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國際空間站。圖片來源：論文

來源  Wired

作者  Daniel Oberhaus

翻譯  王千玥

編輯  魏瀟

2018 年，一艘載有著在太空環(huán)境生存多年的菌落的飛船駛離了國際空間站。這些菌落是日本太空生物實驗任務(wù)——“蒲公英”計劃（Tanpopo mission）送回地球的最后一批樣品。這一任務(wù)旨在研究太空環(huán)境對簡單生物的影響，假如微生物在真空環(huán)境下依然能夠長期存活，那么這對宇宙胚種論（panspermia）的支持者來說無疑是個福音。畢竟，這種猜想生命可以隨著流星、彗星及太空塵埃在不同星體間移動的假說一直飽受爭議。

幸運的是，真的有微生物存活下來了。8 月 26 日，“蒲公英”計劃的研究團隊在國際期刊《微生物前沿》（Frontiers in Microbiology）上發(fā)表論文，詳細解釋了多種異常球菌屬（Deinococcus）的細菌是如何在惡劣的太空環(huán)境中頑強存活整整 3 年的。這類細菌以其抵抗高強度紫外線來防止基因損傷的非凡能力而著稱，而這也使它與水熊蟲一樣被稱為“極端微生物”。然而，研究人員還不清楚異常球菌具體是怎么做到的。

“異常球菌可以通過幾種不同的機制在嚴(yán)峻的環(huán)境下存活下來，”“蒲公英”計劃領(lǐng)銜科學(xué)家、日本東京藥科大學(xué)教授山岸明彥（Akihiko Yamagishi）介紹，“我們檢測了不同機制，發(fā)現(xiàn)與其他機制相比，這種細菌的 DNA 修復(fù)系統(tǒng)對在太空環(huán)境中生存至關(guān)重要?！?/span>

作為“蒲公英”實驗的一部分，山岸和他的同事在空間站外部的實驗艙內(nèi)將 3 種不同的已脫水的異常球菌菌落暴露在太空的真空環(huán)境中。當(dāng)研究人員在菌落返回地球后再次將其水化，發(fā)現(xiàn)菌落最外層的菌已經(jīng)被高強度紫外輻射殺死了。然而，死菌層對內(nèi)層細菌的 DNA 起到了保護作用，使它們能存活下來。當(dāng)然，無論菌落有多厚，隨著在太空中暴露時間的推移，完好無損者的細菌基因數(shù)仍在逐漸下降。不過，研究團隊的結(jié)果顯示，只有 0.5 毫米深的一小塊菌落最多可以在太空中存活 8 年。

負責(zé)將細菌暴露在外太空的日本宇航員 Yugi。圖片來源：論文

這樣的結(jié)果對宇宙胚種論（panspermia）的支持者來說是個好消息。這一假說于上世紀(jì)七十年代被提出，認為生命來自銀河系外，依靠附著在太空隕石上的微生物在星際間傳播。這個假說與生命起源的主流觀點背道而馳。然而，宇宙胚種論最早的支持者之一、數(shù)學(xué)家 Chandra Wickramasinghe 卻認為，這一假說可以解釋多個地球生命起源的棘手問題。

典型的主流觀點認為，地球上的生命是由非生命物質(zhì)經(jīng)過長期演化而來的。著名的 “原始湯” 實驗就是支持這一觀點的有力證據(jù)?？茖W(xué)家們推測，最初的生命在原始火山巖周圍的熱泉口誕生。熱泉口處的有機分子在有利的反應(yīng)條件下形成更復(fù)雜的分子，最終這些分子相互結(jié)合形成類似細菌的單細胞生物。單細胞生物進化為更復(fù)雜的多細胞生物，進而逐漸演化成現(xiàn)在多樣的物種。然而，地球生命的進化往往是間斷性的。在漫長的物種穩(wěn)定期之間，物種進化史上曾出現(xiàn)兩次短暫的物種大爆發(fā)。40 億年前細菌誕生后，它們主宰了地球 20 億年。之后，更加復(fù)雜的單細胞真核生物成為主要物種，這種情況又持續(xù)了 10 億年，直到更復(fù)雜更高級的物種相繼出現(xiàn)。

想要解釋這種漫長的進化“平臺期”很有挑戰(zhàn)性。一種解釋認為這些時期是被物種大滅絕事件打斷的，而物種大滅絕則為物種分化創(chuàng)造了條件。宇宙胚種論的支持者則認為，地球獨特的進化史可以用早期生命來自外星微生物這個理論來很好地解釋。

胚種論中的 lithopanspermia 理論認為，小行星和隕石在撞擊地球時可能攜帶了一些原始生物，或者可以改變這顆行星上的生命進化軌跡的基因材料。單個到達的小行星攜帶細菌的量或許不足以改變整個行星的進化史。但是如果這類富含生物材料的隕石普遍存在于銀河系內(nèi)的這片空間，那么地球 40 億年前經(jīng)歷的大碰撞應(yīng)該很有可能改變了地球的生命進化軌跡。雖然這是個大膽的假設(shè)，但確實存在支持它的證據(jù)。哈佛大學(xué)物理學(xué)家 Avi Loeb 指出，“數(shù)據(jù)計算表明，當(dāng)深藏于巖石中免于太空的強輻射時，細菌可以存活上百萬年 ?！?/span>

圖片來源：astronomytrek.com

有趣的是，數(shù)據(jù)模擬顯示生命或許還有別的進化軌跡。如果幾十億年前地球被小行星劇烈撞擊時已經(jīng)有生物在繁衍生息了，那么一些地球上的微生物或許會被隕石猛烈的沖擊力撞出地表，最終伴隨隕石或小行星來到太陽系的其他行星上。這聽起來或許有些不切實際。但既然研究人員曾在地球上發(fā)現(xiàn)過來自火星的巖石，Loeb 認為我們有理由期待某天可以在火星上找到來自地球的古老巖石。

因此，我們有可能都是火星人。同樣地，假如 NASA 可以在火星上發(fā)現(xiàn)生命，那么根據(jù)宇宙胚種論，那里的生命也有可能源于地球。而推斷生命的起源地將是在這之后的一個巨大挑戰(zhàn)。不過，還是有一些判斷依據(jù)可以參考。比如，地球上所有 DNA 雙螺旋都朝一個方向扭轉(zhuǎn)。所以，如果火星生命 DNA 螺旋方向與地球相反，那么可以確定這個生命獨立誕生于火星，而非地球。

即使你不買宇宙胚種論的賬，Loeb 表示“蒲公英”團隊的研究成果仍對行星保護有重大意義。為了確保太空飛船在飛往火星的途中不攜帶任何來自地球的生物，包括 NASA 在內(nèi)的很多航天機構(gòu)遇到了不少麻煩。為了搜索微弱的外星生命信號，他們不想干擾原始的搜索環(huán)境。但是現(xiàn)在山岸和他在日本的團隊已經(jīng)揭示，某些細菌可以在沒有外界保護的情況下存活足夠長的時間來進行星際旅行。

“為了消除生物物質(zhì)，我們在為探索火星的任務(wù)做準(zhǔn)備時，所有毫米級肉眼可見的雜物都會從表面移除，” Loeb 強調(diào)，“這些研究結(jié)果提醒我們在發(fā)射航天器去其他行星搜索外星生命前，給飛船消毒殺菌有多么重要?！?/span>

2018 年，山岸和他的同事利用飛機和氣象氣球在地球開展了一系列高海拔試驗。在大氣層上方，高達 1 萬 3 千米的地方，他們發(fā)現(xiàn)了異常球菌的蹤跡。雖然這個高度已經(jīng)遠遠超過了民航客機的飛行海拔，但這并不意味著這些頑強的微生物已經(jīng)從地球飄到了外太空。因為微生物菌落在風(fēng)中漂浮的速度還不足以讓它們逃離地球重力的牽引。不過 Loeb 在他今年發(fā)表的一篇論文中曾提到，就像打水漂時石頭在水面跳躍會沾上少許水一樣，高速飛行的小行星和彗星在掃過地球大氣層時，很可能會帶上大氣層中的微生物并把它們帶到星際空間中。

雖然宇宙胚種論依然飽受爭議，并未被科學(xué)界廣泛接受。但是，類似“蒲公英”計劃中的實驗在不斷挑戰(zhàn)著人們對于生命起源的認知，質(zhì)疑著科學(xué)家關(guān)于生命形成必要條件的假設(shè)。

論文信息：

DNA Damage and Survival Time Course of Deinococcal Cell Pellets During 3 Years of Exposure to Outer Space. Kawaguchi Yuko, Shibuya Mio, Kinoshita Iori, ..., Yamagishi Akihiko. Frontiers in Microbiology. 2020.

https://www.frontiersin.org/article/10.3389/fmicb.2020.02050