新模拟研究：地球植物或能在外星世界绽放

根据最近的一项实验，地球植物或许能在外星恒星的光照下蓬勃生长。

一组天体生物学家种下了水芹种子，还培养了光合细菌的培养皿。在设计用来模拟一种被称为 K 型矮星的小型暗星的光线下，幼苗和细菌在这种外星光线下都生长得不错——实际上，细菌似乎更偏爱外星星光，而非它们进化时所处的地球阳光。这些结果最终或许能帮助天体生物学家确切搞清楚外星大气中生命的化学指纹究竟是啥样。

柏林工业大学的天体生物学家伊娃·维洛维奇（Iva Vilovic）和她的同事将他们的研究成果发表在《国际天体生物学杂志》（International Journal of Astrobiology）上。

维洛维奇及其同事在专门设计用来模拟一颗名为 K 型矮星（这种星小且暗）光线的灯下，培育了水芹幼苗和蓝藻培养物。

这些恒星比广为人知的红矮星稍大且更亮，不过它们的质量仍仅约为我们太阳的 45%至 80%。

因为它们燃烧温度更低（其核心发生的核反应所产生的热量比我们太阳的少），所以它们发出的光线比我们习以为常的太阳光更红。

K 型矮星或许是寻找外星生命的绝佳之地，因此维洛维奇和她的同事想要瞧瞧一些地球生命在围绕其中一颗的外星行星表面的情况可能会怎样。

像这样的实验或许能让天体生物学家在理解生命——吸收二氧化碳并呼出氧气——如何改变行星大气构成这一方面更进一步，创造出 一个我们能从数光年之外用来发现有生命居住的世界的化学指纹。

相较于在太阳灯下生长的幼苗和细菌，模拟的外星样本表现得超乎意料地好。在 K 型矮星的光照下，水芹植物的叶子和茎呈现出稍深一些的绿色，这或许是因为它们针对更红的光产生了不同量的叶绿素。但水芹幼苗在 K 型矮星的光照下与在阳光下生长状况一样好，甚至发芽还要早一点。

对于研究人员而言，这直接引发了一种如科幻小说般有趣的可能性：“如果在我们太阳光照下进化的水芹，在暴露于 K 型矮星辐射时能够呈现出生长态势，这便增加了一种可能性，即围绕 K 型矮星的系外行星轨道上进化的水芹在生物量生产方面或许会超越地球上的水芹，”维洛维奇和她的同事在他们的论文中写道。

蓝藻——25 亿年前发明光合作用的微生物——在这种外星的光照下绝对蓬勃生长，其菌落的生长速度比地球上的同类更快，厚度也更厚。维洛维奇和她的同事指出，如今地球上的蓝藻物种往往生长在阳光需透过沙子，甚至是其他细菌层进行过滤的地方，所以较长波长的光往往更有可能真正触及它们。这些细菌可能已经进化到能够很好地利用那些较长波长的光了。

植物和光合细菌犹如小型化工厂，利用来自阳光的能量，为将二氧化碳和水转化为氧气和糖的反应提供动力。维洛维奇和她的同事不确定这些工厂在主要由比阳光波长更短的光所组成的光线下，是否能够同样高效地运行，但事实证明，水芹在 K 型矮星光下制造氧气和糖的效率跟在太阳光下一样高，而蓝藻的效率甚至还要更高。

红（微）矮星

据维洛维奇及其同事称，K 型矮星作为外星生命潜在家园的价值被严重低估了。

到目前为止，对太阳系外宜居世界的搜索主要集中在最小的恒星上：红矮星，也称为 M 型矮星。这在一定程度上是因为那里的红矮星数量极多，所以至少有一些红矮星拥有宜居行星的可能性极高（我们星系中约 75%的恒星是红矮星）。与在像太阳这样更大、更亮的恒星更遥远的宜居带中发现地球大小的行星相比，在红矮星的宜居带中发现这类行星也更为容易。但红矮星给生命带来了一些挑战；一方面，它们的宜居带距离恒星过近，以至于我们仍不确定在这些恒星系统中，潜在的宜居行星是否有可能保持其大气层。它们还容易出现强烈的紫外线和 X 射线耀斑，这可能会把附近行星上的生命冲刷干净。

K 型矮星或许是一种完美的折衷选择。

在寻找行星这件事上，它们依旧足够小且昏暗，有着和红矮星相同的优势，但它们足够热和亮，其宜居带的位置稍远一点——在那里，行星的大气层不太容易被恒星风刮跑。而且 K 型矮星不太容易产生可能危及红矮星周边生命的耀斑。

接下来会怎样？

维洛维奇和她的同事期望其他天体生物学家能够开展像这样的实验，测试地球上来自不同生态系统的不同植物物种，比如水生植物、林地植物和沙漠植物。他们还希望最终能监测测试对象周围空气的复杂化学成分，从而了解进行光合作用的植物会不会依据其生长环境中的光线类型呼出略有差异的化学物质混合物。

最终，所有这些信息都可用于构建计算机模型，以预测在特定类型的外星太阳下，如果有植物或细菌生命在生长，将阳光和二氧化碳转化为氧气，行星的大气层可能会呈现何种模样。这些模型能够助力发现可能有生命存在的地方，为诸如詹姆斯·韦伯太空望远镜之类的望远镜确定最佳的观测目标。