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对地球大气层的研究为寻找生命的新研究提供了参考。

几十年来，这个问题一直悄然困扰着天文学家。探测系外行星生命的标准方法，是通过扫描其大气中的氧气、甲烷和臭氧——这些气体若无生物活动，很难解释其存在。这个思路很巧妙，却暗藏一个缺陷：这份清单完全是基于对地球的研究而制定的，本质上，它注定是在寻找与我们相似的生命。

摄影：[Minku Kang] / Unsplash

化学过程单独偶然模拟这些生物标志气体的方式清单，其增长速度已超过新生命探测方法的开发速度。每一种新的假阳性情形都要求获取更多关于该行星的信息才能予以排除，而人们确实质疑：这类信息是否终将能够被全面获取。经过数十年的天体生物学研究，这些生物标志气体的概念本身却出人意料地保持相对稳定。

对系外行星生命的研究在很大程度上局限于对其大气成分的绝对测量。

萨拉沃克教授（亚利桑那州立大学天体生物学教授）及其同事正在致力于解决这一问题。他们的解答依托于组装理论，并始于一个真正不同的出发点。

组装理论并不关注大气中存在哪些分子，而是关注这些分子的合成难度。每种分子均可被赋予一个组装指数，即从基础化学构件出发构建该分子所需的最少步骤数。简单分子通过随机过程即可轻易形成，但真正复杂的分子需要大量连续步骤，若无某种机制进行大量定向选择，便无法自然产生。当发现某行星大气中富含那些极难通过随机过程合成的分子，且其化学体系展现出深度互联特征（例如分子间共享并重复利用化学片段，充分探索所有可能的化学键组合空间）时，表明其中必然存在超越常规物理过程的作用力。该理论认为，这种作用力几乎可以确定是生命。

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关键在于，该理论并未对生命的具体形态作出任何假设。它不预设任何特定的新陈代谢方式、生物化学过程或分子机制。用研究者自己的话来说，该理论对生命的特定实现形式持不可知立场。它仅旨在指出生命可能存在的位置。

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与金星、火星以及各类系外行星典型大气相比，地球大气在这一指标上展现出最高的复杂性，且该结论不受任何观测偏差影响。地球与金星在可形成的化学键种类方面具有相似性，但地球大气中超过任一特定丰度阈值的分子种类远多于金星。地球的生物圈似乎推动了对化学可能性更为充分的探索，其程度远超金星所能达到的水平。

宜居世界天文台的艺术概念图（来源：美国国家航空航天局）

该框架的设计以宜居世界天文台为参考，这是美国国家航空航天局规划的下一代旗舰级望远镜，专为直接成像类地行星并探测其大气成分以寻找生命迹象而研制。与仅给出存在生命或不存在生命的二元判断不同，组装理论分析将生成一个连续的复杂度评分，将行星置于从纯粹非生物态到高度生物态的谱系之中，并有可能刻画二者之间的渐进过渡过程，而非强制设定一条明确的分界线。

它也不同于许多理论上的生物标志物框架，是可直接测量的。组装值可以通过红外光谱法计算得出，而这种方法正是空间望远镜用来分析遥远天体大气的技术。宇宙已有近140亿年的时间来尝试各种化学反应。若假定生命只有一种解决方案，细想之下，这似乎是一种过于以地球为中心的观点。

装配理论在系外行星生命探测中的任务相关应用

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生命是自然界中一种能够自我维持、生长、繁殖、适应环境并经历新陈代谢的复杂系统。它以细胞为基本单位，依靠遗传信息传递与表达，在能量驱动下实现有序运转。从单细胞生物到多细胞生物，生命展现出多样性与演化性，其本质在于物质、能量与信息的动态协同。科学家仍在探索生命起源与意识等深层问题，但目前已知的生命皆依赖于水、有机分子和适宜的物理化学条件。

BY: Mark Thompson

FY: AI

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