没有什么发现能比探测另一个星球上的生命更大的了。无论是岩石星球，还是巨大的气体星球，热的，冷的，或者介于两者之间的星球，我们都不挑剔：只要一个世界有生命，我们就想找到它。
只要我们搜索过，我们就会想到一个图像：地球。毕竟，地球是宇宙中唯一一个我们知道有生命存在的行星。
但是地球并不总是像现在这样。在我们这个星球存在的45亿年里，它经历了巨大的变化：冰河时期和变暖时期，大气无法呼吸的时期，大面积沙漠的时期，或者两极拥有茂密的热带森林的时期。在这段动荡的历史的时间里，生命不知何故仍在继续。
如果有一本关于我们今天所居住的世界的指南，我们发现类似于早期地球的系外行星，我们是否会认出它们？也许不会。我们知道如何寻找相对先进的智能生命迹象，如嘈杂的无线电传输和特大城市的明亮灯光。然而，如果一个星球有不那么复杂的居住者，我们就必须依靠识别生命的其他特征。这就是为什么科学家们对填补我们寻找智能生命的盲点感兴趣的原因，他们已经开始在离地球更近的地方寻找智能生命。他们想要想象一下，如果从太阳系以外的地方看到早期的地球，会是怎样的景象。
我们第一次尝试从远处研究我们的星球是在1989年发射伽利略任务时。按照程序，它绕地球运行两周，利用行星的引力弹射，在前往最终目标木星的途中给它提供动力。天文学家卡尔·萨根(Carl Sagan)建议利用这个机会，将我们最好的外星探测设备指向地球本身。他推断，如果它什么也没发现，那就意味着其他地方的生命也可能逃过我们的注意。
他们证实，我们的技术文明应该可以被遥远的、同样先进的外星文明所探测到。
在没有科技迹象的地方，迄今为止最好的生命迹象就是氧气。它在我们大气中的丰度(21%)，如果没有植物，将很难维持下去。甲烷是一种更为模糊的生物特征，因为有许多非生物机制可以产生这种气体，而细菌也会释放出甲烷。
然而，一个比氧气或甲烷本身更大的迹象，是两者的共同存在。这是因为这种混合物是可燃的，并在反应时释放能量，形成二氧化碳和水。乔治亚理工学院的克里斯·莱因哈德(Chris Reinhard)说：“如果把这两种气体留给它们自己的设备中，通常会熄灭。它们都以相对较高的丰度存在这一事实表明，它们正以非常高的速率进入大气，这可能是生物造成的。”
另一个可靠的生命迹象是植物反射的光。虽然我们星球的植被吸收了大部分可见波长，但除了绿色光外，它吸收的绿色光比红外光要少得多。其结果是在地球反射光谱中出现一种称为“红边效应”的突变现象，这种现象如果没有生物就很难复制。
寻找高水平的氧气，甲烷与氧气共存，或红边效应将是一个很好的方式，以筛选像地球的行星。
已知最早的生命形式出现在大约40亿年前，当时地球的地壳正在冷却，形成岩石和大陆的起源。在这个时候，被称为太古宙，地球的大气层被由活火山产生的二氧化碳所控制。在这个充满敌意的环境中，原始的微生物产生了甲烷，氧气水平处于历史最低水平。如果氧气再高一点，我们所知道的生命可能根本就不会出现。
大约10亿年后，这颗行星进入了一个叫做元古代的时代。光合作用已经在进行中，但正是在这个时候，二氧化碳转化为氧气的能力对地球产生了持久的影响。氧气、二氧化碳和甲烷首次在大气中共存，从而加速了多细胞生命的进化。
在这段时间里，发生了两次“雪球地球”事件，当时整个星球都被冰覆盖着。导火索可能是一些微不足道的事情，比如全球气温的短暂下降，使得极地冰盖扩张。这反射了更多的阳光，最终冻结了整个地球。麻烦的是，我们不知道冰天雪地会如何影响观察生命的机会。莱因哈德说：“在雪球地球事件期间，大气层的组成实际上并不是非常广为人知。”
然而，元古代的主要特征是从18亿年前到8亿年前的10亿年的明显稳定时期。在多细胞生命的疯狂出现和第一次雪球地球事件的混乱之后，这个星球享受到了一次喘息的机会。气候恒定，生命似乎变得非常缓慢，氧气仍然维持在低水平。难怪地质学家把这叫做“无聊十亿年”。
有些人认为这个名字有点不公平。剑桥大学的尼克·巴特菲尔德(Nick Butterfield)说，毕竟，这是有性生殖首次进化的时期，也是第一批真核生物-具有复杂细胞的生物-出现的时候，这些细胞最终形成了我们自己，“这是一件了不起的事情”，剑桥大学的尼克·巴特菲尔德说。然而，从外星伽利略空间探测器的角度来看，似乎没有什么变化。
当这无聊十亿年结束的时候，生命真的是踩上了油门踏板。在这个时候，被称为显生宙的时代，生命形式的多样性在所谓的寒武纪大爆发中迅猛发展，氧气最终达到了可以被探测到的水平，植物开始在地球表面繁衍。这是第一次看到红边效应的时候。
这段复杂的历史为那些根据地球目前的面貌猎取系外行星的人们提供了一个惨痛的教训。莱因哈德说：“在地球历史上大约五分之四的时间里，我们都无法看到地表生命的证据。”无论是寻找高含氧量、氧-甲烷共存还是红边效应，你多半都是两手空空的。奥尔森说：“显而易见的生物特征候选方案不会像我们想象的那么有效。”
部分问题在于我们对早期地球所知甚少。可以毫不夸张地说，在某些方面我们很快就会了解数十亿公里以外的行星，这比了解几十亿年前我们自己的世界更容易。由于仅存的证据如此之少，重建地球的历史是一项重大的挑战。在空白被填补之前，寻找生命的天文学家所需要的是一种更宽泛的方式来确定哪些行星需要进一步研究。
对于加那利群岛天体物理研究所的恩里克·帕莱(Enric Pallé)来说，一条充满希望的道路是古代红边效应。从太古宙时代起，在大陆成为植物温床之前很久，它们就可能被紫色的单细胞细菌席子所淹没。帕莱说，如果这些微小的生物数量足够多，它们对星球反射光的影响将与植物的影响相似，但会向光谱的远红端移动。
虽然这听起来很吸引人，但它的信号可能很弱，很难从远处发现。奥尔森和她的同事认为，他们已经找到了两条更有前途的途径。第一种方法是对行星进行长时间的观测，而不仅仅是对其大气层的组成情况进行截图。例如，以这种方式观测地球将揭示大气二氧化碳水平的季节性变化。这是因为植物在生长季节会消耗更多的二氧化碳，而北半球则由于其陆地面积更大而占据主导地位。
在没有植物的行星上，如元古代地球，微生物的光合作用不太可能导致二氧化碳水平的明显波动。相反，呼吸的生物体可能会在氧气中产生类似的季节性变化。虽然氧气水平本身可能太低，无法从远处发现，但其波动对臭氧等其他化学物质水平的影响可以想象得到。
使用季节性作为生物特征的一个缺点是，有些世界没有季节。Méndez指出，较小、较暗的恒星是地球最近的邻居，它们周围的行星必须靠近它们的恒星，才有可能适合居住，但这样做意味着它们最终总是倾向于保持同一面指向它们的恒星。“它们被潮水锁住了，”他说，“所以你不会有任何季节。”
奥尔森和她的同事们正在研究的另一个想法可能会更有成效。它涉及到重新思考生命会如何影响大气的构成。就像如果现在所有的生命都消失了，甲烷和氧气就不会在地球上共存一样，科学家们认为还有其他一些气体的组合处于不平衡状态，也就是说，没有生命它们将很难维持下去。例如，在太古宙时期，大气中的甲烷与二氧化碳、氮和水的不平衡，一旦停止产生，就会迅速消失。
但是没有必要同时寻找所有这些气体。奥尔森的研究小组认为，你只需在大气中看到二氧化碳和足够多的甲烷，就能意识到生物可能正在发生某种变化。尽管氧和甲烷的相对丰度在地球历史上的任何时候都无法从远处测量出来，但二氧化碳和甲烷的相对丰度可能是可以测量的。奥尔森说：“可检测到的二氧化碳和甲烷不平衡更可能发生在更广泛的行星上，包括那些氧气水平无法检测到的行星。”
巴特菲尔德认为，寻找这些大气不平衡是一个有趣的想法，但警告说：“仅仅看到不平衡是很有趣的，但这不一定是生物活动。”
虽然假阳性是不可避免的，奥尔森希望像不平衡和季节性这样的线索将有助于填补我们在寻找生命过程中的一些盲点。首先，奥尔森说，“它们与特定的代谢无关”。外星生命不一定需要像我们一样，甚至是碳基的，这些潜在的生物特征可以揭示它在遥远星球上的存在。
然而，要有足够好的眼光去找出答案并不是一件容易的事。弄清楚一颗系外行星的大气层中发生了什么，意味着要尽可能地从它身上收集更多的光。当然，行星并不会产生光，它们只会反射光，而光信号在恒星的光作用下会变得很小。为了将它们分开，我们需要巨大的望远镜，比如美国宇航局的詹姆斯韦伯望远镜，预计在2021年发射，或者下一代的超大型地面望远镜。即使有了这些设备，这项任务也将是棘手的。观察一颗系外行星的季节性将需要大量时间时间。
任何单一的测量都不会是决定性的。通过观察行星大气的组成，它是如何随着时间的推移而变化的，以及表面上出现的任何不寻常的现象，研究人员将转而建立一幅缓慢演变的画面，来描述这个世界容纳生命的机会。帕莱说：“你在挖掘到一个东西的时候，你说，'就是这样！我找到了它。'但这并不是这样一个过程，在这个过程中，我们正在慢慢地选择我们最好的候选人。”
我们对地球原始过去各方面的持续无知，也可能阻碍对遥远生命的搜寻。例如，是什么引发了元古代的雪球地球，至今仍是一个谜。赖因哈德说，即使我们在冰河时期发现了一颗系外行星，我们也不知道如何解释我们所看到的。历史上最重大的发现之一可能再一次使我们望而却步。
