外星植物會(huì )是什么顏色

外星植物想象圖

    與其坐等外星生命光臨地球，不如主動(dòng)尋找它們——尋找地外生命，早已不再是科幻小說(shuō)虛構的故事，也不只是UFO迷才會(huì )關(guān)心的領(lǐng)域，而是許多科學(xué)家當前的研究任務(wù)。也許在現階段，我們很難找到發(fā)展出高級文明的智慧生命，但可以把目標鎖定到與基礎生命過(guò)程相關(guān)的物理及化學(xué)標志(即生物標記，biosignatures)。迄今為止，天文學(xué)家已發(fā)現了200多顆圍繞其他恒星旋轉的行星(太陽(yáng)系外行星，extrasolarplanet)，雖然科學(xué)家還無(wú)法說(shuō)出哪幾顆行星孕育著(zhù)生命，但我相信，發(fā)現地外生命只是時(shí)間問(wèn)題。2007年7月，天文學(xué)家在觀(guān)察一顆行星時(shí)，發(fā)現恒星光線(xiàn)在穿過(guò)這顆行星的大氣層時(shí)有些異常，而最終分析結果讓他們驚喜不已：這顆行星周?chē)�存在水蒸氣�，F在，世界各地的航天機構都在開(kāi)發(fā)新型望遠鏡，通過(guò)觀(guān)察行星光譜，在與地球大小相似的行星上搜尋生命證據。

    這里不得不提光合作用(Photosynthesis)，因為這一眾所周知的生命過(guò)程，能產(chǎn)生非常明顯的生物標記。在地球上，光合作用幾乎是所有生命的基礎：除了深海熱液噴口周?chē)�以熱量和甲烷為生的生物，地面生態(tài)系統中的所有生命都得依靠陽(yáng)光才能生存下去。而在其他行星上，光合作用發(fā)生的幾率同樣很高。

    光合作用產(chǎn)生的生物標記分為兩類(lèi)：一是生命活動(dòng)產(chǎn)生的氣體及其衍生物，如氧氣和臭氧；二是與某種色素相關(guān)的表面顏色，就像葉綠素(chlorophyll)與綠色的關(guān)系。實(shí)際上，在地外行星上尋找“生命色素”的想法由來(lái)已久。一個(gè)世紀前，火星的季節性變暗引起了天文學(xué)家的注意，他們猜測這是由植物生長(cháng)導致。為了證實(shí)這個(gè)想法，他們開(kāi)始研究火星表面反射光線(xiàn)的光譜，希望從中發(fā)現綠色植物存在的證據。但在英國著(zhù)名科幻作家H.G.威爾斯(H.G.Wells)看來(lái)，天文學(xué)家們的研究策略存在一個(gè)明顯缺陷。他在科幻小說(shuō)《大戰火星人》(TheWaroftheWorlds)中寫(xiě)道：“在火星植物王國里，占據統治地位的不是綠色，而是鮮艷的血紅色�！彪m然火星上沒(méi)有植物早已成為共識(火星變暗是由沙塵暴引起的)，威爾斯的觀(guān)點(diǎn)卻不無(wú)道理：在其他行星上，光合生物(photosyntheticorganism)可能并非綠色。

    即便在地球上，光合生物的顏色也多種多樣。一些陸生植物的葉子是紅色的，水生海藻和光合細菌更具有彩虹般的繽紛色彩；紫色細菌也不少見(jiàn)，它們不僅吸收陽(yáng)光中的可見(jiàn)光，還能利用紅外線(xiàn)。那么，在地外行星上，植物們的主流色彩是什么？當我們看見(jiàn)它們時(shí)，又該如何辨認？這些問(wèn)題的答案，取決于照射到植物表面的光線(xiàn)類(lèi)型(而光線(xiàn)類(lèi)型又取決于恒星類(lèi)型和行星大氣層的組成，因為恒星發(fā)出光線(xiàn)后，要穿過(guò)行星大氣層才能抵達植物表面)。

    捕捉陽(yáng)光

    對于大多數地球生物，光合作用實(shí)在太重要了：植物或微生物吸收陽(yáng)光，通過(guò)光合作用合成有機分子，釋放氧氣，其他生物必須直接或間接地利用光合作用的產(chǎn)物，才能維持生命活動(dòng)。植物或微生物究竟是如何捕捉陽(yáng)光，將太陽(yáng)能轉化為化學(xué)能的？

    要了解光合作用在其他行星上是怎么發(fā)生的，我們首先得弄清楚地球上光合作用的具體機制。在地球表面，陽(yáng)光的能譜(energyspectrum)會(huì )在藍色和綠色之間達到峰值，這讓科學(xué)家一直大感困惑：為什么植物會(huì )反射綠色光線(xiàn)，浪費掉陽(yáng)光中最易得到的部分？(物體反射某種顏色的光線(xiàn)，就會(huì )呈現某種顏色。)原因就在于，光合作用并不依賴(lài)陽(yáng)光的總能量，而與單個(gè)光子含有的能量以及光線(xiàn)中的光子數量有關(guān)。

    藍色光子攜帶的能量比紅色光子多，而太陽(yáng)發(fā)出的紅色光子數量則要多一些。植物因為單個(gè)光子的能量?jì)?yōu)勢而吸收藍色光子，因為數量?jì)?yōu)勢而吸收紅色光子。相對而言，綠色光子在能量和數量上都不占優(yōu)勢，植物就很少吸收它們。

    將一個(gè)碳原子固定到一個(gè)簡(jiǎn)單的糖分子內，是光合作用的基本過(guò)程。這個(gè)過(guò)程要順利完成，至少需要8個(gè)光子。4個(gè)光子會(huì )“撕開(kāi)”兩個(gè)水分子的4條氫氧鍵(一個(gè)光子撕開(kāi)一條)，釋放4個(gè)自由電子，生成1個(gè)氧分子；同時(shí)，這4個(gè)光子還得分別匹配至少1個(gè)額外光子，以參加下一步反應：生成糖分子。而且，每個(gè)光子的能量不能太低。

    植物捕獲陽(yáng)光的方式堪稱(chēng)自然界的奇跡。以葉綠素為代表的光合色素宛如一個(gè)天線(xiàn)陣，其中每根“天線(xiàn)”都可以捕獲某種波長(cháng)的光子：葉綠素主要吸收紅色和藍色光子，類(lèi)胡蘿卜素(正是這種色素使秋天的樹(shù)葉呈現鮮艷的紅色和黃色)也吸收藍色光子，但兩種色素吸收的藍色光子并不完全相同。所有光子的能量都會(huì )被輸送到位于反應中心的特殊葉綠素分子上——在這里，水分子被分解，釋放出氧氣。

    色素分子選擇何種顏色的光子，取決于能量的輸送方式。只有獲得一個(gè)紅色光子，或以其他形式得到與紅色光子相當的能量，反應中心的分子復合體才能啟動(dòng)化學(xué)反應。為了充分利用藍色光子，色素分子們必須相互協(xié)作，降低藍色光子的能量(把它變?yōu)榧t色)，正如一系列變壓器，將高壓線(xiàn)中的100,000伏電壓降低到220伏，才能為家用電器供電。一個(gè)藍色光子擊中一個(gè)吸收藍光的色素分子，激發(fā)分子中的一個(gè)電子時(shí)，“降壓”反應便開(kāi)始了；當受到激發(fā)的電子回到初始能量狀態(tài)，蘊藏其中的能量便會(huì )釋放出去。由于在電子恢復能量狀態(tài)的過(guò)程中，會(huì )發(fā)生振動(dòng)并產(chǎn)生熱量，釋放的能量總是小于當初所吸收的能量。

    電子并非以光子的形式釋放能量，而是利用電反應，將能量傳遞給另一個(gè)色素分子。這個(gè)色素分子會(huì )進(jìn)一步降低藍色光子中的能量，直到高能的藍色光子被轉換為低能狀態(tài)的紅色光子。利用同樣的方式，這一系列色素也能將青色、綠色或黃色光子轉換成紅色光子。流程終端的反應中心只能吸收能量最低的光子，而在地球表面，紅色光子是可見(jiàn)光波段中數量最多、能量最低的光子。

    但對水生光合生物來(lái)說(shuō)，紅色光子的數量不一定是最充足的。水、水中的各種物質(zhì)和水生生物本身，都有濾光作用，因此光線(xiàn)組成會(huì )隨水深而變化。在海洋里，生活在不同深度的生物會(huì )擁有不同的體色。淺水層生物的色素適合吸收穿過(guò)水層的光子，藻類(lèi)和藍細菌就可以利用藻膽素(phycobilins)，吸收綠光和黃光；不產(chǎn)氧細菌(Anoxygenicbacteria)的細菌葉綠素則可以吸收紅外和近紅外光——只有這兩種光線(xiàn)能穿透厚厚的水層，到達黑暗的水底。

    一般說(shuō)來(lái)，在光線(xiàn)較暗的環(huán)境中，生物體的生長(cháng)速度都很慢，因為它們要付出更多的努力，才能捕捉到那少得可憐的光線(xiàn)。在光線(xiàn)充足的地表，植物沒(méi)有必要制造多余的色素，因此它們可以“挑剔”地選擇吸收某種光線(xiàn)。這樣的進(jìn)化原則可能也適用于其他行星。

    正如水生生物適應水的濾光作用一樣，陸生生物也適應了大氣的濾光作用。在地球大氣層頂端，黃色光子(波長(cháng)為560～590納米)的數量最多。隨著(zhù)海拔降低，波長(cháng)較長(cháng)的光子逐漸減少，短波長(cháng)光子更是急劇減少。陽(yáng)光透過(guò)上層大氣時(shí)，水蒸氣吸收波長(cháng)大于700納米的紅外線(xiàn)，氧分子吸收波長(cháng)為687和761納米的光線(xiàn)(即氧氣的吸收譜線(xiàn))。在平流層，臭氧(O3)會(huì )吸收大量的紫外線(xiàn)以及少量可見(jiàn)光。

    總而言之，大氣層設置了一系列“窗戶(hù)”，陽(yáng)光要穿過(guò)這些窗戶(hù)，才能抵達地面�！按皯�(hù)”為可見(jiàn)光波段設定了范圍：波長(cháng)較短的稱(chēng)為藍色端，是由陽(yáng)光中的短波長(cháng)光子數量銳減，以及臭氧層大量吸收紫外線(xiàn)而形成的；波長(cháng)較長(cháng)的則被稱(chēng)為紅色端，由氧氣的吸收譜線(xiàn)形成。由于臭氧對可見(jiàn)光區內的多種光線(xiàn)都有吸收作用，各種光子的數量也發(fā)生了變化，原本數量最多的是黃色光子，現在則為紅色光子(波長(cháng)約為685納米)。

    在很大程度上，植物的吸收光譜由氧氣決定，而這些氧氣又是植物釋放出來(lái)的。最早的光合生物在地球上出現時(shí)，大氣中氧氣濃度極低，因此這些生物用于捕捉陽(yáng)光的色素，必然不同于葉綠素(如果是葉綠素，植物光合作用就會(huì )釋放大量氧氣)。隨著(zhù)時(shí)間流逝，光合作用改變了大氣組成，葉綠素也就成為了植物的最佳選擇。

    根據化石記錄，科學(xué)家推斷光合作用產(chǎn)生于距今34億年前。不過(guò)也有一些化石顯示，光合作用可能在更早以前就出現了。早期光合生物只能在水下生存，因為水是很好的溶劑，有利于生化反應的進(jìn)行，而且它還能為生物遮擋陽(yáng)光中的紫外線(xiàn)。在臭氧層還未形成的時(shí)候，水對生物的這種保護作用至關(guān)重要。最早的光合生物是吸收紅外線(xiàn)的水下細菌，它們體內化學(xué)反應的主要反應物是氫、硫化氫或鐵，由于水沒(méi)有參與反應，這些細菌不會(huì )釋放氧氣。到27億年前，能利用光合作用制造氧氣的藍細菌(cyanobacteria)出現了，地球大氣層中的氧氣濃度逐漸升高，臭氧層也開(kāi)始形成——這給紅藻和褐藻的出現創(chuàng )造了條件。隨著(zhù)臭氧層的日漸完善，紫外線(xiàn)對淺水層生物不再構成威脅時(shí)，綠藻便進(jìn)化出來(lái)，它們沒(méi)有藻膽素，更適應陽(yáng)光下的生活。又過(guò)了20億年，氧氣濃度進(jìn)一步提高，綠藻終于進(jìn)化成為陸生植物。

    自此以后，植物數量便開(kāi)始爆炸式增長(cháng)，植株個(gè)體也越來(lái)越復雜——從地表的苔蘚和地錢(qián)，到直沖云霄的參天大樹(shù)，因為個(gè)體越高大，越利于捕捉陽(yáng)光，也能更好地適應特殊氣候。由于擁有圓錐形樹(shù)冠，即便在太陽(yáng)照射角度較低的高海拔地區，松樹(shù)也能獲得充足的陽(yáng)光；利用花青素(anthocyanin)，喜陰植物還可以抵御強烈的陽(yáng)光。綠色植物的葉綠素因大氣成分的改變而出現，反過(guò)來(lái)又有助于維持目前的大氣組成，這就形成了一個(gè)良性循環(huán)，使地球的綠色得以維持。也許，下一步進(jìn)化會(huì )使樹(shù)蔭下的某個(gè)物種具有某種優(yōu)勢，讓它們能利用藻膽素吸收綠光和黃光，不過(guò)處于高大的植物仍?xún)A向于保持綠色。 
    恒星決定生命形式

    在很大程度上，恒星的質(zhì)量、溫度決定著(zhù)行星表面的環(huán)境狀態(tài)，而環(huán)境狀態(tài)又決定了生命能否出現、以什么樣的形式出現。

    要想在另一個(gè)“太陽(yáng)系”的行星上找到光合色素，天文學(xué)家必須研究行星演化的各個(gè)階段，因為目標行星很可能相當于20億年前的地球。另外，科學(xué)家還得考慮到，太陽(yáng)系外的光合生物可能進(jìn)化出與地球生物完全不同的特性，利用長(cháng)波長(cháng)光子就能分解水分子。

    在地球上，紫色不產(chǎn)氧光合細菌(purpleanoxygenicbacteria)吸收的近紅外光波長(cháng)為1,015納米，是所有光合生物能利用的波長(cháng)最長(cháng)的光線(xiàn)。而在產(chǎn)氧光合生物能利用的光線(xiàn)中，波長(cháng)最長(cháng)為720納米，吸收這種光線(xiàn)的是一種海洋藍細菌。雖然地球上的生物無(wú)法利用波長(cháng)更長(cháng)的光線(xiàn)，但這并不意味著(zhù)，其他行星上的生物就不能利用長(cháng)波長(cháng)光線(xiàn)。大量長(cháng)波光子也能起到與少量短波光子相同的作用。

    限制光合作用的因素，并不是植物是否具有某種新型色素，而是到達行星表面的、可為植物利用的光線(xiàn)——這些光線(xiàn)取決于恒星的類(lèi)型。天文學(xué)家依據顏色對恒星進(jìn)行分類(lèi)，而顏色又與恒星的溫度、體積和壽命有關(guān)。只有壽命足夠長(cháng)的恒星，才能孕育出復雜生命。滿(mǎn)足這一條件的恒星，按照溫度的高低，被天文學(xué)家分為F、G、K和M型(其中F型恒星溫度最高，M型最低)。我們的太陽(yáng)屬于G型恒星；質(zhì)量更大的F型恒星更亮更藍，它們的能量將在20億年內耗盡；K型和M型恒星質(zhì)量較小，較紅較暗，但壽命更長(cháng)。

    在每種恒星周?chē)�，都有一個(gè)適合生物生存的區域(即宜居帶，habitablezone)。在此區域之內，行星可以維持一定溫度，保證液態(tài)水的存在。在太陽(yáng)系中，這個(gè)區域覆蓋了地球和火星軌道；但在F型恒星周?chē)�，與地球大小類(lèi)似的行星必須離得更遠，才可能適合生物生存；而在K型或M型恒星周?chē)�，“生命行星”與恒星的距離則應該更近一些。在F或K型恒星的宜居帶內，行星能接收到的可見(jiàn)光與地球大致相當，因而可能孕育出類(lèi)似于地球光合生物的生命形式，它們的色素顏色也只會(huì )在可見(jiàn)光范圍內變動(dòng)。

    M型恒星也叫紅矮星，是銀河系中數量最多的恒星。它發(fā)出的可見(jiàn)光子遠少于太陽(yáng)，近紅外光子的數量卻很多。蘇格蘭鄧迪大學(xué)的生物學(xué)家約翰?雷文(JohnRaven)和愛(ài)丁堡皇家天文臺的天文學(xué)家雷?沃爾斯登克羅夫特(RayWolstencroft)曾提出，產(chǎn)氧光合作用理論上可以利用近紅外光。不過(guò)，地球植物用兩個(gè)可見(jiàn)光子就可以分解一個(gè)水分子，而其他行星的生命體需要三四個(gè)近紅外光子才能做到這一點(diǎn)。這些光子必須協(xié)同工作，為一個(gè)電子提供充足的能量，以驅動(dòng)化學(xué)反應的進(jìn)行。

    另一方面，M型恒星也為生命的誕生制造了一個(gè)大難題：年輕的M型恒星會(huì )發(fā)出強烈的紫外線(xiàn)。為了躲避紫外線(xiàn)，生命體不得不躲到深水層，但這樣一來(lái)，它們就可能無(wú)法獲得足夠的光線(xiàn)，以致被“餓死”。如果情況得不到改變，光合生物就永遠無(wú)法出現在M型恒星周?chē)�的行星上。幸好，隨著(zhù)M型恒星逐漸衰老，紫外線(xiàn)的強度將會(huì )減弱(甚至可能比太陽(yáng)發(fā)出的還弱)，那時(shí)，行星上的生命體便無(wú)需臭氧層的保護，它們即使不釋放氧氣，也可以安全地呆在陸地表面。

    總之，天文學(xué)家必須根據恒星的年齡和類(lèi)型，考慮以下4種情況：

    厭氧海洋生物。恒星可以是任何類(lèi)型，但都處于幼年期。生物不一定會(huì )產(chǎn)生氧氣；大氣的主要成分可能是甲烷等氣體。

    需氧海洋生物。恒星可以是任何類(lèi)型，但都處于老年期。它已度過(guò)漫長(cháng)歲月，產(chǎn)氧光合生物已進(jìn)化出來(lái)，大氣中的氧氣開(kāi)始積累。

    需氧陸生生物。恒星處于成熟期，類(lèi)型不限。植物廣泛分布在行星上，地球正處于這一時(shí)期。

    厭氧陸生生物。恒星屬于M型，已進(jìn)入寧靜期，紫外線(xiàn)輻射忽略不計。植物覆蓋行星表面，卻可能不產(chǎn)生氧氣。

    對于上述4種情況，光合作用的生物標記顯然是不同的。從地球衛星圖像來(lái)看，海洋生物的分布太稀疏，望遠鏡很難發(fā)現，因此其他行星上的海洋生物不會(huì )產(chǎn)生明顯的色素型生物標記，只能通過(guò)影響大氣組成來(lái)暗示它們的存在。鑒于此，研究外星植物顏色的科學(xué)家們要把主要精力集中在陸地上，比如在F、G和K型恒星周?chē)�的行星表面尋找產(chǎn)氧光合生物，或在M型恒星周?chē)�的行星上尋找產(chǎn)氧或厭氧光合生物。

    外星植物的顏色

    不同的恒星，甚至不同年齡階段的同一顆恒星，發(fā)出的光線(xiàn)也會(huì )有所不同。吸收不同光線(xiàn)的光合生物，將會(huì )擁有不同的光合色素，進(jìn)而呈現出不同的顏色。

    除了特殊情況，任何行星上的光合色素都會(huì )遵從相同的規律：傾向于吸收數量最多、在可利用范圍內的波長(cháng)最短(攜帶的能量最多)或波長(cháng)最長(cháng)的光子。為了弄清楚恒星類(lèi)型如何決定植物的顏色，科學(xué)家們開(kāi)始收集恒星、行星以及生物學(xué)等多方面的證據。

    美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的恒星天文學(xué)家馬丁?科恩(MartinCohen)收集了一系列恒星的數據，包括一顆F型恒星(牧夫座σ星)、一顆K型恒星(波江座ε星)、一顆散發(fā)耀眼光芒、處于活躍期的M型恒星(獅子座AD星)，還考慮了一顆假想的、處于寧靜期的M型恒星(溫度為3,100K)。針對這些恒星宜居帶內的類(lèi)地行星，墨西哥國立自治大學(xué)的天文學(xué)家安蒂戈納?塞古拉(AntigonaSegura)進(jìn)行了計算機模擬試驗。他利用美國亞利桑那大學(xué)亞歷山大·巴甫洛夫(AlexanderPavlov)和賓夕法尼亞州立大學(xué)詹姆斯·卡斯丁(JamesKasting)建立的模型，研究了恒星光線(xiàn)和行星大氣可能成分(假設行星上的火山放出的氣體同地球火山一樣多)之間的相互作用，分別推算出了在氧氣濃度可以忽略不計、與地球表面氧氣濃度相當兩種情況下，地外行星上大氣的化學(xué)組成。

    參考塞古拉得到的結果，并利用加利福尼亞帕薩迪納噴氣推進(jìn)實(shí)驗室戴維?克里斯普(DavidCrisp)開(kāi)發(fā)的模型(這也是科學(xué)家用于計算火星探測器太陽(yáng)能電池板可以接收到多少陽(yáng)光的模型之一)，英國倫敦大學(xué)學(xué)院的物理學(xué)家喬凡娜·蒂內蒂(GiovannaTinetti)模擬了恒星光線(xiàn)穿過(guò)行星大氣時(shí)的情形。對于這些計算結果，需要聯(lián)合我和其他4位科學(xué)家的智慧才能完整解讀：他們分別是美國萊斯大學(xué)的微生物學(xué)家珍妮特?希菲特(JanetSiefert)、華盛頓大學(xué)圣路易斯分校的生化學(xué)家羅伯特布蘭肯希普(RobertBlankenship)、伊利諾伊大學(xué)厄本那-香檳分校的生化學(xué)家戈文迪(Govindjee)和華盛頓大學(xué)的行星科學(xué)學(xué)家維多利亞·梅多斯(VictoriaMeadows)。

    我們發(fā)現，在F型恒星周?chē)�，行星接收到的光子通常是藍色的，尤其以波長(cháng)為451納米的光子最多；在K型恒星周?chē)�，到達行星的光子一般為紅色，波長(cháng)的峰值位于667納米處，這與地球上的情況類(lèi)似。臭氧的存在會(huì )讓F型恒星的光線(xiàn)更藍，K型恒星的光線(xiàn)更紅。與地球的情況類(lèi)似，光合作用將吸收的光線(xiàn)也集中在可見(jiàn)光區。

    因此，在F和K型恒星周?chē)�的行星上，植物的顏色可能與地球植物相似，但也有一些細微的差別。F型恒星發(fā)出的高能量藍色光線(xiàn)太強烈，以至于植物可能需要利用類(lèi)似花青素的篩選色素來(lái)反射光子，從而使植物呈藍色；又或者，植物只需要藍色光子，完全“忽略”從紅到綠這部分光線(xiàn)——這樣一來(lái)，反射光的光譜就會(huì )的藍色端突然截止，容易被望遠鏡觀(guān)測到。

    M型恒星的溫度范圍較廣，周?chē)�行星上的植物可能具有各種顏色。圍繞寧靜期M型恒星旋轉的行星能接收到的能量，僅相當于地球從太陽(yáng)獲得的能量的一半。盡管這已比地球喜陰植物的最低能量需求多了60倍，對于維持生命體的生存已經(jīng)足夠，但是大多數光子卻處于近紅外區。在這種情況下，植物也許會(huì )進(jìn)化出多種光合色素，盡可能捕捉更多的可見(jiàn)及紅外光。如此一來(lái)，這些植物就幾乎不會(huì )反射光線(xiàn)，看上去可能是黑色的。

    尋找另一種“葉綠素”

    葉綠素是地球植物獨有的標記，是衛星能觀(guān)測到植物和海洋浮游生物的原因。要找到外星植物，科學(xué)家首先要做的，就是在其他行星上找到另一種“葉綠素”。

    地球生物的“經(jīng)歷”暗示，在F、G和K型恒星周?chē)�的行星上，早期海洋光合生物可以從缺氧環(huán)境中生存下來(lái)，并進(jìn)化出產(chǎn)氧光合生物，最終導致陸生植物的出現。M型恒星的情況則比較復雜。水下9米是早期光合生物的最佳生存點(diǎn)：在這個(gè)位置，紫外線(xiàn)的強度不能對光合生物造成威脅，而穿過(guò)水層的其他光線(xiàn)，則能為生命活動(dòng)提供足夠的能量。雖然我們可能無(wú)法通過(guò)望遠鏡觀(guān)測到這些“生命先驅”，但它們卻可為行星表面生命的出現打下基礎。在M型恒星周?chē)�的行星上，能吸收多種光線(xiàn)的植物，也許能長(cháng)得和地球植物一樣繁茂。

    對于研究人員來(lái)說(shuō)，不管恒星是哪種類(lèi)型，都會(huì )面臨一個(gè)問(wèn)題：未來(lái)的太空望遠鏡能否觀(guān)測到圍繞恒星旋轉的行星？即便利用即將面世的新型太空望遠鏡，很多行星看起來(lái)也只是一個(gè)小點(diǎn)，科學(xué)家可以獲取的，就只有行星表面的平均光譜，根本無(wú)法為它們繪制表面地圖。蒂內蒂計算發(fā)現，如果植物的存在要在光譜中表現出來(lái)，那么在行星表面，至少有20%的陸地覆蓋著(zhù)植物，而且還不能有云層遮擋。另一方面，海洋光合生物可以向空氣釋放更多氧氣。因此，植物色素的生物標記越明顯，氧氣的生物標記便會(huì )越弱，反之亦然。天文學(xué)家只能看到這兩種生物標記中的一種，不能兩者兼顧。

    如果一臺太空望遠鏡在某行星的反射光譜上監測到一條暗帶，而這條暗帶對應的光線(xiàn)類(lèi)型恰恰與科學(xué)家的預測相符合，那么在電腦屏幕上觀(guān)察到這條暗帶的人，便可能成為發(fā)現外星生物的第一人。不過(guò)，我們首先要排除某些干擾因素，比如礦物質(zhì)是否也會(huì )產(chǎn)生同樣的生物標記等。如今，對于某些行星，我們已經(jīng)能鑒定出一些可能代表植物生命活動(dòng)的顏色，甚至可以預言這些行星上存在著(zhù)綠色、黃色或橘紅色的植物，但目前很難做出更加準確的預言(即外星植物到底是哪種顏色)。在地球上，我們可以很確切的說(shuō)，葉綠素是植物獨有的標記，這是衛星能觀(guān)測到植物和海洋浮游生物的原因。因此，要找到外星植物，我們首先要做的，就是在其他行星上找到另一種“葉綠素”。

    找到外星生物并非遙遙無(wú)期。當然，這里指的是大量生物，而不是化石或生活在極端環(huán)境中的罕見(jiàn)微生物。茫茫宇宙中繁星無(wú)數，我們該把目光集中于哪些恒星？M型恒星與其周?chē)�行星的距離很近，這種情況下我們能否測出行星光譜？新型望遠鏡需要多大的波長(cháng)觀(guān)測范圍和分辨率？我們對光合作用的了解，將幫助我們回答上述問(wèn)題，為制定研究計劃、解讀觀(guān)測數據提供依據。我們找尋外星生命的能力，最終將取決于我們對地球生命的了解。