外星生命可能不仅仅需要液态水才能生存

正如我们所知，水对生命至关重要。但并不是所有的水都有生命存在。通过梳理极端环境的数据，研究人员发现了地球上宜居水条件的极限。这可以帮助我们弄清楚其他行星上哪些类型的水更有可能孕育生命。

我们目前寻找外星生物的指导原则是“随波逐流”。但新的研究表明，这个目标需要重新定义。

这项研究的主要作者、澳大利亚国立大学的Erita Jones问道：“我们应该遵循热水还是冷水？”该研究发表在最新一期的《天体生物学》杂志上。

在地球上，我们知道生命可以在各种各样的水温和压力下生存，但也有一些水的地方并没有发现生命。Jones和她的同事Charles Lineweaver对地球上生命向可用的“水域”扩展的程度进行了全面的调查。

琼斯说：“我们试图更好地量化我们对地球生物圈的理解。”

他们的研究结果表明，已知地球上只有12%的液态水存在，才有生命存在。至于这本书的其余部分，尽管生命经历了数十亿年的进化，但可能从未找到适应那里条件的方法。

这可能意味着，无论是在这里还是在其他遥远的世界，都有一部分液态水是绝对不适合居住的。

水位图

为了量化宜居水的组成，Jones和Lineweaver在压力和温度图上绘制了水条件的范围。

琼斯说：“这是一种非常自然的方式来参数化任何行星。”

尽管我们通常认为水是零到100摄氏度之间的液体，但这只适用于地球海平面大气压（约14.7磅/平方英寸或1014毫巴）下的纯水。如果有盐，水的冰点会降到零度以下，沸点会上升到100度以上。

在高压下，水在100摄氏度以上仍保持液态。事实上，作者估计液态水可以存在于地球表面以下75公里的最大深度，那里的温度超过400摄氏度，压力是地表的30000倍。”

但生命能在这水里生存吗？可能不会。已知维持生命的最高温度是121摄氏度。一些生物学家认为，生物体可能在更高的温度下生存，但目前还没有任何东西打破这一纪录。

Jones和Lineweaver将目前122摄氏度的极限作为宜居水的温度上限。在温度计的另一端，在地球上零度以下89度的薄膜中可以找到液态水。然而，已知支持活跃生命的最冷水温是零下20度，这是研究人员认为的最低边界。

研究人员还研究了压力极限。在地表以下5.3公里处发现了生命，那里的压力是地表压力的1500倍。这是否真的是宜居水的最高压力还有待观察，因为还没有人对生命进行更深的探索。

琼斯说：“到目前为止，我们已经发现生命和我们所看到的一样深。”

至于低压，在空气稀薄的大气中发现了生命，但这些微生物通常处于休眠状态，只有在获得必要的营养后才能复活。作者认为活跃生命的低压极限是大气压的三分之一，相当于珠穆朗玛峰顶部的海拔高度

生物圈限制

根据上述限制，我们星球上的生命被限制在一个薄薄的外壳内，大约从地表以上10公里延伸到地表以下5公里（或海洋深处10公里）。这使得地球上存在水的88%的体积无人居住。

琼斯说：“这表明生命和水是不对等的。”“可能有很多液态水对生命有害。”

地球上几乎所有的液态水都位于可居住的区域。关键是地球上只有一小部分的水对生命是友好的。

美国国家航空航天局艾姆斯研究中心的Chris McKay说：“这样说听起来很令人惊讶，似乎表明寻找生命的‘顺水而行’策略需要思考。”

但他认为这有点误导。在这项分析中，唯一真正的制约因素是观察到生命显然无法在122摄氏度以上存活。

麦凯说：“除金星外，其他星球的表面温度都不足以使这一限制生效。”

然而，在地表以下可以发现更高的温度。例如，火星表面的液态水可能太冷了，但有理由相信地下有液态水。

Jones和Lineweaver目前正在对火星的地壳、地幔和地核进行建模，并使用热流估计构建火星水相图，就像他们为地球水绘制的相图一样。研究结果将显示火星上可能发现的潜在宜居水（根据目前的研究定义）的深度。

这种“宜居水”分析也可以用于木星的卫星木卫二和土星的卫星恩克拉多斯的冰壳下的液态海洋这可能有助于表征系外行星，从而可以估计出合理的相图。”

琼斯说：“这可能会让我们把寻找生活的重点放在哪里。”