近几十年来，天 学家对太阳系外行星的研究取得了突破性进展。迄今为止，在3247个星系中已有4375颗系外行星得到确认，另有5856颗候选行星等待天 学家确认。

近年来，天 学家对系外行星的研究，从发现过程向表征过程过渡。一旦下一代更先进的望远镜投入使用，这一进程有望被天体生物学家加快。

因此，天体生物学家正致力于建立一个综合性的潜在“生物信号”列表，它指的是与生命有关的化合物和过程（氧气、二氧化碳、水等）。

但根据麻省理工学院（MIT）一个团队的最新研究，我们应该注意的另一个潜在的生物特征是一种叫做异戊二烯（C5H8）的碳氢化合物。

一篇名为《异戊二烯作为缺氧大气系外行星中可能的生物信号气体的评估》的论 ，描述了他们的研究发现成功，最近出现在 上，并被《天体生物学》杂志接受出版。

为了他们的研究，麻省理工学院的研究小组研究了越来越多的可能的生物信号，天 学家们将在未来几年关注这些生物信号。

迄今为止，天 学家通过间接的方法来发现和确认绝大多数系外行星。

在很大程度上，天 学家依赖于过境方法（过境光度法）和径向速度方法（多普勒光谱法），这两种方法被天 学家单独或结合使用来发现和确认绝大多数系外行星。只有少数已经被直接成像探测到，这使得很难描述系外行星的大气层和表面。

只有在极少数情况下，天 学家才能获得光谱，从而确定该行星大气的化学成分。这要么是光线穿过系外行星的大气层在其恒星前过境的结果，要么是在少数情况下发生直接成像，可以研究从系外行星大气层反射的光线。

这在很大程度上与我们目前的望远镜的局限性有关，这些望远镜没有高精度的分辨率来观测在离恒星更近的地方运行的更小的岩石行星。

天 学家和天体生物学家认为，正是这些行星最有可能适合居住，但从它们的表面和大气层反射的任何光线都会被来自它们恒星的光线所遮蔽。

然而，随着像詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）这样的下一代仪器进入太空，这种局面很快就会改变。麻省理工学院1941年级物理学和行星科学教授萨拉·西格（SaraSeager）领导着这个研究小组（又名西格小组），也是这篇论 的合著者。

正如她通过电子邮件告诉《今日宇宙》杂志，“随着2021年10月詹姆斯·韦伯太空望远镜的发射，我们将首次具备搜索生物信号气体的能力——但这将是一项艰巨的任务，因为小岩石行星的大气信号一开始就非常微弱。随着詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）的出现，在该领域工作的人数已经大大增加。像这样的研究提出了新的潜在的生物信号气体，其他的工作显示了潜在的假阳性，甚至对氧气等气体也是如此。”

一旦部署并投入使用，詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）将能够在更长的波长（近红外和中红外范围）内观测我们的宇宙，并大大提高观测的灵敏度。

该望远镜还将依靠一系列光谱仪获得成分数据，以及日冕仪来阻挡母星的模糊光线。这项技术将使天 学家能够表征较小岩石行星的大气层。

反过来，这些数据将允许科学家对系外行星的宜居性施加更严格的限制，甚至可能导致对已知（和/或潜在）生物信号的探测。

如前所述，这些“生物信号”包括与生命和生物过程相关的化学指示，更不用说对其有利的条件类型。

其中包括氧气（O2），它是地球上大多数生命形式所必需的，由光合生物（植物、树木、蓝藻等）产生。这些相同的生物代谢二氧化碳（CO2），而氧气代谢生命释放的二氧化碳是一种废物。还有水（H2O），这是我们所知道的所有生命所必需的，还有由腐烂的有机物释放出来的甲烷（CH4）。

由于火山活动被认为在行星宜居性中起着重要作用，与火山活动有关的化学副产品——硫化氢（H2S）、二氧化硫（SO2）、一氧化碳（CO）、氢气（H2）等——也被认为是生物信号。

在这份名单上，西格和他们的同事希望添加另一个可能的生物标志——异戊二烯。

正如西格通过电子邮件向《今日宇宙》解释的那样：“我们麻省理工学院的研究小组专注于使用一种整体的方法来探索所有可能的气体，作为潜在的生物信号气体。我们之前的工作导致了所有小分子数据库的建立。我们继续使用机器学习和数据驱动的方法对ASM数据库进行过滤，以确定最合理的生物特征气体候选，其中之一是异戊二烯。”

像它的表亲甲烷一样，异戊二烯是一种有机烃分子，是地球上各种物种的次级代谢物。除了落叶乔木，异戊二烯还由多种进化距离遥远的生物（例如细菌，植物和动物）产生。

正如西格所解释的，这使得它成为一种有潜力的生物信号。”异戊二烯是有希望的，因为它是地球上生命所产生的高质量物质，与甲烷的产生量一样！此外，彼此进化距离遥远的各种各样的生命形式（从细菌到动植物）都产生异戊二烯。这表明异戊二烯可能是其他地方的生命也可能产生的某种关键组成部分。”

虽然地球上异戊二烯的含量和甲烷差不多，但异戊二烯是通过与氧和含氧自由基的相互作用而被破坏的。为此，西格和他们的团队选择了关注缺氧的环境，这些环境主要由H2、CO2和氮气（N2）组成，这与地球原始大气的组成相似。

根据西格和他们的团队的发现，一个原始行星（生命开始出现的地方）的大气中含有丰富的异戊二烯。

在40亿到25亿年前的地球上，单细胞生物是唯一的生命，光合蓝藻正在缓慢地将地球的大气转化为富氧的大气。到了25亿年前，这一现象在“大氧化事件”（GOE）中达到了顶峰，这一事件被证明对许多生物体（以及异戊二烯等代谢物）有毒。

也正是在这一时期，复杂的生命形式（真核生物和多细胞生物）开始出现。在这方面，异戊二烯可以用来描述处于重大进化转变中的行星，并为未来的动物门奠定基础。

但正如西格所指出的，梳理出这种潜在的生物信号将是一个挑战，即使对詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）来说也是如此。

异戊二烯作为生物标志物的注意事项是：

1.检测[和]需要地球异戊二烯产生率的10-100倍。2.甲烷或其他碳氢化合物的存在会阻碍近红外异戊二烯的光谱特征。詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）对异戊二烯的独特检测具有挑战性，因为许多碳氢化合物分子在近红外波段具有相似的光谱特征。但未来聚焦于中红外波长的望远镜将能够独特地探测异戊二烯的光谱特征。

除了詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）之外，南希·格雷斯·罗马太空望远镜（哈勃任务的继承者）也将在2025年前进入太空。这座天 台将拥有“一百个哈勃望远镜”的能力，其最近升级的红外滤光片将使它能够通过与詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）和其他“伟大的天 台”的合作，自行描绘系外行星的特征。

目前，地球上还有几台地面望远镜正在建造中，它们将依赖于先进的光谱仪、冠冕仪和自适应光学系统（AOs）。其中包括欧洲极大望远镜（ELT）、巨型麦哲伦望远镜（GMT）、30米望远镜（TMT），这些望远镜还将能够对系外行星进行直接成像研究，预计结果将具有开创性意义。

在改进仪器、快速改进数据分析和技术以及改进我们的方法之间，对系外行星的研究只会进一步加速。

除了有数以万计的可供研究（其中许多将是岩石和“地球样”），我们将有前所未有的看法，他们将让我们看到究竟有多少可居住的世界在那里。这是否会导致我们有生之年发现外星生命，还有待观察。

但是有一件事很清楚。在未来的几年中，当天 学家开始梳理他们将在系外行星大气层中拥有的所有新数据时，他们将获得一份完整的生物信号清单来指导他们。