冷战如何造就了天体生物学

译者:兔纸头 | 发布: | 发布时间:2014-03-1,星期六 | 阅读:1,081
原文:How the Cold War Created Astrobiolog

协作负责人:兔纸头

译者:兔纸头月落重生

自人类第一次思索其他星系可能会别有洞天起,天文学和生物学早已经羞怯地互相爱慕了很久。但1957年10月4日,一只名叫史普尼克1号的23英尺的铝制球体从哈萨克共和国的荒漠大草原上被发射到近地轨道上之后,两者结合为现代天体生物学领域才真正开始。在后来的几周里,它都轻柔地向全新和未知的宇宙世界不断发射哔哔嘟嘟的电台信号。三个月后,它跌跌撞撞地穿过大气层回到了地面,这标志着人类磕磕碰碰的小小进步在过去四十亿年地球历史中前所未见的轨迹上开始了。

在史普尼克冉冉升起的时候,一位名叫约书亚·莱德伯格的美国人正在墨尔本大学任客座教授,他32岁,在澳大利亚工作。莱德伯格是一个奇才,他生于1925年,父母是新泽西移民。他聪慧、博学,而且具有过目不忘的天才本领,他闪电式跳过高中阶段,在15岁时就被哥伦比亚大学录取。他在获得动物学学位之后又向医学界进军,随着研究兴趣的转移,他转学进了耶鲁大学。他21岁时,在耶鲁大学里研究新兴的微生物遗传学领域上做出的贡献,以及在细菌转基因上的成就,令他获得了1958年的一项诺贝尔奖。

和地球上其他地方一样,澳大利亚被也苏联导弹锁定着;这种做法不仅是为了显示其技术方面的超强实力,也是为了显示超级大国现在可以轻松跨洋发射核弹头。然而,莱德伯格的灵感激发面与周围的人都不相同。他立刻发现另一种看不见的壁垒已经被打破了,这种壁垒可以将更加致命的东西屏蔽在外,同时也蕴含着绝佳的科学机会。如果人类将要在太空中旅行,我们也会在其他星球散播地球上的各类生命体,而且也很可能会将外星病原体带回地球。正如莱德伯格所看到的,不管是以上所述的哪一种情况,我们随时都会毁灭太阳系的本土生命,以及我们本身。情况不容乐观。当他回到美国,他立刻全身心投身于天文学和火箭学上去,并紧急写信给美国国家科学院,就迫在眉睫的危险向他的同事们提出警告。

我们随时都会毁灭我们太阳系上的本土生命。

到1958年春天,莱德伯格的“宇宙灾难”警告开始令人们感到紧张,并且受到了重视。但他的举动并不只是为了吓吓研究者和决策者们而已。它也标志着一种抛开地球常规限制的新型科学的诞生。用他自己的话来说,“我是当时唯一一位能将地外探索思想认真对待的生物学家。”他的重大影响并没有收到损害,而且在接下来的几年里,莱德伯格成功将生物学探索直接安置在初生的美国国家航空航天局日程表上,形成了这方面的一个新术语 ,“太空生物学”——对地外生命的研究。

太空生物学对太空探索的方式产生了深远的影响。为了对航天器进行消毒,并对其可能带回地球的外地生命进行检疫,严格的协议被制定了出来。美国国家航空航天局(NASA)建立了干净的房间,工作人员全部进行药物除菌,并在发射前对设备进行烘烤消毒。科学家们着手于工作,并粗略地计算其他世界中生物学污染物的可堪风险。有一项已经成熟的标准显示,每项任务必须将扰乱外星生态系统的可能性降低到一万分之一,这是一项有点专横的办法,可能更多的是说明我们对污染行星的忍耐限度。

后来,在阿波罗11号成功返航时,宇航员们立刻被封锁在改装的气流拖车里进行了三个礼拜的慎重隔离,而没有进行游行庆功活动。有一张众所周知的图片,是尼克松总统对着阿姆斯特朗、奥尔德林和柯林斯露齿而笑,而三人都被安置在拖车的密封窗后面,他们可能更乐于这么做。在阿波罗14号之后,终于明确月球表面的环境是完全无菌的,于是后来的隔离检疫便被免除了。

然而莱德伯格的事业并没有就此停止。他和年轻的卡尔·萨根在20世纪60年代初成为好朋友,他们一起帮忙明确了太阳系探索新兴领域的形成,以及对地外生命的搜寻。在1965年,美国国家航空航天局的水手四号航天器掠过火星,第一次发回近距离火星表面图像,那是一片荒凉而布满坑洞的世界,一个干旱荒漠的星球。没有植被、没有文明,几乎连大基层都没有。那是一个至关重要的时刻,之前对我们所在太阳系存在生命的乐观想法被远远抛开,且将生物学探索将会遇到的严峻挑战揭示出来——如果那里有生命痕迹的话,要用显微镜才能将它们找到。从这项信息出发,莱德伯格、萨根和其他人快马加鞭地进行概念上和微生物和化学试验上的先进工作,1976年,登陆火星的海盗任务令其达到了光辉的顶点。这两台双生登陆器携带着高灵敏度的自动化增(降)压仓,专为培育和检测火星红色土壤中可能潜伏的微生物有机体设计——那是在这片荒凉的土地上,生命体最后可能存在的避难所之一。然而,尽管携带的仪器非常精密,在很多方面来讲海盗号的火星探测任务也标志着莱德伯格式地外生物学的结束。登陆器并没有发现它所试图去寻找的微生物,或者其他类型生命体。生物学试验给出的也是一些令人困惑和出乎意料的结果,现在一般认为是火星表层土壤可怕的化学特性造成的,些土壤中富含有害的氧化物,类似于火箭燃料中使用的物质。海盗号的发现表明:要想在地球以外寻找到生命比原本期望或者恐惧的要困难得多。

一次发射任务,扰乱外星生态系统的概率不得超过1/10000。

一部分出于对外在变化的响应,一部分由于自身的发展,地外生物学的专业研究逐渐进入了一个更为广阔的科学领域。他综合了各种的学科,从陆地微生物学和生命起源学到星际化学和地球物理,甚至包括一些简单的宇宙学。这可不是一个轻而易举的转型。但莱德伯格最初愿景中的大部分动力依然存在;这些是意义深远的问题,人们的胃口也被勾了起来。在美国,NASA固执己见,进行着一系列空前规模的跨学科研究,范围从进化生物学一直到宇宙化学,积极地寻求科学上的突破,否则它将在传统投资项目的破产过程中崩塌。

在20世纪70年代末期和80年代,极端环境下地球生命体的发现重新激发了科学家们的想象力。人们在位于海洋深处数千米的地方,发现火山通风系统的气孔中有食用有毒超高温臭气的微生物和稍大一些的生物。研究发现细菌能很容易地在干燥、电离辐射和冰冻的环境下存活下来。卡尔.伍兹和其他的科学家定义了古菌的大域和并开辟了一系列关于生命起源的新思路,而托马斯·戈尔德则谈到了行星地下环境中的生命的意义。有一种感觉就是:我们过去忽视了太多地球上的生命,这意味着我们可能对别处的生命忽视得更多。

一直到20世纪90年代,地外生物学才勉强给出科学家们的问题的范围,这些成就让该学科被重新命名为天文生物学。它是天文学和生物学的全方位综合。它开始要求人们将生命理解为一个真正的宇宙现象——一个泛学科的探索开始形成,就像1995年首次发现环绕类日恒星运行的宜居行星一样。

回想起来,正是一连串偶然的重大发现才使天文生物学发展到现在的高度。从开始的细菌问题和斯普尼克人造地球卫星,到到最后的系外行星的发现。假设这些发现的时间点有所不同,我们可能在不知不觉中铸成大错,将太阳系污染得到处是细菌,远远超出了自然传播的范畴。如此一来,我们就阻碍了,也可能浪费了去研究可能存在于其他世界中的生命的机会。

天文生物学可以说是过去数百年间最幸运和最不幸的科学领域。

与此相反,我们啜饮着冷战式装腔作势、内心偏执的鸡尾酒,上面点缀着兰德伯格的机敏思想。把超级大国间的太空竞赛变成了一场生物限制的禁区。同时也为我们更密切更仔细观察其他世界争取了时间,如果我们对早期的火星,甚至金星探索没有保持清醒的头脑,我们可能就错过了丰富多彩的生命形式所具有的更深层次意义。生命不是凭空出现的,它出现在宇宙舞台上的频率是一项至关重要的统计值,需要我们去研究,但是获取这些知识一直以来都是最具挑战性的科学之一。基于这些原因,宇宙生物学可以说既是过去数百年里最幸运的也是最不幸的科技领域。这项冒险仍然可能存在一些不和谐的合作关系;关于科学上谁更优先的问题,生物学家和天文学家时常意见相左。但这个问题我们是可以处理的,因为从很多方面看来,当初兰德伯格想要保护和保持的现在比任何时候都要迫切,我们并不仅仅是寻找并发现宇宙中生命的丰富多彩,我们也寻求将我们的世界放置在合适的宇宙大环境下,更加充分地了解自己,以便在我们无意中,且可能不必要造成的环境变化中规划出一个稳定的进程。

这同样暗示着有一个最伟大的,一个还没发现的群体。我们现在知道一个现实,就是火星曾经一度是一个比现在宜居得多的星球。我们也知道银河系里面绝大多数比地球大一点星球,在我们的太阳系里面是没有的。即使分析我们现在最原始的数据,那些世界也展现出非同寻常的多样性。有些星球布满质地稠密的岩石,或者富含气体层的奇怪地域。

其他的星球可能有着截然不同的地质化学特性,在那里基岩主要成分是由碳,而不是硅。不久的将来我们将不得不寻求一种方式来解释我们在这个行星家族里的位置,而且我们可能不得不在地外生物学中解释我们所处的位置。那将是知识的终极合并,把地球生命放置在宇宙的舞台上——当天文生物学最终真正走出寒冬的时候。

凯莱布.沙尔夫是一位天文物理学家和哥伦比亚大学在纽约的天文生物学主任。他的新书《哥白尼情结:我们在星球和可能性的世界中的宇宙作用》将在2014年8月份上市。

本文参考内容

Joshua Lederberg 论文《剖析科学》(Profiles in Science),国家医学图书馆,http://profiles.nlm.nih.gov/

Lederberg, J. Moondust. Science127, 1473 (1958).



 

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