重新思考系外生命搜寻中的 CO 反生物标志

一些大气气体被提议作为行星上存在生命的反指标（即反生物标志），前提是在足够丰度下可遥感探测到，这为生物标志的搜寻提供信息并可能刻画无人栖息的环境。然而，假想的反生物标志在有人居住行星大气中可存在的定量程度尚不清楚。最常被引用的潜在反生物标志是 CO，因为它代表了一种自由能和还原碳的来源，地球上的生命可轻易利用，因此常被认为仅在无生命时才积累。然而，生物圈通过生物质燃烧、光氧化过程以及释放在大气中光化学转化为 CO 的气体而主动产生 CO。我们利用一维生态圈-大气模型证明，由于混合光合生态系统的影响，还原型生物圈即使在低 H2 通量下也能维持约 100 ppmv 的 CO 水平。此外，我们表明 M 矮星周围的光化学特别有利于 CO 的积累，有人居住、富氧行星的合理浓度从数百 ppm 延伸至几个百分点。由于 CH4 在这些世界上也易积累，且因为 O2 和 O3 可能无法用詹姆斯·韦伯空间望远镜探测到，高 CO（>100 ppmv）的存在或可借助近未来透射观测区分富氧与还原型生物圈。这些结果表明 CO 的光谱探测可与生命存在相容，且需全面的语境评估以验证潜在反生物标志的意义。