沒人知道生命是在何時、何地、如何起源的——至今，生命起源仍是科學界最大的謎題之一。我們唯一能肯定的是，35億年前，微生物就在地球上出現了。然而對於更早以前出現過什麼樣的生命，由於缺乏可靠證據，科學界一直沒有定論。
30年前，生物學家普遍認為，生命起源於一次偶然化學事件，由於發生機率太小，幾乎不可能在已知宇宙中重複。1965年諾貝爾生理學或醫學獎獲得者、法國生 物學家雅克·莫諾(Jacques Monod)就持這種觀點，他在1970年的一篇文章中寫道：「人類終於知道，在這個冷清而又廣袤的宇宙中，他們是多麼孤獨，因為生命的出現純屬偶然。」 但最近幾年，關於生命起源的認識發生了戲劇性變化。1995年，比利時著名生物化學家克里斯蒂安·德杜夫(Christian de Duve)提出，生命是「宇宙必需的」，在任何類地行星上，「生命幾乎注定會產生」。德杜夫的觀點堅定了天體生物學家的信心：宇宙中散佈著生命。美國紐約大學的羅伯特·夏皮羅(Robert Shapiro)把上述觀點稱為「生物決定論」(biological determinism)，甚至還有科學家認為，這種觀點可以表述為「生命已被寫入自然法則」。
科學家怎樣判定哪種觀點才是正確的呢？最直接的辦法就是在其他行星(如火星)上尋找生命的證據。如果在太陽系的兩顆行星上，生命起源都是「從零開始 」，我們就可以認為「生物決定論」的假設是正確的。不過，要找到火星生命(如果存在的話)，並詳細研究這顆紅色星球的生物圈，可能還需要相當長的時間。
當然，尋找火星生命並非驗證生物決定論的唯一方法。任何星球都不會比地球更「像」地球，如果生命能在類似地球的環境下產生，我們就可以假設，生命可能 在地球上反覆出現過很多次。這種可能性無疑讓人充滿遐想，為了驗證它，科學家開始在沙漠、湖泊和洞穴中尋找外星生命的證據——這些生命可能與已知生物完全 不同，因為它們是獨立起源的。科學家們猜測，這類生物很可能與細菌一樣微小，只有用顯微鏡才能觀察到，因此他們開始研究新的檢測方法，用於尋找很可能就隱 藏在我們身邊的外星生物。
雖然在科學界，對於生命的嚴格定義至今尚未形成共識，但大多數科學家都有相同的看法：新陳代謝(從環境中攝取營養物質，並將這些物質轉變為能量，然後 把代謝產物排出體外)和自我複製能力是生命的兩個主要特徵。關於生命起源的一種傳統觀點是，如果在早期地球上，生命起源曾不止發生一次，產生了多種生命形 式，那麼其中一種將迅速佔據主導地位，消滅掉其他生命形式。我們也知道，當一種生命形式迅速佔有全部可利用的資源，或「拉幫結夥」、僅在同類生物中交換優 勢基因，共同對付「弱勢群體」時，情況就是如此。但這種論點無法讓人信服。細菌和古細菌(archaea)是兩種差異極大的微生物，它們的共同祖先要追溯 到30億年前，但在漫長歲月裡，兩種微生物一直「和平相處」，誰也沒有滅掉誰。其他形式的生命體也許和已知生物沒有競爭關係，因為這些「異形」佔據的地 方，是已知微生物根本無法生存的極端環境，它們需要的能源，也可能與現有生物需要的完全不同。
地球上有外星生命嗎？
至今，科學家仍未在地球上發現與已知生物不同的生命體，然而這並不代表地球上沒有外星生命：雖然現代科學技術已經很先進，但還有很多生物我們無法觀察到。
即使其他生命體已經從地球上消失，但在遙遠的過去，它們可能曾在地球上風光一時。如果真是那樣的話，科學家可以通過地質學記錄，找到它們留下的、被岩石塵 封了幾億年甚至幾十億年的生物學標誌。如果這些生命體有著獨特的新陳代謝方式，它們改變岩石成分或形成沉積礦物質的方式，將是已知生物活動無法解釋的。某 些現有生物無法產生的生物標誌(比如一些特殊有機分子)，可能就隱藏在古老的微生物化石中，科學家在太古代(25億年以前)岩石中就發現過這樣的化石。
一個更激動人心但也更「異想天開」的設想是：其他類型的生命體至今仍然存在，它們構成了一個「影子」生物圈(shadow biosphere)——這是美國科羅拉多大學的卡羅爾·克萊蘭(Carol Cleland )和謝利·科普利(Shelley Copley)發明的新詞。乍看起來，這個想法似乎很是荒謬：如果外星生物就在我們眼皮底下(甚至就在我們的鼻子內)大量繁殖，為什麼科學家一直沒能發現 它們？但我們不能輕易否定這個設想。地球上，微生物的數量超乎想像，僅通過顯微鏡觀察，很難區分它們。微生物學家必須分析某個微生物的基因序列，才能確定 它在進化樹上的位置。到目前為止，有明確分類的微生物，只佔已知微生物很小一部分。
可以肯定的是，我們仔細研究過的生物都來自同一個祖先。已知生物具有相似的生化特性，採用幾乎完全相同的遺傳密碼，這使得生物學家能通過基因序列，找 到它們在進化樹上的位置。但是，科學家在分析新發現的物種時所使用的方法，是專門用於檢測我們熟知的生物。這些技術能檢測到與現有生命形式完全不同的外星 生物嗎？答案顯然是否定的。如果外星生物被限定在微生物領域，科學家可能已經將它們遺漏。
可能存在外星生命的地方
最有可能存在外星生命的地方，可能是一些「與世隔絕」的、環境極其惡劣的區域，因為已知生物無法在這裡存活。如果找到生命活動的跡象，就證明這些地方可能存在外星生命。
我們在地球上的哪些地方可能找到外星生物呢？一些科學家把注意力集中在這樣一些地方：生態學上完全孤立、已知生物永遠無法涉足的小生態環境。近幾年， 一個令人驚訝的發現是，某些生物能在極端環境下生存。從滾燙的火山口到南極洲乾涸的河谷，在這樣的極端環境中，都能發現微生物。還有一些生存能力超強的微 生物——嗜極菌(extremophile)，竟然能在高濃度的鹽湖中、被重金屬污染的強酸性尾礦中以及核反應爐廢料池中生存。
然而，再頑強的微生物也有耐受極限，因為所有已知生物都離不開液態水。智利北部的阿塔卡馬沙漠(Atacama Desert)非常乾燥，在那裡找不到任何已知生物。雖然某些微生物還能在高溫下繁殖，但在溫度高於130℃的環境下，我們能找到的，最多是已知生物的屍 體。不過，我們不能用這樣的條件去衡量外星生命，因為它們也許能在更乾燥或者溫度更高的環境中生存。
科學家可以在一個生態學上完全孤立的區域尋找生命活動的跡象(例如土壤和大氣層之間的碳循環)，作為外星生命存在的證據。孤立的生態系統其實很容易找 到，如地殼深處、大氣層上部、南極洲、鹽鹼地以及被重金屬或其他污染物污染的地帶。研究人員還可以在實驗室中「創造」孤立的生態系統：首先改變溫度和濕 度，將已知生物殺死，如果仍有生命跡象，可能就是外星生命在起作用。利用這種方法，科學家發現了一種耐輻射細菌(Deinococcus radiodurans)，它們能承受的γ射線輻射劑量，是人類能承受的劑量的1,000倍。令人失望的是，最終結果表明，這種細菌和其他耐輻射生物一 樣，在遺傳學上都與已知生物有關，並非外星生物。不過，這並不能排除利用這種方法找到外星生物的可能。
科學家已經找到一些幾乎與其他生態系統完全隔離的環境。在地殼深處，微生物群落與光線、氧氣和其他生物的有機產物完全斷絕了聯繫。它們能生存下來的原 因是，某些微生物可以將在化學或放射反應中釋放出的二氧化碳和氫，用於新陳代謝、生長和複製。儘管迄今為止，科學家在這些生態系統中發現的微生物都與生活 在地表的微生物有緊密聯繫，但我們對地殼深處的生物學探索還處於初級階段，在更深的地方，或許有驚喜正等著我們。綜合海洋鑽探計畫(Integrated Ocean Drilling Program)從深達1千米的海床採集岩石樣本、探查岩石中的微生物，就是該計畫的目的之一。陸地上的鑽探工作還曾發現，即便在更深的地下，仍有生物活 動的跡象。然而，科學界至今尚未制定系統、大規模地探索地殼深處生命的計畫。
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