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自然“冷戰”造就的天體生物學
2014年7月16日
生命，死亡，人造衛星
天文學和生物學在人類首次開始思考其他世界和太陽存在的可能性后，便開始曖昧地“糾纏”在了一起。但是二者真正融合成為現代的天體生物學實際上開始于1957年的10月4日。那天，一個名為“人造衛星1號（Sputnik 1）”的23英寸鋁球從哈薩克共和國荒漠草原騰空而起進入了地球低軌道。隨后幾個星期，它不斷地通過無線電波發出輕微的蜂嗚，預示著一個全新而極不確定的世界正在到來。三個月后鋁球重返大氣層。人類也就此進入了地球在過往40億年中前所未見的發展軌跡。
人造衛星升空之時，32歲的美國人，澳大利亞墨爾本大學的客座教授Joshua Lederberg正在埋頭工作。Lederberg是一位天才，出生于1925年，父母是新澤西的移民，他思維敏捷，行為大方，記憶力超強。高中時成績突出，15歲便被哥倫比亞大學錄取。在那里他獲得了動物學學位。隨后轉入耶魯大學從事醫學研究。21歲時在耶魯大學協助研究新興的微生物遺傳學，在細菌轉基因方面的工作讓他與人分享了1958年的諾貝爾獎。1，2
與這個行星上的其他地方一樣，澳大利亞也被蘇聯的這次發射嚇住了；這是一種技術實力的展示，它在表明對超級大國而言，跨越大洋投射核彈頭是一件輕而易舉的事。但是和其他人的想法不同，Lederberg的思維在另一個方向。他意識到的是，某種隱形的的壁壘已被打破，它原本可以將致命的東西阻擋在外，而與此同時，也出現了一個絕好的科學機遇。
假如人類想要太空旅行，那么可以想像的是，我們會把地球上的有機體散布到其他行星，與此同時外星的病原體也會被帶回地球。正如Lederberg所意識到的，我們要么會毀掉太陽系中地球之外的本土生命形式，要么就會害了我們自己。而這兩者人類都無法接受。因此當他回到美國后，便立即開始學習所有有關天文學和火箭技術的知識，同時準備給美國科學院寫信，想要就這種迫在眉睫的危險向他的同事提出警告。
我們會毀掉太陽系中地球之外的本土生命形式。
1958年春，人們開始注意到了Lederberg關于“宇宙災難”的警告。這個警告可能會嚇到學者和政策的制定者，但它同時還標志著一門新學科的誕生——一門超越通常行星界限的新科學的誕生。用他自己的話來說，“我是唯一一個認真地考慮了外星探索的生物學家。”這并沒有影響到他的聲譽，在隨后幾年中，在剛成立不久的NASA，Lederberg成功地將生物學調查加入了議程中，同時一個新的名詞誕生了：“地外生物學（exobiology）”——一門專注于研究地球之外生命的學科。
地外生物學極大地影響了太空探索進行的方式。一系列針對飛船以及其帶回物品的消毒和隔離規則被制訂了出來。NASA建造了凈化室，所有儀器在封裝發射前都要被清潔或烘烤消毒。科學家們忙碌地想要計算出給外星造成生物污染的風險在多大程度上可以被接受。制定出來的一個標準是：每項任務擾亂外星生態圈的概率必須低于萬分之一。這個有些隨意的規定，也許只是反應了我們對外星被搞亂的容忍度而已。
因此當阿波羅11號凱旋歸來后并沒有進行游行慶祝，相反的是宇航員被迅速關進了一輛被改裝過的氣流拖車，并認真地隔離了三個星期。有一張著名的照片，照片上尼克松總統正對著阿姆斯特朗、阿爾德林和柯林斯開心地笑，而這三人都被“安全”地關在拖車氣密窗后面。也許他們會很樂意這么做吧。而到了阿波羅14號之后，由于月球表面已被確認無菌，這樣的隔離措施才被省略。
然而Lederberg沒有就此停止他的研究工作。他和年輕的卡爾薩根在20世紀60年代成為了朋友，并且互相協助開創太陽系探索和地外生命搜索這些的新興的研究領域。1965年，NASA的水手4號為了依靠火星引力加速而近距離掠過了火星，它發回了首張近距離特寫火星照片，照片中火星表面布滿了隕坑，呈現出一派荒涼景色。這是一個干旱的荒漠行星：沒有植被，沒有文明，幾乎沒有大氣。從此，人們對太陽系中存在生命的樂觀態度被迫轉變，生物學探索將會面臨的挑戰也變得更為清晰——假如有生命存在的線索，那么它們有可能需要用顯微鏡來尋找。受這個信息的啟發，Lederberg、薩根和其他研究者加速在微生物和化學方面進行了概念性與實驗的先行性研究，這項研究在1976年引人注目的海盜號火星任務中達到了光輝的頂點。這兩個雙胞胎著陸器搭載著高靈敏度的自動化濕式實驗裝置，專門用于培養和檢測可能暗藏于火星紅色土壤中的微生物，這可能是這片嚴酷的環境中生命最后的庇護所之一。
盡管儀器很先進，但從很多方面講，海盜號火星任務相當于宣告了Lederberg式宇宙生物學的結束。著陸器對微生物或其他類型有機體的搜尋毫無收獲。生物學的測試結果讓人迷惑而失望，火星表面上層土壤中令人討厭的化學成份導致的結果是——那里全是類似于火箭燃料化合物的有毒氧化物。海盜號的結果清楚地表明，在地球之外尋找生命所面臨的挑戰比想象中的要大得多。
每項任務擾亂外星生態圈的概率必須低于萬分之一。
一方面是對外部的響應，一方面也是自身發展的需要，地外生物學的專業研究隨后逐漸地進入了一個更為廣闊的領域。它綜合了各個學科，從地球微生物學、生命的起源，到星際化學與行星物理，甚至包括了簡單的宇宙學。這樣的轉變不容易。在這個領域，可用的數據相當少。但Lederberg最初想法中的大部分動力源泉依然保留著；這是一些意義深遠的問題，因此也激起了人們的興趣。在美國，NASA執著地進行著一系列規模空前的跨學科研究，從進化生物學到天體化學，積極地在尋求科學上的突破，否則它就已經在傳統的融資計劃中破產了。
20世紀70年代末與80年代，極端環境下地球生命體的發現重新激發了科學家的想象力。人們在海洋深處數千米的地方，發現了火山排氣孔中以有毒超高溫臭氣為食的微生物以及稍大一些的生物。研究還發現某些細菌似乎還很樂意生活在干燥、有電離輻射和冰凍的環境中。Carl Woese和其他科學家定義了古細菌的大域，并開辟了一系列關于生命起源的新思路，而Thomas Gold則談到了行星地下環境中生命存在的意義。這讓我們意識到我們過去忽視掉了太多的地球生命，這也就意味著我們更容易忽視其他行星上的生命。
直到20世紀90年代，地外生物學才勉強有了能夠回答科學家疑問的研究范圍，而研究的成果讓它有了一個新的名字：“天體生物學（astrobiology）”，它是天文學和生物學的全面融合。它開始將生命作為一個真正的宇宙現象來理解——一個泛學科的探索開始成形，就像1995年首顆環繞著與太陽類似恒星運行的宜居行星被發現一樣。
回想起來，是在一連串偶然性的重大事件幫助下，天體生物學才發展到現在的高度。從起初的細菌和人造衛星1號，到最后的系外行星的發現。假設這些發現出現的時間點有所不同，那我們就可能已經在不知不覺中鑄成大錯，將太陽系污染得到處是細菌，遠遠超出自然傳播的范疇。這樣的話，我們就阻礙了，也可能浪費了研究其他世界中可能存在的本土生命的機會。
天體生物學可以說是過去數百年間最幸運，同時也是最不幸的科學領域。
與此相反，我們裝腔作勢而內心偏執，Lederberg的機敏思想成為了冷戰雞尾酒上的裝飾。超級大國間的太空競賽成了一場生物遏制的禁區，但同時也為我們更密切而仔細地觀察其他世界爭取了時間。假如我們在早期的火星和金星探索中沒有保持冷靜，我們可能就錯過了生命的豐富性所含有的更深層次涵義。生命不是天上掉的餡餅，它在宇宙這個舞臺上出現的頻率隱含在一項重要的統計學結果中，但是要獲取這些知識，無論何時都是極大的科學挑戰。基于這些原因，天體生物學可以說是過去數百年間最幸運，同時也是最不幸的科學領域。
這項冒險性的事業在合作中仍然可能存在著一些不和諧的關系；生物學家和天文學家在科學的優先權方面不總是看法一致。但這不是問題，因為從很多方面來看，當初Lederberg想要保護和維持的東西，在今天比以往還要迫切，我們不僅是要尋找和發現宇宙中生命的豐富性，我們也在探尋在宇宙的大環境中，我們自己的世界該如何定位。在這個被我們無意且不必要地改變了的環境中，只有更加充分地了解自己，才能夠規劃出一個能夠穩定持久的方向。
在此還有一點暗示，在宇宙中，存在著偉大而尚未到來的同盟。我們今天所知的火星曾經有過一段更溫暖的時期。我們也已經知道，我們的太陽系中并不包含所有銀河系行星種類，那些行星可能比地球還要大一點。即便用我們現在的原始數據來分析，這些世界也呈現出非凡的多樣性。有些古怪的行星稠密而多石，或者富含氣層。而有一些可能有著截然不同的地質化學特性，在那里巖床的主要成分可能是碳，而不是硅。在不久的將來，我們可能會在行星的家族中找到自己的位置，而且很可能也會在地外生物學的家族中找到自己的位置。那將是知識的終極融合，當地球生命找到自己在宇宙舞臺上的位置時，才是天體生物學的真正出頭之日。
作者Caleb Scharf是天體物理學家，紐約哥倫比亞大學天體生物學主任。他的新書《哥白尼體系：我們在行星和概率宇宙中的意義（The Copernicus Complex: Our Cosmic Significance in a Universe of Planets and Probabilities）》將于2014年8月份上市。
