外星生命跡象？「絕命毒師」裡的這種殺人氣體在金星大氣中探測到 科學家做出推測

金星，太陽系中八大行星之一。

按離太陽由近及遠的次序，是第二顆。

據英國《自然·天文學》雜誌9月14日發表的一項行星科學最新發現，英國皇家天文學會的科學家在金星的大氣層中檢測到了磷化氫的存在，並且大氣層中磷化氫的濃度超過了非生物機制所能產生的量，因此這可能代表著在金星大氣層中存在著某種未知形式的生命。

多家美媒也報導了相關消息。包括英國卡迪夫大學科學家簡·格裡弗斯在內的研究團隊，於2017年和2019年，分別用麥克斯韋望遠鏡和阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣觀測了金星。他們探測到一個只屬於磷化氫的光譜特徵，並估算出金星雲層中的磷化氫豐度為20ppb（濃度單位）。

↑2020年9月14日黎明前，遼寧省大連市甘井子區上空出現金星伴月天文景觀。圖據東方IC

金星地表溫度達465℃~485℃，對生命的存在非常不友好，然而其上層雲蓋（地表上方約53~62千米處）的環境較為溫和。

研究團隊研究了所有（磷化氫產生）的可能性：火山、雷擊、墜落到大氣中的隕石，並最後將它們逐個排除。他們發現，金星上的任何活動都不能產生足以解釋他們檢測到的磷化氫數量。

研究人員表示：「因此，我們只剩下兩種微弱的可能性。一是有些未知的化學反應，我們可能不知道。第二種可能性更有趣，在金星的大氣中可能存在某種生命形式，產生了我們探測到的磷化氫。」

值得一提的是，在地球上，磷存在於人類的腸道、一些動物的糞便和其他動物以及微生物中，具有很強的毒性，曾被軍隊用作化學武器。在美劇《絕命毒師》裡，主角Walter White也曾用之殺人。

但目前金星存在磷化氫只是觀察結論，尚未收集到任何樣本，該推測尚有待證明。研究人員說，要弄清楚到底發生了什麼，科學家們最終可能不得不向金星發射一項任務，對雲的化學成分進行採樣。

只是一種可能，並非絕對

這次金星發現的PH₃（磷化氫）到底是個什麼東西呢？為什麼大家會如此興奮？

1、這種氣體，是生命活動的痕跡

磷化氫是一種無色、劇毒、易燃的儲存於鋼瓶內的液化壓縮氣體，化學式為PH₃。不過這種氣體並不一般，因為，它一般不容易生成。或者說，它一般很難通過天然的環境來生成。

而與之對應的是，這種氣體很容易在生物代謝中生成，尤其是在缺氧情況下，來自於厭氧生物。在大家熟知的自然厭氧環境以及汙水和垃圾填埋氣體中，有這種有毒氣體的存在。比如下圖是用豬糞發酵時候產生的PH₃（另外的CH₄也是大家熟悉的沼氣主要成分——甲烷），而可以生成它的菌類，也是厭氧生物。

不過，要是純粹的天然環境，沒有生物的話，生成PH₃就有點麻煩了。已知的天然環境中，缺乏足夠強的還原劑來直接將磷酸鹽轉化為磷化氫。正因為如此，大家才認為，這種氣體，應該是生命活動的痕跡，或者乾脆說，是厭氧生物的產物。

事實上，地球大氣中其實是存在磷化氫的，儘管濃度非常低。至於為什麼不用其他氣體，主要還是在於PH₃頻譜比較特殊，容易和其他生命特徵頻譜分開。

2、可能處於35億年前的地球時期

基於地球的認知，我們認為，PH₃應該是厭氧生物的產物。而這次金星的發現，似乎符合了這個推測。

當然，作者也排除了一些其他因素，比如氣體反應，光/地球化學反應或外源性非平衡輸入是否可能在金星上產生PH₃等等，認為生物產生的可能性更大。

當然，金星環境並不是大家認為的那麼惡劣。比如金星的大氣條件不錯，溫度也還可以，0-60℃，壓力也還行，0.4-2個大氣壓。

比如硫化物，二氧化碳和水，如果非要對比，假定金星有生命。那麼金星的生命可能處於地球這個時期——35億年前的地球。那個時候，地球上可能是大量的厭氧菌，直到32億年前，地球才開始有了光合作用大量出現，把氧氣釋放出來。

3、值得商榷的金標準和不完整的證據鏈

那麼我們是否可以認定金星就是存在厭氧生物呢？答案是否定的。

首先，我們並沒有直接的證據表明金星存在厭氧生物。事實上，到目前為止，我們並沒有獲得任何地外星體存在任何生物，所以，真正要確定，需要我們捕獲到金星的微生物。

磷化氫是否可以作為生命的金標準？這一點是值得商榷的。儘管我們一般認為地球上是缺乏足夠多的還原劑來生成PH₃，但是以此來推測金星一定如此，這個證據鏈是不完整的。

另外，不只是金星。事實上，木星湍流大氣中也發現了PH₃。但是眾所周知，木星是個氣球。而木星的PH₃是在其熾熱的內部形成，並與上層大氣中的其他化合物發生反應。

4、另一篇更加詳細的研究：假設有厭氧生物

2018年的另一篇研究很有意思，比這篇更加詳細。

他們首先對比了金星和地球的大氣光譜情況，發現二者是相反的。

因為地球大氣有21%的氧氣，所以金星和地球是相反的。

Images of clouds on Venus(A–H)and Earth(I–N)demonstrating the relationships of contrast with wavelength.

接下來，發現金星的大氣存在未知物質的光譜吸收（尤其是330-600納米間）。這一點也是核心的出發點。

FIG. 2.Venus' spectra as measured by Morozet al.(1985), Irvine (1968), Travis (1975), Wallaceet al.(1972) (scaled geometric albedo), MESSENGER (Perez-Hoyoset al.,2013; Pérez-Hoyoset al.,2017), and Barkeret al.(1975), including the unexplained absorption, as calculated from the difference between the VIRA cloud model and the MESSENGER spectra. The real Venus spectrum varies with location and time, so the residual curve is illustrative and not definitive.

和地球已知的一部分生物的頻譜做個比較瞅瞅呢？

對比大腸桿菌（e.coli）以及Acidithiobacillus ferrooxidansFe–S蛋白和Acinetobacter gyllenbergii的過氧化氫酶（catalase）光譜（A）和各種輔因子和生化分子，包括生物蝶呤（biopterin），類胡蘿蔔素（carotenoids）和葉綠素（chlorophylls）a，b和f（B）

嗯，有相似處，如果金星的雲層確實蘊藏著生物，那麼就可以很好地解釋這些光譜重疊的特徵。

用作者的話，那是非常相似（tantalizingly）。

tantalizingly similar to the absorption properties of terrestrial biological molecules.

於是，咱朝著金星有生物的這個假設繼續放飛，進一步計算金星如果存在厭氧生物，那麼它們產生PH₃的方式

Diagram of iron- and sulfur-focused metabolic redox reactions that could occur in the Venus' clouds, where Fe3+/2+ complexes refer to inorganic and organic ligands and dotted arrows refer to possible redox cycles.

1，金星的磷化氫濃度不低，這意味著，這不是一種偶然的現象，而且形成如此高濃度，理應是由大量的厭氧生物產生的。

2，按照金星的運動軌跡，理論上應該有持續不斷地厭氧生物在產生磷化氫，才能維持其大氣中的磷化氫濃度。

3，金星的大氣方式是有利於生成生命的。早在1967年，研究人員就提出了金星的宜居性，1999年Cockell提出，中低大氣層的條件是適合生物生存的。儘管海拔太高了可能會冰凍，但是並不見得會殺死微生物。而金星本身具備了一些客觀的可以誕生生命的理化條件，比如硫化物，二氧化碳和水。

於是，他們做了一個假設推論：金星可能是有厭氧生物持續生成PH₃。最後，尋找地外生命一直是仰望星空的一個重要意義。宇宙這麼大，我們理應不孤獨。

有希望的發現，符合假設

生命跡象（biosignature）的搜尋是時下一個挺熱門的領域。

對於太陽系內的行星，我們還可以發探測器過去直接採樣、實驗；對太陽系外的行星，我們只能遙遠地觀測它們的大氣層，看看它的光譜特徵，來推測那裡存在哪些化學成分。

大氣層中的一種氣體要能被視作「生命跡象」，需要滿足一些基本的條件：它最好只能從生命活動中產生，而不能由非生命的活動，諸如地質活動、大氣和水體中自然產生的化學反應產生；它需要能產生足夠強的譜線特徵；它要能積累到足夠多，不能在達到可觀測的量之前就被其他過程耗散掉。

從地球的經驗看，氧氣、甲烷等生命活動容易產生的氣體都是典型的「生命跡象」成分。

但是地球上的氧氣是原始海洋中的藍藻經過數十億年活動才積累出來的，地球生命也不是一開始就生活在有氧的環境中。所以值得考慮的問題是，在厭氧環境中，生物除了氧氣，還會製造些別的什麼產物？

↑國際空間站公布的一組照片顯示，在太空中觀看地球上令人驚嘆的大氣輝光和極光景象 （資料圖 圖據東方IC）

2019年，一組天體生物學家考慮了磷化氫（PH₃）這種惡臭的氣體（Phosphine as a Biosignature Gas in Exoplanet Atmospheres）。

他們提出，磷化氫的性質讓它可以滿足作為一種生命跡象示蹤氣體：

• 1、它的譜線特徵很強，而且容易跟其他成分的特徵區分開；

• 2、磷化氫很難沉積到氣溶膠中；

• 3、最重要的是，人們現在不知道有什麼非生命過程可以產生它，它似乎只跟一些厭氧生物的活動相關；

• 4、磷化氫還有一個可以說好，也可以說不好的性質：它很容易被反應消耗掉，所以需要持續大量產生才能維持足夠量的存在。

第3點決定了它跟生命活動的強相關；第4點決定了它跟現存生命的強相關。

英國皇家學會正式發布的這條大新聞：宣布在金星大氣層中發現磷化氫的消息，本來是保密的，但兩天前被某網站失約洩露了，於是提前炸裂。

我（作者）想說的是，這固然是一個看上去很有希望的發現，但是還不能直接說發現了生命。

就像我們看到雙中子星相互繞轉的軌道越來越緊，只能說這種現象符合正在發射引力波的預測，但只有用雷射幹涉引力波探測器直接感受到引力波的震動，才能真正說發現了引力波。

在金星大氣發現了磷化氫氣體的存在，只能說這是個符合「金星大氣存在厭氧生命」這種假設的現象，但只有什麼時候發個探測器，到金星大氣裡實際採集到了生命標本，才能說在金星上真的找到了生命。

相關文獻：

Glindemann, Dietmar, Ulrich Stottmeister, and Armin Bergmann. "Free phosphine from the anaerobic biosphere."Environmental Science and Pollution Research3.1 (1996): 17-19.

Greaves, J.S., Richards, A.M.S., Bains, W.et al.Phosphine gas in the cloud decks of Venus.Nat Astron(2020).

Irwin, Louis N., and Dirk Schulze-Makuch. "The Astrobiology of Alien Worlds: Known and Unknown Forms of Life."Universe6.9 (2020): 130.

Schulze-Makuch, Dirk, et al. "A sulfur-based survival strategy for putative phototrophic life in the Venusian atmosphere."Astrobiology4.1 (2004): 11-18.

本文綜合自知乎問答社區，作者如下：

@李雷 中國科學院大學遺傳學博士，知乎生物學話題優秀回答者

@劉博洋 西澳大學（University of Western Australia）天體物理學在讀博士，科學松鼠會成員、青年天文教師連線創始人

紅星新聞記者 王拓 綜合報導

編輯 於曼歌

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