综述：地球、太阳系乃至更广阔区域上宜居性概念的演变 克里斯托弗·P·麦凯（Christopher P. McKay）

《Geosciences》：The Changing Concept of Habitability on Earth, the Solar System, and Beyond Christopher P. McKay

　　摘要：在过去70年里，我们对地球上生命可能存在区域的认知不断扩展，现在包括极端电离辐射环境、高温环境、地下深处、深海海底的热液喷口、极端干旱的沙漠，以及南极洲被冰覆盖的湖泊和高山山谷。这种对生物圈理解的扩展与太空探索计划的发展同步进行，并为这些计划在太阳系中其他可能存在水的天体（尤其是火星、欧罗巴和恩克拉多斯）上寻找生命提供了依据。而泰坦星则呈现出了一种不同的情况。该星球上独特的有机固体和液体在地球上的宜居性方面没有类似物，但它们引发了关于可能存在不同于地球生命形式的假设。如果能在泰坦星上发现生命，这将不仅拓展我们对宜居性的理解，也会拓展我们对生命本身的认识。对外行星的宜居性研究可能会沿着这两种路径进行：一方面我们会根据地球上已知的栖息地来寻找外行星上的宜居条件；另一方面，我们会通过对外行星的观测来思考与地球上完全不同的生命形式。

1. 引言
在本文中，我回顾了过去70年间关于地球宜居性概念的变化，以及这些变化与同期太空探索发现之间的关系。Cockell及其同事将宜居性定义为“一个环境支持至少一种已知生物活动的能力”。然而，宜居的世界并不一定意味着一定存在生命[1,2]。对此定义，我想补充一点：我们可能会发现一些看似无法支持任何已知生物活动的环境，但进一步研究后却发现它们实际上支持着某种新的生命形式。这样一来，宜居性的判定与生命的探测可能会变得紧密相连。实际上，地球上的宜居性研究通过模拟实验得到了极大的帮助，这些实验也为如何在其他天体上寻找生命提供了方法论基础[3]。我们在地球上所理解的宜居性概念，指导着我们寻找火星、欧罗巴和恩克拉多斯上的生命。而泰坦星则提出了一个相反的挑战——其表面存在的液态物质并非水，这让我们不得不考虑不同于地球的宜居性标准和生命起源的可能性。这两种方法都将对我们探索外行星的宜居性和生命起源提供重要启示。

将寻找宜居天体的研究放在天体生物学的核心问题之下是很有帮助的：其他天体上是否存在生命？如果存在，这种生命是否属于某种新的进化形式？回答这个问题的过程中存在几个难点：首先，地球上只有唯一的生命实例；其次，我们尚不清楚生命究竟是在何时何地、以何种方式产生的；第三，我们目前还无法有效地构想出不同于地球生命的形态，更无法制造出这样的生命。从方法论角度来看，寻找生命极为困难，因为对于许多感兴趣的天体（尤其是外行星），我们无法采集样本，而且验证生命是否存在也并非一个现实可行的目标。严格来说，我们唯一具有预测能力的工具是热力学定律。元素周期表中的化学性质和宇宙中的元素丰度（例如碳的成键灵活性、碳、氧和氮的普遍存在等）为生命的构成提供了重要线索，但这些线索并不像热力学定律那样具有决定性。我们知道信息论在生命起源中起着关键作用，但在这方面我们仍缺乏预测能力。虽然生态系统和宜居性的概念是生命的表现形式，但这并不能为我们提供直接的预测能力。在不寻常环境中的生态系统案例（如深海热液喷口）表明，生态系统通常是被发现的，而不是被预先预测的。此外，从逻辑上讲，可能存在既宜居却没有生命存在的环境/天体。我们从地球上获得的宜居性概念只是一个例子。寻找类似地球的宜居环境是探索火星、欧罗巴和恩克拉多斯生命存在的实用起点。有充分证据表明恩克拉多斯可能是宜居的。那么，恩克拉多斯上真的存在生命吗？在太阳系的其他天体或目前已知的外行星中，都没有像恩克拉多斯这样强烈的宜居性证据。

2. 地球上宜居性的变化
我们从20世纪50年代中期开始探讨这一主题，追踪地球上宜居性概念的扩展以及与之并行的太空环境认知的进步。总体而言，一个明显的趋势是：我们观测得越多，发现的潜在宜居环境也就越多。1956年，Anderson及其同事在研究罐装肉类的灭菌过程时，分离并鉴定出一种能够在极端电离辐射条件下生长的微生物。次年，苏联发射了人造卫星斯普特尼克，开启了国际太空探索的时代。早期的重要发现包括范艾伦辐射带的发现[5]，以及人们意识到太空某些区域的辐射水平可能远高于地球表面。对具有极高耐辐射能力的微生物的研究至今仍对太空探索和天体生物学研究具有重要意义[6]。1969年，Brock及其同事在黄石国家公园的温泉中发现了极端嗜热菌[7,8]（见图1），这进一步拓宽了微生物生长条件的上限。早在1962年，NASA的“水手2号”任务首次成功探测到金星表面的极端高温（约450°C）。最近的研究将生命存在的上限提升到了122°C[9]，某些微生物（如Geogemma barossii）甚至能在更高温度下生存[10]。图1显示了黄石公园的温泉。图1：NASA拍摄的照片。

随着极端耐辐射能力和极端嗜热菌的发现，生命存在条件的上限基本保持不变。1981年发布的综合列表[11]至今仍适用于外行星的宜居性评估[12]。从另一个角度来看，如果一个环境中的所有条件都不超出生命的极限，那么这个环境就是宜居的。这种方法虽然通过排除法定义了宜居性，但在直接寻找极端生态系统方面作用有限。不过，这类极端生态系统对于理解其他天体的宜居性仍然很有价值，即使它们本身并不拓展生命的存在界限。例如，在深海热液喷口环境中发现的生态系统就是这样的例子——尽管这些生物并不具有独特的生命特征，但它们利用了环境中的某些资源（如能量或水源），这些资源之前并未被预测到。最早的、最著名的例子是Corliss及其同事在深海热液喷口发现的多样化生命群落[13]：这些生态系统中的主要生产者是生活在大型管虫体内的细菌，它们能够将喷口中的硫化物与周围海水中的氧气结合。虽然光合作用不是这些生态系统生产力的直接来源，但海水中的氧气最终来源于海面的光合作用。

这种与太空探索的关联性也很明显——1979年，Smith及其同事基于旅行者号飞船的成像数据提出了欧罗巴可能存在地下海洋的假设[14]，2000年伽利略号任务最终证实了这一存在[15]（见图2）。这一发现引发了关于欧罗巴生命存在的广泛讨论[16,17,18]，目前前往欧罗巴的“欧罗巴快船”任务的核心科学目标之一就是寻找表面冰层中的生物分子[19]。图2：欧罗巴表面，NASA照片PIA19048。另一个例子是Friedmann及其同事在南极洲干燥山谷（海拔1500–2000米）的砂岩层下发现的 photosynthetic 微生物群落[20,21]（见图3）：这些微生物仅在短暂的南极夏季存活，那时阳光会使砂岩温度升高至空气温度以上约15°C[22]，山谷上坡的风会带来水分并在岩石表面形成一层薄雪[23]，融雪会渗入岩石[24,25]，然后在空气干燥后保留在岩石孔隙中[26]。图3：南极洲大学谷地的砂岩层及其中隐生微生物群落，照片由Imre Friedmann提供。这一发现发表于1976年9月，刚好在“维京”号任务登陆火星之后，为关于火星生命的讨论带来了新的视角。值得注意的是，当时普遍认为干燥山谷的上部地区是生命荒凉的；然而Friedmann基于他在内盖夫沙漠和美国西南部沙漠中的研究提出，探索多孔岩石内部可能是寻找生命的新方向[28,29]。

在南极洲未被冰川覆盖的高海拔地区，存在干燥的冻土层。在某些地方，地下土壤被冻结成冰状[4]（见图4）。这种现象可能与火星上的某些冰冻地面类似，例如2006年“凤凰号”任务所探索的区域[30]。南极洲地下冰冻层由夏季降雪维持[31]。Goordial及其同事在大学谷地发现，尽管干燥冻土层的最高温度为-10°C，但微生物活动几乎不存在[32]；而在Elephant Head地区，最高温度为-5°C时，微生物活动较为活跃[33]。这表明在富含冰的土壤中，生命的有效寒冷极限可能在-5°C至-10°C之间。火星高纬度地区的地下也存在类似的冰冻土壤[34]，根据南极数据的提示，这些地区的温度可能在适当条件下足以支持生命存在[35]。图4：大学谷地的空中视图，NASA照片。图5：火星上的冰层，NASA照片PIA10911。

虽然南极洲的干燥地区可能是地球上最寒冷的沙漠，但地球上最极端的沙漠可能是智利的阿塔卡马沙漠[6]（见图6）。阿塔卡马沙漠中心区域的土壤因生物量极低、有机物含量少以及氧化物质的存在而被认为类似于火星[36]。Wierzchos及其同事在该沙漠的盐岩中发现了极端嗜盐微生物栖息地[37]。极低的降水量使盐岩得以长期存在，在岩石表面以下形成了一层蓝细菌群落（类似于南极的隐生微生物）。然而，阿塔卡马沙漠的微生物依赖的是雨水或融雪提供的水分，而非地下水[38]。相比之下，南极洲的隐生微生物依赖的是空气中的水分饱和程度（当相对湿度超过75%时）。更重要的是，盐岩的吸湿性使其在较低湿度下仍能保持湿润状态，从而延长了湿润时间[39]。阿塔卡马沙漠中的岩盐内生生物代表了干旱环境中生命的极限，可能是火星上可能存在生命的最后据点的模型[40]。与南极洲的内生生物一样，知道在哪里寻找极端环境中的生命迹象是关键。图6显示了被内生蓝细菌殖民的岩盐岩石的特写视图。照片由Alfonso Davila提供。如上所述，南极洲一直是理解生命极限和极端生态系统例证的重要地点。然而，前往南极洲非常困难，因此自2017年以来NASA不再支持与天体生物学相关的野外研究。可以说，在寻找极端环境中的生态系统方面，最具挑战性的地点是地球的深层地下。虽然难以到达，但这个区域非常有趣，因为地下环境提供了关于极端生态系统的重要见解。1995年，Stevens和McKinley[41]报告在深层玄武岩含水层中发现了一个微生物生态系统，该生态系统独立于地表光合作用，并且不利用光合作用的产物氧气（O2）。该系统中的甲烷菌从岩石风化生成的二氧化碳（CO2）和氢气（H2）中获取能量。这立即让人联想到火星，因为几年前Boston及其同事[42]就曾提出火星地下可能存在类似的生态系统。Lin及其同事[43]的发现进一步证实了这一点，他们发现了一个以硫还原细菌为基础的深层地下生态系统，这些细菌利用由放射性衰变产生的氧化还原对来获取能量。除了火星之外，这些不需要阳光的地下生态系统也是任何具有岩石核心的天体（例如恩克拉多斯[44]）上可能存在生命的模型。深层地下生态系统在地球早期也可能具有重要意义，因为在地球表面遭受大规模撞击导致灭菌时期，它们可能提供了避难所[45]。此外，深层岩石中的生命可能通过大型撞击喷出的岩石碎片传播到火星，从而实现火星与地球之间的生物交流[46,47]。

3. 太阳系
地球可能是唯一的拥有生命的星球；太阳系中的其他行星表面都没有明显的生命迹象或液态水。寻找宜居星球和生命的一种方法是“追踪水源”。虽然这并不那么简单，但在太阳系中仍有一些地点具有一定的潜力，尽管不是理想的候选者，例如火星、欧罗巴和恩克拉多斯。火星之所以有潜力，是因为有证据表明其表面曾经存在液态水。欧罗巴之所以有潜力，是因为其明亮的冰层覆盖着下面的深海。恩克拉多斯之所以有潜力，原因与欧罗巴相同，而且其冰层下的海水会通过南极附近的裂缝喷入太空[3.1]。

关于火星的宜居性讨论需要考虑两个方面：今天的寒冷干燥环境以及过去的富水环境。如果我们的火星理论是正确的[48]，那么大约35亿年前，火星的条件与地球最为相似。长期以来人们就认为，早期火星和早期地球在生命首次出现在地球化石记录时的情况可能非常相似[49,50]。探索这一早期类地时期的遗迹是火星任务的关键目标[51]。今天的火星表面看起来没有生命迹象，温度更低，也比地球上的任何沙漠都干燥得多。如上所述，阿塔卡马沙漠中发现的盐岩可能是干燥世界中最终的宜居地点。人们建议将火星上的盐沉积物视为现今火星生命的模型[52]。目前探索火星生命的另一个目标是在中高纬度地区的地下冰层[3.2]。雷达观测表明，在极地地形下约1.5公里深处可能存在液态水[54]，这些水中可能混有氨或甲醇[55]。

火星可以说是寻找生命和生命第二次起源的最佳地点。它是利用地球生命历史和当前地球宜居性作为指导进行生命搜索的典范。有充分证据表明火星表面曾有过一次或多次广泛的液态水存在期。火星拥有火山、构造特征（如水手谷）、陆地-海洋交界处、冰盖等。早期火星具备所有地球早期存在的环境条件，并且这种共同性在地球出现明确生命迹象的时期一直持续存在。好奇号探测器在盖尔陨石坑——一个古老的火星湖泊床——发现了宜居环境的证据[56,57]。此外，比较关于地球生命起源的各种假设并将其应用于火星[58]表明，生命有可能在火星上诞生——除非存在泛种论——这将代表生命的第二次起源[59]。因此，我们向火星发送的任务比向其他任何行星都要多[3.2]。

外太阳系的冰封海洋提出了与地球和火星不同的全球宜居性模型。虽然这些天体上关于生命起源的假设不如火星上那么丰富，但某些特定的假设（如热液喷口）仍然适用。欧罗巴和恩克拉多斯都存在大量液态水的证据。卡西尼号探测器对恩克拉多斯喷流的直接测量表明所有必需元素都存在[60,61,62]，并且海底的热液喷口处于活跃状态[63,64]。这些喷流表明这里目前具有宜居环境，而且海洋样本会被喷射到太空中[3.3]。

现在来看完全不同的例子——泰坦。虽然“追踪水源”的方法不太可能让我们找到泰坦，但泰坦的宜居性目前受到了广泛关注。这一关注的起点是1980年旅行者号探测器的飞掠，它揭示了泰坦的表面压力约为1.5个大气压，温度约为95开尔文，大气主要由氮气（N2）组成，含有少量的甲烷（CH4）和其他碳氢化合物[65,66]。对泰坦大气的光化学模型预测，随着时间推移，由于大气中甲烷的光解作用会产生大量C2H6[67]。在卡西尼号任务之前，人们预测泰坦上可能存在一个以C2H6为主的全球海洋[68]。然而，卡西尼号任务及其着陆器惠更斯号并未发现全球性的海洋，但发现了大量的液态碳氢化合物湖泊和活跃的流体循环[69,70,71]。这些寒冷碳氢化合物流体可能支持生命[69,70,71]。

泰坦上的流体主要包括甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）和氮气（N2），以及由光化学反应产生的多种微量化合物[72,73,74]。泰坦北半球的湖泊主要由甲烷组成[75]，而南极唯一的大型湖泊安大略湖（Ontario Lacus）含有大约51%的甲烷、38%的乙烷和11%的氮气[76]。泰坦上的有趣流体循环、复杂的非生物有机化学过程以及阳光的存在激发了大量关于生命存在的猜测。最初的猜测认为，低温碳氢化合物流体可能适合作为生命的介质[69,70]。显然，这并不是基于地球上的液态水生命。在95开尔文的温度下，水作为极性溶剂比液态甲烷或乙烷更适合生命。

泰坦上的生命需要能源。甲烷的光化学分解会产生可以形成代谢能量的化合物[77,78]。特别值得关注的是以下反应：C2H2 + 3H2 = 2CH4。在泰坦的表面温度、压力和气体比例下，这个反应每消耗1摩尔C2H2会产生334千焦的能量，每消耗1摩尔H2会产生111千焦的能量[77]。这比地球上甲烷菌所需的最低能量（每消耗1摩尔H2需要约10千焦的能量）要高得多[79]。生命体的一个重要特征是能够在自身内部与环境之间维持浓度梯度。在地球上，这是通过脂质双层结构实现的，膜的性质是由极性脂质与液态水相互作用形成的。目前已有大量关于泰坦上生命膜的探讨。Stevenson及其同事[80]提出了一种由小有机氮化合物（如丙烯腈）组成的膜，他们将其称为“氮质体”，这种膜能够在低温下的液态甲烷中形成并发挥作用。与此相关的是在泰坦上检测到了丙烯腈[81]。

然而，Sandstr?m和Rahm[82]认为氮质体无法形成，因为在泰坦上的低温下不需要细胞膜来保护内部大分子。Vu和Hodyss[83]的实验表明，丙烯腈可以与乙烷形成稳定的分子晶体，而且加入液态甲烷后结构不会发生变化。进一步的研究提出，可以通过连接亚胺基团的聚合物来形成膜[84]。其他针对泰坦的研究集中在环己烷中自组装的反向两亲分子上，这些分子的几何结构类似于传统表面活性剂，但拓扑结构相反：亲脂尾部和疏水头部[85]。泰坦上的生命还需要一种存储信息的方法。Benner及其同事[69]指出，对于用于信息存储的聚合物来说，其形状不能因存储的信息而改变。例如，DNA的双螺旋结构不依赖于编码在其内部的碱基对序列。相比之下，蛋白质的形状可能会因序列中单个氨基酸的变化而发生根本性改变[86]。McLendon及其同事[86]提出聚醚可能是非极性碳氢化合物溶剂中用于信息存储的分子模型，但他们发现这种聚合物在170开尔文以下溶解度极低[86]。Schulze-Makuch及其同事[89]指出，泰坦上的生命面临的一个关键问题是获取无机元素（如铁（Fe）、铜（Cu）、锰（Mn）、锌（Zn）、镍（Ni）、硫（S）、钙（Ca）、钠（Na）、钾（K）等，因为地球上的生命可以通过这些元素在水中的溶解度来获取它们。这些无机元素通常以微量形式参与各种生命过程，特别是在酶的活性位点中[89]。麦克凯[87]提出了泰坦上两种可能的变体：（1）谨慎使用难以获取的元素；（2）利用H2O分子和氢键来承担部分无机元素的催化作用。地球上的磷就是一个例子，它展示了如何谨慎使用环境中不易获得的元素。作为一种极性分子（在泰坦的环境中为数不多），H2O特别擅长影响氢键。单个H2O分子或被碳氢化合物笼子包裹的小分子簇可以扮演催化剂的角色，类似于地球上金属在生物化学反应中的功能。关于泰坦上可能存在生物化学的最为全面的模型是由Lv及其同事[88]基于C、H和N提出的。这些基本构建块包括简单的分子，如碳氢化合物、氰化氢和腈类。从这些构建块可以生成一系列功能性大分子，模仿地球上生命中的大分子功能。例如，糖可以被氰糖取代，酸被氰酸取代，氨基酸被氨基氰酸取代，核碱基被氰基核碱基取代。这些较大的CHN大分子可以进一步结合形成氰酯和氰蛋白系统。CHN生物化学中的遗传信息可能基于通过氢键连接的氰基核碱基之间的耦合，形成一个二进制编码系统[88]。该模型中假设的构建块分子都是通过泰坦高层大气中CH4和N2的光解产生的，随后沉积在表面，并在表面液体中溶解[74]。这可能形成泰坦上的“前生物汤”。在许多方面，基于这种CHN生物化学的生命形式可能比地球上的生命形式更简单，也更容易从非生物过程演化而来。

泰坦表面的低温会对化学反应构成障碍[90]，同时也阻碍了化学物质在溶液中接近并发生反应[91]。Lunine等人[90]指出，为了使反应在泰坦的低温下以合理的速率进行，活化自由能障碍需要约为地球相应值的三分之一（17-35 kJ/mol，而地球为55-110 kJ/mol）。这是由于温度降低了3倍：泰坦为95 K，地球为298 K。这两个数值都远低于典型的共价碳-碳和碳-氧键的键强度（330 kJ/mol)[90]。在地球上，这些反应需要催化剂来消除活化障碍。可以推测，任何在热力学上是有利的但活化能较高而无法在低温下发生的反应（如C2H2 + 3H2）也有可能在泰坦上发生。另一个相关点是反应的时间尺度[90]。在低温下，反应将变得更慢；因此，生物能量的产生和生物量的积累也会相应减慢。另一方面，生物体的消耗、维护以及生物分子的热降解也会以相同的指数速度减慢[92]。如果所有过程都遵循exp(-E/kT)的规律，那么时间和温度就只是可互换的归一化因素。这种关系仅在某些不随温度变化的降解过程中才会失效——比如电离或紫外线辐射。最后，值得注意的是，最近有研究表明，由于表面的低温，量子隧穿效应可能使泰坦表面的一些化学反应成为可能[93]。

泰坦表面的低温还限制了分子溶解的能力，从而限制了它们相互接近并发生反应的可能性。Vladilo和Hassanali[91]计算出生命过程存在的最低温度限制，要求温度足够高以保持分子介质处于液态，即使它们能够溶解在液态甲烷/乙烷溶液中[74]。实验已经证实，有机大分子在乙烷[94]和甲烷[95]中的溶解度很低。然而，最近的研究表明，从异戊烷/乙烷混合物中提取的纯乙烷溶液可以实现更高的溶解度[96]。这表明通过“催化”使用其他溶剂也可能降低溶解度的活化能障碍。这是一个需要进一步实验和理论研究的领域。

这里对泰坦上可能存在生物的广泛讨论并不是为了表明泰坦上有很高的生命存在几率，而是因为发现了泰坦的条件，激发了对泰坦上生命可能如何发展的广泛研究。这些研究不仅仅基于对地球生命的了解。这是关于宜居性概念的一个新视角，将它与生命的起源联系起来。如果某种形式的生命能够在泰坦上起源——即使它还没有开始——那么泰坦确实是一个宜居的世界，但并不是适合任何“已知”生命形式的存在。此外，在泰坦上，我们面临着区分复杂有机化学和生命的挑战[97]，并观察或促进从有机化学到生命的转变。如果这种转变曾经在早期地球上发生过，那么它的痕迹以及相关的富有机环境早已消失。

更值得注意的是，计划于2034年登陆泰坦的“蜻蜓”任务将其五大一级科学目标之一定为：“蜻蜓”将搜寻基于水或碳氢化合物的生物过程的潜在化学特征[98]。蜻蜓将寻找的活跃生命特征包括检测H2的消耗[77,99]以及通过气相色谱-质谱分析法分析表面有机物的分子复杂性[98]。

当我们考虑火星、欧罗巴和恩克拉多斯的宜居性时，我们提出了这样的问题：根据我们对地球生命的了解，这些世界是否宜居？但对于泰坦来说，问题变成了：“生命系统能否在这种世界的能量和物质循环中存活？”当然，在所有情况下，我们必须提出一个更困难的问题——即使在地球上我们也尚未达成共识——即“生命是如何在这种世界的能量和物质循环中开始的？”当然，在所有考虑中，我们必须遵循热力学定律和信息论原理。这些都是生命的基础原则，但在更广泛的背景下，其他一切都是可以协商的。我们在许多关于泰坦生命的研究论文中看到了这种开放的方法，这些研究受到了对泰坦直接观察的启发，而不是基于对生命需求的事先假设。随着我们对系外行星的探索，我们发现许多不同类型的行星围绕不同类型的恒星运行——包括白矮星和中子星。我们可以采用我们在太阳系中展示的两种方法来研究系外行星的宜居性。就像对待火星、欧罗巴和恩克拉多斯（ME2）一样，我们可以从地球上生命的极限开始，考虑地球上生命产生的生物标志物、极端生态系统的范围、地球生命的历史以及对地球生命起源的推测。这种方法当然是研究类地系外行星的最佳方式[100,101,102]。然而，当遇到具有独特物质和能量循环的奇异但复杂的世界时，应该采用类似泰坦的方法[97]。科学的历史表明，新的观察结果是发现最基本层面的重要素材。类似泰坦的方法可能会为我们提供关于生命起源及其多样性的新见解。在我们的太阳系中，只有一颗类似泰坦的天体。而在系外行星中，我们可能会发现数百万个具有奇特和复杂物质循环的世界。

过去70年来，我们对生命极限和极端环境中生态系统的分布有了重要的认识。可能我们已经达到了这个时代的终点。也许地球上所有的极端环境都已被研究过了——地球上再也没有可以探索的地方了。但这并不意味着生物学领域就没有新的研究课题了。生物化学/遗传学以及生命进化历史仍然存在许多深刻的問題。当然，生命的起源仍未解决。也可以认为，现代对生命起源的研究始于20世纪50年代中期的米勒-尤里实验，70年后，我们仍未就生命是如何、何时或在哪里起源达成共识。目前，这一科学领域的前沿已经转向了太阳系中的其他世界。显然，首要任务是在具有当前或过去存在水的ME2世界（火星、欧罗巴、恩克拉多斯）上寻找生命。在这个过程中，宜居性的概念直接来源于地球上的生命。如果我们幸运的话，可能会发现一些有趣的扩展或差异。但是，液态水宜居环境的核心特征不太可能发生改变。

尽管如此，现在就假设所有生命都会与我们现在所知的生命相似，或者所有宜居世界都类似于地球，还是为时过早。泰坦为我们提供了在太阳系中发现与地球不同事物的最佳机会。从2034年开始，我们将通过观察“蜻蜓”任务的成果来了解更多信息。同时，我们可以通过考虑泰坦生命可能产生的生物标志物来完善我们对泰坦生命的推测和研究。在系外行星上，可能存在类似二甲硫的化合物，这种化合物曾被提议作为地球生命的潜在生物标志物。我们可以在系外行星上寻找这类化合物。虽然太阳系中可能还有更多的未知世界有待探索，但系外行星提供了重要的下一个研究前沿。系外行星的机会在于其庞大的数量和多样性——这些世界已经得到证实并且在不断扩展。系外行星的局限性在于，我们只能通过远程手段进行研究，且无法获取样本进行生命检测，唯一的例外是距离我们4.2光年的比邻星b，它是一颗位于宜居带内的红矮星周围的系外行星[103]。这是目前已知的距离最近的潜在宜居系外行星，也是机器人任务的目标[104,105]。没有样本的生命检测是一个重要的限制，因为目前几乎所有生命检测方法都依赖于样本分析。然而，系外行星天体生物学的最大魅力可能在于它可能会改变我们对天体生物学的哲学方法。天体生物学可以被视为柏拉图式的，即我们试图首先完全理解地球上的生命，然后在宇宙其他地方寻找这种柏拉图理想的实例。也许系外行星的数量和多样性将为我们提供一种亚里士多德式的探索方式：去观察自然界中存在哪些多样的环境，并想象类似生命的不同系统是如何运作的。这种基于观察的方法可能特别有助于推进对生命起源的研究。可以说，70年的有机化学和前生物化学研究并未对地球生命的起源提供多少明确的见解。同样，长期而深入的生物学信息研究也尚未揭示信息如何与有机化学结合形成自我复制系统。或许并不会令人惊讶的是，新的发现并非来自于对我们目前所掌握的这一个关于生命和适居性的案例的深度研究，而是来自于探索宇宙可能向我们展现的众多多样化世界。迄今为止对泰坦星（Titan）的研究表明，这种方法可能会产生丰硕的成果；而当这种研究方法应用于数以百万计的系外行星时，其价值将更加显著。