《异形》是儿童的瑰丽幻想，是影视作品经久不衰的主题，也是天体生物学家努力寻找的对象如果太空探索中有线索，如何确定它来自外星生命的活动一项直指生命本质的新研究，可能为寻找地外生命的事业开辟一种新的思路
在寻找地外生命的过程中，天体生物学家总是在寻找最简单，最强大的生命形式，因为它们最有机会在恶劣的外星环境中生存可是，与简单生物体相关的化学物质通常可以通过非生物途径产生所以科学家有时候会认为发现了外星生命，但是没有确凿的证据
不仅如此，外星生命可能与地球生命大相径庭比如《硅基生命》就是科幻作品的常客我们怀疑它们的长链分子主要由硅构成，而不是碳，因此它们的化学成分与我们熟悉的生命完全不同在这种情况下，如何寻找外星生命生命是否有什么特别之处，让我们能够准确地知道它的存在
我找到了，但是没有。
在20世纪70年代中期，美国宇航局的两个海盗探测器飞往火星寻找生命，但他们的结论是有争议的探测结果表明火星上可能存在生命，证据来自一项同位素标记实验:微生物所需的食物用碳14标记，加入火星土壤样本中，如果微生物吃了标记的食物，这些微生物会释放出放射性二氧化碳，仪器会检测到
结果显示，在火星上相距6500公里的两个维京着陆器的土壤中检测到了放射性二氧化碳，而对照组的土壤中没有检测到，这表明火星的土壤中发生了微生物代谢可是，这两个维京人进行的其他生命探测实验没有发现任何生命迹象
海盗2号着陆器拍摄的火星图像
1996年，科学家在南极洲发现了一块火星陨石，其中疑似微生物的微型化石，这似乎为火星上存在生命增加了证据但随后的研究指出，几种非生物途径也容易产生所谓的微化石痕迹
最近有科学家说，在金星的大气中发现了大量的磷化氢，而在地球上，磷化氢主要是由微生物产生的但是其他科学家质疑这个结果他们认为，即使金星大气中存在磷化氢，也可能来自金星的某种奇特火山活动，而非生命活动
这些关于寻找地外生命的故事有一个相似的发展脉络:一开始线索令人兴奋，然后疑点重重，最后否定了生命存在的假设一次又一次，似乎天体生物学家只能找到生物迹象，但可悲的是，生物迹象并不能作为外星生命存在的决定性证据有没有什么指标可以让我们确定发现了外星生命
复杂带来的新思路
发表在《自然通讯》上的一项研究提出了一个新的想法，叫做组装理论组装理论不再关注简单的生物标志，而是关注生命本质的复杂性它基于这样一种思想，即宇宙中任何形式的生物都会用复杂的分子组合来编码生命信息，而这种复杂性与无生命物质有很大不同
在天体生物学领域，呼吁关注复杂性的声音已经持续了一段时间美国宇航局在1994年给生命下了一个复杂的定义:生命是一个自我维持的化学系统，能够进行达尔文式的进化问题是这个定义中包含的关键概念很复杂，很难测试和量化正如美国宇航局首席科学家吉姆·格林所说，我无法建造一台可以寻找进化，繁殖或新陈代谢过程的机器
亚利桑那州立大学生物物理学家，合著者莎拉·沃克认为，组装理论是天体生物学领域的里程碑，因为它首次提出了一种可操作的复杂性测量方法，这使得关于生命本质的理论有机会与实验观测数据相结合。
复杂分子
虽然组装理论适用于各种尺度的物体，但研究人员将重点放在它在分子水平上的应用因为无论是在实验室还是在宇宙中，分子都是生物最基本的组成成分为了衡量分子的复杂程度，团队定义了物质组装指数，并通过算法给不同的分子赋值
ma是指理想情况下构建分子所需的步骤数我们知道，一个分子通常可以有多种合成方式，ma对应的是最短的组装路径它只考虑化合价规则，不考虑包括化学反应条件在内的其他限制，每一步创建的对象都可以在后续步骤中重复使用因此，化学键种类越少，对称性越高的分子，ma值越低，反之亦然
分析步骤的主要示例
研究人员给化学数据库中的250万个分子分配了ma值磷化氢，被一些科学家视为金星的生物标志，由一个磷原子和三个氢原子组成，通过一个对称的磷氢单键相连，其ma仅为1相比之下，色氨酸分子由11个碳原子，12个氢原子，2个氮原子和2个氧原子组成，结构更复杂，其ma为12
色氨酸的分子结构示意图
为了验证ma的有效性，研究人员用真实分子进行了测试由于ma高的分子有更多的化学键，对称性相对较低，研究人员预测它们在质谱中会产生更多的峰，而ma低的分子则相反实验结果与他们的预测一致——峰数与ma呈线性关系，相关系数为0.89
左边是三个分子作为例子，右边是它们对应的质谱可以看出，分子越复杂，ma越高，在质谱中显示的峰越多
在建立了理论与实践的联系后，研究人员进一步检验了他们的核心假设:高ma的分子只能由生物体产生他们检测了多种混合物样品的质谱，包括大肠杆菌，植物生物碱，煤，花岗岩甚至啤酒，并根据线性关系估计它们的ma值研究人员发现，只有含有活生物体的样本的ma高于15
这项研究的领导者，格拉斯哥大学的化学家李·克罗宁说，当一个分子的ma大于15时，它在类地条件下的非生物过程中产生的概率极低所以ma值大于等于15的分子几乎只能由生命产生也就是说，我们可以通过ma大于某个阈值的混合物来发现生命
那么，15的ma值是判断生命与非生命的绝对标准吗它不是首先，很多ma值低的分子也可能是生物标志比如生物通过光合作用释放到地球大气中的氧气的分子结构就很简单其次，克罗宁指出，虽然在地球上，ma是否大于15似乎是生命存在与否的临界条件，但在与地球完全不同的行星环境中，这个临界值可能是不同的
为了测试他们的理论，这项研究的合著者，美国宇航局戈达德太空飞行中心的天体生物学家海瑟·格拉汉姆给克罗宁送去了一组盲样其中一个是几百万年前的生物化石，另一个是默奇森陨石的样本奇森陨石是1969年坠落地球的火球它富含有机碳化合物，但不含生物
美国自然历史博物馆的默奇森陨石标本
克罗宁通过实验发现，化石样本具有较高的ma值，确定有生命的痕迹，murchison陨石虽然分子丰富，但ma值仍然低于15这是对集合理论的验证，结果令人振奋说明仅仅是复杂的样品组成并不意味着生命的参与，能够反映化学组织复杂性的复杂分子才是生命的关键元素
实施
美国宇航局之前的星际任务已经收集了一些其他星球的质谱数据与nasa green的科学家们一起好奇，我们是否可以用集合理论来寻找其中的生命迹象
格林首先考虑的是从恩克拉多斯收集水蒸气样本的卡西尼飞船可惜卡西尼的质谱仪只能探测小于100原子质量单位的分子，而组装理论只适用于大于150 amu的分子美国宇航局的好奇号和毅力号火星探测器配备了质谱仪，可以探测150 amu以上的分子，但缺乏研究单个分子的能力，不足以分析ma值
格林说，未来的太空探索任务应该配备质谱仪，可以测量更大的分子，并进行更准确的分析将于2034年飞往土星的泰坦卫星蜻蜓有望实现这一目标它将探索土卫六的大气层和表面，寻找生命的组成部分虽然蜻蜓的质谱仪不具备实验室质谱仪的所有功能，但它能够检测复杂的分子
蜻蜓土卫六任务的艺术想象
在太阳系中，有可能存在生命的地方等待着人类的探索，大型望远镜也在为我们在浩瀚的宇宙中寻找可能的宜居行星组装理论提供了从分子尺度看待宇宙的新视角，引导我们在寻找地外生命时，单独关注生命的复杂性此时此刻，有无数复杂的分子在我们体内合成，流动，工作，让我们在宇宙中如此与众不同
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