水熊虫，会成为第一批冲出太阳系的生物吗？

难以开展的星际之旅

自人类开始实施太空计划以来，数以千计的航天器被送上太空。不过，我们通过航天器来接触宇宙的能力，基本上都被限制在了太阳系内，而造成这种局面的一个主要原因是距离。

虽然2012年8月，传奇的航天器“旅行者1号”穿越了日球层顶，也就是太阳系与星际空间的边界，成为首个进入星际空间的人造物体。但旅行者1号耗费了30多年，才完成了这一壮举。若要想抵达距离太阳系最近的恒星——比邻星，旅行者1号还需继续航行8万年。

以目前的技术来看，使用传统的化学推进（即燃料）的航天器根本无法以足够快的速度移动。航天器本身的质量和它的推进系统都使它无法达到星际之旅所需的相对论速度。因此，若想要逃离太阳系的束缚，展开星际之旅，我们需要新的推进技术。

星光计划：定向能量系统

2009年，NASA开始启动一个名为星光（Starlight）的航天计划，其目标是想要通过大规模的“定向能量”来推动小型航天器达到相对论速度，从而实现人类的第一次星际任务。他们为这一计划制定了详细的路径，需集结各领域的科学家和工程师数十年的努力才可能实现。

激光推动 | Q. Zhang / UCSB

从技术层面来说，定向能量系统会利用光作为推进剂。通过照亮安装在航天器上的反射器（激光帆），航天器的速度会被推进到光速的20~30%。关键是，这种技术能把推进装置留在一个固定的地方，比如将激光阵列部署在地球上或月球上，用直接的光子动量交换来实现相对论速度。

一旦这种设想成为现实，那么旅行者1号用了数十年才抵达的星际空间，下一代航天器只需几天就能到达。

在星光计划的设计中，定向能量系统是模块化且可扩展的。一开始，这种航天器可能只有手掌大，随着计划的发展，它变得越来越大，能力也越来越强。从质量非常小的晶片航天器，发展到更大的有着更强能力的航天器。通过这样的航天器，我们可以向太空发送的信息选择范围也将更广。

随着制造每一艘航天器的成本降低，抵达太阳系外空间所需时间的迅速缩短，我们将有望在星际空间中对生命——尤其是活着的微生物进行首次研究。向空无一物的星际空间发射“地球生物哨兵”，能帮助我们更全面地描述生物系统的特征，为人类前往恒星系统铺平道路。

物种选择指南

最近，宇宙学家Philip Lubin和生物学家Joel Rothman与其各自团队，共同思考了如何才能让生物踏上这样一段漫长的星际旅程。他们考虑了星际空间环境对生物系统的生存及其研究会造成的一些独有的挑战，并将研究结果发表在了《宇航学报》杂志上。

送入星际空间的生命会暴露在微重力、超重力（在发射和推进阶段），以及空间辐射下。此外，当航天器没有做好适当的环境控制时，还有可能暴露在真空和极端温度下。这样的问题对于大多数的地球生物来说都是致命的。

为了能为在星际空间中进行生物学实验提供“物种选择指南”，研究人员回顾了过往在地面和空间进行的相关生物实验。他们发现，在微重力环境下，包括铜绿假单胞菌（ Pseudomonas aeruginosa ）在内的几种常见微生物都会出现应激反应。在超重力环境下，常见于验室中的果蝇（ Drosophila Melanogaster ）会受到较大不利影响。

但搜寻结果中并非一无所获。比如Rothman发现，实验室的模型生物秀丽隐杆线虫（ Caenorhabditis Elegans ）就能够在超重力环境下生存得很好。他认为线虫或许可以成为第一批在恒星之间穿行的地球生物。

除了线虫之外，有着地表最强生物称号的缓步动物——水熊虫，也是星际旅行的强有力的候选者。虽然缓步动物在超重力环境下也会遭遇一定的负面影响，但它比果蝇等更大的生物具有更强的抵抗力。而且，缓步动物可以进入一种被称为“tun”的状态，在这种状态下，它们的新陈代谢降低到正常活动的0.1%。如果在发射阶段它们以这种形式存在，就有可能减轻超重力对其造成的不良影响。

新研究回顾了有着不同质量、不同代谢率的生物群体，发现除了像缓步动物等少数几种能够进入几乎没有代谢活动状态的动物，其他动物的单位组织质量对能量需求几乎是普遍的。而那些可以进入“隐生”的动物也更适合星际飞行| Lantin et al.

一个晶片上可以承载着成千上万个进入“tun”状态的缓步动物，它们可以在这种状态下飞行，直到抵达预期的目的地后再被唤醒。接着，它们可以通过光子通信将信号传输回地球上，使地球上的科学家可以精确监测星际旅行对它们产生的影响。

尚无对策的难题

其实，在可预见的未来，我们仍将被限制在太阳系里。虽然这样的现实并没有阻止像Lubin、Rothman一样的科学家思考如何将生命送上太空，但这一话题仍面临许多问题，比如将地球上的生命送到星际空间需要解决太阳系外行星可能被污染的风险。

目前，《外层空间条约》规定的行星保护准则仅适用于在太阳系内穿行时需关注的问题，无法解决与太阳系外任务有关的问题。因此，对于星际空间的污染问题，我们还需要进行全面、慎重的思考。无论是从地球到其他星球，还是从其他星球到地球，不慎的生命传播都可能引发重大的问题。

不过论文的作者认为，目前我们还不需要担心“前方污染”，因为任何探测器在接近其他行星时，都会在其大气层中烧毁，或者在与行星表面的碰撞中毁灭。而星光计划中的晶片航天器将展开的是“单程旅行”，所以也不会有任何外星微生物返回地球的风险。

对于星际旅行，有很多问题有待科学家和哲学家去思考。但Rothman认为，“探索”是人类固有的天性，他相信我们对太空的好奇与对太空的渴望不会被眼前的这些问题所压制。

撰文：不二北斗

排版：原原

封面图：Santa Barbara, CA

首图：Santa Barbara, CA

参考文献

https://www.news.ucsb.edu/2022/020502/sending-life-stars

本文经授权转载自原理（ID：principia1687），如需二次转载请联系原作者.

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