外星生命迹象？“绝命毒师”里的这种杀人气体在金星大气中探测到科学家做出推测

金星，太阳系中八大行星之一。
按离太阳由近及远的次序，是第二颗。
据英国《自然·天文学》杂志9月14日发表的一项行星科学最新发现，英国皇家天文学会的科学家在金星的大气层中检测到了磷化氢的存在，并且大气层中磷化氢的浓度超过了非生物机制所能产生的量，因此这可能代表着在金星大气层中存在着某种未知形式的生命。
多家美媒也报道了相关消息。包括英国卡迪夫大学科学家简·格里弗斯在内的研究团队，于2017年和2019年，分别用麦克斯韦望远镜和阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵观测了金星。他们探测到一个只属于磷化氢的光谱特征，并估算出金星云层中的磷化氢丰度为20ppb（浓度单位）。

↑2020年9月14日黎明前，辽宁省大连市甘井子区上空出现金星伴月天文景观。图据东方IC
金星地表温度达465℃~485℃，对生命的存在非常不友好，然而其上层云盖（地表上方约53~62千米处）的环境较为温和。
研究团队研究了所有（磷化氢产生）的可能性：火山、雷击、坠落到大气中的陨石，并最后将它们逐个排除。他们发现，金星上的任何活动都不能产生足以解释他们检测到的磷化氢数量。
研究人员表示：“因此，我们只剩下两种微弱的可能性。一是有些未知的化学反应，我们可能不知道。第二种可能性更有趣，在金星的大气中可能存在某种生命形式，产生了我们探测到的磷化氢。”
值得一提的是，在地球上，磷存在于人类的肠道、一些动物的粪便和其他动物以及微生物中，具有很强的毒性，曾被军队用作化学武器。在美剧《绝命毒师》里，主角Walter White也曾用之杀人。
但目前金星存在磷化氢只是观察结论，尚未收集到任何样本，该推测尚有待证明。研究人员说，要弄清楚到底发生了什么，科学家们最终可能不得不向金星发射一项任务，对云的化学成分进行采样。

解读一
只是一种可能，并非绝对
这次金星发现的PH（磷化氢）到底是个什么东西呢？为什么大家会如此兴奋？
1、这种气体，是生命活动的痕迹
磷化氢是一种无色、剧毒、易燃的储存于钢瓶内的液化压缩气体，化学式为PH。不过这种气体并不一般，因为，它一般不容易生成。或者说，它一般很难通过天然的环境来生成。
而与之对应的是，这种气体很容易在生物代谢中生成，尤其是在缺氧情况下，来自于厌氧生物。在大家熟知的自然厌氧环境以及污水和垃圾填埋气体中，有这种有毒气体的存在。比如下图是用猪粪发酵时候产生的PH（另外的CH也是大家熟悉的沼气主要成分——甲烷），而可以生成它的菌类，也是厌氧生物。

不过，要是纯粹的天然环境，没有生物的话，生成PH就有点麻烦了。已知的天然环境中，缺乏足够强的还原剂来直接将磷酸盐转化为磷化氢。正因为如此，大家才认为，这种气体，应该是生命活动的痕迹，或者干脆说，是厌氧生物的产物。
事实上，地球大气中其实是存在磷化氢的，尽管浓度非常低。至于为什么不用其他气体，主要还是在于PH频谱比较特殊，容易和其他生命特征频谱分开。
2、可能处于35亿年前的地球时期
基于地球的认知，我们认为，PH应该是厌氧生物的产物。而这次金星的发现，似乎符合了这个推测。
当然，作者也排除了一些其他因素，比如气体反应，光/地球化学反应或外源性非平衡输入是否可能在金星上产生PH等等，认为生物产生的可能性更大。
当然，金星环境并不是大家认为的那么恶劣。比如金星的大气条件不错，温度也还可以，0-60℃，压力也还行，0.4-2个大气压。
比如硫化物，二氧化碳和水，如果非要对比，假定金星有生命。那么金星的生命可能处于地球这个时期——35亿年前的地球。那个时候，地球上可能是大量的厌氧菌，直到32亿年前，地球才开始有了光合作用大量出现，把氧气释放出来。
3、值得商榷的金标准和不完整的证据链
那么我们是否可以认定金星就是存在厌氧生物呢？答案是否定的。
首先，我们并没有直接的证据表明金星存在厌氧生物。事实上，到目前为止，我们并没有获得任何地外星体存在任何生物，所以，真正要确定，需要我们捕获到金星的微生物。
磷化氢是否可以作为生命的金标准？这一点是值得商榷的。尽管我们一般认为地球上是缺乏足够多的还原剂来生成PH，但是以此来推测金星一定如此，这个证据链是不完整的。
另外，不只是金星。事实上，木星湍流大气中也发现了PH。但是众所周知，木星是个气球。而木星的PH是在其炽热的内部形成，并与上层大气中的其他化合物发生反应。
4、另一篇更加详细的研究：假设有厌氧生物
2018年的另一篇研究很有意思，比这篇更加详细。
他们首先对比了金星和地球的大气光谱情况，发现二者是相反的。
因为地球大气有21%的氧气，所以金星和地球是相反的。

Images of clouds on Venus(A–H)and Earth(I–N)demonstrating the relationships of contrast with wavelength.
接下来，发现金星的大气存在未知物质的光谱吸收（尤其是330-600纳米间）。这一点也是核心的出发点。

FIG. 2.Venus" spectra as measured by Morozet al.(1985), Irvine (1968), Travis (1975), Wallaceet al.(1972) (scaled geometric albedo), MESSENGER (Perez-Hoyoset al.,2013; Pérez-Hoyoset al.,2017), and Barkeret al.(1975), including the unexplained absorption, as calculated from the difference between the VIRA cloud model and the MESSENGER spectra. The real Venus spectrum varies with location and time, so the residual curve is illustrative and not definitive.
和地球已知的一部分生物的频谱做个比较瞅瞅呢？
对比大肠杆菌（e.coli）以及Acidithiobacillus ferrooxidansFe–S蛋白和Acinetobacter gyllenbergii的过氧化氢酶（catalase）光谱（A）和各种辅因子和生化分子，包括生物蝶呤（biopterin），类胡萝卜素（carotenoids）和叶绿素（chlorophylls）a，b和f（B）

嗯，有相似处，如果金星的云层确实蕴藏着生物，那么就可以很好地解释这些光谱重叠的特征。
用作者的话，那是非常相似（tantalizingly）。
tantalizingly similar to the absorption properties of terrestrial biological molecules.
于是，咱朝着金星有生物的这个假设继续放飞，进一步计算金星如果存在厌氧生物，那么它们产生PH的方式

Diagram of iron- and sulfur-focused metabolic redox reactions that could occur in the Venus' clouds, where Fe3 /2 complexes refer to inorganic and organic ligands and dotted arrows refer to possible redox cycles.
1，金星的磷化氢浓度不低，这意味着，这不是一种偶然的现象，而且形成如此高浓度，理应是由大量的厌氧生物产生的。
2，按照金星的运动轨迹，理论上应该有持续不断地厌氧生物在产生磷化氢，才能维持其大气中的磷化氢浓度。
3，金星的大气方式是有利于生成生命的。早在1967年，研究人员就提出了金星的宜居性，1999年Cockell提出，中低大气层的条件是适合生物生存的。尽管海拔太高了可能会冰冻，但是并不见得会杀死微生物。而金星本身具备了一些客观的可以诞生生命的理化条件，比如硫化物，二氧化碳和水。

于是，他们做了一个假设推论：金星可能是有厌氧生物持续生成PH。最后，寻找地外生命一直是仰望星空的一个重要意义。宇宙这么大，我们理应不孤独。

解读二
有希望的发现，符合假设
生命迹象（biosignature）的搜寻是时下一个挺热门的领域。
对于太阳系内的行星，我们还可以发探测器过去直接采样、实验；对太阳系外的行星，我们只能遥远地观测它们的大气层，看看它的光谱特征，来推测那里存在哪些化学成分。
大气层中的一种气体要能被视作“生命迹象”，需要满足一些基本的条件：它最好只能从生命活动中产生，而不能由非生命的活动，诸如地质活动、大气和水体中自然产生的化学反应产生；它需要能产生足够强的谱线特征；它要能积累到足够多，不能在达到可观测的量之前就被其他过程耗散掉。
从地球的经验看，氧气、甲烷等生命活动容易产生的气体都是典型的“生命迹象”成分。
但是地球上的氧气是原始海洋中的蓝藻经过数十亿年活动才积累出来的，地球生命也不是一开始就生活在有氧的环境中。所以值得考虑的问题是，在厌氧环境中，生物除了氧气，还会制造些别的什么产物？

↑国际空间站公布的一组照片显示，在太空中观看地球上令人惊叹的大气辉光和极光景象 （资料图 图据东方IC）
2019年，一组天体生物学家考虑了磷化氢（PH）这种恶臭的气体（Phosphine as a Biosignature Gas in Exoplanet Atmospheres）。
他们提出，磷化氢的性质让它可以满足作为一种生命迹象示踪气体：
1、它的谱线特征很强，而且容易跟其他成分的特征区分开；2、磷化氢很难沉积到气溶胶中；3、最重要的是，人们现在不知道有什么非生命过程可以产生它，它似乎只跟一些厌氧生物的活动相关；4、磷化氢还有一个可以说好，也可以说不好的性质：它很容易被反应消耗掉，所以需要持续大量产生才能维持足够量的存在。第3点决定了它跟生命活动的强相关；第4点决定了它跟现存生命的强相关。
英国皇家学会正式发布的这条大新闻：宣布在金星大气层中发现磷化氢的消息，本来是保密的，但两天前被某网站失约泄露了，于是提前炸裂。
我（作者）想说的是，这固然是一个看上去很有希望的发现，但是还不能直接说发现了生命。
就像我们看到双中子星相互绕转的轨道越来越紧，只能说这种现象符合正在发射引力波的预测，但只有用激光干涉引力波探测器直接感受到引力波的震动，才能真正说发现了引力波。
在金星大气发现了磷化氢气体的存在，只能说这是个符合“金星大气存在厌氧生命”这种假设的现象，但只有什么时候发个探测器，到金星大气里实际采集到了生命标本，才能说在金星上真的找到了生命。
相关文献：
Glindemann, Dietmar, Ulrich Stottmeister, and Armin Bergmann. "Free phosphine from the anaerobic biosphere."Environmental Science and Pollution Research3.1 (1996): 17-19.
Greaves, J.S., Richards, A.M.S., Bains, W.et al.Phosphine gas in the cloud decks of Venus.Nat Astron(2020).
Irwin, Louis N., and Dirk Schulze-Makuch. "The Astrobiology of Alien Worlds: Known and Unknown Forms of Life."Universe6.9 (2020): 130.
Schulze-Makuch, Dirk, et al. "A sulfur-based survival strategy for putative phototrophic life in the Venusian atmosphere."Astrobiology4.1 (2004): 11-18.
本文综合自知乎问答社区，作者如下：
@李雷 中国科学院大学遗传学博士，知乎生物学话题优秀回答者
@刘博洋 西澳大学（University of Western Australia）天体物理学在读博士，科学松鼠会成员、青年天文教师连线创始人
红星新闻记者 王拓 综合报道
编辑 于曼歌
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