生命是怎样诞生和进化的呢？地球外的宇宙存在吗？对于这些问题，人类至今还不清楚。美国航空航天局主导开创了“宇宙生物学”学科，在一个广阔的范围内对生命起源与进化进行研究。

什么是宇宙生物学

20世纪，有关宇宙或地球的起源等研究飞速推进。距今约150亿年前，宇宙从超高温、高密度的大爆炸中开始，其后在一边膨胀、一边冷却的过程中制造了群星。在银河系的一角，大约46亿年前原始太阳放出光芒，围着它的气体及尘埃诞生出无数微行星。微行星通过反复碰撞与合并，不久地球诞生了。

大约40亿年前，最早的生命诞生了。但是，有关最初的生命是什么东西以及怎样诞生还不清楚。即与宇宙或地球的起源相比，对生命起源的阐释可以说最难进行，这是由于宇宙随着时间的推移一起分化，系统变得复杂的缘故。

构成生命的细胞诞生之前，制造蛋白质或核酸等生命材料物质的阶段称为化学进化。现在，对生命起源的阐释还停留在化学进化阶段如何进行上面。至于生物进化，比较清楚的是出现在距今6亿年前后、肉眼可见大小的生物或具有坚硬骨骼的生物，但在那之前的30余亿年间，很多还不清楚。

最有发展前景的是以美国航空航天局为主导的宇宙生物学。所谓宇宙生物学，是从基因水平到银河系规模综合地研究生命起源或进化以及生命在宇宙的分布。其目的在于阐明化学进化或生命的诞生空间是在地球还是在宇宙中发生的，地球上的生物圈是怎样与地球一起进化的，以及地球外的天体是否存在生命等有关生命的众多的谜。换句话说，科学家正认真地开始回答自有人类以来便一直存在的“人从哪里来到哪里去，是孤独的存在吗”的疑问。

充满生命材料的宇宙

地球诞生生命的材料物质原先存在于哪里？通过近年来的研究，我们知道在宇宙中大量存在能够构成生命的有机物质材料，它们被包裹在陨石或彗星中，运到地球上来的。

有机物在分子云中形成。所谓分子云，是由氢或氦等气体与尘埃微粒子构成的高密度区域。如果这个区域中进入硅酸盐等矿物粒子的尘埃，则因-260℃的极低温使尘埃结冰，并在外面形成包含一氧化碳、甲烷、氨分子的非晶冰。当

其受到紫外线照射时，非晶冰中的分子变成离子或基。如果那个尘埃出现在温度稍高的低密度云（-190℃），离子或基结合变成甲醇或甲醛，非晶冰蒸发，形成由碳、氢、氧、氮构成的复杂有机物。模拟实验确认，形成物中包含了氨基酸及核酸盐基等对生命而言重要的分子。这时，裹有有机物的部分尘埃可能再次被送回分子云冻结起来，即构成具有矿物粒子、有机物、非晶冰三重结构的尘埃。

约46亿年前，这样的尘埃分子云因自身的重力坍缩，诞生了中心是原始太阳、周围是圆盘状的原始太阳系星云。这时靠近原始太阳处的尘埃全被蒸发，但是在距太阳较远的小行星带或木星附近，只有冰被蒸发，裹着有机物的矿物尘埃却幸存下来。其后，原始太阳系星云开始冷却，在木星附近的尘埃外面变成凝缩冰的结晶。距太阳十分遥远处，因温度几乎没有上升，所以分子云中的尘埃幸存下来，成为彗星的原料。

不久，尘埃经附着、合并变成微行星，微行星不断碰撞、合并，最终成长为行星。在最远处构成的微行星（彗星的核）由于木星或土星等大行星的重力作用，被吹到更远的奥尔特云附近。同时，作为生命材料的有机物被运送到原始地球上。

冲撞蒸汽云中进行化学进化

另一方面，在不断碰撞的过程中，地球上的化学进化开始了，生命也就随之诞生。

地球诞生后6亿年左右，即大约40亿年前便是所谓的“巨大陨石的重叠爆炸期”，这是指直径达100千米的微行星按1000万年一次的比例发生碰撞。如果微行星以每秒几十千米的速度冲 撞地球，物质便会被蒸发、熔化或刮跑。在冲撞地点形成直径约1000千米的陨石坑，周围的海完全干涸。这时，蒸发气体向周围喷出的部分被称为冲撞蒸汽云。

冲撞蒸汽云不断扩大，不久地球表面裹上了一层厚厚的大气。超过500℃的大气中包含甲烷等还原成分，通过自然放电能量，构成氨基酸或核酸盐基等低分子的有机物。大气渐渐冷却，在冲撞后1000年左右，变成雨落到地上。

雨积存在陨石坑内，构成浅海。因这时地球内部的岩浆还在地下浅处，陨石坑底是热的，整体构成像温泉那样的状态。在浅的高温的海中开始进行材料物质的浓缩，相继把低分子的有机物连接起来，生成蛋白质或核酸等高分子的有机物，并且高分子的有机物一边相互作用，一边向具有复制能力的原始细胞发展。

这样的天体冲撞可以说为生命的诞生创造了最合适的条件，但反过来也是破坏之前已存在的生命的过程。因此，在地球诞生后大约6亿年间，生命的诞生和灭绝不断反复，而且在巨大陨石的重叠爆炸期结束后不久，诞生了被视为现代生命之祖的最初生命。

30亿年来为何蓝藻没有灭绝

蓝藻是生物进化上扮演重要作用的生物之一，在30亿～27亿年前出现。当时的地球大气以氮为主要成分，氧几乎不存在。由于蓝藻的光合作用，大大改变了地球的大气环境，形成了可以屏蔽紫外线的臭氧层，使动植物进入陆地成为可能。

从出现到距今7亿年前左右，蓝藻在地球上取得了优势，广泛分布于自寒带到热带的湖泊及海洋，之后逐渐侵入陆地，所以，那个时代理所当然地成为蓝藻时代。不久由于肉食动物的出现，蓝藻失去优势地位，但是没有灭绝，至今还幸存着。在这段时期，蓝藻顶住了几次生物大灭绝事件，不愧是“最终的活化石”。

那么，何以蓝藻没有灭绝呢？这是因为蓝藻在各种环境条件下都能生存。蓝藻具备了完全独立营养生物的特征，只要有光、水及空气，就能利用光制造有机物。再者，部分蓝藻摄取氮气制造蛋白质（固氮），即便没有肥料都能生存。另外，蓝藻还可以为适应环境变化而灵活地进行基因重组，所以能够幸存至今。

7亿年前整个地球结冰

生命诞生以来，地球与生物可以说相互影响、一起进化，科学界将此称为“共进化”。关于共进化，我们将介绍“冰雪地球假说”。

距今7亿年前，整个地球被冰河覆盖，全球结冰。

其最主要的证据便是，当时赤道附近的地层蕴含冰河堆积成杂岩的巨大岩石。另一方面，在全球结冰前，微生物在海洋大量繁殖。原来当时恰逢造山运动活跃时期，大陆或是分离或是合并。在其影响下，岩石断面因风化掉下的元素流入大海，则海洋中的营养成分（磷等）增加，蓝藻等光合成微生物大量繁殖，增加的光合成微生物大量消耗了大气中的二氧化碳。通常，积存在海底的生物尸骸被分解时，再次产生二氧化碳返回大气中。但在约7亿年前的时代，微生物的尸骸被从大陆流入的岩石覆盖，能够返回大气的二氧化碳锐减，当然气温就大幅度降低。

即使海洋表面全被冰封住，地球内部的活动照常进行，通过海底的中央海脊或陆上的火山活动放出的热或二氧化碳，渐渐地蓄积起来。当超过一定界限时，温室就开始起作用。随着冰的融化，之后全球气温一下子上升到50℃左右，与全球结冰时的温度差了近100℃！这样的结冰与融化在短时间内反复了几次。

考虑到全球结冰发生前，地球上已存在微生物或水母的同类等，从冰融化后的地层中发现了最古老的贝类化石及沙蚕之类的化石。不久之后，大约6.5亿年前，一种叫做浮游生物的大型动物出现。

地底微生物给外星生命提供线索

迄今为止，生物的主要栖息地还是陆地和海洋。但近几年的研究发现，原以为没有生物的地下深处的岩盘中，也存在大量的微生物。

众所周知，地下的温度随着深度增大而不断上升。科学家认为，微生物最高能耐受约120℃的高温，由此推断地下5000米左右是微生物能够生存的环境。根据计算，在地下有大量的生命存在，大大超过陆地上和整个海洋的生物量。地下生物圈可称是地球最大的生物圈。

它们生活在地下岩石等的缝隙里，那里是太阳光完全照不到的地方，也没有氧气存在。在那里，陆地或海洋生物都不能进行光合作用及呼吸。那么，地下生物是怎样生息的呢？

科学家说，它们可以进行利用二氧化碳氧化氢的二氧化碳呼吸，或用硫酸氧化甲烷的硫酸呼吸，或用硝酸氧化硫化氢的硝酸呼吸等，来代替氧呼吸。利用这种不需要氧的呼吸得到的化学能量，某些微生物可以从无机物中（二氧化碳）制造有机物，从而获取进行其他生命活动的能量。这种方法被称为在地底进行的“黑暗的光合成”。

生活在地下生物圈里的微生物，在没有阳光的情况也能生存。通过研究这样的微生物，我们能够知道地球上有多种其他生活方式的生物，以及可能存在生命的环境界限，同时也为探讨外星生命的可能性提供了线索。

寻找火星曾存在海的证据

我们知道，火星紧挨着地球外侧的轨道旋转，在太阳系中可称是与地球表层环境最相似的行星。为此，很久以前科学家就在考虑“火星上曾经存在生命，或许现在还存在着”这一问题。火星直径约是地球的1/2，并裹上薄薄一层以二氧化碳为主要成分的大气，地表处在平均-50℃以下的低温状态。

生命的诞生必须依赖液体水。“全球勘探者”拍摄的照片显示，火星北极冠有冰存在，这表明现在火星上还存在丰富的水，火星过去或许不像现在那样寒冷、干燥，处在更温暖、湿润的气候状态下，那时地表或许还存在过海。事实上，2004年美国“勇气”号与“机遇”号火星车发回的照片也显示，埃尔·卡皮坝地区曾经是海。如果是这样，诞生生命的可能性很高。

日本东京大学的松井教授试图“从火星的天体碰撞的现象来寻找证据”，即如果巨大陨石冲撞海洋，则肯定引起巨大海啸，在海边或浅海底的巨石被海啸卷起抛到海岸线上。在地球上，由于地震引发的海啸抛起的海啸石残存在世界各地，大的达到10米。因此松井教授建议，“在今后的火星探测中，应致力于寻找海岸线上到处扔着巨石那样的地形”。

事实上，最近在火星北半球有可能存在海的一些地方发现了直径约20千米的陨石坑，从陨石坑的大小推测，冲撞陨石的直径在几千米。松井教授期待，“如果海的存在期间有1000万年以上，则这么大的陨石冲撞肯定会引起海啸。通过详细调查海岸沿线地形，或许能够发现海存在的证据。”

“卡西尼”探测器在泰坦上发现生命了吗？

考虑在太阳系内与火星相比存在生命可能性更高的是木星的卫星欧罗巴（木卫二）和土星的卫星泰坦（土卫六）。最近由“伽利略”探测器发回的照片显示，木卫二的冰层大约有97千米厚，而真正以固态形式存在的只有表面的8千米～16千米，冰层之下是一片汪洋，蕴含的水量可能是地球上的3倍，而汪洋中可能存在生命物质。如果再考虑木卫二受到来自木星的强烈潮汐力作用，内部发热，所以松井教授推测，“或许像地球的海底存在活火山口一样，木卫二的海底也会有活火山。火山喷发的热量足以使某些不需要阳光和空气的微生物在那里存活”。

另一方面，泰坦是太阳系卫星中唯一拥有厚厚大气层的，其大气的主要成分是氮，还有百分之几的甲烷，到上空200千米左右就被厚厚的橘红色云雾覆盖，“旅行者”探测器不可能透过大气层直接看到地表的模样。但是，考虑到其表层云雾中包含大量构成生命材料的有机物，松井教授说：“实际上已在实验室中查明，如果对与泰坦大气成分相同的气体提供放电等能量，则会制造出大量高分子的有机物”。

泰坦表面的大气压约是地球的1.5倍，温度约是-180℃，是极寒冷的世界。或许，在它的地表上存在着由甲烷冰构成的大陆以及乙烷海。

泰坦卫星是否存在生命，还需要“卡西尼”和“惠更斯”做出回答。“惠更斯”上搭载的六种探测器，将详细调查泰坦的大气结构及成分、大气运动、云或气溶胶粒子的组成等，另外还将获取地表的温度、压力、地形以及海洋等数据。让我们期待泰坦是否存在生命的重要信息。