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外星人存在吗? 探索生命起源

报道|游燕燕   图|受访者提供/网络

“到底有没有外星人存在?”这是库汉仟德鲁博士(Kuhan Chandru)时常被问到的问题,他是一位天体生物学家。或许,有些人会误以为天文学家和天体生物学家的性质差不多,其实差很多,两者的共同点是研究项目都跟太空有关,但天体生物学所涵盖的学科范围更广泛。 

天体生物学家是做些什么的?天体生物学的研究涉及3件事,即寻找生命的起源、寻找外星人,还有生命的未来。 

库汉可以说是大马罕见的天体生物学家。虽然国内有不少天文学家和天体物理学家,但他认为目前除他以外,应该没有其他活跃和致力于研究生命起源和寻找外星人的天体生物学家。 

他于2005年毕业于马来西亚登嘉楼大学的海洋生物学(荣誉)学士学位;2008年毕业于马来西亚博特拉大学的环境污染(有机地球化学)硕士学位;2013年毕业于日本横浜国立大学的先进材料化学博士学位。他在欧洲、日本和大马的生物化学、有机地球化学和软材料的多学科研究中表现出色,多年来一直专注于研究天体生物学。

无法回到过去 

想也想不透,生命起源要怎么研究?连库汉也说:“我们永远不会知道地球的生命起源,因为没有时光机可以回到过去,见证地球上发生化学和地质的相互作用。事实上,地球上的生命起源用了大约0.5到10亿年的时间来发生,我们根本无法在人类生命的时间尺度上见证它。”

既然如此,在毫无证据之下,我们如何知道那些关于生命起源的叙述是真是假?“所有关于生命起源的叙述都是天体生物学家们现今正在研究的项目,以证明其合理性的假设。所有生命起源的叙述都是有缺陷、不完美的,因为它仍然是一个正在研究中的项目。 

“不过,大多数生命起源的叙述都是基于天体生物学家对地球生命的了解。我们大多数人正在做的是研究所有相关的叙述,而随着新科技的出现,例如更先进的望远镜(如詹姆斯韦布空间望远镜(JWST))和太空漫游车(如毅力号(Perseverance)火星探测车),人们可以提出更好、更多关于宇宙生命的问题。” 

他坦言,他知道自己这一辈子都无法解开生命起源的奥秘,所能做的只有在有限的时间内活跃从事相关研究,以便未来的研究人员能够使用更好的分析技术和设备继续钻研。

探研已知生命的运作

生命究竟是怎样起源的?这个问题存在着多种臆测和假说,并有很多争议。现在学术界普遍接受的是化学起源说。这一假说认为,地球上的生命是在地球温度逐步下降以后,在极其漫长的时间内,由非生命物质经过极其复杂的化学过程,一步一步演变而成的。 

库汉解释,所有的生物都只是外表不同,但内部都有相同的分子和系统。普遍上,生命的基本化学物质包括脂肪(脂质)、蛋白质(氨基酸)、DNA/RNA(糖)和水。当中,脂质起着膜的作用,蛋白质作为构建块,DNA/RNA作为遗传物质,而氨基酸是蛋白质的单体。 

“有趣的是,生命只利用20种氨基酸来形成蛋白质(称为蛋白质氨基酸)。当氨基酸相互连接时,它们通过形成肽键而成为多肽。蛋白质是大型多肽的组合。至于遗传物质,有由核酸组成的DNA和RNA。它们都由核糖、磷酸基团和碱基组成。碱基很重要,因为它用于转录和翻译,这两个过程都是构建生命的基础。 

“当你把所有的成分放在一起时,你就会得到生命吗?不,除非你将它们放入细胞中,细胞可增加浓度并将分子与外界分离,否则所有这些分子只会漫无目的地流动。”

唯一生命例子

一般来说,生命起源研究分为“自下而上”策略或“自上而下”策略。前者包括使用上述基本化学物质并将它们置于某些可行的环境压力下,看看它们有什么变化;而后者的方法着眼于现代生物学,并利用相关的信息推断最简单的生物。

库汉指出,上述就是天体生物学家目前所知道的关于生命的运作,从中也了解到要证实生命起源叙述的唯一方法就是实际制造合成生命,以便能够将合成生命与当今生命进行比较。如果有一天真的找到外星人,他们就可以将外星生命与地球生命进行比较。可是,制造合成生命困难度极高,地球生命目前是唯一的生命例子。因此,天体生物学家便认为地球生命是在别处寻找生命的最佳模板。 

“地球生命所做的,如复制和新陈代谢可能与外星生命相同。然而,鉴于不同的行星具有不同的剖面,外星生命可能使用某些化学物质来形成生命的过程,以及它们与环境的相互作用方式将有所不同。地球的化学剖面随着时间的推移塑造了地球上的生命,所以拥有生命的行星也应该会以不同的方式塑造其上的生命。” 

以地球生命为模板 

关于外星人是否存在的问题,他也耸耸肩说:“不知道。目前还未有任何实际证据证明外星人真的存在。”那么,要如何寻找外星人?如上述所说,天体生物学家目前是以地球生命为模板寻找生命。他特别强调,天体生物学家所说的“外星人”是微观的,而不是电影中出现的智能外星生命。 

“因此,要寻找地球生命以外的生命标志,先确定生命起源和制造合成生命具有潜在价值,以将其与当今生命进行比较。通过这种比较,可以打开或扩大探测外星微观生命的范围。” 

探研模拟地球化学环境

说到关于生命起源的研究,库汉提到一个值得注意的要点。虽然古代地球上有一些生物分子,但大多数化学物质都是非生物分子。大多数生命起源研究的重点是,通过在古老的模拟地球化学环境中模拟化学物质,使生物分子以某种方式融合成为我们所知道的生命。 

然而,迄今为止,生物分子无法通过自然的地球化学模拟形成类似生命的结构,从而成为功能齐全的生命。因此,他和来自美国、英国、日本和印度的合作伙伴和学生组成一个小组,目前正在积极展示使用任何古代非生物化学(并非生物分子)来表明化学进化的叙述。换句话说,就是表明可以使用非生物分子形成高级化学结构。

通过实验建立叙述 

自2018年以来,他们一直积极展示上述要点,并正在通过实验和理论工作为此建立一个叙述。尽管他们使用的示例仅来自某一组化学物质,但它也可以应用于古代地球上存在的其他化学物质组。 

“我们想展示的是非生物分子在生命的早期发展中发挥积极、但作用却被抹去的可能性,并且有可能这种非生化物质也可能在外星生命中普遍存在。在古代地球(和其他行星)中有许多这样的非生物分子,我们希望能够更多探索它们制造类似生命结构的化学潜力。鉴于我们迄今为止在顶级科学期刊上发表的实验结果,我们希望让下一代科学家相信我们的替代生命起源叙述是合理的。”

探研长生不老的可能

有趣的问题来了,人类是否有长生不老的可能?库汉给了一个有趣的答案。 

他说,人类不会自然而然地长生不老,但随着医学科技的发明和医疗保健系统的先进发展,通过减少或延缓衰老来延长寿命的发明物已经诞生。因此,他预测随着细胞水平抗衰老研究的推进,人类的衰老进程会产生变化,比如看起来和感觉像40余岁,实际上是80岁,并且能活到150岁。 

通过观察一些职业远动员和好莱坞明星,他认为人类抗衰老已经有了隐约的“成功”迹象。

最前沿医疗干预

比起一般人,名人比较容易得到最前沿的医疗干预以保持年轻和活跃。“就以足球圈名人克里斯蒂亚诺(Christiano Ronaldo)或兹拉坦(Zlatan Ibrahimovic)来举例吧!足球是一种对体力要求很高的运动,但他们仍然能够发挥顶级水平以上的表现。我怀疑他们已经是早期抗衰老研究的受益者。因此,在不久的将来,我们将看到越来越多的职业球员和运动员在30岁之后仍然能够继续他们的职业生涯。 

“可惜的是,这种干预需要一段时间才能以更便宜的价格向一般公众开放。因此,这一代人可能活不到足够长的时间来享受这些福利,下一代人可能有机会。” 

探研天体生物学知识

据悉,大马并没任何大学开办天体生物学课程,而且天体生物学涵盖的领域太广泛,只专研单一学科绝对不足够的。库汉指出,钻研天体生物学需具备许多不同领域的知识,包括生物学、化学、物理学、地质学、天文学和哲学等等,并认为目前应没有任何领域像天体生物学一样需具备如此多学科教育。

当然,要在同一时间掌握这些知识是非常困难的,他建议本科生可以在进修更高学位时更换领域,这样至少对其中一些领域有所掌握。

不同思考方式

“通常,我会建议本科生报读基础硬科学课程时选不同领域的科目。掌握这些知识对进入天体生物学研究领域非常有用。来到博士学位,研究天体生物学相关项目的博士需要有资格成为实习科学家。然后,他可在不同但相关的天体生物学研究领域担任几个博士后的职位。这整个过程将能够培养一位专业的天体生物学家。” 

他强调,天体生物学肯定不会让科学家变得富有,也不会像工程、绿色能源、环境等领域发表数量惊人的科学论文;不过,天体生物学家撰写的大多数科学出版物都具有新闻价值,但这并不是成为天体生物学家的最大好处。

“我认为最大的好处是天体生物学的多学科培训将训练一个人以不同的方式思考,并使科学家本身和大众能够对宇宙有更丰富和更全面的理解。对我来说这样的人生值得!”

 

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肆意妄为变“人造地质” 地陷土崩有迹可寻?

【向灾难学习:地质与城市发展】系列一

报道|余佩妮  摄影|黄亮辉

吉隆坡印度回教堂地陷吃人、雪州蒲种工地旁河流决堤等事件,迅速引发社会对地质问题的关注;随着城市化快速推进,人们不禁疑惑,地质与现代化发展是否可以共存。

《南洋商报》今日起系列报道,由地质学家、建筑师、建筑测量师和城市规划师,各专家角度深入探讨从平地到高楼,地质在当中到底扮演什么角色;地质与城市发展之间有何微妙平衡,并如何在追求繁荣的同时,保障城市安全与稳定。

你是否曾经想过,举世闻名的马来西亚首都标志双峰塔(KLCC),原来最初并非坐落在如今的位置?

当年,双峰塔原定位置横跨两种截然不同的石灰岩(LimeStone)和肯尼山(Kenny Hill)地质结构,这将为高楼建设带来大挑战和地质风险。

经过国内外地质学家的研究和建议,决策者果断同意将双峰塔挪移200尺,最终成功将两栋壮丽的摩天大楼稳稳耸立在同一肯尼山地质上,保证建筑稳定性,成就了这座迷人连接双塔,这就是地质与城市发展共存的完美典范。

从前:人类随地质来发展

国立大学研究院地质学家林俊宪受访时表示,吉隆坡双峰塔因地质而改变建筑方向,是地质与城市发展的最强实例。

“人类的城市化发展与地质息息相关,两者关系要追溯到四大文明古国时代;古时候,人类随地形和地质来发展,而不是拥有了这块土地后考虑如何发展。”

他举例,耕种地需淹水灌溉,人类就在这类土地耕作,但并不用以居住,同样的,需要购买物品时,才会从较高处的家里到山坡下购物,而需要交通时才去海或河边。

他说,谈及建筑或发展时,地质学只谈两件事,就是地质危害和泥土特征,比如石灰岩的特征可能会造成地陷和泥土里有什么特别化学物。

地质有3种来源:

●火成岩(Igneous,也称岩浆岩(Magmatic)

●沉积岩(Sedimentary)

●变质岩 (Metamorphic)

地质与发展共存的要素是了解不同的地质,再根据各地质危害风险来精密计算如何应对和建筑。

现在:地质适应人类需求

“现在,人们不会视地质是否适合人类,而是地质来适应人类需求,即使是两种地质的边缘地或有地质危害风险,人类也会改变地形和环境来建筑和居住。”

但是,专家不建议在两种地质上或边界发展,这会有地质危害风险,比如在石灰岩(Limestone)和花岗石(Granite)的边界,两种石头形状划一,挖掘至地底再发展也是一个难度。

如果在两种地质上建筑和发展,不同硬度或在两种地质中间的边界会造成地质风险,不一样硬度的地质,可能会造成建筑物倾斜。

他解释:“比如霹州安顺斜塔下是软泥土地质,与建时没有考量地底下是两种地质,却用同一地基设计,就会有地质风险,如果是两种地质就应该用两种建筑或地基设计。

“吉隆坡是因人类需求而开始的城市,人类为了开采锡矿选择来这里,人们为了适合居住就要配合地质进行城市发展;即使吉隆坡下面有较其他地质易溶化的石灰岩也可以发展,人类只需在了解地质后思考如何做。”

石灰岩地陷可预防

林俊宪说,石灰岩的确可能会有天然地陷的情况,但是可以避免和预防的,专家可探测地下石头并在适合的地下距离决定地基深度。

“一些泥土有可致酸性的铁矿质,有一种泥土内的黄铁(Pyrite)‘愚人金’遇水易变酸性,如果建筑时没有好好保护铁材料,这些酸性泥土会侵蚀建筑铁材料。”

随地质发展减危害

他指出,每个地方有不同的地质危害,根据国安局于2017年发出的国家灾害报告,我国主要有地震、海啸、土崩、水灾和地陷。

“我们要随地质改变和发展,减少对人类的危害;例如,如果在山旁发展,人类需要先坚固山坡才继续发展;如果知道山体可能会土崩或流下来,就要思考如何兼顾。”

他说,如果在河边发展,需注意每10年或百年内是否会淹水及淹水高度;一般淹一尺,就不兴建低位房屋,而是填高在高处兴建。

“地质学家的任务是告诉工程师有关地质危害问题,土木工程师则负责计算、改变和应对情况。”

天然变人造引发危机

城市的新旧发展影响地质原貌,以为是天然地质,却原来是人造地质,引发地质风险危机。

林俊宪说,吉隆坡以前是从采锡矿开始,很多发展影响了地质,现在有些发展是过去发展改变原地质,比如采矿时大量挖出烂沙泥再丢去一旁直接影响地面。

吉隆坡已是人造地面

“如今的吉隆坡地面几乎都非原貌,而是人造地面,现在开发建筑就需考虑改变过的软泥土地质。”

他坦言,现在有很多建筑在进行一半时发生部分建筑沉入地面事件,这就是人造地质导致,如果没有专业地质方面的考量就兴建新建筑物,后果不堪设想。

“有些土崩或早前发展时留下的烂泥再生草地,发展新工程时会令人误以为是天然地质;地质学家却可以从经验和人造卫星察看过去和现在的地形,推测出是否原地形。”

淹水侵蚀地基铁

他说,高楼根据地质决定底盘。地质硬可不必有更深和阔的地基,城市趋向向下发展;现在很多地底建筑、城市地下电缆、水道、电讯线等,购物中心和公寓都开始地下停车场,都在影响和干扰地质。

如果影响地下水就不仅特定建筑地段,而是附近一带都受影响;发展时防水不足会淹水、混凝土墙防水不足同样会吸水,侵蚀地基铁部分。

兴建新楼改变地质

林俊宪也说,印尼迁都和泰国曼谷下沉是人为造成的地质问题,包括抽取太多地下水,很多烂土(河流的土),吉隆坡虽然上面是冲击平原沉积物(Floodplain),但与地下石头的距离没有以上两个国家的首都深。

“印尼和曼谷的地质更类似我国吉兰丹,很少水源只能抽取地下水使用,雅加达和曼谷使用很多原是循环水的地下水,会令泥土沉一点。”

他也说,所有城市建设都应定期检查,地质学家更需要参与每个阶段的审查。

“有时候,开发后才发现新地质状况,久后有新的人造环境,比如隔壁兴建新楼会改变地质。”

不寻常雨量引担忧

林俊宪说,城市发展下免不了人口密集、更多建筑物和道路更繁忙,人类需在更具挑战性的地形发展,地质学家和工程师需研究和学习外国,了解地质最基本历史和构造,根据这些地质发展和改良应对方法。

“地质应与技术一起,地质学家看了地质把初步资料传给工程师,工程师根据地质设计后,地质再给一份更详细的地质报告和资料。

他指出,大马半岛有几个地质易发生土崩,如霹雳、吉隆坡、玻璃市和吉兰丹;怡保开埠至今发生约百宗地陷,也常发生石头从山上掉下,这些都是天然地质造成,因此,在外围发展时需小心设计。

防洪精明隧道共存佳例

“防洪精明隧道(Smart Tunnel)是大马突破地质与发展共存的例子,各国有很多地下隧道和地下铁,但防洪和交通隧道共存则是特别的发展。”

他说,防洪精明隧道的长度经过不同的地质,包括石灰岩、肯尼山、有很多地质边界问题,就会带来很多问题,是一大风险挑战和高科技的产品。

需要更大水沟

他说,未来的城市发展会更多地质挑战,包括气候变化;大马过去5年有不寻常的雨量,一天的雨水是一个月的雨水。

“很多灾害皆与水有关,比如雨水后土崩、水灾、土石流,人们需改变建筑物本来可承受的雨水量,同时要建造更大的水沟。”

地质评估做些什么?

林俊宪说,在马来西亚,每个发展工程都需向地方政府提呈发展蓝图和申请,其中包括地质评估;更大规划的工程则需也包含评估地质的环境报告(EIA)。

“政府设有严谨流程,工程负责人需聘请地质学家作出考虑及报告,了解是否有地质危害可能性,如在这个地质发展会如何。”

他说,地形有35%斜坡就需做地质特别报告,如在敏感地带需经过另一个委员会,政府也会根据最新发生的事件而增减指南内容。”

不同地区不同评估

“发展视不同地区来看地质风险,高坡或高山区是土崩高风险区,如彭亨金马仑、吉隆坡、会发生水泥流的日莱峰(Gunung Jerai)和吉打燕埠(Yan Baling)。”

他说,一般地质报告内容包括地形(土地形状)、地质(石头种类和什么影响)、地下水(素质)、地面水(第一层土地),有些水是黄色铁质水,需取样本去实验室检验。

明日预告:

原来地质学家和风水师颇相似,一个拿指南,一个拿着罗盘,都是勘察地形;让地质学家以专业眼光告诉你,哪一片土地适合承载高速发展的梦想,哪一片土地隐藏着地质危害风险。

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