当涉及到生命在哪里可以延续时，我们是否有行星偏见？我们这样做是很自然的。毕竟，我们都在一个星球上。

然而，行星可能不是生命所必需的，来自苏格兰和美国的两位科学家正在邀请我们重新考虑这一概念。

我们关注行星作为生命的栖息地，是因为它们满足生命生存的必要条件。液态水，适当的温度和压力使其保持液态，并防止有害辐射是光合作用生命的基本要求。

但是，如果其他环境，甚至是由生物自己维持的环境，也能提供这些必需品呢？

在发表在《天体生物学》杂志上的一项新研究中，研究人员指出，生态系统可以在不需要行星的情况下产生和维持自身生存所必需的条件。

这篇论文的标题是“在地外环境中自我维持的生活栖息地”。论文的作者是哈佛大学地球与行星科学教授罗宾·华兹华斯和爱丁堡大学物理与天文学院天体生物学教授查尔斯·科克尔。

他们写道：“宜居性的标准定义假设，生命需要行星重力井的存在来稳定液态水并调节地表温度。”。“在这里，我们评估了放松这一假设的后果。”

华兹华斯和科克尔写道，生物产生的屏障和结构可以模拟地球上的条件，使生命能够在没有地球的情况下生存。它们可以让光进入进行光合作用，同时阻挡紫外线。它们还可以在真空中防止挥发性损失，并保持水保持液态所需的温度和压力范围。

他们写道：“生物产生的屏障能够传输可见光辐射，阻挡紫外线，并维持25-100K的温度梯度和10kPa的空间真空压差，可以在太阳系中创造1到5个天文单位的宜居条件。”

作者写道：“为了理解地球以外生命的限制，我们可以首先回顾一下为什么我们的家园是一个很好的生命栖息地。”

地球不仅仅提供液态水和防止辐射。它是一个完整的系统，具有相互作用的复杂性。

地球的表面暴露在一个很容易从太阳获得的能源中，该能源驱动着整个生物圈。我们认为对生命至关重要的元素是可用的，尽管有时是有限的：碳、氢、氮、氧、磷和硫。它们通过火山活动和板块构造在生物圈中循环，并再次变得可用。

地球的大气和地表也在氧化，而沉积物和地下深处等其他区域的氧化也在减少。作者解释说，这允许“利用氧化还原梯度进行代谢”。

这些条件在其他地方不存在。天体生物学的目标是太阳系的冰冻卫星，因为它们有温暖、咸的海洋。但是它们有营养循环吗？

外太阳系的低质量物体有足够的表面积，但太阳的能量很弱。它们不太可能保持住大气层，所以液态水的正确压力和温度是遥不可及的。它们也不受紫外线辐射和宇宙射线的保护。

“为了在地球之外生存，”作者写道，“任何生物都必须修改或适应其环境，以克服这些挑战。”

作者写道，地球上的生物材料已经可以做到这一点。生态系统可以为自己的生存创造条件，这似乎是合理的，如果光合作用生命可以在太空的真空中做到这一点，那么我们也可以。这将是人类太空探索的一大好处。

它始于水，当涉及到液态水时，科学家们指的是它的三相点。三相点是一个热力学参考点，用来解释相变以及水在不同压力和温度下的行为。

研究人员解释说：“维持液态水所需的最小压力是三相点：0°C（273 K）时为611.6 Pa。”。这个数字在15到25摄氏度之间上升到几千帕。

只要光线、温度和pH值在合适的范围内，蓝藻就可以在10千帕的空气顶空压力下生长。问题是，据我们所知，有任何生物会产生能够维持10千帕的墙吗？

“生物材料很容易维持10千帕的内部压力差，事实上，在地球上的宏观生物中很常见，”作者写道。“一个1.5米高的人从头部到脚部的血压升高大约是15千帕。”

海藻也可以通过光合作用释放二氧化碳来维持15-25千帕的内部浮子压力。

说到液态水，温度是下一个要考虑的因素。地球通过大气温室效应保持温度。但是小型岩石天体，例如，不太可能复制这一点。

“因此，生物产生的栖息地必须通过固态物理达到同样的效果，”作者写道。

输入的能量和输出的能量需要平衡，地球上的一些生物体已经进化到维持这种平衡。

华兹华斯和科克尔写道：“例如，撒哈拉银蚁已经进化出了增强其表面近红外反射率和热发射率的能力，使它们能够在高于所有其他已知节肢动物温度范围的环境中生存。”这使它们能够在炎热的白天觅食，而捕食者必须避开阳光。

人类已经制造出密度极低、导热性极低的二氧化硅气凝胶。虽然没有直接的生物等价物，但作者写道：“自然界中确实存在许多产生复杂二氧化硅结构的生物。”

事实上，一些硅藻可以通过操纵比我们制造过程中使用的更小的二氧化硅颗粒来产生二氧化硅结构。由有机材料制成的气凝胶与人造气凝胶具有相似的特性。

作者写道：“考虑到这一点，高绝缘材料可以由生物原料人工生产，甚至可以直接由生物体生产。”

作者计算出，这些类型的结构可以保持适当的温度和压力来维持液态水。

他们解释说：“可以看到，在很大的轨道距离范围内，将内部温度保持在288 K是可能的。”“这个计算假设了一个自由漂浮的栖息地，但类似的考虑也适用于小行星、月球或行星表面的栖息地。”

易失性损失是另一个问题。一个无法保持大气的栖息地无法维持液态水所需的温度和压力。

作者解释说：“所有的材料对原子和小分子都有一定的渗透性，在很长的时间尺度上，空间的真空代表了挥发性物质的永久储存库。”

这可以通过保持压力和温度的屏障来解决。作者写道：“抑制挥发性物质逸出的最容易实现的方法是，栖息地壁上负责维持稳定液态水所需的压差的同一部分。”

作者还考虑了紫外线辐射的影响。辐射可能是致命的，但地球上的生命已经进化到可以解决这个问题。

他们写道：“然而，它很容易被诸如无定形二氧化硅和还原铁之类的化合物阻挡，这些化合物可以减弱硅化生物膜和叠层石中的紫外线，而不会阻挡光合作用所需的可见辐射。”

在太阳系的许多地方，光合作用的太阳能的可用性，可能不是太大的障碍。作者指出，北极藻类在冰下极其微弱的光线下生长。

就像在地球上一样，需要某种形式的营养循环。“从长远来看，一个额外的考虑是闭环生态系统处理废物的能力，比如顽固的有机物质，并维持内部氧化还原梯度，”作者解释说。

他们写道，地球内部的极端高温可以完成这一任务，但如果没有这些极端条件，“太空中一个完全闭环的生态系统将需要一些内部分区来建立化学梯度和能够分解顽固废物的专业生物群。”

在他们的论文中，作者涵盖了其他因素，如细胞大小和限制单细胞生物和更大、更复杂生物大小的因素。他们得出结论，不能排除完全自主的生活栖息地。

他们写道：“尽管如此，一个能够再生和生长的完全自主的系统，显然不受任何物理或化学限制的限制，因此值得进一步考虑。”

这是可能的，只要系统能再生它的壁。作者指出，现有的光合生物已经可以产生无定形的二氧化硅和有机聚合物。这些材料可以作为墙，至少表明生物体可以通过进化来创造栖息地墙。

他们解释说：“一个更自主的生活栖息地将能够生长自己的壁材料，就像植物细胞在微米尺度上再生自己的壁一样。”

我们倾向于认为，如果生命在其他地方存在，它就会遵循与地球上相同的进化路径，但这可能不是真的。作者写道：“由于其他地方的生命进化可能遵循与地球上截然不同的路径，因此生命栖息地也可能存在于其他恒星周围的传统宜居环境之外，在那里它们会具有不寻常但可能可检测的生物特征。”

作者问道：“我们在这里讨论的生物结构能否在没有智能干预的情况下自然进化？”他们认为，无知觉生命可以维持在地外环境中生存所需的所有条件。

他们总结道：“地球上的生命尚未做到这一点，尽管随着时间的推移，它确实适应了越来越广泛的环境条件。”“调查替代行星边界条件下生命不同进化途径的可能性将是未来研究的一个有趣话题。"

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