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天體生物學

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本文是关于：
宇宙中的生命
天体生物学
太阳系宜居性
太阳系之外的生命
核酸或许并不是宇宙中唯一能够对生命过程进行编码的生物分子。[1]

天體生物學（英語：Astrobiology），舊稱外空生物学（Xenology、Exobiology），是生命科學與環境科學領域中的一門學科，透過探究生命的決定性條件與偶然事件，研究宇宙中生命起源、早期演化、分佈及其未來。[2] 作為一門學科，天體生物學建立在「地球以外可能存在生命」這一前提之上。[3]

天體生物學的研究涵蓋三大領域：太陽系內外宜居環境的研究、尋找過去或現存外星生命的行星生命印迹，以及地球上生命起源、早期演化的研究。

天體生物學這門學科起源於20世紀，隨著太空探索的興起與系外行星的發現而發展起來。早期天體生物學研究主要聚焦於尋找地外生命，以及探討其他行星上存在生命的潛在可能性。[2] 在1960年代和1970年代，美国国家航空航天局（NASA）透過「維京號」計畫展開天體生物學研究，該計畫是美國首個登陸火星並搜尋生命跡象的任務。[4] 該任務連同其他早期的太空探索任務，為天體生物學作為一門學科的發展奠定了基礎。

關於宜居環境，天體生物學透過研究地球上嚴苛環境（如火山環境與深海環境）中棲息的嗜極生物，來探討地球以外可能支持生命的潛在地點，例如火星、木卫二及系外行星。此主題的研究運用地球科學的方法論，尤其是地球生物學，並將其應用於天體生物學領域。

尋找生物跡象涉及識別過去或現存生命的生命印迹，形式包括有機化合物、同位素比值或微生物化石。此主題的研究運用行星科學與環境科學的方法論——尤其是大氣科學——以應用於天體生物學，並常透過遙感技術與原位(In situ)探測任務進行。

天體生物學亦關注地球上生命的生命起源、早期演化，以期理解其他行星上生命形成所需的必要條件。[5] 此項研究旨在釐清生命如何從非生命物質中誕生，以及如何演化成我們今日所見的豐富多樣的生物群。此主題的研究運用古科學（尤其是古生物學）的方法論，並將其應用於天體生物學領域。

天體生物學是一門正在發展的跨學科領域，為科學家帶來了挑戰與機遇。全球許多大學和研究機構都設有天體生物學課程與研究中心，而美国国家航空航天局（NASA）和欧洲空间局（ESA）等太空機構，則設有專門負責天體生物學研究的部門與計畫。

概述

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「天體生物學」(astrobiology)這個術語最早由俄羅斯天文學家加夫里爾·季霍夫（英语：Gavriil Adrianovich Tikhov）於1953年提出。 [6] 英文中的「astrobiology」來自希臘語的αστρον（astron= 星体），βιος（bios= 生命），以及 λογος（logos= 词/科学）。一個近義詞是「外空生物學」（exobiology），該詞由美國分子生物學家乔舒亚·莱德伯格（Joshua Lederberg）創造，源自希臘語詞根 Έξω（意為「外在」）、βίος（意為「生命」）和 -logia（意為「研究」僅限於地球的研究。[7] 另一個相關術語是「异源生物学」（xenobiology），由美國科幻作家羅伯特·海萊因（Robert Heinlein）在其1954年的作品《星際野獸（英语：The Star Beast (novel)）》（The Star Beast）中創造，源自希臘語詞根 ξένος（意為“外來的”）、βίος（意為“生命”） 和-λογία（意為“研究”）；[8] 如今，“异源生物学”一詞的用法更為專業，指“基於外來化學體系的生物學”，無論其起源是地外還是地球（通常為人工合成）。[9]

儘管人類在哲學和敘事層面探討地外生命（尤其是智慧生命）的可能性由來已久，但這一議題本身也是一個可驗證的假說，因而構成了一個正當的科學研究領域；[10][11]行星科學家大衛·格林斯普恩（David Grinspoon）將其稱為自然哲學的一個分支，即基於已知的科學理論來推測事物。 [12]

現代天體生物學領域可追溯至1950年代和1960年代太空探索興起的時期，當時科學家開始認真考慮其他星球上存在生命的可能性。 1957年，蘇聯發射了首顆人造衛星「史普尼克1號」（Sputnik 1），標誌著太空時代的開啟。這事件推動了其他星球生命潛力的研究，科學家開始思考太空探索新技術所帶來的各種可能性。 1959年，美國國家航空暨太空總署（NASA）資助了首個外生物學（exobiology）計畫；1960年，NASA設立了外生物學計劃，該計劃現已成為NASA當前天體生物學計劃的四大核心組成部分之一。 [13] 1971年，作為搜寻地外文明计划（SETI）努力的一部分，NASA資助了「獨眼巨人計畫」（Project Cyclops），[14]旨在透過監測電磁波譜中的無線電頻率，搜尋來自太陽系外地外生命的星際通訊訊號。 1960至70年代，NASA實施了「維京号」計畫（Viking program），這是美國首次在火星著陸並搜尋現存生命代謝跡象的任務，但最終結果尚無定論。

隨著新發現和新技術的湧現，該領域在1980年代和1990年代開始擴展並呈現多樣化發展。在地球極端環境（如深海海底熱泉噴口）中發現微生物生命，有助於闡明生命在嚴酷條件下存在的可能性。用於探測生命印迹（biosignatures）的新技術（如利用穩​​定同位素分析）的開發，也在該領域的發展演變中發揮了重要作用。

天體生物學的當代格局形成於21世紀初，其重點在於運用地球科學和環境科學的知識，將其應用於各類太空環境的比較研究之中。相關任務包括：ESA的「小獵犬2號」（Beagle 2）——該探測器在火星著陸後僅數分鐘便宣告失敗；NASA的“鳳凰號”著陸器（Phoenix）——它探測了火星環境以評估其過去及現在的宜居性（針對微生物生命），並研究了火星的水文歷史；以及NASA的“好奇號”火星車（Curiosity）——它目前正在探測火星的水文歷史及現在的宜居性（針對微生物生命）。

天體生物學綜合物理學、化學、生物學、分子生物學、生態學、行星科學、地理學與地質學多個方面，焦點研究在探討生命的起源、散佈和演進，探討在其他世界是否可能有生命存在，幫助辨識與地球生物圈環境不同的其他生物圈[15][16]。

一些天體生物學的研究課題包括：

  • 什麼是生命？
  • 生命怎樣在地球誕生？
  • 生命能忍受怎樣的環境？
  • 我們怎樣才能決定生命有否在其他星球上存在？能找到複雜生命體的機會有多大？
  • 在其他星球上，構成生命的基本物質會是什麼？（是否基于脱氧核糖核酸/碳？生理学？）

在科幻小说中，也可以发现外空生物学和宇宙生物学的术语，虽然这些术语通常是指推测性的外星生命的生物学。

水熊蟲（Hypsibius dujardini）是發現的能在外太空生存的地球生物之一（其他的诸如某些轮虫和微生物也可以）。

地球殊異假說

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主条目：地球殊異假說

地球殊異假說（Rare Earth hypothesis）提出，地球上的多細胞生命形式可能遠比科學家預想的更為罕見。根據該假說，地球生命（尤其是多細胞生命）之所以能夠存在，是因為多種適宜條件（如所在的星系及其位置、行星系統、恆星特性、軌道參數、行星大小、大氣成分等）恰好同時具備；而這些條件在其他地方完全重現的可能性微乎其微。這個假說為費米悖論提供了一個可能的解釋──即如果外星生命普遍存在，為何我們至今未見其明顯蹤跡？該假說顯然與「平庸原理」（principle of mediocrity）相悖；後者由著名天文學家弗蘭克·德雷克（Frank Drake）、卡爾·薩根（Carl Sagan）等人所持，主張地球生命並無特殊之處，極有可能在無數其他星球上也存在生命。

參见

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参考文献

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引用

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  1. ^ Launching the Alien Debates (part 1 of 7). Astrobiology Magazine. NASA. 8 December 2006 [2008-10-20]. （原始内容存档于2007-09-29）. 
  2. ^ 2.0 2.1 About Astrobiology. NASA Astrobiology Institute. NASA. 21 January 2008 [20 October 2008]. （原始内容存档于11 October 2008）. 
  3. ^ About Astrobiology. NASA Astrobiology Institute. NASA. [29 January 2023]. 
  4. ^ Steven J. Dick & James E. Strick. The Living Universe: NASA and the Development of Astrobiology需要免费注册. New Brunswick, NJ: Rutgers University Press. 2004. 
  5. ^ Origins of Life and Evolution of Biospheres. Journal: Origins of Life and Evolution of Biospheres. [6 April 2015]. 
  6. ^ Cockell, Charles S. 'Astrobiology' and the ethics of new science. Interdisciplinary Science–V. 2001. doi:10.1179/0308018012772533. 
  7. ^ Launching a New Science: Exobiology and the Exploration of Space The National Library of Medicine.
  8. ^ Heinlein R, Harold W. Xenobiology. Science. 21 July 1961, 134 (3473): 223–225. Bibcode:1961Sci...134..223H. JSTOR 1708323. PMID 17818726. doi:10.1126/science.134.3473.223. 
  9. ^ Markus Schmidt. Xenobiology: A new form of life as the ultimate biosafety tool. BioEssays. 9 March 2010, 32 (4): 322–331. PMC 2909387 可免费查阅. PMID 20217844. doi:10.1002/bies.200900147. 
  10. ^ Livio, Mario. Winston Churchill's essay on alien life found. Nature. 15 February 2017, 542 (7641): 289–291. Bibcode:2017Natur.542..289L. PMID 28202987. S2CID 205092694. doi:10.1038/542289a 可免费查阅. 
  11. ^ De Freytas-Tamura, Kimiko. Winston Churchill Wrote of Alien Life in a Lost Essay. The New York Times. 15 February 2017 [18 February 2017]. （原始内容有限度免费查阅，超限则需付费订阅存档于2022-01-01）. 
  12. ^ Grinspoon 2004
  13. ^ Hubbard, G. Scott. Astrobiology: Its Origins and Development. NASA. [29 January 2023]. （原始内容存档于28 June 2022）. 
  14. ^ Project Cyclops: a Design Study of a System for Detecting Extraterrestrial Intelligent Life. NASA. January 1972 [29 January 2023]. 
  15. ^ iTWire - Scientists will look for alien life, but Where and How?. [2013-06-16]. （原始内容存档于2008-10-14）. 
  16. ^ Ward, P. D.; Brownlee, D. The life and death of planet Earth. New York: Owl Books. 2004. ISBN 0-8050-7512-7. 

来源

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外部链接

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取自“https://zh.100ke.info/w/index.php?title=天體生物學&oldid=94581751”