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06-17
我们正在努力改变人们对宜居星球的看法。
麻省理工学院系外行星天文学家·Sara·西格如是说。
水和氧气是生命生存的条件，也一直是天文学家判断系外行星是否存在生命的依据之一。
但最近，来自麻省理工学院地球、大气和行星系、物理系、航空航天系和化学系的一组研究人员发现，一些微生物可以在%纯氢的环境中生存和繁衍！当地时间5月4日，该团队题为《关于H2主导的系外行星大气中生命活力的实验室研究》的论文在线发表在《自然天文学》杂志上。
这颗行星的大气层可能主要由氢组成。
从历史上看，天文学家倾向于相信太阳系之外还有其他行星。
直到20世纪90年代，人类才终于首次证实系外行星的存在。
【美国宇航局斯皮策太空望远镜首次直接观测系外行星】此后，天文学家对外行星研究的重点之一就是探索系外行星是否存在生命。
为了探索系外行星上是否存在生命，分析其大气成分至关重要。
雷锋网获悉，岩石系外行星是由富含铁的原始物质（如球粒陨石）和水冰堆积而成。
然后，研究小组认为，在行星形成过程中，水和铁发生反应产生氢气并将其释放到大气中也并非不可能。
化学课上我们都学过，氢气是世界上已知密度最小的气体——在1个标准大气压、0℃的条件下，氢气的密度为0.g/L，其密度仅为空气的。
1/14。
正是由于密度的原因，早期地球大气层中的氢含量非常少，比90亿年前还少了三倍。
如今地球上产生的氢主要被微生物消耗、在大气中氧化或流失到太空中。
因此，从理论上讲，以氢为主或由%氢组成的行星的大气层厚度最多可达地球大气层的14倍，这使得天文学家非常容易探测和观察。
那么，如果有一天确实发现了这样一颗系外行星，我们是否能够发现生命呢？带着这个问题，团队提出了一个大胆的猜想：生命可以存在于以氢为主的环境中。
假设微生物可以在纯氢气中生存和繁衍，实验开始了。
该团队设计了一个由小硼硅酸盐瓶组成的系统，其中装有 30 ml 培养基（用于大肠杆菌和酵母细胞培养生长培养基的标准培养基）和 ml 顶部空间。
研究小组将大肠杆菌和酵母放入装有纯氢气、纯氦气以及20%二氧化碳和80%氮气的混合物（%H2、%He、20%CO2%N2）的瓶子中，进行厌氧实验。
氧气实验（还有一个装满空气的瓶子作为对照）。
研究团队将瓶子置于28℃的培养摇床中，并使用精密的氧传感器连续测量气体浓度，以确保气体浓度稳定且培养物保持缺氧。
同时，通过专用摄像头连续监测，快速评估细胞培养物的浊度；定期对培养物取样以评估培养物的生长。
这主要包括两个指标——大肠杆菌的光密度（OD，光密度）和酵母菌的血细胞计数。
上图是大肠杆菌的光密度，表明高浓度的纯氢气和其他气体不会损害大肠杆菌的生存和细胞分裂。
黑色、蓝色、红色和绿色曲线分别代表空气、纯氦气、纯氢气、20%二氧化碳和80%氮气的混合物。
上图是酵母血细胞计数，这也表明高浓度的纯氢气和其他气体不会损害酵母的存活和细胞分裂。
黑色、蓝色、红色和绿色曲线分别代表空气、纯氦气、纯氢气、20%二氧化碳和80%氮气的混合物。
不难看出，上述微生物在空气中生存和繁殖效果最好，但同时，它们在氢气环境中也能生存和繁殖。
此外，团队还在论文中根据现有数据展示了大肠杆菌产生的气体的光谱特征。
上图显示了吸光度与波长的关系。
其中，研究人员目前还无法确定光谱特征中的甲烷CH4和磷化氢PH3是否是大肠杆菌产生的，很多光谱特征也难以区分。
事实上，这个光谱也具有重要意义——在富含氢的系外行星大气中，上述许多气体都可以作为可检测的生物标志物，例如二甲硫醚C2H6S（图中的DMS），它在一定程度上可以也增加了天文学家在系外行星上识别生命迹象的机会。
对此，美国宇航局天体生物学家吉达·阿尼表示：大肠杆菌就是这样一种简单的生物体，但却能产生令人难以置信的气体。
了解生命可以产生什么气体是识别系外行星上可能的生物标志物的第一步。
可见，这项研究对于探索系外行星生命具有特殊意义。
但华盛顿大学天体生物学家约翰·巴罗斯也认为，仅仅寻找富含氢的大气层是不够的。
生命要生存，还需要其他物质，就像实验中瓶子里的培养基，比如可以与岩石表面交换化学物质的液态水。
将富含氢的行星加入到地外生命的探索中无疑是一种新的途径。
也许，通过跳出框框思考，我们可以更快地证明地球并不是浩瀚宇宙中一颗孤独的星球。
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