模拟土卫六环境，生命起源不一定需要水

土卫六大气中薄雾层的真彩色图像。图片来源：NASA

康奈尔大学的一个研究团队建立了一套模拟系统，并表明在土星的卫星之一--土卫六（又称泰坦星）上可能存在生命，并且由于土卫六非常寒冷，所以该生命可能并不依赖于水。

在一篇发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上的论文中，该研究团队表示已针对“惠更斯”号探测器的发现建立了模拟系统，以验证高分子聚合物，比如聚胺，可能已经在该卫星的地表产生。

随着科学家不断地在其他星体上搜索生命，越来越多的人开始相信，人类眼中的“可居住区域”并不一定是外星生命存在的必要条件。一般我们认为，拥有“可居住区域”的星体都与它们的恒星保持一个合适的距离，并且有液态水。

非水基生命是否存在？

然而最近有证据表明，某些可以形成生命形态的化学反应也能在没有水的条件下进行。这一证据暗示了在“可居住区域”之外也可能存在生命。

对于在这些地方形成的生命，研究人员表示他们仍需要更进一步的研究，这也是他们关注土卫六的原因。因为它是太阳系中除地球之外唯一一个有降雨和液体流动形成侵蚀现象的星体。虽然土卫六上有水的存在，但都被锁在非常深的地下，而且温度太低，以至于水不会对生命的形成产生影响。

存在侵蚀现象的土星表面。图片来源：NASA

然而，研究者们在观察由“卡西尼-惠更斯”号（Cassini-Huygens）探测器返回的数据之后发现，在地表的沉积物中存在氰化氢（HCN），这些氰化氢是由于甲烷和乙烷形成的降雨从大气中带到地面上的。

正是这些氰化氢分子的存在，才驱动了前文所提到的康奈尔大学模拟系统的设计。研究团队试图通过人工构建反应基础条件，来模拟高分子聚合物的产生。团队指出，高分子聚合物对于能产生真正生命体的前生命化学反应是非常有利的。

他们的模拟结果表明，这样的反应是可能的，并且形成的结构同样可以吸收到达土卫六地表的波段范围的阳光。

康奈尔大学的研究团队表示，基于目前的发现，如果能再向该土卫六发送一个新的探测器，也许会探测到不同形态的生命，或者至少能探测到它存在的前兆。

1997年发射的“卡西尼-惠更斯”号土星探测器。图片来源：空间天文网

氰化氢，研究生命起源的关键物质

“卡西尼-惠更斯”计划中对于土卫六大气与地表探测的结果差异，暗示了存在于地表的氰化氢聚合物可能是由大气化学反应的产物导致的。

因此，在非陆地的前生命化学反应研究方面，土卫六是一个有巨大价值的“自然实验室”。

研究团队已经通过理论计算了解了聚胺的分子链构型。由于分子链主干灵活的构型，这种高分子聚合物可以存在于不同的同质异像体中，这些同质异像体具有几乎相同的活化能。

但是它们之间电子及结构多样性非常特别的。从一个平面层状结构变成一个逐渐增加的螺旋结构需要3-eV（电子伏特）的带隙能量。

最初的光子吸收可能主要发生在土卫六大气中一个相对透明的窗口，这表明聚胺可能是由光化学催化，并引起了地表化学反应。

“卡西尼-惠更斯”号于2014年观测到的出现在土卫六南极的氰化氢云团。图片来源：加州理工学院

在模拟土卫六环境下，从高分子聚合物中增加和减少氰化氢的热动力学结果，表明这种分子运动似乎是真的，只要催化或者光化学催化强到可以降低反应障。

研究人员观测到，聚胺的分子间作用力，以及分子内部的氮氢键可能会驱使部分有序结构的形成，其中的一些反应可能通过吸收光子来催化。

未来对上述反应机制的深入研究，以及对溶解性、聚合物强度等方面的研究，会对将来新的土卫六探索任务有极大的帮助。

参考：Proceedings of the National Academy of Sciences