恒星决定生命形式

    在很大程度上，恒星的质量、温度决定着行星表面的环境状态，而环境状态又决定了生命能否出现、以什么样的形式出现。

    要想在另一个“太阳系”的行星上找到光合色素，天文学家必须研究行星演化的各个阶段，因为目标行星很可能相当于20亿年前的地球。另外，科学家还得考虑到，太阳系外的光合生物可能进化出与地球生物完全不同的特性，利用长波长光子就能分解水分子。

    在地球上，紫色不产氧光合细菌(purpleanoxygenicbacteria)吸收的近红外光波长为1,015纳米，是所有光合生物能利用的波长最长的光线。而在产氧光合生物能利用的光线中，波长最长为720纳米，吸收这种光线的是一种海洋蓝细菌。虽然地球上的生物无法利用波长更长的光线，但这并不意味着，其他行星上的生物就不能利用长波长光线。大量长波光子也能起到与少量短波光子相同的作用。

    限制光合作用的因素，并不是植物是否具有某种新型色素，而是到达行星表面的、可为植物利用的光线——这些光线取决于恒星的类型。天文学家依据颜色对恒星进行分类，而颜色又与恒星的温度、体积和寿命有关。只有寿命足够长的恒星，才能孕育出复杂生命。满足这一条件的恒星，按照温度的高低，被天文学家分为F、G、K和M型(其中F型恒星温度最高，M型最低)。我们的太阳属于G型恒星；质量更大的F型恒星更亮更蓝，它们的能量将在20亿年内耗尽；K型和M型恒星质量较小，较红较暗，但寿命更长。

    在每种恒星周围，都有一个适合生物生存的区域(即宜居带，habitablezone)。在此区域之内，行星可以维持一定温度，保证液态水的存在。在太阳系中，这个区域覆盖了地球和火星轨道；但在F型恒星周围，与地球大小类似的行星必须离得更远，才可能适合生物生存；而在K型或M型恒星周围，“生命行星”与恒星的距离则应该更近一些。在F或K型恒星的宜居带内，行星能接收到的可见光与地球大致相当，因而可能孕育出类似于地球光合生物的生命形式，它们的色素颜色也只会在可见光范围内变动。

    M型恒星也叫红矮星，是银河系中数量最多的恒星。它发出的可见光子远少于太阳，近红外光子的数量却很多。苏格兰邓迪大学的生物学家约翰?雷文(JohnRaven)和爱丁堡皇家天文台的天文学家雷?沃尔斯登克罗夫特(RayWolstencroft)曾提出，产氧光合作用理论上可以利用近红外光。不过，地球植物用两个可见光子就可以分解一个水分子，而其他行星的生命体需要三四个近红外光子才能做到这一点。这些光子必须协同工作，为一个电子提供充足的能量，以驱动化学反应的进行。

    另一方面，M型恒星也为生命的诞生制造了一个大难题：年轻的M型恒星会发出强烈的紫外线。为了躲避紫外线，生命体不得不躲到深水层，但这样一来，它们就可能无法获得足够的光线，以致被“饿死”。如果情况得不到改变，光合生物就永远无法出现在M型恒星周围的行星上。幸好，随着M型恒星逐渐衰老，紫外线的强度将会减弱(甚至可能比太阳发出的还弱)，那时，行星上的生命体便无需臭氧层的保护，它们即使不释放氧气，也可以安全地呆在陆地表面。

    总之，天文学家必须根据恒星的年龄和类型，考虑以下4种情况：

    厌氧海洋生物。恒星可以是任何类型，但都处于幼年期。生物不一定会产生氧气；大气的主要成分可能是甲烷等气体。

    需氧海洋生物。恒星可以是任何类型，但都处于老年期。它已度过漫长岁月，产氧光合生物已进化出来，大气中的氧气开始积累。

    需氧陆生生物。恒星处于成熟期，类型不限。植物广泛分布在行星上，地球正处于这一时期。

    厌氧陆生生物。恒星属于M型，已进入宁静期，紫外线辐射忽略不计。植物覆盖行星表面，却可能不产生氧气。

    对于上述4种情况，光合作用的生物标记显然是不同的。从地球卫星图像来看，海洋生物的分布太稀疏，望远镜很难发现，因此其他行星上的海洋生物不会产生明显的色素型生物标记，只能通过影响大气组成来暗示它们的存在。鉴于此，研究外星植物颜色的科学家们要把主要精力集中在陆地上，比如在F、G和K型恒星周围的行星表面寻找产氧光合生物，或在M型恒星周围的行星上寻找产氧或厌氧光合生物。