文章來源：原理
磷化氫（PH?）可能是地球上最臭、最毒的氣體了，它存在于一些最骯臟的地方，比如企鵝的糞便堆里，或者沼澤深處，甚至在一些獾和魚的內(nèi)臟里。這種腐爛的“沼氣”高度易燃，能與大氣中的微粒發(fā)生反應(yīng)。
磷化氫分子由一個磷原子和三個氫原子組成，這兩種原子通常并不容易聚集在一起，因此磷化氫分子的形成需要大量的能量。20世紀(jì)70年代，科學(xué)家在木星和土星的大氣中發(fā)現(xiàn)了磷化氫?？茖W(xué)家推測，在這類氣態(tài)巨行星上的極端環(huán)境可以為這兩種原子克服彼此之間的天然排斥提供巨大能量，使它們能自發(fā)地聚集在一起形成磷化氫。
○ 地球上已知的具有惡臭和毒性的磷化氫分子。如果在附近的系外行星上發(fā)現(xiàn)，它或許就意味著有外星生命存在。| 圖片來源：NASA amp; MIT
磷化氫是一種有毒的分子，地球上的大多數(shù)生命，尤其是所有需要氧或呼吸氧氣的生物幾乎都不想和這種分子搭上什么關(guān)系，這些生物既不會生產(chǎn)磷化氫，也不需要依賴它生存。
然而在一項(xiàng)新的研究中，麻省理工學(xué)院（MIT）的研究人員發(fā)現(xiàn)了能夠產(chǎn)生磷化氫的生命形式——厭氧生物。厭氧生物可以在不需要依靠氧氣的情況下大量繁殖。通過篩查和驗(yàn)證，研究人員發(fā)現(xiàn)磷化氫只能通過這些極度厭氧的生物才能產(chǎn)生。這一特征使得磷化氫成為一種純粹的生物標(biāo)志（至少對某種生命來說）。這一結(jié)果被發(fā)表在了近期的《天體生物學(xué)》雜志上。
MIT的科學(xué)家Clara Sousa-Silva是這篇論文的第一作者，她與同事一直在為有望成為生物標(biāo)志的分子建立數(shù)據(jù)庫。他們已經(jīng)收集了超過16000個候選分子，磷化氫是其中之一。這些分子中的絕大多數(shù)還沒有被完全定性，也就是說即便科學(xué)家在系外行星的大氣層中發(fā)現(xiàn)它們中的任何一個，仍無法知道這些分子代表的是生命的跡象還是別的什么。而在這篇新的論文中，他們確切地給出結(jié)論：如果在巖石行星上發(fā)現(xiàn)磷化氫分子，則必然意味著那里存在著某種生命。
○ 在系外行星的大氣中搜索生命標(biāo)記的Clara Sousa-Silva。| 圖片來源：Melanie Gonick
這個結(jié)論并非輕易得出的。早在10年前，Sousa-Silva就已經(jīng)開始研究這種散發(fā)著惡臭的有毒氣體。在倫敦大學(xué)學(xué)院（UCL）攻讀博士學(xué)位的過程中，她確定了磷化氫的光譜信息——找到了會被磷化氫吸收的光的確切波長，確定了只要有這種氣體存在于大氣中，那么相應(yīng)的大氣數(shù)據(jù)中就不會出現(xiàn)這種波長。
從那時起，她便開始思考：除了在氣態(tài)巨行星的極端環(huán)境中產(chǎn)生，地球上的生命也能產(chǎn)生磷化氫嗎？
在結(jié)束博士生階段后，她前往MIT，與MIT的同事一起尋找這個問題的答案。他們首先研究了磷化氫的性質(zhì)，以及它與其他分子在化學(xué)上的區(qū)別。此外，他們收集任何與在地球上檢測到了磷化氫有關(guān)的信息，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，任何沒有氧氣的地方都有磷化氫，比如沼澤、濕地、湖泊沉積物，以及所有東西的屁和腸道中。這一規(guī)律讓她豁然開朗，這讓她意識到，對于喜氧生物具有毒性的磷化氫，對于厭氧生物或許就是美好的存在。
于是，她將磷化氫與厭氧生物結(jié)合在了一起，并相信這種分子可以是一種生物標(biāo)志。為了驗(yàn)證這一觀點(diǎn)，他們首先檢查了是否有生命之外的其他物質(zhì)可以產(chǎn)生磷化氫。他們在各種極端的環(huán)境下研究磷是否能以某種非生物方式轉(zhuǎn)化成磷化氫。
在經(jīng)過幾年的深入研究之后，他們發(fā)現(xiàn)只有生命才能產(chǎn)生可被檢測到的磷化氫。這代表檢測到磷化氫意味著一個確切的生命跡象。
隨后，他們探索了這種分子是否可以在系外行星的大氣層中被探測到。他們模擬了理想的、缺氧的類地系外行星大氣層，在模擬中輸入了不同的磷化氫產(chǎn)生速率，然后推斷出在給定的磷化氫生產(chǎn)速率下，大氣光譜將會呈現(xiàn)出的樣貌。
他們的結(jié)果顯示，如果某顆巖石行星上的磷化氫產(chǎn)量大致與地球上的甲烷產(chǎn)量相似，且這顆行星位于距離地球大約16光年之內(nèi)的位置，那么就能產(chǎn)生能被詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）等新一代望遠(yuǎn)鏡探測到的信號。
Sousa-Silva介紹說，新的研究結(jié)果除了確定了在尋找外星生命的過程中，可以把磷化氫列為一個確切的生物標(biāo)記之外，還為所有從事相關(guān)研究的科學(xué)家提供了一個可用于確定其他16000多個候選生物標(biāo)記中的方法。她呼吁科學(xué)界加強(qiáng)對篩選這些候選分子方面的投入，使這類研究成為較為優(yōu)先的重點(diǎn)項(xiàng)目。因?yàn)槿绻覀円坏┠艽_定某些信號是只有生命才能發(fā)出的，那對我們來說無疑是挖掘到了一座巨大的寶藏。
