日本科學家發現，異常球菌能在惡劣太空環境中生存長達八年之久

2020-09-05 科技領航人

2018年，一艘太空飛行器載著不尋常的貨物離開國際空間站：在太空中度過多年的細菌群。這些微生物是作為Tanpopo任務的一部分返回地球的最後樣本，這是一項研究空間環境對簡單生物體影響日本天體生物學實驗。如果微生物在長期暴露於真空中倖免於難，這將對有爭議的被稱為「有生源說(panspermia)」的理論產生重大推動作用，該理論表明生命在小行星、彗星和太空塵埃之間的行星間飛行。

周三，Tanpopo團隊的新研究發表在《微生物學前沿》上，詳細介紹了多種異常球菌（Deinococcus bacteria）是如何連續三年暴露在惡劣的太空環境中存活下來的。這種細菌以其非凡的抵抗高劑量紫外線輻射造成的基因損傷的能力而聞名，這種細菌將其歸類為緩凝劑等其他所謂的「極端微生物」。但是研究人員不確定究竟是如何實現這一壯舉的。

日本東京大學教授，Tanpopo任務的首席科學家山岸明彥（Akihiko Yamagishi）說：「 異常球菌屬具有在惡劣環境中生存的多種機制。」 「我們測試了該細菌相應的負責機制，並發現其DNA修復系統對於在空間環境中生存非常重要。」

作為Tanpopo實驗的一部分，山岸明彥和他的同事在空間站外部的一個實驗艙中，將三種不同物種的異常球菌屬的幹菌群暴露在太空真空中。當研究人員重新補充地球上的菌落時，他們發現它們最外層的層因暴露在高劑量的紫外線輻射下而死亡。但是，細菌的死亡層保護了下面微生物的DNA免受損壞。無論菌落有多厚，完整細菌基因的數量從暴露到太空後都會逐漸減少，研究小組的結果表明，只有半毫米深的細菌團塊可以在太空中生存長達八年。

對於支持有生源說(panspermia)的人來說，這是個好消息，該理論可以追溯到20世紀70年代初，並表明生命（包括地球上的生命）是由飛馳的太空巖石上的微生物而播種的。這遠非主流觀點，但它最早的支持者之一，數學家錢德拉·維克拉瑪辛格（Chandra Wickramasinghe）認為，它可以解釋地球上生命出現的幾個棘手問題。

一個典型的解釋是，生命是由一群有機分子在沸騰的原始軟泥中相互撞擊而形成的，並逐漸形成更複雜的分子。最終，這些分子結合形成單細胞生物，如細菌，然後演變為多細胞生物，依此類推。但是，據科學家所知，地球上的生命進化卻一帆風順的。物種形成的高峰很短，而停滯期較長。大約40億年前，細菌出現在，它們便成為地球上在20億年內主要的生命形式。然後是略顯複雜的單細胞生物（稱為真核生物）的大爆炸，在更複雜的生物最終開始出現之前，真核生物又統治了十億年。

這些長期的進化停頓令人困惑。一種解釋是，這些平衡時期是由物種滅絕事件造成，這些事件為物種形成創造了新的機會。相信有生源說(panspermia)的人相信，如果通過任性的外星微生物推動生命的早期，可以解釋地球不尋常的進化時間表。

一種被稱為&34;理論認為，撞擊地球的小行星和隕石可能含有一些基本生物體或遺傳物質，這些生物或遺傳物質改變了地球上生命的進化軌跡。到達一顆小行星的細菌數量不太可能改變整個星球的進化。他們認為，如果在銀河系的這一部分中，生物富集的太空巖石很常見，那麼地球在40億年前經歷的猛烈轟擊也許足以解決這個問題。這是一個很大的假設， 但有一些證據支持這個想法。哈佛大學物理學家阿維·勒布（Avi Loeb）說："當在巖石深處得到保護時，計算表明細菌可以存活數百萬年。」

模擬已經表明，這個過程也可以走另一條路。如果說生命在數十億年前被小行星粉碎時已經開始了，那麼其中一些陸地微生物可能已經從地表爆炸，最終出現在太陽系的另一顆行星上。勒布說，這聽起來有些牽強，但研究人員已經在地球上發現了來自火星的巖石，因此有充分的理由懷疑我們有一天會在火星上找到地球上的巖石。

因此，如果美國國家航空航天局（NASA）在火星上找到生命的證據，並在火星上找到地球上巖石，那麼火星生命也有可能來自地球。確實，如果科學家在火星上發現生命，最大的挑戰之一就是確定其起源。但是，還有一些線索，例如，地球上所有的DNA都沿著相同的方向螺旋。如果在火星上發現DNA旋向相反的話，則有充分的證據表明生命獨立地起源於紅色星球，生命沒有從地球上飛到火星上。

勒布說，即使您不相信有生源說(panspermia)的假設，Tanpopo小組的結果也對行星保護產生了嚴重影響。美國國家航空航天局（NASA）和其他太空機構在確保太空飛行器，在發射到火星時不會攜帶任何來自地球的生物材料時遇到很多麻煩。他們不想無意中破壞了原始環境，在那裡他們正在尋找古老的外星生命的微弱跡象。但是現在，山岸明彥和他在日本的團隊已經表明，某些類型的細菌可以在深空中生存足夠長的時間，從而在沒有任何保護的情況下進行行星際旅行。

「在發射火星任務之前，潔淨室內的任何毫米厚的聚集體都會被清潔擦除掉。」勒布說， 「但是這些結果使我們意識到，對所有送往其他星球以尋求生命的太空飛行器進行滅菌的重要性。」

2018年，山岸明彥和他的同事使用飛機和氣象氣球在地球上進行了一系列高空實驗，在大氣層近11公裡處發現了異常球菌屬細菌的痕跡。這遠高於客機的巡航高度。但這並不意味著地球正在將這些強壯的微生物洩漏到太空中。漂浮在微風中的小微生物群落無法逃脫地球引力的作用。但是正如勒布在今年早些時候與他人合著的論文中所詳述的那樣，小行星和彗星有可能像掠過池塘的石頭一樣掠過地球大氣層，吸收了大氣中的一些微生物並將其帶入星際空間。

關於有生源說(panspermia)的理論仍然存在爭議，並且在科學界未被廣泛接受。但是，就目前而言，像Tanpopo這樣的實驗仍在挑戰我們對生命必需條件的假設。

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