几十年来，金星一直是太阳系里最大的“诱惑”。从远处看，它是一颗明亮的天体；近看，它的表面是一个压垮一切、被炙烤的地下世界，连铅都会熔化。然而就在那片地狱般的地表之上，包裹着这颗行星的硫酸云层中，环境要温和得多，而且对天体生物学家来说，或许比下面的岩石表面更有意思。
一项由麻省理工学院研究人员领导、发表在《美国国家科学院院刊》上的新研究表明，生命的化学过程，至少是支撑生物学的那一类，可能比此前认为的更耐久。
两面的世界
金星常被拿来与土星最大的卫星泰坦相比较，因为二者都隐藏在厚厚的大气层之下，光学望远镜无法穿透。必须借助雷达才能绘制其下方地貌。但与泰坦单调的雾霭不同，金星的大气层呈现出戏剧化、翻涌旋转的景象。至于地表现实，则远谈不上宜居：灼热的温度和巨大的压力使这颗行星成为太阳系中最恶劣的地方之一。
大气层则是另一回事。在某些高度，温度和压力接近地球般的数值，使云层成为微生物生命一个诱人的潜在庇护所。问题一直在于，生化过程能否在由浓硫酸而不是液态水构成的云中运作。许多天体生物学家一直认为，水是生命必不可少的溶剂。新研究对这一假设提出了挑战。
肽：生命的构建模块
蛋白质对我们所知的生命而言不可或缺。但在蛋白质能够作为酶或结构成分发挥作用之前，其氨基酸链必须折叠成极为特定的三维形状。如果折叠错误，蛋白质往往就会失去作用，甚至有害。
肽是由较短氨基酸链构成的分子，是完整蛋白质的更简单前体。研究肽在类金星环境中的表现，能让研究者直接探问：生物所需的化学机制，是否能够在看似对地球生命极其敌对的条件下依然存在。
麻省理工学院行星科学教授、该研究合著者莎拉·西格尔博士解释了折叠的重要性。她说：“生命需要具有特殊形状的蛋白质，这样它们才能拥有特定靶点并发挥功能。”
如果小肽能够在硫酸中保持完整并正确折叠，那么生命的核心化学就可能存在于远超地球宜居带之外的地方。
测试金星云层的化学
为此，研究团队设计了一系列实验室实验，使用核磁共振光谱进行研究。NMR光谱能让科学家详细观察化学化合物的分子结构和物理排列。该技术需要极其谨慎的样品制备，尤其是在处理像98%硫酸这样具有强腐蚀性的溶剂时。
研究人员将三种不同的肽置于模拟金星云层的条件下，在那里硫酸几乎是纯的，水几乎完全缺失。此前的观点认为，这样的环境应该会破坏肽键，在这些链条尚未来得及发挥任何生物学作用之前就将其摧毁。
结果出乎这一预期。研究团队成功观察到三种肽都形成了折叠结构，而且这些结构稳定存在了数周。环境并没有摧毁它们。相反，这些肽似乎适应了一个没有水的环境，足够长时间保持完整以发挥作用。
研究团队将这种表现归因于正是水的缺失。在地球上，水无处不在，通常有利于生命，但它也是一种会攻击并断裂肽键的分子，这一过程称为水解。在金星高层大气中浓硫酸的环境下，水几乎完全不可用。没有水来推动水解，这些肽中的化学键得以保持稳定，使链条能够折叠。
这对寻找生命意味着什么
这项研究的意义远不止金星。天体生物学长期以来更青睐那些存在或可能存在液态水的行星和卫星。这个搜索框架一直指导着对火星、木星和土星的冰卫星，以及位于各自恒星宜居带内的系外行星的探测任务。
但新发现表明，非地球式环境，即那些比地球生态系统所能承受的条件更酸性的地方，或许同样可以支持生命的分子机器。正如研究指出的，按照地球标准看似极端的行星，可能会使用非水溶剂，或至少使用能够耐受强酸的生命形式。
金星云层并不是温和环境。硫酸并不是任何已知生物能够大量摄入的东西，尽管地球上一些微生物确实能在酸性环境中繁盛，例如火山温泉或酸性矿井排水中。然而，这些环境仍然以水为基础。金星上的关键区别在于，云层不仅酸，而且极其脱水，几乎没有水可用。
这使得这里观察到的肽稳定性更加引人注目。它指向一种化学景观：复杂有机分子可以在其中存活数周，或许足以参与支撑原始生物学的反应。
这项研究为何重要
这项工作并不能证明金星存在生命。但它做了一件或许更重要的事：它扩大了我们在寻找生命时应考虑的地点范围。如果生命的基本化学能够在硫酸中存活，那么宜居性的判断就不再只是温度和液态水的简单问题。
未来的金星任务，例如拟议中的气球探测器，或许可以直接采样云层，寻找有机分子，甚至生物处理的迹象。麻省理工学院的这项研究为这些任务提供了更强的科学依据，因为它表明最基本的生物构件可能可以在那种环境中存活。
肽只是生命的一个组成部分，但它们是所有已知生物机器中必不可少的。肽能够在硫酸中形成稳定结构，表明至少部分必要的分子工具包可以在金星云层条件下运作。
当然，实验室中的存活并不等同于在自然环境中起源。金星云层可能已存在数亿年，如果形成了任何稳定化合物，就给化学演化留下了充足时间。但我们仍不知道这颗行星的恶劣环境和大气环流是否足以让分子持续存在，并最终组装成生命。
前路
这项最新发表在 PNAS 上的研究再次提醒我们，不能仅仅因为金星表面酷热地狱般，就把它视为死寂世界。金星云层或许是太阳系中最易接近的地方之一，可用来检验：地球生物化学是否是生命的唯一蓝图，还是众多可能性之一。
尤其引人入胜的是水的角色。研究人员强调，缺少水有助于肽保持稳定，这表明水这种地球生命的溶剂，未必是生命某些关键步骤的前提。未来的研究应进一步探索其他生物分子与硫酸的相互作用，以及最初生成肽的化学路径。
其意义深远。如果生命可以由那些在浓硫酸中仍能折叠并发挥功能的分子构建，那么“宜居带”这一概念，也就是恒星周围那片液态水能在行星表面存在的狭窄区域，可能过于狭窄了。
与其问水流向哪里，不如问化学在哪些地方能保持稳定且复杂。金星虽然令人头疼，但最终可能会成为研究这一可能性的最佳天然实验室之一。
本文基于 Universe Today 的报道。阅读原文。
Originally published on universetoday.com