學術界的爭論:如果殖民火星,能否攜帶微生物?

2020-12-04 天文在線

一個研究小組就我們對於微生物在太空特別是火星上傳播的認識提出理論性轉變。研究小組認為太空汙染是不可避免的,未來的火星殖民者應該用微生物去重塑這顆「紅色星球」。一些學者則認為這個建議為時尚早。

在歐洲微生物聯合會關於微生物生態學的的一篇論文中,佛羅裡達諾瓦東南大學的微生物學家約瑟洛佩斯以及裡約熱內盧聯邦大學的同事W.雷切爾.佩肖託和亞歷山大羅塞多對當前的太空探索和行星保護政策背後的理論提出了較大的修正,以使它們適合微生物在太空傳播。

比起擔心汙染外太空天體這些美國宇航局和其他太空機構會特別注意避免的事,洛佩茲和他的合著者認為我們更應該故意把微生物傳入外太空,而微生物的傳播應該作為定居策略的一部分來改變火星上的氣候。研究人員提出的一個關鍵論點是防止汙染是幾乎不可能的,正如作者在研究中所說的一樣。

『微生物的引入不應被認為是偶然,而是必然的。』像這樣的政策變化會在這一事件上與傳統的想法形成明顯的對比。我們與一些專家交談時專家說目前為防止我們汙染另一個星球的協議很可能在我們的領域發揮著很好的作用,我們還不能如此輕易的放棄它們。另外,專家說在我們開始這種不可逆的事情前仍需要在火星和其他地方做大量的科學工作。

當前,大型科學會就防止火星等行星受到微生物汙染等達成了共識。NASA,ESA(歐洲航天局)以及其他太空機構在發射飛行器到鄰近天體目標前都會進行全方位且昂貴的消毒。

行星保護(PP)理論可以追溯到上世紀五十年代後期以及附屬於國際科學協會理事會的空間研究委員會(COSPAR)的建立。COSPAR除老其他事務外還制定了旨在保護太空免受微生物侵害的建議與協議。與此相關的,已由100多個國家籤署的《聯合國外層空間條約》明確指出:條約締約國應該研究月球和其他天體在內的外層空間並進行探索,以避免其有害汙染和由於引入外星物質而對地球產生的顛覆性改變。必要時,還應當為此採取適當的措施。如果條約締約國有理由認為其或其國民計劃在包括月球和其他天體的外層空間,且這會對其他締約國的和平探索和發展活動(包括在月球和其他天體)造成潛在危害幹擾,在採取任何行動前都應當先進行合理的國際協商。

這種想法背後的基本原理是,我們的微生物可能汙染太陽系中科學研究的重要地方,從而破壞了我們檢測火星和其他星球原有微生物生命的可能性。例如,在火星上發現DNA或RNA的痕跡並不會意味著它們起源於地球,因為這些分子可能代表了宇宙進化的基本且普遍的原理。可能更嚴重的是,人們擔心地球的生命可能在我們還沒機會開始研究它前就將外星生態系統扼殺掉。

另一方面,洛佩茲和他的同事們認為,防止我們的細菌侵入外星是幾乎不可能的,所以我們應就如何利用其優勢最好地利用微生物展開理性討論。具體而言,作者指的是地形勘測,即用工程讓一顆行星變得更像地球的理論實踐。

從太空看見的火星表面

作者把地球的歷史作為先例,他們承認微生物在促進地球的宜居性上所起的重要作用,包括產生氧氣,調解二氧化碳,甲烷和氮氣等氣體,也包括分解二氧化碳,有機和無機物質。

」眾所周知,沒有微生物就不可能在地球上存在生命。「洛佩茲在NSU新聞稿中說:」它們定義了地球等共生關係(多種生物共同生活並形成一個更大的整體)。為了在迄今為止我們所探索過的貧瘠的荒野上生存,我們必須把益生菌帶上火星。這可能需要時間去準備,甄別,且我們不主張急著播種,而要在對地球進行嚴格而系統的研究後才可以。「

他們爭論的關鍵點是承認我們從探險家到殖民者的轉變。作者聲稱,太陽系其他地方似乎並不存在生命。他們寫道:「過去七十多個太空任務和離開了地球軌道的探測器都沒有發現任何事實或線索能夠證明生命的存在,這些都能夠指眀目前的太陽系只有地球存在生命。」

洛佩茲和他的同事認為,如果我們要認真推進火星的殖民計劃,就必須考慮微生物的作用。

但他們說,在火星周圍散布細菌並不是盲目地做,而是要有充分的預見性。

「相反,我們設想一項針對微生物殖民的詳盡的研究計劃,要認識到當前技術的局限性。因此,我們提倡更保守地制定太空引入微生物的計劃,因為我們也要認識到人類殖民化不能和微生物分開。」

為此,研究人員提出了主動接種計劃(PIP)。此類計劃會在其他長期任務之前實施,也會涉及篩選有用的微生物作候選。作者寫道,危險的微生物會被排除在外,只有最有生產力的微生物才會被包括在未來的任務中。

如果人類正認真地考慮殖民火星,其他星球或者鄰近的衛星上,那麼人們就需要確定,認識並發送最有用的微生物做先驅者。篩選或培育最耐受的微生物種類或群落,前提是可以通過細緻,系統的研究,最新的數據來證明它們,而不是隨意挑選細菌並把它們丟上太空站。

能夠在極端環境生存下來的微生物將是散布到火星的首批微生物,屆時它們將會被埋在地下幾英尺的地方以保護他們免受冰凍環境和表面輻射的影響。

但是,正如作者所承認的,要實現對送入太空的微生物物種及其基因組的完全控制是不現實的,且一旦送出去後就不可能收回來。換句話說,我們永遠不能對任務的過程實現完全控制或完全的了解,一旦啟動,我們也將無法將其停止。

作者沒有就何時送出第一批微生物以及它們需要多長時間才能產生預期效果這些問題提供細節。這是個開放性問題,比如,微生物(甚至是極端微生物)能否在火星表面發揮作用,因為火星表面的氣壓長期徘徊在僅僅0.7千帕左右,這個氣壓和外太空相差不遠。火星的低重力以及強烈的太陽輻射照射著火星表面,這使一切變得更撲朔迷離。

但即使它確實可行,該計劃巨大的時間跨度也會勸阻對此抱著樂觀態度的火星殖民者。在地球上,這些過程包括了數十萬年甚至數百萬年漫長的微生物攪動(比如通過藍細菌光合作用產生氧氣。)

科羅拉多大學地球科學教授,火星地貌地形專家布魯斯雅科斯基說,正如他在給吉茲莫多的電子郵件中所寫道的,作者正在對世界的行星保護協議提出翻天覆地的變化的建議。

雅科斯基說:「這些建議看起來對我們數十年來對PP的做法背道而馳。我渴望就如何實施PP以及是否應對它進行進一步改變進行討論的一切機會,但我會對這樣的全局性的改變且不客觀地思考後果產生擔心。

牛津大學物理學家託德霍夫曼說,作者們聲稱對太空飛行器進行完全的消毒,所以我們根本不應該嘗試,這犯下了一個邏輯上的謬論。霍夫曼認為,我們當然應該去嘗試且我們很有可能成功實施行星保護計劃,無論是由於地球的協議,或是由於暴露於太空的破壞性影響,還是因為火星上已經存在的惡劣條件。

就我們所知,好奇號火星探測器就沒有把微生物帶上火星

「自1976年以來,已經有相當多的探測器降落在火星表面。到目前為止,它們都受制於COSPAR的徹底的殺菌協議。」哈夫曼在他給吉莫多的郵件中寫道:「直到今天,它們也沒有探測到火星或地球的微生物。這意味著COSPAR確實起著作用。因此,他們的論點不僅不能自洽,他們聲稱的不可能將微生物和火星分隔開這樣的說法是沒有根據的。」他說。對此他又補充道:「我的觀點是,如果這份協議沒有被打破,那就不要去修改它。在人類研究火星原生生命時,COSPAR協議能使火星遠離幹擾。除非我們想進一步放寬它們的權力,我們就不應該破壞它。」

哈夫曼並非不同意我們最終會用作者所描述的方式將微生物帶入火星,但在確定一個星球不存在生命前放開COSPAR協議是一個巨大的科學錯誤。他說:「至少現在來說,我們應當讓我們地球上的這些微生物遠離火星,木衛二,土衛二,甚至土衛六。「

「我們必須遵循類似於希波拉克底誓言的行星保護:『不要傷害一切。』」行星科學研究所的高級科學家史蒂夫克利福德說,他對新論文高度關注。最終,他認為放寬行星保護標準犯錯誤的潛在後果遠遠超過任何短期收益。「我們最終會汙染火星,他說,但在此之前,」我們必須遵循類似於希波克拉底誓言的行星保護:『不傷害一切。』」

「我認為外星生物圈的潛在汙染是一個嚴重的倫理問題,因為這是永遠伴隨我們的後果。」克利福德在給吉莫多的郵件中說道。和哈夫曼一樣,他擔心地球細菌會是我們的科研工作變得更艱難,且我們也沒有證據能說明行星保護計劃現在沒有起作用。

克利福德說:「如果生命在火星上或在外行星冰冷的衛星的地下海洋中進化,那麼它很可能已經在這些天體上生活了數十億年。對這些天體上生命的探測對我們理解整個宇宙中生命的普遍性有深遠的意義。」

至於實施行星保護協議過於昂貴的說法,克利福德說,相關的附加成本是值得的,通常它們只佔到任務成本的20%左右。

克利福德說:"當我們探索太陽系中潛在的適宜居住的環境時,我們需要先儘可能明確地回答是否存在任何土著生命,然後再將人類送上那裡。"而且,如果這些環境證明沒有生命,那麼遵守當前行星保護標準的需求就變得沒有必要。然而,如果我們發現生命,那麼我認為,我們必須進行認真的討論,以權衡我們殖民和利用太陽系資源的願望與導致我們發現的外星生命的首個樣本的滅絕的倫理問題。

同時,他不認為在我們有機會徹底尋找外星生命之前,有使命去殖民太陽系。「不管這種搜尋需要花費五十年甚至幾個世紀。」他說。在這之前,克利福德說:「太陽系仍有很多沒有生命的地方,比如月球和一些小行星,人類可以去探索它們,殖民它們並從中汲取資源。」

洛佩茲和他的同事顯然已經觸到了一個痛點。我們交談過的專家沒有一個對在未來某個關頭使用微生物作為殖民化和地質工程的一部分提出反對意見。相反,他們對於那些聲稱我們即將從勘探階段過渡到殖民化階段並且我們應該開始動用我們的資源和微生物的言論感到惱火。

當我們到即將能夠把人類送上火星的時候,這場辯論將會變得異常火熱。

作者: George Dvorsky

FY: 咖喱星人

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