劉軍

微生物

日本進(jìn)行的一項(xiàng)太空實(shí)驗(yàn)顯示，某些類型的細(xì)菌可以在太空存活 3 年。這挑戰(zhàn)了人們對(duì)生命的存在需要嚴(yán)苛條件的假設(shè)，并且支持了“泛種論”假說(shuō)——該假說(shuō)認(rèn)為，地球的生命可能起源于隕石攜帶的微生物。研究成果發(fā)布在了《微生物學(xué)前沿》上。

這項(xiàng)太空實(shí)驗(yàn)隸屬日本 Tanpopo 計(jì)劃，該計(jì)劃旨在研究生命、有機(jī)物質(zhì)、地球粒子在星球之間的轉(zhuǎn)移。2018 年，一家航空器與國(guó)際空間站脫離，帶著一批特殊的“貨物”返回地球。這些貨物便是在太空生活了數(shù)年的菌落。作為返回地球的最后一批實(shí)驗(yàn)樣品，其分析結(jié)果備受期待。如果證實(shí)微生物可以在真空、強(qiáng)輻射環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間存活，這將大大推動(dòng)“泛種論”的發(fā)展：生命或許可以在星球之間通過(guò)搭乘小行星、彗星和太空塵埃來(lái)回轉(zhuǎn)移。

如今Tanpopo 團(tuán)隊(duì)有了最新研究成果，多種球菌屬細(xì)菌確實(shí)在太空中生存了3年以上。這種細(xì)菌以其不同尋常的能力聞名——可以承受高劑量紫外線輻射但是不會(huì)造成損傷，因此也被認(rèn)為是超級(jí)微生物。不過(guò)迄今為止，研究人員還不太清楚它是怎么做到這一點(diǎn)的。東京大學(xué)教授、Tanpopo 項(xiàng)目的首席科學(xué)家山岸明彥說(shuō)：“球菌屬細(xì)菌有多種機(jī)制可以讓自己在惡劣環(huán)境中生存下去。我們測(cè)試了若干種機(jī)制，發(fā)現(xiàn) DNA 修復(fù)能力對(duì)其在太空生存至關(guān)重要”。

作為 Tanpopo 試驗(yàn)的一部分，山岸明彥和他的同事們把干燥的細(xì)菌群落暴露在國(guó)際空間站之外的真空中，放置在一個(gè)實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)。當(dāng)干燥的細(xì)菌返回地球時(shí)，實(shí)驗(yàn)人員給菌群注水，他們發(fā)現(xiàn)，最外層的細(xì)菌由于高劑量紫外線輻射已經(jīng)死亡了，但它們保護(hù)了內(nèi)部細(xì)菌的DNA不至于受到過(guò)于嚴(yán)重的傷害，從而讓后者存活了下來(lái)。不論這個(gè)細(xì)菌群落有多厚，細(xì)菌基因的完整性從內(nèi)層到外層是遞減的。該團(tuán)隊(duì)此外還發(fā)現(xiàn)，埋在 0.5毫米之下的一個(gè)細(xì)菌顆粒在太空存活了 8 年。

航天器與國(guó)際空間站對(duì)接

這一系列發(fā)現(xiàn)對(duì)于支持“泛種論”的人來(lái)說(shuō)，絕對(duì)是好消息。該理論起源于上世紀(jì) 70 年代，支持者認(rèn)為，地球上的生命起源于銀河系中的微生物，它們通過(guò)星際隕石來(lái)到地球，從而進(jìn)化出生命。關(guān)于地球上生命的進(jìn)化，典型的解釋是，一堆有機(jī)分子在“原始軟泥”中互相碰撞，形成更復(fù)雜的分子，最終這些分子結(jié)合在一起形成像細(xì)菌這樣的單細(xì)胞生物，然后再進(jìn)化成多細(xì)胞生物。但是，根據(jù)科學(xué)家的進(jìn)一步了解，實(shí)際情況更復(fù)雜，而且難以解釋。

地球生命的進(jìn)化是斷斷續(xù)續(xù)的，期間有若干個(gè)波峰，但是波峰之間是長(zhǎng)期的生命進(jìn)化停滯。細(xì)菌大約出現(xiàn)在 35 億年前，并且是后來(lái) 15億年～20 億年的主要生命形式。接著出現(xiàn)了稍微復(fù)雜一點(diǎn)的真核生物，又支配了生命界 10 億年，最后才迎來(lái)寒武紀(jì)物種大爆發(fā)。為什么會(huì)有多個(gè)如此漫長(zhǎng)的停滯期？想要解釋它是棘手的。一種理論認(rèn)為，生命進(jìn)化的停滯期是被多次物種大滅絕打破的，這為新物種的產(chǎn)生創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。而信奉泛種論的人則認(rèn)為，早期生命是被一些偶然來(lái)到地球的地外微生物推動(dòng)的。泛種論者還認(rèn)為，撞擊地球的隕石可能帶有微生物或者基因片段，從而改變了地球生物進(jìn)化的軌跡。有人質(zhì)疑，隕石攜帶的微生物數(shù)量不足以引起整個(gè)地球生物進(jìn)化軌跡的改變。泛種論者對(duì)此解釋，如果這類隕石在銀河系普遍存在，那就是有可能的。而且在 40 億年前，地球遭受了大量隕石的猛烈轟炸，因此存在這種可能性。哈佛大學(xué)物理學(xué)家阿維·勒布說(shuō)：“巖石內(nèi)部的微生物，由于受到良好的保護(hù)，可以存活幾百萬(wàn)年?！崩詹歼M(jìn)一步指出，如果地球在那次隕石攻擊之前就存在生命的話，其中一些地球微生物也會(huì)在爆炸中離開地表，轉(zhuǎn)移到其他行星上。這聽起來(lái)很牽強(qiáng)，但是存在可能性。因?yàn)檠芯咳藛T已經(jīng)在地球上發(fā)現(xiàn)了來(lái)自火星的隕石，所以未來(lái)某一天，在火星上發(fā)現(xiàn)來(lái)自地球的隕石也并非不可能。

即便你不相信泛種論，Tanpopo 團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)也對(duì)“行星保護(hù)”的原則構(gòu)成了挑戰(zhàn)，該原則要求，在執(zhí)行行星飛行任務(wù)時(shí)，要避免對(duì)目標(biāo)天體和地球的污染。NASA 在發(fā)射火星探測(cè)裝置時(shí)，盡力確保不攜帶任何生物組織，他們不想在尋找火星生命的同時(shí)污染那里的原始環(huán)境。但是由于 Tanpopo 團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)，帶來(lái)了新的麻煩。特定的微生物確實(shí)可以在深空中生存很久，并且在沒有特殊保護(hù)的情況下完成星球之間的轉(zhuǎn)移。勒布說(shuō)：“任何毫米厚度的聚集體都是肉眼可見的塵埃，航空器在發(fā)往火星之前都會(huì)經(jīng)過(guò)清潔處理。而新的研究成果提示我們，還需要進(jìn)行滅菌操作。”2018 年，山岸明彥和他的同事用飛機(jī)和熱氣球進(jìn)行了多次高空試驗(yàn)，在 8 英里高的大氣層中發(fā)現(xiàn)了球菌屬細(xì)菌，這個(gè)高度要高于民航飛機(jī)的巡航高度。這并不意味著微生物能夠從地球逃逸，因?yàn)樗鼈儾⒉痪邆涮右莸厍蛞Φ乃俣?。但是，勒布在今年發(fā)表的一篇論文中指出，掠過(guò)地球大氣層的小行星和彗星，會(huì)帶走一些微生物進(jìn)入星際空間。

泛種論學(xué)說(shuō)并非主流，遠(yuǎn)未被科學(xué)界廣泛接受。但是，類似 Tanpopo 這樣的實(shí)驗(yàn)正在持續(xù)挑戰(zhàn)人們的固有認(rèn)知：生命的存在真的需要那么苛刻的環(huán)境嗎？（摘自美《深科技》）（編輯/萊西）