呼吸氢气的外星人？科学家提出寻找外星生命的新方法

一颗系外行星从它的恒星前面经过时的图像（艺术概念图，视角来自行星附近的一个假想点）。

如果说我们在围绕另一颗恒星运行的行星，也就是系外行星上，首次发现了生命存在的证据，那么方式很可能是通过分析这颗行星大气中的气体。已知的类地行星数量正日益增多，要不了多久我们就能在系外行星的大气层中发现与地球生命相关的气体。

但是，倘若外星生命利用的是与我们地球生命不同的化学物质呢？发表在《自然-天 学》（Nature Astronomy）上的一项新研究认为，我们利用大气层寻找生命证据的最佳机会，是将我们的搜索范围从关注像地球这样的行星，扩大到包括那些具有氢气大气层的行星。

当一颗系外行星从它的恒星前面经过时，也就是发生凌星（transit）现象时，我们可以对它的大气层进行探测分析。此时，恒星的光必须穿过行星的大气层才能到达我们，其中一些光会随着它的移动而被吸收。通过查看恒星的光谱（恒星的光会根据波长分解成不同的谱线），计算出由于凌星而丢失的光，就能揭示系外行星的大气由哪些气体组成。记录系外行星大气是一拖再拖的詹姆斯·韦布空间望远镜（James Webb Space Telescope）的任务目标之一。

如果我们找到的是一种化学成分与我们预期不同的大气，最简单的解释之一就是它正是因生命过程持续产生而存留的。在我们的星球上就是这样，地球的大气中含有甲烷（CH4），理论上它会与氧气自然反应生成二氧化碳，但是由于生物过程的不断补充，甲烷得以持续存在于大气中。

另一种看待这个问题的方式是，如果在大约24亿年前开始的所谓的大氧化事件（Great Oxygenation Event）中，光合微生物没有将二氧化碳转化为氧气，氧气就不会存在。

超越氧气

氢分子是所有分子中最轻的，很容易逃逸到太空。一颗岩质行星需要具有足够强的引力才能控制住氢大气层，它得是一个质量大约为地球2～10倍的“超级地球”。氢可能是直接从行星生长的气体云中捕获的，也可能是后来通过铁和水之间的化学反应释放出来的。

以氢气为主的大气密度大约只有像地球这样以氮气为主大气密度的1/14，相应的行星周围大气包络层厚度也因此变成了14倍，很容易在光谱数据中被研究人员发现，更显著的厚度也将提高我们通过光学望远镜直接成像来观察这种大气的机会。

实验室中呼吸氢气的生命

这很有意思，但对于生命可以在氢气气氛下蓬勃发展这一论点来说，还是九牛一毛。实际上我们已知的是，地壳中的许多微生物都通过代谢氢而生存，甚至还有一种多细胞生物在地中海底部的无氧区度过了一生。

Spinoloricus cinziae，一种微小的多细胞生物，它就完全不需要氧气来维持生命，大小约为50微米。

地球的大气在一开始时并没有氧气，但含有的氢气量也不可能超过1%。早期地球生命可能不得不通过氢气与碳反应生成甲烷来进行代谢，而不是像人类那样通过氧气与碳反应生成二氧化碳。

生物特征气体

不过，这项研究确实取得了重要发现。研究人员证明，生活在氢气气氛下的大肠杆菌，产生了数十种不同的气体，具有“惊人的多样性”，其中的许多气体可以作为氢气环境中可检测的“生物特征”，如二甲基硫醚、羰基硫和异戊二烯。这增加了我们识别系外行星生命迹象的机会，毕竟你必须得知道要寻找的是什么。

也就是说，使用氢气的代谢过程效率低于使用氧气的代谢过程。然而，对天体生物学家而言，呼吸氢气的生命已经是一个既定的概念。有感知能力的氢气呼吸器甚至已经出现在了一些理性的科幻小说中，例如大卫·布林（David Brin）的“提升（Uplift）”系列小说。

大卫·罗瑟里（David Rothery），英国开放大学（The Open University）行星地球科学教授

[1] https://theconversation.com/hydrogen-breathing-aliens-study-suggests-new-approach-to-finding-extraterrestrial-life-137630

[2] Seager, S., Huang, J., Petkowski, J.J.et al.Laboratory studies on the viability of life in H2-dominated exoplanet atmospheres.Nat Astron4, 802–806 (2020).

[3] Danovaro, R., Dell'Anno, A., Pusceddu, A., Gambi, C., Heiner, I. and M?bjerg Kristensen, R., 2010. The first metazoa living in permanently anoxic conditions.BMC Biology, 8(1).