地球上所有生命如何会被消灭?足够"热"就可以

2017-07-31 08:57:00 网易科学人 分享
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  生命是顽强的,地球上的生命更是无处不在,要想消灭地球上的所有生命并不容易。3名天体物理学家认为,即使小行星撞击和恒星爆炸这样的宇宙天启事件,也不太可能将地球上的所有生命完全抹去。在其他星球上是否能找到生命,可能取决于两个问题的答案。

  第一,生命已经诞生了多长时间?第二,当生命出现后,它有多大可能延续下来而不被彻底消灭?第一个问题很难找到答案,特别是我们本身就生活在生命繁衍不熄的星球上。而第二个问题的答案可能更容易找到,至少对地球来说如此,3名天体物理学家给出自己的观点。

  在名为“生命对天体物理事件应变能力(The Resilience of Life to Astrophysical Events)”的论文中,牛津大学的大卫·斯隆(David Sloan)、拉斐尔·艾尔维斯·巴蒂斯塔(Rafael Alves Batista)与哈佛大学的艾维·罗卜(Avi Loeb)估算了太空灾难(比如小行星撞地球)导致地球生命毁灭的可能性。令人感到欣慰的是,他们认为这这种可能性是非常低的,大约在10亿年的时间跨度中为一千万分之一。

  斯隆说:“我们得出的结论是,生命一旦出现就很难根除。”换句话说,即使巨大太空岩石撞击地球或恒星爆炸,生命也能找到出路。很明显,斯隆等人并不担心人类的命运。用罗卜的话说,虽然人类这种有血有肉的脆弱物种,很容易在气候变化或不良政治影响中死亡。他们想知道怎样才能消灭地球上所有的生命。而要做到这一点,他们将目光对准了世界上生命力最顽强的动物——缓步动物(Tardigrades)。

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号称生命最顽强的缓步动物

  缓步动物也被称为水熊,它们体型很小,就像有8条腿、生活在水中的动物。它们拥有古怪可爱的曳行步态(shuffling gait)、圆胖的身体以及撅起的嘴巴。水熊拥有超强的快速恢复能力。在有压力的环境中,它们可以排除体内所有的水,进入萎缩的休眠状态。就像我以前写过的那样,在这种情况下,水熊不需要食物和水。

  水熊可以在接近绝对零度的低温和高达151摄氏度的高温中忍受数分钟,能够抵御海洋深处的压力,能杀死其他动物的辐射,以及在有毒的溶剂中沐浴。到目前为止,水熊是唯一暴露在真空环境中而活下来的动物。如果你想知道它如何消灭世界上的所有生命,你需要知道如何杀死缓步动物。

  具有讽刺意味的是,一根手指就可以轻松胜任这样的工作。曾有科学家告诉我,缓步动物对“机械损伤”的防护非常脆弱,这意味着你可以挤压死它们。但是假设没有这样直接的物理伤害,还有其他方式会导致它们死亡吗?斯隆、巴蒂斯塔以及罗卜考虑到三大可能的杀手:小行星撞击,这种天文事件曾导致恐龙灭绝;附近的恒星发生爆炸变成超新星以及伽玛射线爆发,遥远的恒星喷发出高能射线。

  在小行星撞击的情况下,任何直接被太空岩石撞击的物体显然都会处于绝对糟糕的状态。而碰撞也会产生大量的灰尘,从而阻挡太阳光线,导致全球进入冰河时代。超新星和伽马射线爆发都会以类似的方式杀死生命,它们会释放出强烈的辐射。这些辐射会破坏臭氧层,使更多的辐射到达地表。它们会把大气中的氮和氧转化成一氧化二氮,从而形成酸雨和阻挡太阳光线的烟雾。

  对于人类和那些生活在陆地上的生命来说,上述情况都是最糟糕的消息。但也有许多物种(包括许多缓步动物)生活在地下或海洋深处,它们会借助土壤或水避免受到伤害。它们可以在没有阳光的情况下存活下来,海洋酸化也不足以杀死它们。你可以辐射它们,但是这些动物对辐射的抵抗能力异常强大,且辐射也会被土壤或水削弱。斯隆、巴蒂斯塔以及罗卜计算发现,能够杀死海底缓步动物的辐射量也会引起海洋沸腾,那会引发更紧迫的问题。在辐射发挥作用之前,高温就会杀死它们。

  因此,要想消灭世界上的所有生命,只需要有足够高的热度即可。那么天文灾难能给我们的蓝色星球提供足够的能量,使它的水温提高到100摄氏度以上吗?重量超过1.7万亿吨的小行星撞击地球可能产生类似效果,但是这种重量的小型是导致恐龙灭绝的小行星的10到1000倍重。在我们的太阳系中,只有19个已知的小行星足够大(当然还有几个矮行星,比如冥王星),但它们的轨道并不与地球交汇。在太阳系外,被这种可终结生命的怪物撞击的可能性在10亿年时间跨度中大约为十万分之一。

  超新星和伽马射线暴发都可释放出导致海洋沸腾的能量,但是这些能量会随着距离延伸而损耗。要想消灭所有缓步动物,超新星需要在地球附近0.13光年距离内。而离我们最近的恒星——比邻星(Proxima Centauri)也有4.25光年的距离,而且它的体积太小,不足以成为超新星。即使它会成为超新星,也只会促使海洋温度上升0.1摄氏度。

  所有这些计算都是以地球为基础的,而并非只有我们处于恒星爆炸的安全距离外。巴蒂斯塔创造了模拟银河系中恒星密度的模型,事实上中心星系中的恒星密度更大。但即使在那里,也只有1%的行星最终会被爆炸的恒星所毁灭。伽玛射线爆发也不太可能彻底灭绝生命。根据它们发生的频率,它们毁灭行星的几率在十亿年时间跨度中为100亿分之一。

  最终,太阳会膨胀,并可能将地球吞没,但在此之前,地球会出现坍塌,并触发永久冰冻。罗卜说:“太阳末日也会终结地球上的所有生命,但在那之前,任何天体物理现象几乎都无法做到。在太阳的寿命结束之前,缓步动物有可能继续生存下去。”缓步动物并非生命最顽强的动物,如果它们能生存下来,微生物也可能成功。

  在地球历史上,至少已经历了五次大规模灭绝事件,绝大多数活着的物种永远地消失了,但是有些生命最终在被遗忘中幸存下来。即使在面对更大的灾难时,斯隆、巴蒂斯塔以及罗卜都认为,生命仍然以某种形式坚持下来。西南研究所的克拉克·查普曼(Clark Chapman)赞同他们的结论,他说:“人类文明面临的灭绝危险实际上很小。几乎可以肯定,地球生命在数十亿年内不会灭绝。”

  不过,查普曼也指出,当前的情况可能与太阳系的过去不同。当体积更大的小行星和彗星撞击可能存在生命的行星时,可能导致生命灭绝。”以地球为例,其诞生之初可能遭到与火星体积相当的天体撞击,从而产生月亮。

  此外,查普曼还说,没有人知道其他行星上的生命进化是否会像地球上这样,那里会产生能够忍受极端环境、类似缓步动物的生命吗?这些生物能找到类似深海这样的安全避难所吗?他说:“很多有关太阳系外星球生命进化和生存能力的猜测,存在太多投机因素。”

  斯隆承认,他和同事们在研究过程中做了许多假设。但是当科学家们想到地球以外的生命时,他们就忍不住把地球上的生命作为起点。斯隆现在对找到这样的生命感到更加乐观了。在过去的几十年里,天文学家们发现了数千颗系外行星。有些系外行星体积与地球相当,轨道位于所在恒星的宜居区,即能够获得足够的热量,同时又不太热。这些行星上是否存在生命依然是个悬而未决的问题。但斯隆表示:“如果生命真的在银河系的其他地方诞生,我们应该期待它们仍然存在。”

责编:黎晓珊