嫦娥五號採回的月亮「土特產」,裡面有沒有微生物?

2020-12-18 中國科學院微生物所

本文作者:丁念念 (中國科學院微生物研究所 黃力研究組研究生)

根據「中科院之聲」的消息,12月17日1時59分,嫦娥五號返回器攜帶月球樣品在內蒙古四子王旗預定區域安全著陸,探月工程嫦娥五號任務取得圓滿成功。中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平發來賀電,代表黨中央、國務院和中央軍委,向探月工程任務指揮部並參加嫦娥五號任務的全體同志致以熱烈的祝賀和誠摯的問候。

習近平在賀電中指出,嫦娥五號任務作為我國複雜度最高、技術跨度最大的航天系統工程,首次實現了我國地外天體採樣返回。這是發揮新型舉國體制優勢攻堅克難取得的又一重大成就,標誌著中國航天向前邁出的一大步,將為深化人類對月球成因和太陽系演化歷史的科學認知作出貢獻。對你們的卓越功勳,祖國和人民將永遠銘記。

習近平強調,人類探索太空的步伐永無止境。希望你們大力弘揚追逐夢想、勇於探索、協同攻堅、合作共贏的探月精神,一步一個腳印開啟星際探測新徵程,為建設航天強國、實現中華民族偉大復興再立新功,為人類和平利用太空、推動構建人類命運共同體作出更大的開拓性貢獻。

嫦娥五號任務實現了我國首次月面採樣與封裝、月面起飛、月球軌道交會對接、攜帶樣品再入返回等多項重大突破,其成功實施標誌著我國探月工程「繞、落、回」三步走規劃如期完成。

那麼,問題來了,嫦娥五號從月亮上挖回來的「土特產」,裡面有沒有微生物?

月球隕石坑(圖片來自網絡)

「廣寒宮裡無雙樹,無熱池邊不盡香」(《鷓鴣天》 宋·向子湮)。在中國古代傳說中,月球雖然是廣寒清虛之府,但廣寒宮裡住著仙子和玉兔,還有桂花飄香。然而,神話之外,在夜空中舉目可望的月球上,真的有生物存在嗎?

關於在一個星球上是否可能有生命存在的討論,主要需要考慮三個關鍵因素:液態水、一系列生命必需元素(如C、H、N、O、P、S等)以及生命產生與存在所需要的某種形式的可利用能量。

回觀月球,其環境相比於地球來說極端惡劣。

首先,月球沒有大氣層。其表面大氣壓只有地球的十億分之一,幾乎處於真空狀態。由於缺少大氣層的保護,月球表面晝夜溫度相差巨大,「阿波羅15號」在其登陸點探測的月球表面溫度最高為374 K(~101℃),最低為92 K(~零下181℃);而且,月球表面紫外線等宇宙輻照強烈,特別是在太陽風暴期間,太陽紫外線長驅直入,起到了消殺作用。

其次,月球表面至今未發現液態水。月球像地球一樣,表面覆蓋著一層由疏鬆的顆粒狀巖石構成的物質,被稱為月壤層。通過對月探測和月球樣品進行分析,科學家們發現月球兩極地區存在氫元素富集的現象,氫元素富集可能是源於太陽風注入的氫或一些礦物所含的羥基,也有可能是水冰(由水或融水在低溫下固結的冰)以細顆粒形式與月壤混合共存所導致,這是月球存在水的直接證據,但遺憾的是,目前尚未在月球上發現液態水。

最後,月壤中缺乏目前已知的碳基生命所必需的元素。我國科學家對CE3玉兔號月球車粒子激發X射線譜儀(APXS)所獲取的數據分析結果顯示,其著陸點月壤的元素組成主要包括Si、Ca、Al、Mg、K、P、S、Fe、Ti、Ni、Cr、Mo、Sr、Y、Zr、Nb16種元素,但缺乏生命必需的C和N等元素。因此,總體而言,月球上存在本土生命的可能性微乎其微。

也就是說,月球上存在微生物的可能性微乎其微。

那麼,新的問題又產生了:人類和各種月球探測器登月後,其所攜帶的微生物是否可以在月球上存活呢?比如說,這次的嫦娥五號。。。

嫦娥五號著陸採樣區域(紅星處)(底圖:LROC WAC,製圖:haibaraemily,來源:科學大院公眾號)

雖然月球表面的環境非常惡劣,但地球上的多種生物(其中多數為極端微生物)都可以耐受類似的極端環境。

早在1971年的一項研究表明,在由「阿波羅12號」帶回地球的早期的月球探測器「勘測者3號」的電視攝像機內部(「勘測者3號」發射於1967年,在月球停留兩年半)發現了一種細菌——輕型鏈球菌(Streptococcus mitosis),數據顯示該菌在「勘測者3號」著陸月球之前就已經存在,在發射前真空測試期間以及後來在月球表面存在的凍幹條件可能有助於這種微生物存活,而相機外殼也給予了微生物一定的保護。

事實上,除了攝像機,月球上還有各種人類探月工程的遺留物(如登月艙、電池、太空人的嘔吐袋和排洩物袋以及月球車等,共計接近200噸),其中部分遺留物(如太空人的嘔吐物和排洩物等)中含有豐富的營養物質和水分且處於密封環境,有利於其中微生物的存活。

如果能回收這些遺留物,不僅解決了部分太空垃圾,也能為科學研究提供重要的科研材料。

經過了月球上極端環境長期的嚴苛考驗,那些源自地球的微生物是否依然存活?它們是否產生了巨大的變異,亦或形成了新的物種?這些問題的解答都還需等待進一步的科學驗證,而這些答案將對幫助我們了解這些微小生命的極端環境適應性具有極大的價值,同時也對地外生命的探索具有指導意義。

參考文獻:

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6. Ellis W L , Mitchell F J . Surveyor III - Bacterium isolated from lunar- retrieved TV camera[J]. 1971.

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