在探索生命奥秘的征途中，科学家们往往以地球为基准，认为行星是生命存续的必要条件。然而，这一观念正受到来自苏格兰和美国两位科学家的挑战，他们在一项新研究中提出了颠覆性的见解。
行星之所以被视为生命的摇篮，是因为它们提供了生命存续的基本要素：液态水、适宜的温度和压力环境，以及防止有害辐射的屏障。然而，如果其他类型的环境，甚至是由生物自身构建的环境，同样能够满足这些条件呢？
哈佛大学地球与行星科学教授罗宾·华兹华斯与爱丁堡大学物理与天文学院天体生物学教授查尔斯·科克尔，在《天体生物学》杂志上发表的研究论文中，探讨了无需行星环境也能产生和维持生命所需条件的可能性。他们的论文标题为“在地外环境中自我维持的生活栖息地”。
两位科学家指出，生命栖息地可以通过生物产生的屏障和结构来模拟地球上的条件，使得生命能够在没有行星的情况下存活。这些屏障能够允许光线进入以进行光合作用，同时阻挡紫外线，还能在真空中防止挥发性物质的损失，并维持液态水所需的温度和压力范围。
华兹华斯和科克尔进一步解释，生物产生的屏障能够传输可见光辐射、阻挡紫外线，并在太阳系中创造1到5个天文单位的宜居条件，其温度梯度为25-100K，能承受10kPa的空间真空压差。为了理解地球以外生命的限制，他们首先回顾了地球为何是一个优秀的生命栖息地。
地球不仅提供了液态水和防辐射的环境，更是一个拥有复杂相互作用的系统。地球表面暴露在易于获取的太阳能中，驱动着整个生物圈。生命所必需的元素如碳、氢、氮、氧、磷和硫，在火山活动和板块构造的作用下在生物圈中循环。
然而，这些条件在太阳系的其他地方并不普遍。虽然天体生物学家们对冰冻卫星抱有期望，因为它们拥有温暖且咸的海洋，但这些卫星是否拥有营养循环却是个未知数。外太阳系的低质量天体虽然拥有足够的表面积，但太阳能量微弱，难以维持大气层，因此液态水的正确温度和压力遥不可及，且缺乏保护免受紫外线辐射和宇宙射线的能力。
为了在地球之外生存，任何生物都必须修改或适应其环境以克服这些挑战。地球上的生物材料已经展现出这样的能力。生态系统能够为自己的生存创造条件，如果光合作用生命能够在太空的真空环境中做到这一点，那么人类或许也能做到，这将极大地推动太空探索的进程。
在维持液态水方面，科学家们关注的是水的三相点，即解释相变以及水在不同压力和温度下的行为的热力学参考点。维持液态水所需的最小压力在0°C时为611.6 Pa，这个数值在15到25摄氏度之间会上升到几千帕。蓝藻就能在10千帕的顶空压力下生长，而生物材料很容易维持这样的内部压力差。
温度是另一个关键因素。地球通过大气温室效应保持温度，但小型岩石天体很难复制这一点。因此，生物产生的栖息地必须通过固态物理达到同样的效果。一些生物体已经进化出维持能量平衡的能力，如撒哈拉银蚁，它们能够反射近红外光并增强热发射率，从而在极端高温下生存。
人类已经制造出密度极低、导热性极低的二氧化硅气凝胶，虽然自然界中没有直接的生物等价物，但许多生物能够产生复杂的二氧化硅结构。这些结构具有与人造气凝胶相似的特性，可以作为高绝缘材料，由生物原料人工生产，甚至直接由生物体生产。
华兹华斯和科克尔计算出，这些类型的结构可以保持适当的温度和压力来维持液态水。他们指出，在很大的轨道距离范围内，将内部温度保持在288K是可能的。这一计算不仅适用于自由漂浮的栖息地，也适用于小行星、月球或行星表面的栖息地。
易失性损失是另一个需要解决的问题。一个无法保持大气的栖息地无法维持液态水所需的温度和压力。然而，这可以通过生物产生的屏障来解决，这些屏障能够抑制挥发性物质的逸出。
最后，作者还考虑了紫外线辐射的影响。虽然辐射可能是致命的，但地球上的生命已经进化出应对机制。无定形二氧化硅和还原铁等化合物可以减弱紫外线，同时允许光合作用所需的可见光通过。
（示意性图片，非研究相关）
两位科学家在论文中涵盖了其他因素，如细胞大小和限制生物大小的因素，并得出结论，不能排除完全自主的生活栖息地的存在。他们指出，一个能够再生和生长的完全自主的系统不受物理或化学限制，因此值得进一步考虑。
现有的光合生物已经能够产生无定形的二氧化硅和有机聚合物，这些材料可以作为栖息地的壁，至少表明生物体有可能通过进化来创造这样的栖息地壁。一个更自主的生活栖息地将能够生长自己的壁材料，就像植物细胞在微米尺度上再生自己的壁一样。
科学家们强调，我们不能假定生命在其他地方的存在会遵循与地球上相同的进化路径。他们提出，生命栖息地可能存在于其他恒星周围的传统宜居环境之外，具有不寻常但可能可检测的生物特征。
