导读 尽管系外行星科学在过去一两年里取得了显着进步，但我们仍然处于不幸的境地。科学家只能对哪些系外行星可能适合居住做出有根据的猜测。即使...

尽管系外行星科学在过去一两年里取得了显着进步，但我们仍然处于不幸的境地。科学家只能对哪些系外行星可能适合居住做出有根据的猜测。即使是最近的系外行星也有四光年远，虽然四是一个很小的整数，但距离却是巨大的。

但这并不能阻止科学家们尝试将事物拼凑在一起。

系外行星科学和宜居性中最重要的问题之一与红矮星有关。红矮星数量众多，研究表明它们拥有众多行星。虽然像木星这样的气态巨行星在红矮星周围相对罕见，但其他行星却并非如此。观测数据显示，约40%的红矮星在其宜居带内拥有超级地球行星。

在系外行星的宜居性方面，红矮星有一些优势。这些低质量恒星的寿命极长，这意味着能量输出可以长时间保持稳定。据我们所知，这有利于潜在的宜居性和复杂生命的进化。稳定让生命有机会应对变化并坚持自己的定位。

但红矮星也有黑暗的一面：耀斑。所有的恒星都会有一定程度的耀斑，甚至包括我们的太阳。但太阳的耀斑甚至无法与红矮星的耀斑相提并论。红矮星的耀斑非常强烈，可以在很短的时间内使亮度增加一倍。生命有办法在红矮星上生存吗?

葡萄牙和德国科学家的新研究探讨了这个问题。为了测试红矮星系外行星宜居性的想法，研究人员使用了一种常见的模具，并将其置于模拟红矮星辐射下，仅受到模拟火星大气层的保护。

该研究的主题是“M矮系外行星的宜居性如何?模拟表面条件并探索黑色素在类外行星辐射下黑曲霉孢子生存中的作用。”第一作者是德国航空航天中心(DLR)航空航天医学研究所航空航天微生物学研究组的天体生物学家阿方索·莫塔(AfonsoMota)。该论文已提交给《天体生物学》杂志，目前可在预印本服务器arXiv上获取。

黑曲霉在土壤中普遍存在，并因其在某些水果和蔬菜上引起黑色霉菌而闻名。它也是黑色素的多产者。黑色素非常有效地吸收光线，在人类中，黑色素是通过暴露于紫外线辐射而产生的，并使皮肤变黑。黑色素在自然界中广泛存在，极端微生物利用它们来保护自己。黑色素可以消散高达99.9%的吸收紫外线。科学家认为，黑色素的出现可能通过保护生物体免受太阳有害辐射的影响，在地球生命的发育中发挥了关键作用。

本质上，这项研究提出了一个非常简单的问题。当受到像火星这样稀薄的大气层保护时，黑曲霉的黑色素能帮助它在红矮星耀斑中存活下来吗?

比邻星和TRAPPIST-1都是系外行星科学中著名的红矮星，因为它们的宜居带中存在岩石系外行星。这项研究的重点是比邻星b(以下简称PCb)和TRAPPIST-1e(以下简称T1e)。只要有适当的大气特性，它们的表面都可能具有允许液态水存在的温度。PCBb和T1e可能也具有可容忍的辐射环境。

不可能完美地模拟这些行星的表面条件，但研究人员可以通过使用所谓的平衡温度来接近模拟。测量恒星耀斑更容易，因为可以从很远的距离准确地观察到它。黑曲霉中黑色素的产生同样是众所周知的。通过研究所有三个因素，研究人员能够模拟霉菌在红矮星周围的宜居带行星表面上的生长情况。

作者写道：“在天体生物学，特别是天体真菌学的背景下，极耐受真菌的研究已被证明对于更好地了解生命和宜居性的极限至关重要。”“黑曲霉是一种极端耐受的丝状真菌，经常被用作研究极端环境下真菌生存的模型生物，在各种条件下生长。”

黑曲霉的孢子有一层复杂而致密的黑色素涂层，可以保护它们免受紫外线和X射线辐射。它们在国际空间站被发现，证明了它们有能力抵御太空中的一些危险。尽管它们是类地行星，但科学家可以利用它们来研究系外行星的潜在宜居性。

在这项工作中，研究人员在模拟的PCb和T1c表面条件下测试了黑曲霉孢子的生存能力，其中红矮星将行星表面沐浴在强大的紫外线和X射线辐射中。

研究中的该图显示了土壤(橙色)或水(蓝色)薄层中估计的地下X射线吸收剂量。水衰减这些高能光子的能力较低，因此与土壤相比，需要更厚的水层才能减少相同的剂量。三条虚线代表大肠杆菌、黑曲霉和耐辐射D.的LD90(90%人群的致死剂量)值。大肠杆菌是一种常见细菌，耐辐射球菌是一种抗辐射的极端微生物。图片来源：Mota等人，2024

研究人员在不同的溶液中测试了不同类型的黑曲霉孢子。一种是野生菌株，一种是经过修饰可产生和分泌脓黑色素(科学家特别感兴趣的黑色素之一)的突变菌株，第三种是黑色素缺陷菌株。将孢子悬浮在盐溶液、富含黑色素的溶液或对照溶液中一段时间​​，同时暴露于不同量的X射线和紫外线辐射。

暴露后，对三种类型的黑曲霉孢子的存活率和活力进行了测试。

结果表明，黑曲霉能够在强烈的辐射环境中生存，这种环境可以对红矮星系外行星的表面进行消毒。如果直接暴露，则不会，但如果仅在土壤或水中几毫米处。研究人员解释说：“如果不衰减，耀斑发出的X射线很可能会对所有研究的系外行星的表面进行消毒。然而，适合在地表下生存的微生物将不会受到几毫米土壤或水中大多数外源辐射源的影响。”。

这项研究归结为黑色素。黑色素越多，黑曲霉的存活率就越高。

作者写道：“本研究中进行的实验证实了黑色素的多功能目的，因为与两种对照溶液相比，黑曲霉MA93.1孢子在富含黑色素的提取物中萌发得更快、更有效。”A.nigerMA93.1是经过改造后可产生和分泌黑色素的突变菌株。

对于系外行星T1e和PCb，这项研究对于我们这些希望在其他行星上实现宜居的人来说是有希望的。当涉及UV-C辐射时，即使大气屏蔽很少，含有黑色素的样品中的很大一部分孢子也能在撞击PCb和T1e的超级耀斑中幸存下来。X射线暴露情况类似。

虽然我们都喜欢想象宇宙其他地方的复杂生命，但我们更有可能偶然发现与地球不同的世界。如果我们发现生命，它可能是简单的有机体，它们正在寻找在我们认为的边缘或极端环境中生存的方法。由于红矮星如此常见，我们很可能会在那里找到生命。

这项研究支持了这个想法。

“此外，”作者在结论中写道，“这项工作的结果表明，黑曲霉与其他耐极和嗜极生物一样，能够在一些M矮星系外行星表面的恶劣辐射条件下生存。”

作者得出结论，黑色素在它们的潜在生存中发挥着关键作用。“此外，富含黑色素的溶液对黑曲霉孢子的存活和发芽非常有益，特别是在经过高剂量的紫外线和X射线辐射处理时。”

关于红矮星系外行星宜居性的科学讨论正在进行中，其中耀斑起着突出的作用。但这项研究表明，现在就排除红矮星还为时过早，同时也揭示了地球上生命可能是如何发生的。

“这些结果让我们深入了解生命形式如何承受系外行星上普遍存在的有害事件和条件，以及黑色素如何在地球乃至其他世界的生命起源和进化中发挥作用。”