科学家们在其它恒星周围找到了越来越多的行星,并且谋划着探索我们自己的太阳系边缘的任务,与此同时,研究者把目光投向了地球上的极端环境,以便对别处的严酷条件下可能存在什么样的有机体寻找线索。
地球上几乎每一处都已经被生命所占据。在滚烫、酸性的热池中,在最干燥的沙漠里,在黑暗、高压的海洋深处,都可以找到生命。在刺骨的两极地带和有毒废物中,生命也找到了立足之境。
“地球上的生命已经涉足所有可想象的——某些情况下几乎不可想象的——生态环境。”美国图森市亚利桑那州大学的Chris Impey说。
这些坚韧的有机体的存在本身暗示了生命可能在火星寒冷干燥的气候中、木星的卫星欧罗巴冰冻酸性的条件下,或者我们太阳系以外无数其它地点生存。
下面隆重推出几个地球上最强悍的有机体——当然标准的设立仍有待探讨。
有些喜欢炎热
蒸汽缭绕的热池和海底滚烫的热液喷泉为喜好热量的极端主义者提供了温暖舒适的生存环境。
这些“嗜热生物”能制造在高温下仍能保持稳定的酶。其中有一些已经被分离出来并应用在从洗涤剂到食物生产的方方面面。
生命所能承受的温度上限已经被广泛接受为113摄氏度,这归功于一种叫做延胡索酸火叶菌的微生物。这种微生物是于1997年,在大西洋洋面以下3650米处的一个热液喷泉中发现的。
然而,在太平洋2400米深处,一个叫做非常大酒店地区的喷泉中采集到的一种微生物,已经提高了价码。
科学家们声称,在一个用来给医疗器械消毒的高压锅里,121摄氏度高温长达10个小时的攻势下,它幸存了——而且进行了繁殖。研究者把温度调高到130摄氏度后,才终于杀死了这种强悍的微生物。这种微生物与延胡索酸火叶菌属于同一科,它获得了一个叫做“菌种121”的临时名称。
火星上可能一度存在热液喷泉,而欧罗巴冰盖下的海洋里,可能仍然存在着热液喷泉,一些科学家说,这使得它们成为搜索地外生命的首要目标。
冰冷舒适
两极的极寒之地和最黑暗的海洋深处居住的一些有机体喜欢来点像模像样的冰爽。
其中有一些是细菌,或者是与之类似的叫做古菌的单细胞有机体,但一些叫做隐藏岩内生物的地衣以在南极岩石的空隙中殖民的方式玩起了极端。另外还有一种造成红色的“雪藻”的水藻——“雪藻”现象最早曾被亚里士多德描述过。
喜欢寒冷的有机体被称为嗜寒生物,它们有着在很低的温度下也不会变硬的特殊的细胞膜,有一些还会产出一种蛋白质防冻剂。
很难确认生命的低温极限,研究寒冷、干燥环境中的生命的NASA(美国航空航天局)科学家Chris McKay说。这是因为当水银柱跌落,生长也随之变缓——直到几乎无法测出的程度。
人们已经了解,零下12摄氏度的环境中仍有微生物生长,而温度在零下20摄氏度时,依然有微生物幸存。而一些研究表明,一种叫做Colwellia psychrerythraea菌种34H的细菌可以忍受零下196摄氏度低温,这是液氮的温度。
对喜欢寒冷的地球有机体的研究格外有价值,McKay称,因为“太阳系中可能支持生命的所有地方”——比如火星和欧罗巴——“都是寒冷冰封的。”
地球之盐
尽管名字有个“死”字,死海中却的确有生命。作为地球上最咸的水体,死海的水比海水还要咸八倍,但是仍然有一些微生物在其中欣欣向荣。科学家对其中一种叫做Haloarcula marismortui的进行了研究,发现它有一种特殊的蛋白质,可以保护其免受盐的侵害。
科学家推断说,任何生存在火星上的微生物必须与地球上的嗜盐生物有某些类似之处,才能够从容应对那颗行星的高盐度。
然而机遇号探测器最近的探索结果却令一些科学家声称火星可能咸得无法支持任何生命了。机遇号刚刚发现了可能是咸水残留物的硫酸镁沉淀。
然而另外一些科学家说这个结论还言之过早,McKay说火星上可能有些区域对生命不那么有害。“不可能到处都太咸。”他对《新科学家》说。
酸性试炼
能够将人体腐蚀干净的酸性热泉和间歇泉对一些有机体失去了作用,这些有机体在来自矿井的酸性径流中也能够安居乐业。
已知最极端的嗜酸生物是一类叫做嗜酸球菌属的微生物。它们在pH值为0.7时依然茁壮,而当pH值降到足以清洗下水道的0时,它们还能够生长。火星、欧罗巴和金星的云层都被认为是酸性环境,因此地球上的嗜酸生物激起了科学家们在其它地方寻找生命的兴趣。
根据科学家对冰面若有若无的反光的研究,欧罗巴的冰盖很可能是过氧化氢强力混合物,是pH值接近0的强酸。如果表层的酸是来自下面的海洋,那海洋里的任何生命都必须很强悍。
嗜碱怪客
世界上碱性最强的环境是碱湖,其pH值可高达12,和氨水相当。一些微生物很享受这种碱性环境,其中包括最早于20世纪80年代从埃及和肯尼亚的碱湖里分离出来的盐碱古菌。
碱性物质可以接受质子(原文如此,疑为电子),而酸则会释放质子。因为碱性环境破坏细胞,所谓的嗜碱生物通过细胞膜大量吸收质子以降低其细胞内部的pH值。
根据美国航空航天局勇气号探测器对矿物质的分析,火星上有些地方——比如古瑟夫撞击坑——和地球上的碱湖差不多。这一撞击坑是由几百万年之前一颗陨石的撞击形成的,如果当时这颗星球上有水,这些水可能已经聚集到了撞击坑里,使其变成一个蒸发湖。
深沉惬意
最近,纽芬兰岛海岸的海床之下1.6千米深处取出的砂心泥中,发现了活着的细胞,其中很多是热球菌纲火球菌属的古菌。尽管它们代表着海床之下发现的最深的生命,在大陆上却在地表之下更深处发现过很多类型的微生物。地表之下5公里的地下水中也发现了微生物群落。科学家认为更深处还有生命——一直深到生命无法忍受地热的温度。
甚至海洋的最深处,太平洋关岛海面下11公里处的玛丽亚娜海沟,也存在着生命。海沟中提取出的泥中生存着细菌、真菌和叫做有空虫类的原始单细胞有机体。探索这一地区的无人潜水艇拍摄的录像捕捉到了海沟中的海参、蠕虫和虾,而此处的压力足以将人体压垮。
干燥透顶
在地球上最干燥的地方,南美洲延伸接近1000千米的阿卡塔玛沙漠,一个世纪只下几次雨。因此电影人将其作为火星的替代物,美国航空航天局在其中测试用于在寒冷干燥的星球上的仪器就不是巧合了。
在阿卡塔玛沙漠中发现了拟色球藻属细菌等微生物。但在其干燥的中心地带,“最终我们认为会找到干燥到无法支持生命的环境。”McKay说。
水被认为对生命是至关重要的,因为水是营养物渗入细胞以及废物排出的媒介,也是关键新陈代谢反应的溶剂。
火星尽管看起来干燥无比,在过去其实可能是有液态水存在的。而且有些研究者称液态水可能会定期形成于行星地表之下——由此可能为生命的生存提供了足够的立足点。
垃圾生涯
对于一些微生物而言,没有什么比生活在充满了锌、砷和镉之类的重金属的有毒淤泥中更加惬意的。在危险重重的废料中,在尾矿中,它们以金属为食,日子过得欣欣向荣。例如,地杆菌能将溶解的铀转化为固体形态,因此它可以用来清理被污染的地面。
喷薄生命
令人难以置信的是,耐辐射球菌可以忍受剂量相当于人体致死量2000倍的电离辐射,从而成为了已知最抗辐射的有机体。一次那样的轰击会将这种细菌的染色体击碎,但是几个小时后,它便可以自行复原。在那些没有厚厚的保护性大气层的星球,比如火星上,这种对辐射的防御机制估计会非常重要。
而且这还意味着生命有可能会穿越太空而幸存下来。这也为一种叫做有生源说的概念提供了可能性,这一概念认为地球上的生命是由小行星带来的。另外,这还表明地球上的生命可能会经由撞击产生的碎屑降落到其他行星或者卫星,当然它们能否在这些天体上生存就是另一回事了。
寿与天齐
微生物可以生存很多很多个千年,尽管科学家仍在争论究竟多长。
2007年,从西伯利亚、加拿大西北部,以及南极提取的冻土中分离出了活着的细菌,估计这些细菌已经存活50万年之久。
还有报道称有的微生物在某种假死状态下活得更久。1995年,研究者称他们复苏了封在琥珀中至少2500万年之久的一只蜜蜂消化道中的细菌。
2000年,科学家们做出了一个更加令人震惊的宣布——他们复活了有2亿5000万年之久的被称为二叠纪杆菌的细菌。该团队说,在2亿5000万年之前,一颗盐的结晶形成时,一滴水中的细菌孢子被包裹进去。但其他一些科学家不以为然,他们认为水经常可以在盐的沉积物中流动,从而可能使年代更晚些的细菌污染了古代的盐结晶。
这些报告仍有争议,但即便如此,不断增长的长寿微生物名单使得科学家对于太阳系其它地方存在生命心存希望。
这种坚韧性在火星上尤其关键,因为火星在其45亿年的历史中,大部分时间似乎是寒冷而干燥的,然而有时候却变得宜于生命的存在。
比如,这颗行星的自转轴的方向以大约50000年的周期摇摆。太阳由此会使其两极增温,可能会在冰盖和矿物质平原之间形成薄薄的一层液态水。两极冰川中任何休眠的细菌便有可能在这相对温和的时期茁壮成长。