海盜”號(hào)航天器達(dá)到了光輝的頂點(diǎn)。這臺(tái)航天器攜帶了高靈敏度的自動(dòng)化增（降）壓艙，專門用于培育和檢測火星紅色土壤中可能潛伏的微生物——那是這片荒涼的土地上，生命體最后可能存在的避難所之一。

然而，盡管攜帶的儀器非常精密，但從很多方面來講，“海盜”號(hào)航天器的火星探測任務(wù)也標(biāo)志著萊德伯格式地球外生物學(xué)研究的結(jié)束?！昂１I”號(hào)航天器并沒有發(fā)現(xiàn)它試圖尋找的微生物，以及其他類型的生命體。航天器內(nèi)的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也出人意料，現(xiàn)在對(duì)這些當(dāng)時(shí)令人困惑的實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出的解釋為火星表層土壤具有可怕的化學(xué)特性，而且這些土壤中富含有害的氧化物，類似于火箭燃料中使用的物質(zhì)?？傊?，“海盜”號(hào)航天器的發(fā)現(xiàn)表明，要想在地球以外尋找到生命，比原本預(yù)期的困難得多。

》我們過去忽視了太多地球上的生命，這意味著我們可能對(duì)別處的生命忽視得更多。

出于對(duì)外在變化的響應(yīng)，以及自身發(fā)展的要求，天體生物學(xué)研究后來逐漸擴(kuò)大為一個(gè)更為廣闊的科學(xué)領(lǐng)域，綜合了包括陸地微生物學(xué)、生命起源學(xué)、星際化學(xué)以及地球物理學(xué)在內(nèi)的多種學(xué)科，甚至包括一些簡單的宇宙學(xué)內(nèi)容。這可不是一個(gè)輕而易舉的轉(zhuǎn)型，但萊德伯格關(guān)于天體生物學(xué)最初愿景中的大部分內(nèi)容依然存在，而正是這些意義深遠(yuǎn)的問題，引起了人類更廣泛和深遠(yuǎn)的興趣。在美國，美國航空航天局一直堅(jiān)持進(jìn)行著一系列規(guī)?？涨?

的跨學(xué)科外太空研究，研究范圍從進(jìn)化生物學(xué)到宇宙化學(xué)，試圖尋求科學(xué)上的突破。

在20世紀(jì)70年代末到80年代，在極端環(huán)境中發(fā)現(xiàn)地球生命體這一現(xiàn)象重新刺激了科學(xué)家的想象力。人們?cè)诤Ｑ笊钐帞?shù)千米以下的地方，和火山通風(fēng)系統(tǒng)的氣孔中發(fā)現(xiàn)了食用有毒超高溫臭氣的微生物和一些稍大的生物。后來，進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，一些細(xì)菌能在極端的干燥、電離輻射和冰凍環(huán)境中輕易存活。后來卡爾· 伍茲和一些科學(xué)家定義了古生菌的研究領(lǐng)域，并提出了一系列關(guān)于生命起源的新思路，而托馬斯· 戈?duì)柕聞t談到了行星地下

環(huán)境中生命存在的可能性與意義。此外，當(dāng)時(shí)還出現(xiàn)了另一種思潮，即我們過去忽視了太多地球上的生命，這意味著我們可能對(duì)別處的生命忽視得更多。

然而，直到20世紀(jì)90年代，科學(xué)家才勉強(qiáng)給出天體生物學(xué)所研究問題的范圍，這些成就讓該學(xué)科被正式命名為“天體生物學(xué)”。天體生物學(xué)是天文學(xué)和生物學(xué)的全方位結(jié)合，要求人們將生命理解為一個(gè)正常的宇宙現(xiàn)象。從此，一個(gè)泛學(xué)科的研究領(lǐng)域開始形成，就像1995年首次發(fā)現(xiàn)環(huán)繞類日恒星運(yùn)行的宜居行星一樣。

現(xiàn)在回想起來，正是一連串偶然的重大發(fā)現(xiàn)才使天體生物學(xué)發(fā)展到如今的高度，從最初的細(xì)菌問題和“斯普特尼克1”號(hào)人造衛(wèi)星，到后來太陽系系外行星的發(fā)現(xiàn)。如果這些發(fā)現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)有所不同，我們可能在不知不覺中鑄成大錯(cuò)，并將太陽系污染得到處是細(xì)菌，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了自然傳播的范疇。如此一來，人類就阻礙并浪費(fèi)了研究可能存在于其他世界中的生命的機(jī)會(huì)。

》天體生物學(xué)可以說是過去數(shù)百年間最幸運(yùn)和最不幸的學(xué)科

我們所品味的帶有冷戰(zhàn)式裝腔作勢且內(nèi)心偏執(zhí)特點(diǎn)的雞尾酒中，點(diǎn)綴著萊德伯格的睿智思想。他把超級(jí)大國間的太空競賽變成了一場生物體污染預(yù)防戰(zhàn)備，同時(shí)也為我們更密切、更仔細(xì)地觀察其他世界爭取了時(shí)間。如果我們對(duì)早期火星，甚至金星的探索沒有保持清醒的頭腦，則可能錯(cuò)過豐富多彩的生命形式所具有的更深層次的含義。生命不可能憑空出現(xiàn)，它在宇宙舞臺(tái)上出現(xiàn)的頻率是一項(xiàng)至關(guān)重要的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，需要我們深究。獲取這些知

識(shí)一直以來都是最具挑戰(zhàn)性的科學(xué)任務(wù)之一?；谶@些原因，天體生物學(xué)可以說既是過去數(shù)百年里最幸運(yùn)的也是最不幸的科技領(lǐng)域。

這一學(xué)科仍然可能存在一些不和諧的合作關(guān)系——關(guān)于科學(xué)上誰更重要的問題，生物學(xué)家和天文學(xué)家時(shí)常意見相左。但這個(gè)問題的產(chǎn)生是可以理解和處理的，因?yàn)閺暮芏喾矫婵磥?，?dāng)初萊德伯格想要保護(hù)和保持的比任何其他一切都重要。我們的訴求并不僅僅局限于尋找宇宙中生命的豐富多彩，還包括如何將地球放置于合適的宇宙大環(huán)境下，更加充分地了解人類自身，以便人類在無意中且可能不必要造成的環(huán)境變化中實(shí)現(xiàn)自身的穩(wěn)定進(jìn)化。

這一學(xué)科還暗示在外太空中可能存在一些價(jià)值巨大，但尚未被地球人類發(fā)現(xiàn)的其他生命群體。我們已經(jīng)知道火星曾經(jīng)是一個(gè)比現(xiàn)在的環(huán)境更為宜居的星球，我們也知道銀河系中有許多太陽系中沒有的比地球大一點(diǎn)的行星。即使僅僅分析目前已經(jīng)獲得的原始數(shù)據(jù)，不同的世界也會(huì)展現(xiàn)出非比尋常的多樣性，更何況人類對(duì)宇宙的探索目前看來的確永無止境。

有些星球布滿密度很高的巖石或者富含氣體層的奇怪地域，但其他星球可能有著截然不同的地質(zhì)化學(xué)特性，在那里，基巖的主要成分是碳，而不是硅。無論如何，在不久的將來，人類將不得不尋求其他方式來解釋我們?cè)谶@個(gè)行星家族里的位置，而且我們可能不得不依靠天體生物學(xué)來解釋我們所處的位置。那將是知識(shí)的終極合并，把地球生命置于宇宙的舞臺(tái)，彼時(shí)，天體生物學(xué)將迎來自己的春天。