生命并非只依賴水？新研究提出大膽設(shè)想

我們都知道，水對(duì)地球上的生命至關(guān)重要。因此，科學(xué)家在宇宙中尋找其他宜居世界時(shí)，總是把目光投向那些可能擁有大量液態(tài)水的巖質(zhì)行星。

但在過(guò)去的幾十年間，我們對(duì)宜居世界的認(rèn)識(shí)有了大幅拓展?？茖W(xué)家逐漸發(fā)現(xiàn)，使一顆行星具備生命潛力的因素，或許與水并沒(méi)有直接關(guān)系。這一發(fā)現(xiàn)迫使我們重新追問(wèn)：生命是否必須以地球的模式為藍(lán)本？

在一項(xiàng)新發(fā)表于《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）的研究中，一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)提出了一種新的可能性：在幾乎沒(méi)有水的世界里，一種完全不同的液體——離子液體，也許同樣能夠支撐生命。

一種不同尋常的液體

離子液體被定義為一類在100℃以下處于液態(tài)的鹽，通常由離子組成而非中性分子。這類特殊的液體不會(huì)像常規(guī)液體那樣沸騰，而是會(huì)在氣相邊界發(fā)生分解。此外，它們的蒸氣壓極低，這意味著它們不會(huì)輕易蒸發(fā)；與此同時(shí)，它們的液態(tài)存在范圍也遠(yuǎn)比水寬廣，能夠在多種溫度與壓力條件下維持穩(wěn)定的液態(tài)。

目前，已知的離子液體已有數(shù)千種，它們?cè)陔娀瘜W(xué)（如電池）、工業(yè)催化、生物聚合物加工和藥理學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而，離子液體迄今主要由人工合成獲得，從未被視為自然存在的物質(zhì)，因此在行星科學(xué)中幾乎沒(méi)有被討論。

金星云層的意外發(fā)現(xiàn)

研究人員對(duì)離子液體的最初研究，源于他們?cè)?strong>金星上尋找生命跡象的工作。金星被濃厚的硫酸云層籠罩，盡管環(huán)境劇毒，但科學(xué)家推測(cè)其中可能隱藏生命痕跡。未來(lái)的金星探測(cè)任務(wù)也將對(duì)此進(jìn)行驗(yàn)證。

在之前的研究中，研究人員探索了收集和蒸發(fā)硫酸樣本的方法。原因是，如果有一項(xiàng)探測(cè)任務(wù)能夠從金星的云層中采集到樣本，研究人員就必須將硫酸蒸發(fā)掉，這樣才能尋找其中殘留的有機(jī)分子，進(jìn)而分析生命的跡象。

他們使用了一種自制的低壓系統(tǒng)，專門(mén)用于蒸發(fā)掉多余的硫酸，以測(cè)試硫酸與一種有機(jī)化合物——甘氨酸——混合溶液的蒸發(fā)情況。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大部分液態(tài)硫酸蒸發(fā)后，總有一層頑固的液體殘留。他們很快意識(shí)到，硫酸會(huì)與甘氨酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致氫原子發(fā)生轉(zhuǎn)移。最終的產(chǎn)物是一種鹽類的液體混合物，即離子液體。

自那之后，研究人員展開(kāi)了想象：地球上的火山會(huì)產(chǎn)生硫酸，而小行星和其他行星體中也普遍存在有機(jī)物。如果類似的條件出現(xiàn)在過(guò)于炎熱、氣壓稀薄且無(wú)法容納液態(tài)水的系外行星上，那么離子液體是否也可能自然生成并長(zhǎng)期存在？

當(dāng)硫酸遇上有機(jī)物

在地球上，離子液體幾乎從不自然出現(xiàn)，唯一已知的例外是在由兩種敵對(duì)的螞蟻產(chǎn)生的毒液混合時(shí)出現(xiàn)過(guò)。正因如此，研究人員希望探討：在怎樣的溫度和壓力條件下，離子液體能自然形成？

由含氮有機(jī)物與硫酸反應(yīng)形成的離子液體，往往具有較高的黏度，以及多樣的顏色和質(zhì)地。（圖/Rachana Agrawal）

在此前的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，一些含氮有機(jī)化合物在濃硫酸環(huán)境中具有出乎意料的穩(wěn)定性。此外，實(shí)驗(yàn)顯示，當(dāng)硫酸與含氮有機(jī)物以1:1的比例混合時(shí)，能夠生成少量離子液體。

基于這一發(fā)現(xiàn)，在新的研究中，他們將硫酸與三十多種不同的含氮有機(jī)化合物混合，并在不同的溫度和壓力下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后蒸發(fā)掉硫酸，觀察是否形成離子液體。他們還嘗試將這些混合物滴在玄武巖——這種巖石被認(rèn)為廣泛存在于許多巖質(zhì)行星上——的表面。

只有在存在甘氨酸的情況下，經(jīng)過(guò)硫酸作用和低壓加熱才會(huì)生成離子液體。左：加入甘氨酸；右：未加入。(a) 撒上甘氨酸粉末；(b) 加入熱硫酸；(c) 24小時(shí)后，僅在左側(cè)殘留液體，右側(cè)的硫酸已完全蒸發(fā)。（圖/Rachana Agrawal）

結(jié)果表明，這些反應(yīng)能在高達(dá)180℃且遠(yuǎn)低于地球大氣壓的條件下生成離子液體。甚至在玄武巖實(shí)驗(yàn)中，即便多余的硫酸滲入巖石的孔隙，巖石表面仍會(huì)殘留少量離子液體。

重新定義宜居世界

研究人員由此推測(cè)，如果在某些比地球更溫暖、缺乏水分的行星上，火山活動(dòng)釋放出硫酸并與有機(jī)沉積物相遇，就可能形成離子液體。這些離子液體或許能在行星表面長(zhǎng)期存在，并在極端環(huán)境下為原始生命形態(tài)提供難得的棲息地。

未來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步探索，檢驗(yàn)?zāi)男┥锓肿雍蜕煞帜軌蛟陔x子液體中保持穩(wěn)定甚至繁衍。如果這些設(shè)想得到證實(shí)，人類對(duì)“宜居世界”的定義將被大大拓展，也意味著我們對(duì)宇宙生命可能性的認(rèn)識(shí)剛剛開(kāi)啟了全新的篇章。

#參考來(lái)源：

https://news.mit.edu/2025/planets-without-water-could-still-produce-certain-liquids-0811

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2425520122

#圖片來(lái)源：

封面圖&首圖：Jose-Luis Olivares, MIT