外星植物會(huì)是什么顏色

外星植物想象圖

    與其坐等外星生命光臨地球，不如主動(dòng)尋找它們??尋找地外生命，早已不再是科幻小說虛構(gòu)的故事，也不只是UFO迷才會(huì)關(guān)心的領(lǐng)域，而是許多科學(xué)家當(dāng)前的研究任務(wù)。也許在現(xiàn)階段，我們很難找到發(fā)展出高級(jí)文明的智慧生命，但可以把目標(biāo)鎖定到與基礎(chǔ)生命過程相關(guān)的物理及化學(xué)標(biāo)志(即生物標(biāo)記，biosignatures)。迄今為止，天文學(xué)家已發(fā)現(xiàn)了200多顆圍繞其他恒星旋轉(zhuǎn)的行星(太陽(yáng)系外行星，extrasolarplanet)，雖然科學(xué)家還無法說出哪幾顆行星孕育著生命，但我相信，發(fā)現(xiàn)地外生命只是時(shí)間問題。2007年7月，天文學(xué)家在觀察一顆行星時(shí)，發(fā)現(xiàn)恒星光線在穿過這顆行星的大氣層時(shí)有些異常，而最終分析結(jié)果讓他們驚喜不已：這顆行星周圍存在水蒸氣。現(xiàn)在，世界各地的航天機(jī)構(gòu)都在開發(fā)新型望遠(yuǎn)鏡，通過觀察行星光譜，在與地球大小相似的行星上搜尋生命證據(jù)。

    這里不得不提光合作用(Photosynthesis)，因?yàn)檫@一眾所周知的生命過程，能產(chǎn)生非常明顯的生物標(biāo)記。在地球上，光合作用幾乎是所有生命的基礎(chǔ)：除了深海熱液噴口周圍以熱量和甲烷為生的生物，地面生態(tài)系統(tǒng)中的所有生命都得依靠陽(yáng)光才能生存下去。而在其他行星上，光合作用發(fā)生的幾率同樣很高。

    光合作用產(chǎn)生的生物標(biāo)記分為兩類：一是生命活動(dòng)產(chǎn)生的氣體及其衍生物，如氧氣和臭氧；二是與某種色素相關(guān)的表面顏色，就像葉綠素(chlorophyll)與綠色的關(guān)系。實(shí)際上，在地外行星上尋找“生命色素”的想法由來已久。一個(gè)世紀(jì)前，火星的季節(jié)性變暗引起了天文學(xué)家的注意，他們猜測(cè)這是由植物生長(zhǎng)導(dǎo)致。為了證實(shí)這個(gè)想法，他們開始研究火星表面反射光線的光譜，希望從中發(fā)現(xiàn)綠色植物存在的證據(jù)。但在英國(guó)著名科幻作家H.G.威爾斯(H.G.Wells)看來，天文學(xué)家們的研究策略存在一個(gè)明顯缺陷。他在科幻小說《大戰(zhàn)火星人》(TheWaroftheWorlds)中寫道：“在火星植物王國(guó)里，占據(jù)統(tǒng)治地位的不是綠色，而是鮮艷的血紅色。”雖然火星上沒有植物早已成為共識(shí)(火星變暗是由沙塵暴引起的)，威爾斯的觀點(diǎn)卻不無道理：在其他行星上，光合生物(photosyntheticorganism)可能并非綠色。

    即便在地球上，光合生物的顏色也多種多樣。一些陸生植物的葉子是紅色的，水生海藻和光合細(xì)菌更具有彩虹般的繽紛色彩；紫色細(xì)菌也不少見，它們不僅吸收陽(yáng)光中的可見光，還能利用紅外線。那么，在地外行星上，植物們的主流色彩是什么？當(dāng)我們看見它們時(shí)，又該如何辨認(rèn)？這些問題的答案，取決于照射到植物表面的光線類型(而光線類型又取決于恒星類型和行星大氣層的組成，因?yàn)楹阈前l(fā)出光線后，要穿過行星大氣層才能抵達(dá)植物表面)。

    捕捉陽(yáng)光

    對(duì)于大多數(shù)地球生物，光合作用實(shí)在太重要了：植物或微生物吸收陽(yáng)光，通過光合作用合成有機(jī)分子，釋放氧氣，其他生物必須直接或間接地利用光合作用的產(chǎn)物，才能維持生命活動(dòng)。植物或微生物究竟是如何捕捉陽(yáng)光，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的？

    要了解光合作用在其他行星上是怎么發(fā)生的，我們首先得弄清楚地球上光合作用的具體機(jī)制。在地球表面，陽(yáng)光的能譜(energyspectrum)會(huì)在藍(lán)色和綠色之間達(dá)到峰值，這讓科學(xué)家一直大感困惑：為什么植物會(huì)反射綠色光線，浪費(fèi)掉陽(yáng)光中最易得到的部分？(物體反射某種顏色的光線，就會(huì)呈現(xiàn)某種顏色。)原因就在于，光合作用并不依賴陽(yáng)光的總能量，而與單個(gè)光子含有的能量以及光線中的光子數(shù)量有關(guān)。

    藍(lán)色光子攜帶的能量比紅色光子多，而太陽(yáng)發(fā)出的紅色光子數(shù)量則要多一些。植物因?yàn)閱蝹€(gè)光子的能量?jī)?yōu)勢(shì)而吸收藍(lán)色光子，因?yàn)閿?shù)量?jī)?yōu)勢(shì)而吸收紅色光子。相對(duì)而言，綠色光子在能量和數(shù)量上都不占優(yōu)勢(shì)，植物就很少吸收它們。

    將一個(gè)碳原子固定到一個(gè)簡(jiǎn)單的糖分子內(nèi)，是光合作用的基本過程。這個(gè)過程要順利完成，至少需要8個(gè)光子。4個(gè)光子會(huì)“撕開”兩個(gè)水分子的4條氫氧鍵(一個(gè)光子撕開一條)，釋放4個(gè)自由電子，生成1個(gè)氧分子；同時(shí)，這4個(gè)光子還得分別匹配至少1個(gè)額外光子，以參加下一步反應(yīng)：生成糖分子。而且，每個(gè)光子的能量不能太低。

    植物捕獲陽(yáng)光的方式堪稱自然界的奇跡。以葉綠素為代表的光合色素宛如一個(gè)天線陣，其中每根“天線”都可以捕獲某種波長(zhǎng)的光子：葉綠素主要吸收紅色和藍(lán)色光子，類胡蘿卜素(正是這種色素使秋天的樹葉呈現(xiàn)鮮艷的紅色和黃色)也吸收藍(lán)色光子，但兩種色素吸收的藍(lán)色光子并不完全相同。所有光子的能量都會(huì)被輸送到位于反應(yīng)中心的特殊葉綠素分子上??在這里，水分子被分解，釋放出氧氣。

    色素分子選擇何種顏色的光子，取決于能量的輸送方式。只有獲得一個(gè)紅色光子，或以其他形式得到與紅色光子相當(dāng)?shù)哪芰浚磻?yīng)中心的分子復(fù)合體才能啟動(dòng)化學(xué)反應(yīng)。為了充分利用藍(lán)色光子，色素分子們必須相互協(xié)作，降低藍(lán)色光子的能量(把它變?yōu)榧t色)，正如一系列變壓器，將高壓線中的100,000伏電壓降低到220伏，才能為家用電器供電。一個(gè)藍(lán)色光子擊中一個(gè)吸收藍(lán)光的色素分子，激發(fā)分子中的一個(gè)電子時(shí)，“降壓”反應(yīng)便開始了；當(dāng)受到激發(fā)的電子回到初始能量狀態(tài)，蘊(yùn)藏其中的能量便會(huì)釋放出去。由于在電子恢復(fù)能量狀態(tài)的過程中，會(huì)發(fā)生振動(dòng)并產(chǎn)生熱量，釋放的能量總是小于當(dāng)初所吸收的能量。

    電子并非以光子的形式釋放能量，而是利用電反應(yīng)，將能量傳遞給另一個(gè)色素分子。這個(gè)色素分子會(huì)進(jìn)一步降低藍(lán)色光子中的能量，直到高能的藍(lán)色光子被轉(zhuǎn)換為低能狀態(tài)的紅色光子。利用同樣的方式，這一系列色素也能將青色、綠色或黃色光子轉(zhuǎn)換成紅色光子。流程終端的反應(yīng)中心只能吸收能量最低的光子，而在地球表面，紅色光子是可見光波段中數(shù)量最多、能量最低的光子。

    但對(duì)水生光合生物來說，紅色光子的數(shù)量不一定是最充足的。水、水中的各種物質(zhì)和水生生物本身，都有濾光作用，因此光線組成會(huì)隨水深而變化。在海洋里，生活在不同深度的生物會(huì)擁有不同的體色。淺水層生物的色素適合吸收穿過水層的光子，藻類和藍(lán)細(xì)菌就可以利用藻膽素(phycobilins)，吸收綠光和黃光；不產(chǎn)氧細(xì)菌(Anoxygenicbacteria)的細(xì)菌葉綠素則可以吸收紅外和近紅外光??只有這兩種光線能穿透厚厚的水層，到達(dá)黑暗的水底。

    一般說來，在光線較暗的環(huán)境中，生物體的生長(zhǎng)速度都很慢，因?yàn)樗鼈円冻龈嗟呐Γ拍懿蹲降侥巧俚每蓱z的光線。在光線充足的地表，植物沒有必要制造多余的色素，因此它們可以“挑剔”地選擇吸收某種光線。這樣的進(jìn)化原則可能也適用于其他行星。

    正如水生生物適應(yīng)水的濾光作用一樣，陸生生物也適應(yīng)了大氣的濾光作用。在地球大氣層頂端，黃色光子(波長(zhǎng)為560～590納米)的數(shù)量最多。隨著海拔降低，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光子逐漸減少，短波長(zhǎng)光子更是急劇減少。陽(yáng)光透過上層大氣時(shí)，水蒸氣吸收波長(zhǎng)大于700納米的紅外線，氧分子吸收波長(zhǎng)為687和761納米的光線(即氧氣的吸收譜線)。在平流層，臭氧(O3)會(huì)吸收大量的紫外線以及少量可見光。

    總而言之，大氣層設(shè)置了一系列“窗戶”，陽(yáng)光要穿過這些窗戶，才能抵達(dá)地面。“窗戶”為可見光波段設(shè)定了范圍：波長(zhǎng)較短的稱為藍(lán)色端，是由陽(yáng)光中的短波長(zhǎng)光子數(shù)量銳減，以及臭氧層大量吸收紫外線而形成的；波長(zhǎng)較長(zhǎng)的則被稱為紅色端，由氧氣的吸收譜線形成。由于臭氧對(duì)可見光區(qū)內(nèi)的多種光線都有吸收作用，各種光子的數(shù)量也發(fā)生了變化，原本數(shù)量最多的是黃色光子，現(xiàn)在則為紅色光子(波長(zhǎng)約為685納米)。

    在很大程度上，植物的吸收光譜由氧氣決定，而這些氧氣又是植物釋放出來的。最早的光合生物在地球上出現(xiàn)時(shí)，大氣中氧氣濃度極低，因此這些生物用于捕捉陽(yáng)光的色素，必然不同于葉綠素(如果是葉綠素，植物光合作用就會(huì)釋放大量氧氣)。隨著時(shí)間流逝，光合作用改變了大氣組成，葉綠素也就成為了植物的最佳選擇。

    根據(jù)化石記錄，科學(xué)家推斷光合作用產(chǎn)生于距今34億年前。不過也有一些化石顯示，光合作用可能在更早以前就出現(xiàn)了。早期光合生物只能在水下生存，因?yàn)樗呛芎玫娜軇欣谏磻?yīng)的進(jìn)行，而且它還能為生物遮擋陽(yáng)光中的紫外線。在臭氧層還未形成的時(shí)候，水對(duì)生物的這種保護(hù)作用至關(guān)重要。最早的光合生物是吸收紅外線的水下細(xì)菌，它們體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的主要反應(yīng)物是氫、硫化氫或鐵，由于水沒有參與反應(yīng)，這些細(xì)菌不會(huì)釋放氧氣。到27億年前，能利用光合作用制造氧氣的藍(lán)細(xì)菌(cyanobacteria)出現(xiàn)了，地球大氣層中的氧氣濃度逐漸升高，臭氧層也開始形成??這給紅藻和褐藻的出現(xiàn)創(chuàng)造了條件。隨著臭氧層的日漸完善，紫外線對(duì)淺水層生物不再構(gòu)成威脅時(shí)，綠藻便進(jìn)化出來，它們沒有藻膽素，更適應(yīng)陽(yáng)光下的生活。又過了20億年，氧氣濃度進(jìn)一步提高，綠藻終于進(jìn)化成為陸生植物。

    自此以后，植物數(shù)量便開始爆炸式增長(zhǎng)，植株個(gè)體也越來越復(fù)雜??從地表的苔蘚和地錢，到直沖云霄的參天大樹，因?yàn)閭€(gè)體越高大，越利于捕捉陽(yáng)光，也能更好地適應(yīng)特殊氣候。由于擁有圓錐形樹冠，即便在太陽(yáng)照射角度較低的高海拔地區(qū)，松樹也能獲得充足的陽(yáng)光；利用花青素(anthocyanin)，喜陰植物還可以抵御強(qiáng)烈的陽(yáng)光。綠色植物的葉綠素因大氣成分的改變而出現(xiàn)，反過來又有助于維持目前的大氣組成，這就形成了一個(gè)良性循環(huán)，使地球的綠色得以維持。也許，下一步進(jìn)化會(huì)使樹蔭下的某個(gè)物種具有某種優(yōu)勢(shì)，讓它們能利用藻膽素吸收綠光和黃光，不過處于高大的植物仍傾向于保持綠色。 
    恒星決定生命形式

    在很大程度上，恒星的質(zhì)量、溫度決定著行星表面的環(huán)境狀態(tài)，而環(huán)境狀態(tài)又決定了生命能否出現(xiàn)、以什么樣的形式出現(xiàn)。

    要想在另一個(gè)“太陽(yáng)系”的行星上找到光合色素，天文學(xué)家必須研究行星演化的各個(gè)階段，因?yàn)槟繕?biāo)行星很可能相當(dāng)于20億年前的地球。另外，科學(xué)家還得考慮到，太陽(yáng)系外的光合生物可能進(jìn)化出與地球生物完全不同的特性，利用長(zhǎng)波長(zhǎng)光子就能分解水分子。

    在地球上，紫色不產(chǎn)氧光合細(xì)菌(purpleanoxygenicbacteria)吸收的近紅外光波長(zhǎng)為1,015納米，是所有光合生物能利用的波長(zhǎng)最長(zhǎng)的光線。而在產(chǎn)氧光合生物能利用的光線中，波長(zhǎng)最長(zhǎng)為720納米，吸收這種光線的是一種海洋藍(lán)細(xì)菌。雖然地球上的生物無法利用波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光線，但這并不意味著，其他行星上的生物就不能利用長(zhǎng)波長(zhǎng)光線。大量長(zhǎng)波光子也能起到與少量短波光子相同的作用。

    限制光合作用的因素，并不是植物是否具有某種新型色素，而是到達(dá)行星表面的、可為植物利用的光線??這些光線取決于恒星的類型。天文學(xué)家依據(jù)顏色對(duì)恒星進(jìn)行分類，而顏色又與恒星的溫度、體積和壽命有關(guān)。只有壽命足夠長(zhǎng)的恒星，才能孕育出復(fù)雜生命。滿足這一條件的恒星，按照溫度的高低，被天文學(xué)家分為F、G、K和M型(其中F型恒星溫度最高，M型最低)。我們的太陽(yáng)屬于G型恒星；質(zhì)量更大的F型恒星更亮更藍(lán)，它們的能量將在20億年內(nèi)耗盡；K型和M型恒星質(zhì)量較小，較紅較暗，但壽命更長(zhǎng)。

    在每種恒星周圍，都有一個(gè)適合生物生存的區(qū)域(即宜居帶，habitablezone)。在此區(qū)域之內(nèi)，行星可以維持一定溫度，保證液態(tài)水的存在。在太陽(yáng)系中，這個(gè)區(qū)域覆蓋了地球和火星軌道；但在F型恒星周圍，與地球大小類似的行星必須離得更遠(yuǎn)，才可能適合生物生存；而在K型或M型恒星周圍，“生命行星”與恒星的距離則應(yīng)該更近一些。在F或K型恒星的宜居帶內(nèi)，行星能接收到的可見光與地球大致相當(dāng)，因而可能孕育出類似于地球光合生物的生命形式，它們的色素顏色也只會(huì)在可見光范圍內(nèi)變動(dòng)。

    M型恒星也叫紅矮星，是銀河系中數(shù)量最多的恒星。它發(fā)出的可見光子遠(yuǎn)少于太陽(yáng)，近紅外光子的數(shù)量卻很多。蘇格蘭鄧迪大學(xué)的生物學(xué)家約翰?雷文(JohnRaven)和愛丁堡皇家天文臺(tái)的天文學(xué)家雷?沃爾斯登克羅夫特(RayWolstencroft)曾提出，產(chǎn)氧光合作用理論上可以利用近紅外光。不過，地球植物用兩個(gè)可見光子就可以分解一個(gè)水分子，而其他行星的生命體需要三四個(gè)近紅外光子才能做到這一點(diǎn)。這些光子必須協(xié)同工作，為一個(gè)電子提供充足的能量，以驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。

    另一方面，M型恒星也為生命的誕生制造了一個(gè)大難題：年輕的M型恒星會(huì)發(fā)出強(qiáng)烈的紫外線。為了躲避紫外線，生命體不得不躲到深水層，但這樣一來，它們就可能無法獲得足夠的光線，以致被“餓死”。如果情況得不到改變，光合生物就永遠(yuǎn)無法出現(xiàn)在M型恒星周圍的行星上。幸好，隨著M型恒星逐漸衰老，紫外線的強(qiáng)度將會(huì)減弱(甚至可能比太陽(yáng)發(fā)出的還弱)，那時(shí)，行星上的生命體便無需臭氧層的保護(hù)，它們即使不釋放氧氣，也可以安全地呆在陸地表面。

    總之，天文學(xué)家必須根據(jù)恒星的年齡和類型，考慮以下4種情況：

    厭氧海洋生物。恒星可以是任何類型，但都處于幼年期。生物不一定會(huì)產(chǎn)生氧氣；大氣的主要成分可能是甲烷等氣體。

    需氧海洋生物。恒星可以是任何類型，但都處于老年期。它已度過漫長(zhǎng)歲月，產(chǎn)氧光合生物已進(jìn)化出來，大氣中的氧氣開始積累。

    需氧陸生生物。恒星處于成熟期，類型不限。植物廣泛分布在行星上，地球正處于這一時(shí)期。

    厭氧陸生生物。恒星屬于M型，已進(jìn)入寧?kù)o期，紫外線輻射忽略不計(jì)。植物覆蓋行星表面，卻可能不產(chǎn)生氧氣。

    對(duì)于上述4種情況，光合作用的生物標(biāo)記顯然是不同的。從地球衛(wèi)星圖像來看，海洋生物的分布太稀疏，望遠(yuǎn)鏡很難發(fā)現(xiàn)，因此其他行星上的海洋生物不會(huì)產(chǎn)生明顯的色素型生物標(biāo)記，只能通過影響大氣組成來暗示它們的存在。鑒于此，研究外星植物顏色的科學(xué)家們要把主要精力集中在陸地上，比如在F、G和K型恒星周圍的行星表面尋找產(chǎn)氧光合生物，或在M型恒星周圍的行星上尋找產(chǎn)氧或厭氧光合生物。

    外星植物的顏色

    不同的恒星，甚至不同年齡階段的同一顆恒星，發(fā)出的光線也會(huì)有所不同。吸收不同光線的光合生物，將會(huì)擁有不同的光合色素，進(jìn)而呈現(xiàn)出不同的顏色。

    除了特殊情況，任何行星上的光合色素都會(huì)遵從相同的規(guī)律：傾向于吸收數(shù)量最多、在可利用范圍內(nèi)的波長(zhǎng)最短(攜帶的能量最多)或波長(zhǎng)最長(zhǎng)的光子。為了弄清楚恒星類型如何決定植物的顏色，科學(xué)家們開始收集恒星、行星以及生物學(xué)等多方面的證據(jù)。

    美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的恒星天文學(xué)家馬丁?科恩(MartinCohen)收集了一系列恒星的數(shù)據(jù)，包括一顆F型恒星(牧夫座σ星)、一顆K型恒星(波江座ε星)、一顆散發(fā)耀眼光芒、處于活躍期的M型恒星(獅子座AD星)，還考慮了一顆假想的、處于寧?kù)o期的M型恒星(溫度為3,100K)。針對(duì)這些恒星宜居帶內(nèi)的類地行星，墨西哥國(guó)立自治大學(xué)的天文學(xué)家安蒂戈納?塞古拉(AntigonaSegura)進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)。他利用美國(guó)亞利桑那大學(xué)亞歷山大?巴甫洛夫(AlexanderPavlov)和賓夕法尼亞州立大學(xué)詹姆斯?卡斯丁(JamesKasting)建立的模型，研究了恒星光線和行星大氣可能成分(假設(shè)行星上的火山放出的氣體同地球火山一樣多)之間的相互作用，分別推算出了在氧氣濃度可以忽略不計(jì)、與地球表面氧氣濃度相當(dāng)兩種情況下，地外行星上大氣的化學(xué)組成。

    參考塞古拉得到的結(jié)果，并利用加利福尼亞帕薩迪納噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室戴維?克里斯普(DavidCrisp)開發(fā)的模型(這也是科學(xué)家用于計(jì)算火星探測(cè)器太陽(yáng)能電池板可以接收到多少陽(yáng)光的模型之一)，英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院的物理學(xué)家喬凡娜?蒂內(nèi)蒂(GiovannaTinetti)模擬了恒星光線穿過行星大氣時(shí)的情形。對(duì)于這些計(jì)算結(jié)果，需要聯(lián)合我和其他4位科學(xué)家的智慧才能完整解讀：他們分別是美國(guó)萊斯大學(xué)的微生物學(xué)家珍妮特?希菲特(JanetSiefert)、華盛頓大學(xué)圣路易斯分校的生化學(xué)家羅伯特布蘭肯希普(RobertBlankenship)、伊利諾伊大學(xué)厄本那-香檳分校的生化學(xué)家戈文迪(Govindjee)和華盛頓大學(xué)的行星科學(xué)學(xué)家維多利亞?梅多斯(VictoriaMeadows)。

    我們發(fā)現(xiàn)，在F型恒星周圍，行星接收到的光子通常是藍(lán)色的，尤其以波長(zhǎng)為451納米的光子最多；在K型恒星周圍，到達(dá)行星的光子一般為紅色，波長(zhǎng)的峰值位于667納米處，這與地球上的情況類似。臭氧的存在會(huì)讓F型恒星的光線更藍(lán)，K型恒星的光線更紅。與地球的情況類似，光合作用將吸收的光線也集中在可見光區(qū)。

    因此，在F和K型恒星周圍的行星上，植物的顏色可能與地球植物相似，但也有一些細(xì)微的差別。F型恒星發(fā)出的高能量藍(lán)色光線太強(qiáng)烈，以至于植物可能需要利用類似花青素的篩選色素來反射光子，從而使植物呈藍(lán)色；又或者，植物只需要藍(lán)色光子，完全“忽略”從紅到綠這部分光線??這樣一來，反射光的光譜就會(huì)的藍(lán)色端突然截止，容易被望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到。

    M型恒星的溫度范圍較廣，周圍行星上的植物可能具有各種顏色。圍繞寧?kù)o期M型恒星旋轉(zhuǎn)的行星能接收到的能量，僅相當(dāng)于地球從太陽(yáng)獲得的能量的一半。盡管這已比地球喜陰植物的最低能量需求多了60倍，對(duì)于維持生命體的生存已經(jīng)足夠，但是大多數(shù)光子卻處于近紅外區(qū)。在這種情況下，植物也許會(huì)進(jìn)化出多種光合色素，盡可能捕捉更多的可見及紅外光。如此一來，這些植物就幾乎不會(huì)反射光線，看上去可能是黑色的。

    尋找另一種“葉綠素”

    葉綠素是地球植物獨(dú)有的標(biāo)記，是衛(wèi)星能觀測(cè)到植物和海洋浮游生物的原因。要找到外星植物，科學(xué)家首先要做的，就是在其他行星上找到另一種“葉綠素”。

    地球生物的“經(jīng)歷”暗示，在F、G和K型恒星周圍的行星上，早期海洋光合生物可以從缺氧環(huán)境中生存下來，并進(jìn)化出產(chǎn)氧光合生物，最終導(dǎo)致陸生植物的出現(xiàn)。M型恒星的情況則比較復(fù)雜。水下9米是早期光合生物的最佳生存點(diǎn)：在這個(gè)位置，紫外線的強(qiáng)度不能對(duì)光合生物造成威脅，而穿過水層的其他光線，則能為生命活動(dòng)提供足夠的能量。雖然我們可能無法通過望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到這些“生命先驅(qū)”，但它們卻可為行星表面生命的出現(xiàn)打下基礎(chǔ)。在M型恒星周圍的行星上，能吸收多種光線的植物，也許能長(zhǎng)得和地球植物一樣繁茂。

    對(duì)于研究人員來說，不管恒星是哪種類型，都會(huì)面臨一個(gè)問題：未來的太空望遠(yuǎn)鏡能否觀測(cè)到圍繞恒星旋轉(zhuǎn)的行星？即便利用即將面世的新型太空望遠(yuǎn)鏡，很多行星看起來也只是一個(gè)小點(diǎn)，科學(xué)家可以獲取的，就只有行星表面的平均光譜，根本無法為它們繪制表面地圖。蒂內(nèi)蒂計(jì)算發(fā)現(xiàn)，如果植物的存在要在光譜中表現(xiàn)出來，那么在行星表面，至少有20%的陸地覆蓋著植物，而且還不能有云層遮擋。另一方面，海洋光合生物可以向空氣釋放更多氧氣。因此，植物色素的生物標(biāo)記越明顯，氧氣的生物標(biāo)記便會(huì)越弱，反之亦然。天文學(xué)家只能看到這兩種生物標(biāo)記中的一種，不能兩者兼顧。

    如果一臺(tái)太空望遠(yuǎn)鏡在某行星的反射光譜上監(jiān)測(cè)到一條暗帶，而這條暗帶對(duì)應(yīng)的光線類型恰恰與科學(xué)家的預(yù)測(cè)相符合，那么在電腦屏幕上觀察到這條暗帶的人，便可能成為發(fā)現(xiàn)外星生物的第一人。不過，我們首先要排除某些干擾因素，比如礦物質(zhì)是否也會(huì)產(chǎn)生同樣的生物標(biāo)記等。如今，對(duì)于某些行星，我們已經(jīng)能鑒定出一些可能代表植物生命活動(dòng)的顏色，甚至可以預(yù)言這些行星上存在著綠色、黃色或橘紅色的植物，但目前很難做出更加準(zhǔn)確的預(yù)言(即外星植物到底是哪種顏色)。在地球上，我們可以很確切的說，葉綠素是植物獨(dú)有的標(biāo)記，這是衛(wèi)星能觀測(cè)到植物和海洋浮游生物的原因。因此，要找到外星植物，我們首先要做的，就是在其他行星上找到另一種“葉綠素”。

    找到外星生物并非遙遙無期。當(dāng)然，這里指的是大量生物，而不是化石或生活在極端環(huán)境中的罕見微生物。茫茫宇宙中繁星無數(shù)，我們?cè)摪涯抗饧杏谀男┖阈牵縈型恒星與其周圍行星的距離很近，這種情況下我們能否測(cè)出行星光譜？新型望遠(yuǎn)鏡需要多大的波長(zhǎng)觀測(cè)范圍和分辨率？我們對(duì)光合作用的了解，將幫助我們回答上述問題，為制定研究計(jì)劃、解讀觀測(cè)數(shù)據(jù)提供依據(jù)。我們找尋外星生命的能力，最終將取決于我們對(duì)地球生命的了解。