地球大氣中的微生物 可以幫助我們找到外星生命嗎?
2021年01月07日09:29
非洲上空的國際空間站看到的雲層,攝於2017年。
非洲上空的國際空間站看到的雲層,攝於2017年。

  1月7日消息,據國外媒體報導,如果你感到孤單的話,別難過。在你頭頂幾萬英呎的高空,漂浮著無數微小的生物,它們正陪伴著你。

  隨著科學家對這些高空漂浮的生物的瞭解越來越多,以及逐漸弄清楚它們跟地球表面的相互作用之後,科學家們開始懷疑,這樣的生命或許也存在於金星大氣或其他外星球大氣中的猜想,究竟是否合理。

  大衛·史密斯是NASA在加州的埃姆斯研究中心的一名研究員,專門研究大氣生命。12月14日,在美國地球物理協會年度秋季會議的一次虛擬圓桌討論會中,史密斯說:“我們用NASA的飛機和氣球進行采樣,不管是在哪裡采樣,我們都可以在樣本中發現微生物的生命特徵。”

  到目前為止,地球大氣中的生命似乎都是微生物,並且好像都是巧合,且與地球表面的生命息息相關,而不是一個獨立的生態系統。當地球大氣與地面接觸時,這些微小但強壯的生物被揚起,然後經過一系列過程,被帶進大氣層的下層。

  “基於我們已經知道的信息,這些微生物只是大氣層中的過客。”羅格斯大學的微生物學博士候選人凱文·狄龍在討論中說道,“大氣層對於微生物來說,就像高速公路一樣,微生物在大氣中自由漂浮,有時還可以躲進雲層搭便車。”

  微生物最終會落在兩個大氣層中。埃姆斯研究中心的研究科學家戴安娜·金特里在討論中說,在對流層低層,微生物很大程度上面臨著被“風乾”的危險。這時候,雲層就可以體現出它的優勢。

  “如果被風揚起,懸浮在大氣中的話,微生物可能會很快流失所有水分。”金特里說,“因此,較低的雲層具有明顯優勢——它們就好比微生物的流動補水站。當微生物在大氣中漂浮時,雲層可以幫助它們保持濕潤。”在對流層中,有些微生物甚至可以正常生存。

圖中顯示了十多年來全球雲層的分佈,由NASA的Aqua衛星拍攝。
圖中顯示了十多年來全球雲層的分佈,由NASA的Aqua衛星拍攝。

  與此同時,在更上層的平流層,環境更加惡劣,微生物需要面對更乾燥、甚至酸性更高的環境。在這裏,微生物通常會蜷縮起來,進入休眠狀態,等到回到地球表面的時候再甦醒過來。當然,有的微生物會在這裏死去,有的在被捲入大氣層之前已經死去。

  到目前為止,即便是在最理想的情況下,僅僅是為了生存,大氣微生物已經用盡了力氣。史密斯說:“事實上,我們剛剛才開始瞭解微生物從地球表面進入大氣層的這個過程。它們能在大氣中漂浮多長時間、漂浮期間它們會不會進行一些有意義的活動或者生長和繁殖等,對於這些問題,我們仍然沒有答案。研究地球的大氣層,我們還有很多工作要做。”

  但是,就好比海底熱液生物群落的發現,讓宇宙生物學家不由得開始猜想,在冰凍衛星的深處是否也蘊藏著生命一樣,如今科學家也開始猜想,地球上的極端大氣生命是否可以作為一個模板,用來確定太陽系的其他地方是否也有類似的生命存在。

  太陽系中的生命

  當然,地球大氣中的生命已經面臨各種各樣的不確定性。而在地球之外,它們更是只能在大氣層中繁衍。

  一個關鍵約束條件是,儘管我們已經充分瞭解地球表面是微生物生存的天堂,但是太陽系中其他行星的表面環境對已知的生命形式十分不友好。哪怕在遙遠的過去,這些地方可能適宜生命居住,但現在則不然。例如,在金星上,一個可能有生命存在的地方是金星的大氣層。有些科學家認為,金星上的環境既炎熱又酸性高,但是在48公里到60公里的高空,那裡的液滴可以作為潛在生命的避風港。

  這種殘酷的條件也意味著,在金星這樣的星球上,任何生命形式一輩子都只能生活在大氣層中,而不像地球上的微生物,只是去大氣層遊走一番。這樣的“一輩子”意味著科學家們必須弄清楚一些問題,比如說,微生物漂浮在大氣中時是否可以繁殖。

  金特里指出,重力也會不斷地將可能存在的微生物拖曳出舒適的大氣層。她說:“大氣層中的生命面臨的一個獨特挑戰是,因為它們在空氣中漂浮著,所以在重力的影響下,總會有生命不斷流失。任何生命如果想要在大氣環境中長期存在,它就必須得能夠快速地繁殖,以彌補損失的生命。”

  接下來,還有水的問題。地球上的雲層很特殊:它們是太陽系中唯一一個主要由水蒸氣構成的現代大氣雲層,因此科學家也更有希望在這裏尋找到生命。然而,金星上的雲層主要由硫酸構成。火星則被濃濃的二氧化碳籠罩著。海王星的衛星海衛一上的雲層都是氮氣。雖然這些都十分神秘,但沒有水也確實是一個難題。

  金特里說:“宇宙生物學的一個重要主題是‘哪裡有水,就去哪裡’,因為已知的類似地球的生命,都離不開水。又因為其他雲層都不是以水為主的雲層,所以令我們感興趣的地方也跟以水為主的雲層不太一樣。”

  太陽系之外

  就好比地球是研究太陽系內其他星球的參考模板一樣,太陽系內的其他鄰居星球,也為我們研究其他恒星系統提供了參考原型。相比於先進的航天器所能抵達的太陽系內行星,系外行星則隱藏在各自恒星的光芒之內。

  事實也證明,即便是在地球上,尋找大氣中的生命也不容易。史密斯說:“每次我們穿過雲層,收集雲水樣本時,我們都可以從中找到強烈的地球生命跡象。然而,我們就是無法遠程觀測到這些生命跡象。我們知道雲層中存在生命,但我們沒有足夠敏感的儀器,可以去檢測其中的生命跡象,除非收集實際的雲水樣本。”

  所以,不要期待科學家們能夠在不久的將來宣佈,他們在其他星球的大氣層中發現了生命跡象。

  馬里蘭州約翰霍普金斯大學應用物理實驗室的行星科學家諾姆·伊森博格說:“證明系外行星上有生命存在,極其困難。”

  但是,伊森博格補充說,這並不能阻止我們去猜想,有外星生命的存在。

  “如果金星上可能存在生命,那麼,其他和金星類似的星球上也就有可能有生命存在。”伊森博格說,“如果地球上有生命,那麼,其他和地球類似的星球上也可能會有生命存在。”(勻琳)

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