太空探索：在其他星球上寻找生命可以从生物信号中得到提升！
通过研究古代和现今地球的大气成分，科学家们说他们已经发现了特定的化学组合，可以揭示其他星球上生物活动的存在。
“科学进步”杂志中描述的这些生物印记可以成为寻找外星生命的关键工具。
西雅图华盛顿大学的行星科学家兼天体生物学家，资深作者大卫卡特林说：“从我们的工作结论到可能的发现，这可能是其他地方生活的历史发现。”
在过去的几年里，已经发现了数以千计的太阳系以外的行星，称为系外行星，其中少数行星似乎是岩石的，地球大小的行星与它们的恒星保持正确的距离以容纳液态水。研究具有可检测气氛的那些可以提供关于它们是否能够生命的重要线索。
随着强大的新望远镜开始上线，研究人员正试图弄清楚他们应该寻找哪种大气化学物质。毕竟，仅仅因为一颗行星看起来像生命中的正确成分并不意味着它实际上存在于那里。
科学家们专注于一些潜在的分子，如甲烷。地球上的微生物（包括牛的腹部中的微生物）大量产生甲烷。但甲烷也可以通过非生物来源产生，例如火山。
通过光合作用藻类，植物和微生物，今天大量生产分子氧（两个氧原子结合在一起）。但光合机制非常复杂，以至于科学家们认为它只在我们自己的星球上进化过一次。这意味着即使生命确实存在，也无法保证在其他世界中寻找产生氧气的光合作用。
研究合着者，加州大学河滨分校的天体生物学家和研究生斯蒂芬妮奥尔森说，依赖任何一种化学物质都会产生假阳性或假阴性。但生物以复杂的方式改变了他们的环境。如果有一种特殊的分子混合物没有生命就不会存在怎么办？
为了找到答案，Catling的研究生Joshua Krissansen-Totton领导了一项研究，研究地球大气层存在的三个阶段：太古代（40亿至25亿年前），元古代（25亿至5.41亿年前）和显生宙（5.41亿年前至今）。在每个时期，生命（和行星本身）看起来非常不同。每个地球时期并排放置一个快照，它们看起来像完全不同的行星。
“地球般的这个词并不是指一个与现代地球完全相似的行星，”奥尔森说。“它实际上是一个非常广泛的术语，涵盖了各种各样的世界。它包括像太古代一样的朦胧世界；它包括像“雪球地球”间隔的冰冷世界;它包括完全微生物生态系统的缺氧世界;它包括复杂的世界智慧生活;它包括我们尚未见过的世界。“她补充说，这对科学家很有帮助，他们需要几种模型来解决其他世界的生活。
尽管存在差异，但地球历史上的每个时期都至少有一个特征：大气中的化学不平衡。Catling说，这是因为生物活动产生的物质本来就没有商业共存。
吸收甲烷和氧气：放在一起，这些气体会迅速反应并相互破坏。但地球上有很多，因为生物一直在制造它们。
“如果你发现一个系统处于平衡状态，你就会发现一些已经死亡的东西。或者一些不存在的东西，”Catling说。“当我们看到一些不同寻常的东西时，那就不是重要的了，它可能是生命的标志。”
Catling说，自20世纪60年代以来，人们一直在谈论这个想法，但直到现在还没有真正量化它。在本文中，科学家使用每种大气中已知的化学成分进行模拟，以确定是否存在任何明显的化学不平衡。
研究人员发现，在太古代，当氧气很少时，大气中甲烷，氮气和二氧化碳的共存（以及液态水）将成为生物难以发挥作用的标志。“在没有生物学的情况下，每种气体的大量通量很难解释，”奥尔森谈到二氧化碳和甲烷共存时说。
在元古代中期，随着产氧微生物的上升，赠品将是氧气，氮气和液态水的组合。奥尔森说，即使大气中的氧气水平太低而无法检测到，科学家也可以寻找臭氧。这是因为臭氧（由三个氧原子组成）是通过涉及生物产生的氧气的反应产生的，它产生非常强的信号，即使在低水平也能检测到。
在包括当今的显生宙中，生物印记将是含氮和水的氧气。（这里的氧气含量远远高于中元古代。）
一些化学混合物，例如甲烷和二氧化碳的组合，可能会被未来的观测站发现，如NASA的詹姆斯韦伯太空望远镜，将于2019年发射。
詹姆斯·韦伯（James Webb）的项目科学家尼克尔·刘易斯（Nikole Lewis）说：“这真的让人们在他们的观察中关注什么。”他在巴尔的摩的太空望远镜科学研究所工作。
她补充说，詹姆斯韦伯将对各种行星进行调查，拥有各种各样的生物印记和一系列行星模板是一个至关重要的工具。那是因为他们能够找到符合这些标准的行星越多，就越有可能发现可能真正容纳生物的少数行星。
“我们将有一个足够大的样本，希望会有一些像拇指一样伸出来的样本，”刘易斯说。科学家表示，在詹姆斯韦伯和其他能够发现这些大气成分的望远镜上线之前，寻找可能的生物印记仍在继续。
奥尔森说：“目前我们尚未做好准备，认识到地球上外行星的多样性，我们只能想象生命在一个不像地球的行星上的样子。”“这当然是一个巨大的研究领域，我认为我们还没有完全理解它。但不平衡可能是一条特别强大的前进道路。”