目前，对太阳系外行星的搜寻正在经历一场巨大的转变。随着开普勒太空望远镜和凌日系外行星勘测卫星(TESS)的部署，科学家们发现了数千颗系外行星，其中大部分是通过间接方法探测和确认的。

我们能知道TRAPPIST-1e是否有生命吗

但近年来，随着詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)的发射，该领域已经转向表征之一。在此过程中，科学家依靠系外行星大气的发射光谱来寻找与生命相关的化学特征(生物特征)。

然而，关于科学家应该寻找哪些特征存在一些争议。本质上，天体生物学在寻找外星生命迹象时使用地球上的生命作为模板，就像系外行星猎人使用地球作为衡量“可居住性”的标准一样。

但正如许多科学家指出的那样，地球上的生命及其自然环境随着时间的推移发生了相当大的演变。在最近发布到arXiv预印本服务器上的一篇论文中，一个国际团队展示了天体生物学家如何根据数十亿年前地球上存在的情况在TRAPPIST-1e上寻找生命。

该团队由来自全球系统研究所、埃克塞特大学物理与天文学系、数学与统计学系以及自然科学系的天文学家和天体生物学家组成。来自维多利亚大学地球与海洋科学学院和伦敦自然历史博物馆的研究人员也加入了他们的行列。

描述他们发现的论文“TRAPPIST-1e上的前氧光合作用生命的生物特征”将发表在《皇家天文学会月刊》上。

自从天文学家在2016年确认存在三颗系外行星以来，TRAPPIST-1系统一直是人们关注的焦点，并在次年增加到七颗。作为拥有低质量、较冷的M型(红矮星)母星的众多系统之一，其行星是否适合居住仍存在悬而未决的问题。其中大部分涉及红矮星的多变和不稳定性质，它们容易发生耀斑活动，并且可能无法产生足够的必要光子来驱动光合作用。

由于发现了如此多的岩石行星绕红矮星运行，其中包括距离我们太阳系最近的系外行星(比邻星b)，许多天文学家认为这些系统将是寻找外星生命的理想场所。同时，他们还强调这些行星需要有厚厚的大气层、固有磁场、足够的传热机制，或者以上所有。确定系外行星是否具备这些生命存在的先决条件是JWST和其他下一代望远镜(例如欧洲南方天文台提出的极大望远镜(ELT))有望实现的。

但即使有了这些和其他下一代仪器，仍然存在我们应该寻找什么样的生物特征的问题。如前所述，我们的星球、它的大气层以及我们所知的所有生命在过去40亿年里都发生了巨大的变化。在太古代(大约4至25亿年前)，地球大气层主要由二氧化碳、甲烷和火山气体组成，并且仅存在厌氧微生物。直到最近16.2亿年里，第一个多细胞生命才出现并进化到目前的复杂程度。

此外，达到更高复杂程度所需的进化步骤数量(及其潜在难度)意味着许多行星可能永远不会发展出复杂的生命。这与大过滤假说一致，该假说指出，虽然生命在宇宙中可能很常见，但高级生命可能并不常见。因此，与太古宙时期存在的类似的简单微生物生物圈可能是最常见的。那么，关键是进行搜索，分离出与原始生命和数十亿年前地球常见条件一致的生物特征。

正如维多利亚大学博士后研究员、该研究的主要作者JakeEager-Nash博士通过电子邮件向《今日宇宙》解释的那样：

“我认为地球的历史提供了许多关于有人居住的系外行星可能是什么样子的例子，在地球历史的背景下理解生物特征很重要，因为我们没有其他行星上生命的样子的例子。在太古宙期间，当据信，生命最初出现时，在产生氧气的光合作用进化并成为主要的初级生产者之前，有长达约十亿年的时间，氧气浓度确实很低，因此，如果有人居住的行星遵循与地球相似的轨迹，那么它们的氧气浓度就会非常低。在没有氧气和臭氧生物特征的情况下，可能会在这样的时期度过很长一段时间，因此了解类似太古宙的生物特征是什么样子很重要。”

在他们的研究中，该团队制作了一个模型，考虑了类似太古宙的条件，以及早期生命形式的存在如何消耗一些元素，同时添加其他元素。由此产生了一个模型，其中生活在海洋中的简单细菌消耗氢(H)或一氧化碳(CO)等分子，产生碳水化合物作为能源，并产生甲烷(CH4)作为废物。然后，他们考虑了海洋和大气之间的气体交换方式，从而降低H和CO浓度，提高CH4浓度。伊格-纳什说：

“人们认为，类似太古代的生物特征需要存在甲烷、二氧化碳和水蒸气，并且不存在一氧化碳。这是因为水蒸气告诉你有水，而同时含有这两种物质的大气则表明存在水。”甲烷和一氧化碳表明大气处于不平衡状态，这意味着这两种物质不应该同时存在于大气中，因为大气化学会将所有一种物质转化为另一种物质，除非有某种东西(例如生命)维持这种不平衡状态不含一氧化碳很重要，因为人们认为生命会很快进化出一种消耗这种能源的方式。”

当大气中气体浓度较高时，气体就会溶解到海洋中，补充简单生命体消耗的氢气和一氧化碳。随着海洋中生物产生的甲烷含量增加，它将被释放到大气中，在那里发生额外的化学反应，并且不同的气体被输送到地球各地。由此，研究小组获得了大气的整体成分，以预测可以检测到哪些生物特征。

伊格-纳什说：“我们发现，一氧化碳很可能存在于围绕M矮星运行的类太古代行星的大气中。”“这是因为与绕太阳运行的行星相比，主恒星驱动的化学反应会导致更高浓度的一氧化碳，即使你有消耗生命的这种[化合物]。”

多年来，科学家们一直在考虑如何将环太阳宜居带(CHZ)扩展到包括以前地质时期的类似地球的条件。同样，天体生物学家一直致力于对与更古老的生命形式(例如视网膜光合生物)相关的生物特征类型进行更广泛的研究。在这项最新研究中，伊格-纳什和他的同事建立了一系列生物特征(水、一氧化碳和甲烷)，这些生物特征可能导致在围绕类太阳和红矮星运行的太古代岩石行星上发现生命。