微生物能否在火星表面存活?冰晶或能支持其生存

2020-12-06 IT之家

北京時間10月4日消息，據國外媒體報導，在NASA甘迺迪航天中心的太空生命科學實驗室中，科學家搭建了一顆微型火星。這一模擬環境將幫助科學家分析在火星上尋找生命的前景。

科學家正在研究藉助太空飛船到達火星的微生物該如何在火星上存活、繁殖、甚至適應嚴苛的外星環境。此外，新研究的重點是模擬現代火星上可能有微生物存活的地點，如地表附近含有暫時性、或永久液態水的部位。

例如，火星上活躍的「季節性斜坡紋線」（Recurring Slope Lineae）便可能儲存著液態水。這些紋線如同陡峭石坡上神秘的黑色手指，呈季節性增減。一些研究人員認為，它們說明目前的火星地表下方存在季節性鹽水流。但也有人不贊同這一觀點。目前該說法仍處於爭議當中。

條件與組合

佛羅裡達大學植物病理學專業的安德魯·舒爾格（Andrew Schuerger）正致力於研究微生物是否能在冰冷的火星上生存與繁衍。

在太空生命科學實驗室中，舒爾格的微型火星模擬了火星表面環境的五點特徵：高強度紫外線輻射、火星大氣所含氣體、低溫、低壓、以及空中的塵埃濃度（從超級清新到沙塵暴級別不等）。

「15年來，我們用這五種條件和它們的排列組合開展了多次實驗。」舒爾格表示。

舒爾格的實驗室中有一些裝著模擬火星土壤的容器，模仿了太空飛船降落火星後面臨的狀況。此外，這裡還有一些來自地球上極端氣候區的土壤，如南極、北極、西伯利亞、智利阿卡塔瑪沙漠和阿爾卑斯山等。實驗室中四處放置著顯微鏡、乾燥器、恆溫箱等裝置，還有各種各樣的化學試劑。

綽號「太空人艾比」（Astronaut Abby）、一心想登上火星的艾比蓋爾·哈裡森（Abigail Harrison）也通過韋爾斯利女子學院的暑假實習項目參與了舒爾格的研究，考察液化沙雷菌（Serratia liquefaciens）在火星環境下的生長情況。

「我對這項工作抱有很大的熱情，不斷迎接挑戰、解決謎題、尋找答案。」哈裡森說道，「我想親自在火星上四處行走，採集樣本，考察那些難以發掘的地點。」

佛羅裡達大學植物病理學專業的安德魯·舒爾格利用NASA甘迺迪航天中心的火星實驗室模擬了多種火星表麵條件。

滅菌因素

舒爾格和同事們在之前開展的研究中確認了31種或能在火星表面生長的地球細菌，但有一些關鍵條件：這些微生物必須避開火星上的滅菌因素，如紫外線輻射等，並且微生物需要生活在穩定、溼潤、富含營養物的環境中。

「這句話中有許多限定條件，」舒爾格說道，「但如果你要問：『火星表面真有這樣的地方嗎？』答案是『或許真的有。』」

舒爾格指出，對於他們找出的細菌而言，火星大部分地表要麼太冷、要麼太幹，要麼既冷又幹。但如果在穩定環境中待10天以上，上述31種細菌中的部分細菌便有生長繁殖的可能性。「所以這不無可能，但必須持續提供適宜的環境。」

圖為艾比蓋爾·哈裡森正在照料實驗室中的一臺冰櫃。她是一名太空生物學家，正在研究微生物在火星環境下的生存狀況。

生生不息

但火星表面什麼地方才能長時間儲有穩定的液態水呢？

「季節性斜坡紋線也許就是這樣一處地方，」舒爾格指出。一些科學家認為，季節性斜坡紋線可能由從斜坡上緩緩流下的鹽水形成。

「這是我們下一個項目的主題：在火星條件下重建這些紋線的地質化學成分。我們希望在接近火星表面的真實地質化學條件下培育31種細菌中的任意一種。」

其它選項

火星地表附近的鹽或冰晶或許也能支持微生物生存。舒爾格指出，這些晶體可以在填滿液體的狹小空間內保持一個適宜微生物生存的環境，名為包含體（inclusion）。包含體中可能含有能夠存活的細胞，也許來自太空飛行器，也許源自火星本土。

舒爾格表示，除上述選項之外，我們還可以深入火星南半球的巨大撞擊坑——希臘盆地（Hellas Basin）。此處的大氣壓比別處稍高，溫度變化範圍也比其它地方更適合液態水的長期穩定儲存。此外，火星的地下巖洞也可能滿足條件。

「但如果有人問我，我會到哪裡尋找火星生命，我會不假思索地回答：藉助火星漫遊車，前往季節性斜坡紋線所在地開展樣本採集任務。」舒爾格說道。

保障科學性

然而，接近這些紋線所在地也存在一定問題。

任何靠近紋線所在地的太空飛行器必須進行徹底消毒，原因有兩點：「我們不能用地球上的生物汙染這些紋線，否則就無法確定哪些微生物是火星上原本就有的。」舒爾格指出，「我們必須保障研究的科學性。此外，可能存在液體環境的考察點尤其不能汙染。地球上只要在有液態水的地方，生命總能想方設法將其攻佔、進行繁殖。」

「因此火星上有些地區是很特殊的，必須嚴加保護。我絕對支持這一做法。」舒爾格說道。

圖為甘迺迪航天中心裝有實驗中所用模擬火星土壤的罐子。

模擬裝置

舒爾格拿到了NASA行星保護實驗室一筆為期四年的撥款，正準備開始新一輪火星研究，包括在實驗室中模擬季節性斜坡紋線等。

在舒爾格看來，這些紋線所在地也許是火星上最容易前往探索、也最可能存在液態水環境的地方。

「我們正在打造一套精確的季節性斜坡紋線模擬裝置，配有合適的地質化學成分、接近真實情況的土壤、紫外線輻射、熱紅外條件、以及冷凍和解凍周期等。」舒爾格表示。

最終，科學家也許能在季節性斜坡紋線所在處培育出微生物，也許將無功而返。

「如果微生物無法在其中生長，」舒爾格說道，「那麼下一個問題就是：『為什麼它們無法生長？導致微生物無法在紋線模擬裝置中生長的關鍵原因究竟是什麼？』」

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