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举个栗子:“搭便车”的地球微生物能否在火星繁衍?

日报 举个栗子 2年前 (2017-12-31) 270次浏览 0个评论 扫描二维码

举个栗子:“搭便车”的地球微生物能否在火星繁衍?

“好奇号”向火星进发时,也顺便带上了一些不速之客,据美国航空航天局(NASA)估计,它携带了大约 27.8 万个细菌孢子。其实以航天器的标准来看,“好奇号”已经算是干净得一尘不染了。它所有的部件在上天之前,都经过消毒、擦拭和烘烤,并被小心地存放在无菌室里,以大幅减少它们携带的细菌。

举个栗子:“搭便车”的地球微生物能否在火星繁衍?

“好奇号”等火星探测项目是行星保护政策攻击的靶子,这些政策希望严格保护太阳系中可能孕育生命的地区。毕竟生物入侵已经成了地球上的一个大问题,而地球微生物可能对火星造成的影响仍然不甚明确。

这个问题的答案正在一点点被揭开。在最近的一个会议上,研究人员探讨了火星目前的可居住性。许多人描述了在模拟实验室中通过模拟火星的部分环境条件进行的实验。美国佛罗里达大学的安德鲁·舒尔泽(Andrew Schuerger)描述的一系列实验似乎最引人注目。火星恶劣环境的三大特点是低气压、低温和大气层极度缺氧而富含二氧化碳,但他的实验证明,这些对地球生物来说并不足以致命。实际上,即使在这样的条件下,一些微生物也不会就此进入休眠期,而是能够继续生长繁殖。

舒尔泽和他的同事——同在佛罗里达大学工作的维恩·尼克尔逊(Wayne Nicholson),还有其他合作者,一同收集了在“好奇号”表面、无菌操作室和佛罗里达州肯尼迪航天中心附近发现的 24 种微生物,以及 2 种能够在恶劣环境下生存的嗜极微生物。这些微生物中也有普通的品种,例如枯草芽孢杆菌和大肠杆菌。不过舒尔泽指出,液化沙雷菌(Serratia liquefaciens)是“实验的胜利者”。这是一种常见的细菌,能适应各种环境。

举个栗子:“搭便车”的地球微生物能否在火星繁衍?

即使保证气压和氧气,在零摄氏度以下,实验中的细菌大多数也都会休眠,这可是火星地表温度的上限。然而液化沙雷菌脱颖而出,不仅战胜了低温,还在实验模拟的低压和高二氧化碳的环境中存活了下来。二氧化碳是火星大气的主要成分,并且火星上的大气压只有 7 毫巴(地球上海平面处的大气压约为 1000 毫巴)。今年 1 月,研究人员在《宇宙生物学》期刊上发表了这个实验结果。

液化沙雷菌经受了三重恶劣环境条件的综合考验,其他细菌也并未因此而死,它们只是保持休眠。舒尔泽说:“恶劣的环境并没有杀死其中的细菌。”如果让这些细菌回到普通的实验室环境,它们都会恢复生长。

另一项研究发现,已经适应了低温环境的细菌更容易适应火星环境。去年 12 月,舒尔泽、尼克尔逊和同事在《美国国家科学院院刊》上发表论文,指出从西伯利亚永久冻土中分离出的细菌能在类似火星的环境中生长繁殖。这些细菌属于肉食杆菌属,尤其适合在低气压条件下生长。舒尔泽说:“在零摄氏度、压强 7 毫巴的二氧化碳中,它们比在压强 1000 毫巴的二氧化碳或同压强的氧气中生长得更好。”

然而,并不是只有来自恶劣环境的细菌能够在类似火星的环境中生长繁殖。舒尔泽在会议上分享了他未发表的第一手资料,这些结果表明,低压环境能够促进某些微生物的生长,但出人意料的是,这些微生物来自于人的唾液。在低温和二氧化碳气体条件下,来自唾液的细菌无法在类似地球的大气压强下生长,但是在模拟火星环境的 7 毫巴大气压下,“这些耐低压的微生物就开始蓬勃生长了”。舒尔泽在一封邮件里表示,他们还没有确定在低压下生长旺盛的具体是哪种微生物,但“你肯定无法想象,居然能在人的口腔里找到这么奇特的细菌”。

即使一些细菌适宜在和火星相似的压强、温度和大气条件下生存,这也远远不足以证明地球生命能在火星上生存。舒尔茨和同事总结出了火星上可能扼杀生命的 17 个环境条件,低压、低温和低氧不过是其中 3 条。先前的两个研究都没有考虑另外两个重要的条件:紫外线辐射和火星地表的极度干燥。地球大气中的臭氧层能够阻挡紫外线辐射。舒尔茨指出,如果忠实模拟火星的干燥环境,细菌培养基的质量会大大下降。他说:“为了进行这些实验,我们不得不尽量减少水分蒸发。”

回头想想“好奇号”火星车和飞行器上发现的成千上万个孢子吧。似乎这些研究成果还不足以证明,“好奇号”火星车的着陆点会被地球生命污染。舒尔茨说,在“好奇号”着陆火星的前一两天,直射或反射的太阳光可能就杀死了火星车表面的细菌。他还补充道,在着陆点盖尔陨坑(Gale Crater)附近,也不太可能发现幸存者的踪影。“即使紫外线辐射没有杀死火星车外壳或者轮子上的细菌,即使这些‘偷渡者’扩散了,盖尔陨坑附近极度干燥的环境也应该足以阻止它们的繁衍生息。”(作者:约翰·麦特森(John Matson)是《科学美国人》的助理编辑,主要关注天文学、物理学和数学;翻译:戚译引)


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