僅靠氫氣生存？地球冰川微生物，為我們提供了尋找外星生命的新方向

簡(jiǎn)介：冰川研究發(fā)現(xiàn)微生物可以在低溫氫環(huán)境中存活，不需要過(guò)去通常認(rèn)為的必要元素陽(yáng)光。預(yù)計(jì)2026年向泰坦發(fā)射的龍?zhí)綔y(cè)器或許有望在這顆表面溫度-290攝氏度的星球上找到生命。

生命是如何形成的？然后，如何存活并繁衍下去？天文學(xué)家數(shù)十年來(lái)一直在尋找這個(gè)問(wèn)題的答案，但他們只弄懂了謎題的一小部分。他們聲稱(chēng)：要了解生命是如何在我們的星球上形成的，我們必須放眼宇宙，從宇宙中尋找答案。

當(dāng)我們?cè)诓煌男行巧蠈ふ疑鼤r(shí)，我們不得不接受這樣一個(gè)現(xiàn)實(shí)：其他行星上的生命可能與地球上的生命，看起來(lái)并不完全相同。如果它們確實(shí)存在的話，火星、土衛(wèi)二恩克拉多斯、或者遙遠(yuǎn)的系外行星上面的外星生命，將在與我們完全不同的環(huán)境下繁衍生息。

一項(xiàng)新的研究表明，微生物，也許能夠僅依靠氫氣生存，而不需科學(xué)家們認(rèn)為的，生命的基本要素——陽(yáng)光。

當(dāng)涉及到在其他行星上尋找生命時(shí)，天文學(xué)家們只能將我們熟悉，并擁有生命的地球，作為模擬參考物。

因此，在尋找適合生命生存的環(huán)境條件時(shí)，他們會(huì)參考一些，被認(rèn)為對(duì)地球上的生命至關(guān)重要的元素。

為了適合生命的形成繁衍，一顆行星需要水、大氣層、能源，最重要的是，需要來(lái)自其母恒星的適量的熱量、輻射和光。

我們的太陽(yáng)系具有宜居性，部分原因在于母恒星太陽(yáng)的良好特性。

美國(guó)宇航局的卡西尼號(hào)飛船拍攝了這張土衛(wèi)六泰坦的照片，它是土星最大的衛(wèi)星。

這是一個(gè)冰冷的世界，被認(rèn)為可能具有適合生命的化學(xué)物質(zhì)。

（圖片來(lái)源：美國(guó)宇航局/噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室/空間科學(xué)研究所）

但這項(xiàng)新研究的團(tuán)隊(duì)成員認(rèn)為，其他行星上生命的形成和生存，可能不需要光。相反，他們的研究表明，生命也許能夠僅靠氫氣生存。

為了得出這個(gè)結(jié)論，他們測(cè)量了冰島南部冰川融水中的氫濃度。對(duì)比兩種情況：冰川融水經(jīng)過(guò)玄武巖巖石、和流經(jīng)碳基巖石，他們發(fā)現(xiàn)，前者融水中氫的濃度更高。

根據(jù)這項(xiàng)研究，由于融水與礦物表面相互作用——冰川接觸地球基巖表面時(shí)會(huì)發(fā)生這種情況——這個(gè)過(guò)程似乎產(chǎn)生了化學(xué)資源，微生物可以利用其，作為生存和繁衍所需要的能量。

因此，即使缺乏陽(yáng)光，微生物也能找到另一種存活的方式。

有趣的是，在這些微生物中看到的代謝途徑,反映了在其它極端環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的生命——盡管意義完全不同。它們與生活在酷熱或酸性環(huán)境中的細(xì)菌具有相同的特征，例如，存活于黃石國(guó)家公園大棱柱泉中的嗜熱菌。

大棱柱泉是另一種極端的環(huán)境，在這種環(huán)境中，生命找到了一種生存繁衍的方式——不需要所有通常的成分。（圖片來(lái)源：通用圖像組/蓋蒂圖像）

這些極端的生命形式，及其條件惡劣的聚集存活區(qū)域，促使天文學(xué)家在宇宙其它地方尋找生命。自從1992年發(fā)現(xiàn)第一顆圍繞非太陽(yáng)恒星運(yùn)行的系外行星以來(lái)，天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了，外星生命可能在其它星球繁衍生息的跡象。

到目前為止，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了4000多顆系外行星。少數(shù)存在于所謂的“金發(fā)區(qū)”——某顆恒星和某顆行星之間的空間，被認(rèn)為是生命誕生繁衍的理想?yún)^(qū)域。在我們自己的太陽(yáng)系中，離地球很近的地方，科學(xué)家們已經(jīng)在金星云團(tuán)中發(fā)現(xiàn)了磷化氫的跡象——這是其下層的生物化學(xué)方面的一個(gè)小暗示。在火星上，科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了水——水是生命的關(guān)鍵成分之一，就像陽(yáng)光一樣——這表明火星可能曾經(jīng)孕育過(guò)生命。

但這些僅僅是暗示。我們?cè)谄渌行巧?，還并沒(méi)有真的尋找到生命。

這項(xiàng)新研究背后的科學(xué)家認(rèn)為，如果生命能夠在冰島冰川中生存繁衍，那么在冰凍的系外行星上，類(lèi)似的環(huán)境中，也可能存活。很快，美國(guó)宇航局計(jì)劃發(fā)射“蜻蜓號(hào)”——一種小型直升機(jī)狀的飛船，它將掃描土衛(wèi)六泰坦的大氣層，搜尋生命信號(hào)。土衛(wèi)六泰坦，是土星衛(wèi)星中最大的一顆，其極寒表面的溫度達(dá)到-290華氏度?！膀唑烟?hào)”計(jì)劃在2026年發(fā)射，它將尋找包裹在泰坦冰中的生物信號(hào)——這些生物信號(hào)只有在生命體的作用下才會(huì)產(chǎn)生。

在缺乏光合作用的環(huán)境中，例如在早期地球上，或在當(dāng)代黑暗的地下生態(tài)系統(tǒng)中，生命是由化學(xué)能支持的。從地殼釋放的化學(xué)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如何、何時(shí)以及在何處，為化學(xué)合成生物圈提供燃料，是了解今天和過(guò)去的地質(zhì)時(shí)期中，生命分布和多樣性的基礎(chǔ)。當(dāng)水與礦物表面的活性成分（如硅酸鹽自由基和亞鐵）相互作用時(shí)，可生成氫（H2），它是一種強(qiáng)有力的還原劑。

這種礦物表面的活性成分，是由于冰川對(duì)基巖的物理粉碎，而持續(xù)產(chǎn)生的。在此，要說(shuō)明，富含鐵和硅酸鹽礦物的玄武巖冰川集水區(qū)的融水中，其溶解的氫濃度，比碳酸鹽巖為主的集水區(qū)的融水中，其溶解的氫濃度，要高一個(gè)數(shù)量級(jí)。與較高的氫（H2）豐度一致，玄武巖集水區(qū)的沉積物微生物群落，比之碳酸鹽集水區(qū)，具有明顯更短的時(shí)間，更快的純氫（H2）氧化和暗二氧化碳（CO2）固定的速率。表明在玄武巖集水區(qū)，適合使用氫（H2）作為還原劑。

含氫H2、二氧化碳CO2和三價(jià)鐵的玄武質(zhì)沉積物的富集培養(yǎng)，繁育了一個(gè)與鐵還原紅育菌相關(guān)的化學(xué)自養(yǎng)種群。其新陳代謝，以前被認(rèn)為僅限于（超）嗜熱菌和嗜酸菌。這些發(fā)現(xiàn)指出了物理和化學(xué)風(fēng)化過(guò)程，在產(chǎn)生，支持化能合成初級(jí)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)方面的重要性。 此外，還要說(shuō)明的是，基巖礦物成分的差異，能影響如氫（H2）等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)，繼而影響微生物群落的多樣性、豐度和活性。

BY: inverse

FY: 椒椒

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)布后聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請(qǐng)取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處