異形就在你身邊？

撰文∕戴維斯（Paul Davies）
翻譯∕姚若潔
 

　　 生命的起源是科學尚未解開的大謎題之一。沒有人知道生命到底是如何發生、在哪裡發生、又是何時開始的。我們能確定的只有微生物大約在35億年前開始在地球上立足。至於更早之前，由於缺乏可信的證據，可說是眾說紛紜。

　　30年前，生物學家之間流行的看法是：生命的發生源自化學上的偶然。因為發生的可能性實在太小，在我們觀察能力所及的宇宙範圍中，不太可能發生第二次。這種保守的看法，可由與諾貝爾獎得主、法國生物學家莫納德（Jacques Monod）在1970年的文章得到例證：「人類至少明白，自己在無情而浩瀚的宇宙中是孤獨的。人類的出現只是一種偶然。」然而近年來，這種看法卻有極大的轉變。1995年，知名的比利時生物化學家杜維（Christian de Duve）認為，生命是「宇宙的必然」，並宣稱生命在任何與地球相似的行星上「幾乎一定會發生」。杜維的說法加強了天文生物學家的信念，認為宇宙裡生機盎然，美國紐約大學的夏匹洛（Robert Shapiro）把這種理論命名為「生物決定論」（biological determinism），也就是說「生命就寫在自然定律裡」。

　　科學家如何確認哪一種看法才是正確的？最直接的方法，是到別的星球（例如火星）尋找生命的證據。如果太陽系中的兩個行星都從無中生有、誕生了生命，便能確立生物決定論，可惜的是，可能還要很長的時間，探索紅色星球的太空任務才能進步到足以搜尋火星上的生命形式（如果它們真的存在），藉此仔細研究地球以外的生物相。

　　不過，要測試生物決定論，比較簡單的方法還是存在的。沒有別的星球比地球更像地球，如果生命的確在地球的環境條件下就這麼誕生了，或許在地球上，生命的起源已經發生過許多次。為了探索這種引人入勝的可能性，科學家已經在沙漠、湖泊、洞穴中尋找各種「異形」生命，也就是因為擁有獨立的起源，而與所有已知的生物有著根本差異的生物。這樣的生物應該十分微小，所以研究者設計的測試，是要能辨認出可能就生活在你我身邊的特異微生物。

　　科學家對生命的嚴格定義還未達成共識，不過多數同意生命有兩個註冊商標：代謝（從環境中取得營養物，把營養物轉變為能量，並排出廢物）以及繁殖。生命起源論的正統觀點是，如果地球上的生命興起不只發生過一次，其中一種形式會迅速取得優勢，並消滅其他形式。舉例來說，可能是因為其中一種形式很快地佔據所有可用的資源，或是和較弱的生命形式「結盟」，把成功的基因完全佔為己有。不過這種論述的證據卻很薄弱，例如細菌與古生菌（archaea）是兩種形式截然不同的微生物，在30億年前從共同祖先分家以來，就一直和平共存至今，誰也沒有把誰消滅掉。另外，另類的生命形式不見得會與已知的生物直接競爭，因為這些「異形」生物可能居住在已知微生物無法生存的極端環境中，或是因為這兩種形式的生命使用了不同的資源。

真的有異形生物嗎？
　　即使另類的生命形式現在並不存在，還是有可能在因某種理由滅絕之前，繁盛於遙遠的過去。在這種狀況下，科學家仍有機會從地質記錄裡找到它們遺留的生物學痕跡。假設另類的生命形式擁有截然不同的代謝，可能會以已知生物活動所不能解釋的方式，改變岩石或製造礦物質沉積。以獨特有機分子形式形成的生物標記，而且是我們熟知的生命形式無法創造的有機分子，可能隱藏在古老的微化石（microfossil）中，形成的時間可以追溯到遙遠的太古代（25億年前）。

　　有一種更令人興奮但也更異想天開的可能是，另類的生命形式至今仍然存在，而且就生活在我們的環境之中，形成一種「影子生物圈」（shadow biosphere）。這個名詞由科羅拉多大學波爾德分校的克萊蘭（Carol Cleland）與卡普里（Shelley Copley）所創。這個想法乍看之下可能頗為矛盾；如果異形生物就在我們眼前（甚至眼皮上）大肆活躍，科學家豈不早該發現它們了？答案卻是否定的。絕大多數的生物是微生物，而單是從顯微鏡下觀察，幾乎不可能區別出它們是什麼東西。微生物學家必須分析遺傳序列，才能決定一個生物在生命樹（把所有已知生命依據親緣關係而做的分群）中的位置。但是到目前為止，研究者也只對所有已發現的微生物中一小部份做過分類。

　　可以確定的是，目前仔細研究過的生物，幾乎都來自共同的祖先。已知生物共有相似的生物化學，也使用幾乎相同的遺傳密碼，所以生物學家可以分析它們的基因序列，然後將之安置在同一株生命樹上。不過研究者用來分析新發現生物的程序，是刻意設計成偵測我們認知中的生命形式，這些技術無法正確地對另類的生物化學有反應。如果影子生物只存在於微生物領域，科學家看漏了它們，也是非常可能的。

生態上與世隔絕的異形
　　在今天的地球上，研究者該到哪兒尋找異形生物？有些科學家專心搜尋佔據特殊生態區位的生物，但這些生態區位遺世獨立，一般所知的生物根本無法到達。近年來的發現則是，已知生物承受極端嚴酷條件的能力，實在令人驚訝。從滾燙的火山口到南極的乾燥峽谷等極端的環境，都有微生物存在，其他「極端微生物」（extremophile）還可以生活在在於鹽濃度飽和的湖泊中、含金屬的極酸礦坑污染物中，以及核子反應的廢水池裡。

　　儘管如此，最強韌的微生物還是有其極限。就我們所知的生物而言，液態水是絕不可少的。在智利北部的亞他加馬沙漠（Atacama Desert）就因為極為乾燥，完全沒有熟悉生命形式的跡象。再者，雖然有些微生物可以在一般水沸點之上的溫度繁殖，但目前為止，科學家還沒發現任何東西可以在130℃以上存活。然而，可想像的是，另類的生命形式可能在更極端的乾燥或溫度條件下存活。

　　所以，在生態上隔絕的地區，科學家或許能藉由生物活動的線索，例如在地面與大氣之間的碳循環中，找到另類生命形式的證據。要尋找這種隔絕的生態系，最明顯的地方是地殼深處、大氣上層、南極、鹽礦、以及金屬和其他污染物的堆積處。另外，研究者可以在實驗室中控制不同的條件（如溫度或濕度），直到所有已知的生命形式死絕；如果某種生物反應還留存著，那就有可能是影子生命存在的徵兆。科學家已經用這種技術發現了可承受輻射的抗輻射奇異球菌（Deinococcus radiodurans），這種細菌所能承受γ射線劑量，是人類致死劑量的1000倍。不過，抗輻射奇異球菌和所有已經鑑定出來所謂的嗜輻射生物（radiophile），在遺傳上都與已知生命有關聯，所以它們並不是異形的候選者。不過這並不排除以此種方法找到另類生命形式的可能性。

　　研究者已經整理出好些生態系，看起來應該與生物圈的其他部份完全隔離。在地底深處的微生物，無法接觸到光、氧氣以及其他生物的有機產物。它們賴以維生的方法，是某些微生物能利用化學作用或輻射活動所釋放的二氧化碳或氫氣，以行使代謝、生長與繁殖等活動。雖然目前為止發現的微生物與地表微生物的關係都很接近，但地下深處的生物探險仍處於初步階段，可能還有更多驚奇有待發掘。國際整合海洋鑽探計畫（Integrate Ocean Drilling Program）已經從海床底下將近一公里的深度採得岩石樣本，陸地鑽孔也從更深的地層發現生物活動的訊息。不過，目前為止，研究社群還未進行有系統且大規模的計畫，來偵測地下深處是否有生命存在。……

【本文轉載自《科學人雜誌》2008年1月號】