我们最近的宇宙邻居是比邻星，这是一颗微小的红矮星，距离我们约 4.25 光年。近年来，比邻星成为人们高度关注的焦点。2016 年，天文学家发现它拥有一颗位于宜居带的地球大小的系外行星，那里的条件应该适合液态水的存在。
去年，天文学家探测到一个异常的无线电信号，似乎来自那片天空。信号最可能的来源是地球上的无线电干扰，但多位天文学家讨论了该信号可能来自比邻星文明的技术特征的可能性。
所有这些兴奋都掩盖了一个更基本、更明显的问题，即考虑到红矮星发出的光比支持地球生命的太阳光更冷、更暗、更红，它是否能够孕育生命。
现在，得益于意大利帕多瓦天文台的 Riccardo Claudi 及其同事的工作，我们得到了某种答案。他们重建了红矮星的光谱，并证明了细菌可以利用它进行光合作用。
他们的工作表明，至少就光谱而言，红矮星有能力孕育光合生命。反过来，这也暗示了这些生命形式可能呈现给遥远观察者（例如我们）的生命信号类型。
系外行星宿主
首先，介绍一些背景。红矮星是寻找系外行星最有希望的地方，因为它们体积小，行星经过时更容易被发现；而且它们质量低，行星轨道更近、速度更快。这意味着它们的周期性遮挡更容易监测。
因此，天文学家在红矮星周围发现了大量的系外行星，其中许多都位于宜居带。但即使是这些行星，生物学家也质疑，在这些更暗、更红的条件下，光合作用等基本生物功能是否能够运作。
光合作用是将光能转化为化学能的方式，植物和细菌可以将其作为燃料。它只在特定的波长范围内工作。长期以来，生物学家认为这从大约 400 纳米（紫光）延伸到 700 纳米（远红光）。
波长较短的紫外线光能量过高，容易损伤细胞及其携带的分子机器；而波长较长的红外线光能量不足以断裂化学键，因此无法用于光合作用。
然而，近年来，研究人员发现了具有扩展光合作用已知极限的叶绿素的嗜极蓝细菌，它们可以吸收高达 750 纳米的波长的光。这些生物能够在光线有限的环境中生存，而其他细菌则会死亡。
对于 Claudi 及其同事来说，显而易见的问题是，这些相同的蓝细菌是否可能在红矮星的光下生存。于是他们决定一探究竟。
该团队创造了一个模拟红矮星光谱环境。这种光很少有蓝色和绿色，但有很多红色；而且也更暗。该环境还可以复制普通阳光的光谱，甚至可以产生纯粹的远红光。然后，该团队尝试在这些环境中培养各种细菌。
这些细菌包括热绿球菌（Chlorogloeopsis thermalis），一种能在远红光下进行光合作用的嗜极蓝细菌，在温泉中茁壮成长。还包括解脂假丝酵母菌 PCC 6803（Synechocystis sp. PCC 6803），一种经过充分研究的蓝细菌，它不能吸收远红光。
星光收割者
结果一定会让天体生物学家兴奋。热绿球菌在红矮星光谱下甚至在纯红光下都能生长。然而，解脂假丝酵母菌 PCC 6803 在纯红光下未能生长，尽管有趣的是，它在红矮星光谱下确实生长了，因为它能够吸收恒星产生的非红光。
这打破了红矮星不产生生命可利用光的想法。但这并不能证明这些恒星实际上能维持生命。事实上，生命方面还有许多其他潜在的阻碍因素。
天体生物学家担心，红矮星周围的系外行星可能没有足够的水或其他挥发性化学物质，它们可能暴露在这些恒星常发的极端紫外线辐射下。这些因素超出了当前论文的范围。
然而，如果这些系外行星上存在光合作用的可能性，那么它们很可能向遥远的观察者显示出明显的迹象。这可能包括富含氧气的大气。地球上的氧气是光合作用的结果，尽管一些行星地质学家认为，阳光分解水产生氢气和氧气也能形成这样的大气。
一个更有说服力的信号将是“红边”，即由于表面光合作用吸收而在反射光谱中出现的急剧下降。这很可能比地球产生的红边波长长得多。
这将是诱人的证据，因为目前没有已知的天然矿物质能使行星表面以这种方式反射光。
至少我们不必等太久就能了解更多。下一代空间望远镜旨在寻找这种证据。特别是，詹姆斯·韦布空间望远镜，作为哈勃望远镜的替代品，计划于今年晚些时候发射，它将能够首次研究围绕其他恒星运行的系外行星的性质。天体生物学家们翘首以盼。
参考文献：Super-Earths, M Dwarfs, and Photosynthetic Organisms: Habitability in the Lab: arxiv.org/abs/2101.04448
