南極冰下湖之謎

編譯 林聲

“俯瞰這個(gè)項(xiàng)目，就好像是在一個(gè)以前從來沒有到過的外星球上工作一樣，不知道下面等待我們的將是什么。”

2012年2月，國(guó)內(nèi)外媒體紛紛報(bào)道：經(jīng)過20年的鉆探，一支俄羅斯科考隊(duì)即將鉆透4000米冰層，一個(gè)水下機(jī)器人即將抵達(dá)著名的南極冰下湖——沃斯托克湖(Lake Vostok)的水面。

上世紀(jì)末，俄羅斯和英國(guó)科學(xué)家在南極沃斯托克考察站附近的冰下發(fā)現(xiàn)了地球上最大的冰下湖——沃斯托克湖，面積達(dá)14000平方千米，被封存在冰蓋之下約4000米處，與世隔絕至少1500萬年。科學(xué)家說，這是一個(gè)超大的凈水系統(tǒng)，預(yù)計(jì)有多達(dá)5400立方千米的“原始水”，其純凈度是經(jīng)過兩次蒸餾處理的水的兩倍，有可能是如今地球上最原始、最純凈的水體。科學(xué)家還估計(jì)，渾然天成的環(huán)境可能使這個(gè)冰下湖在千百萬年中未曾發(fā)生變化，這意味著其中可能蘊(yùn)育著獨(dú)立進(jìn)化的微生物。

太空生物學(xué)家為之振奮。冰下湖長(zhǎng)期與世隔絕，如果科學(xué)家最終“捅破”冰蓋進(jìn)入湖中并發(fā)現(xiàn)微生物，這就意味著地球人有可能在木衛(wèi)二或土衛(wèi)二上實(shí)現(xiàn)與地外生命的首次接觸。空間探測(cè)已經(jīng)證實(shí)，在木衛(wèi)二和土衛(wèi)二厚厚的冰層下有地下海洋存在，這些地下海洋由星球內(nèi)部的地?zé)峄虺毕μ峁崃俊Ｎ炙雇锌撕沫h(huán)境被認(rèn)為類似于木衛(wèi)二和土衛(wèi)二的地下海洋，如果在沃斯托克湖中發(fā)現(xiàn)了生命跡象，或許就能為“木衛(wèi)二、土衛(wèi)二地下海洋中是否存在生命”的爭(zhēng)論提供有力的證據(jù)。

2月5日，俄羅斯科考隊(duì)已經(jīng)鉆到了冰下3769米深處，距離鉆透湖面冰層只有一步之遙。然而，在鉆探即將取得成功時(shí)，南極的夏季碰巧結(jié)束了，天氣一下子變得極其寒冷，鉆探設(shè)備無法操作，飛機(jī)無法起飛，科考隊(duì)員們不得不停止了鉆探。不過，可以期望，幾個(gè)月后，當(dāng)南極洲的夏天重新到來時(shí)，俄羅斯科考隊(duì)將成為首次從湖水中取到水樣的人類，并由此揭開隱藏在沃斯托克湖中的種種奧秘。

沃斯托克湖（也稱東方湖），位于南極洲東部的俄羅斯沃斯托克站（即東方站）附近冰層下約4000米處，長(zhǎng)約250千米，寬約50千米，湖水體積估計(jì)為5400立方千米，都是液態(tài)淡水。沃斯托克湖被水下山脊分成兩個(gè)主要的盆地狀構(gòu)造，北面的盆地深約400米，南方的盆地深約800米。

在南極洲已發(fā)現(xiàn)的140多個(gè)冰下湖和地下水體中，沃斯托克湖是最大的，同時(shí)也是迄今發(fā)現(xiàn)的世界上最古老的水體。關(guān)于沃斯托克湖的成因有一種理論：最初可能是地表拉伸形成一道裂縫，而后地表向多個(gè)方向拉伸，最終形成巨大的湖泊。在距今3000萬年前，整個(gè)地球十分暖和，包括南極地區(qū)，因此在沃斯托克湖中可能生活著昆蟲、魚類等多種生物。大約1500萬年前，全球氣溫驟降，湖面結(jié)冰，整個(gè)湖泊被冰層掩蓋，最終與外界隔絕。

沃斯托克湖的湖水平均溫度為-3℃。為什么水在0℃以下還能以液態(tài)存在？科學(xué)家認(rèn)為這是三種因素共同作用的結(jié)果：地心熱力使湖底溫度上升，厚重冰層的巨大壓力使水的凝固點(diǎn)下降，厚實(shí)的冰層使湖水與南極寒冷的空氣隔絕。那么，這個(gè)藏身冰下的湖泊又是怎樣被發(fā)現(xiàn)的呢？ 1957年，蘇聯(lián)科學(xué)家在南極建立了一個(gè)科考站，取名為“沃斯托克”。1960年，參加蘇聯(lián)南極探險(xiǎn)隊(duì)的地理學(xué)家安德烈·卡皮查在乘飛機(jī)飛越沃斯托克地區(qū)上空時(shí)，發(fā)現(xiàn)冰原上有一個(gè)巨大的平坦地區(qū)，他認(rèn)為冰川下有一個(gè)湖。遺憾的是，他的這個(gè)看法在當(dāng)時(shí)沒有引起人們的重視。

1973年，英國(guó)科學(xué)家稱，他們通過空中探測(cè)發(fā)現(xiàn)，在南極沃斯托克科考站以北的冰層下可能存在一個(gè)巨大的液態(tài)淡水湖，其頂部覆蓋著厚厚的冰層，湖水寒冷，水壓超大，并處于完全的黑暗中，是地球上罕見的極端環(huán)境。1991年，英國(guó)科學(xué)家利用ERS-1號(hào)衛(wèi)星對(duì)南極冰蓋中心進(jìn)行探測(cè)，證實(shí)了1973年的發(fā)現(xiàn)。1996年，俄羅斯科學(xué)家和英國(guó)科學(xué)家利用衛(wèi)星發(fā)回的圖像勾勒出沃斯托克湖的輪廓，最終確定了沃斯托克湖的存在。這是地球歷史上最近的重大地理發(fā)現(xiàn)之一。

1998年，俄、美、法三國(guó)科學(xué)家在沃斯托克湖上鉆取冰芯，但在鉆到3623米、距離湖面不遠(yuǎn)的地方，因擔(dān)心對(duì)湖水造成污染，停止了鉆探。一些專家指出，探查冰下湖的過程有可能污染其原始質(zhì)樸的生態(tài)系統(tǒng)，造成無法挽回的損失。直到幾年后，科學(xué)家設(shè)計(jì)了一個(gè)遠(yuǎn)程遙控機(jī)器人，可以像大海撈針一樣在廣袤的海域搜尋生命物質(zhì)，而且環(huán)保安全，鉆探工作才重新開始。

2010年11月，科學(xué)家向南極條約環(huán)境保護(hù)委員會(huì)提交了關(guān)于這個(gè)項(xiàng)目的最終環(huán)境評(píng)價(jià)，被準(zhǔn)予繼續(xù)對(duì)這個(gè)古老湖泊進(jìn)行鉆探取樣。

2012年2月5日，在對(duì)沃斯托克湖進(jìn)行了多年的鉆探后，俄羅斯科考隊(duì)已經(jīng)鉆到了冰下3769米處，距離冰下湖面僅約50米。然而，在這3000多米深處，冰的結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生變化，堅(jiān)硬得如玻璃一般，這給鉆孔作業(yè)帶來重重困難，鉆孔進(jìn)展如蝸牛般緩慢，一天只能下鉆約1.6米。而且隨著南極夏季的結(jié)束，鉆探工作被迫停止。事實(shí)上，科考隊(duì)在上一年（2011年）就錯(cuò)過了打破冰層的最佳時(shí)機(jī)。南極的夏季從12月開始，到次年2月結(jié)束。因此可以期待，到2012年底，當(dāng)南極的夏天重新到來時(shí)，俄羅斯科考隊(duì)將完成最后的鉆探工作。

不過，需要特別指出的是，多年來，科學(xué)界對(duì)于鉆探沃斯托克湖有著不小的爭(zhēng)論。持反對(duì)意見的人指出，沃斯托克湖的獨(dú)特之處在于其與外部世界隔絕千百萬年，一直沒有受到外部環(huán)境的影響，在水體中有可能存在一些前所未知的生命形式。而人類的活動(dòng)如果滲透到這個(gè)獨(dú)立的生態(tài)系統(tǒng)中，有可能對(duì)它造成污染，比如在鉆探過程中引入的煤油、氟利昂等材料污染，在探測(cè)中引入的外面世界微生物污染，等等。一位科學(xué)家如是說：“要鉆探沃斯托克湖，至少要做10年的準(zhǔn)備。作為一名科學(xué)家，你肯定不愿意自己的墓碑上寫著：‘此人污染了地球上最后的疆界之一。”

沃斯托克湖隱藏在厚厚的冰下，在人類出現(xiàn)之前，湖水一直與地球大氣分離，與外部世界沒有任何接觸，是一個(gè)封閉型的獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)。科學(xué)家認(rèn)為，沃斯托克湖不僅是我們尚未探測(cè)的地球的“最后之地”，而且還是我們探索地球生命起源和外星生命形式的巨大寶庫。

在這個(gè)與世隔絕的封閉世界里存在生命嗎？在對(duì)提取自沃斯托克湖冰蓋底部的冰樣進(jìn)行研究后，美國(guó)生態(tài)學(xué)家普利斯庫指出，湖中有可能生活著微生物，它們從礦物質(zhì)中獲得能量，正如他所說“它們吃的是石頭”。那湖中是否有更高級(jí)的生命形式存在呢？對(duì)這個(gè)問題，普利斯庫的回答是：不能肯定這個(gè)冰下湖中是否有足夠的能量演化出類似尼斯湖水怪那樣的生命形式，但如果在湖底發(fā)現(xiàn)能量豐富的有著生物多樣性的熱液噴口，出現(xiàn)更高級(jí)的生物體不是沒有可能。

如果沃斯托克湖中有生命存在，它們會(huì)是什么樣子呢？研究發(fā)現(xiàn)，沃斯托克湖是一個(gè)貧養(yǎng) (缺少養(yǎng)分)的極端環(huán)境，但湖中富含氧氣，比一般的地面淡水湖泊高出50倍。科學(xué)家據(jù)此認(rèn)為，如果沃斯托克湖中有生命存在，應(yīng)該是適合生存于極端環(huán)境中的生命形態(tài)，能承受高壓、持續(xù)寒冷、低養(yǎng)分?jǐn)z入、高濃度氧，以及終年不見陽光等不利的生存條件，很可能以微生物的形式存在。

微生物的適應(yīng)能力極強(qiáng)，可適應(yīng)各種極端環(huán)境，甚至有研究認(rèn)為地球上的所有生物都有可能是從微生物演化而來的。因此，科學(xué)家很想知道，那些被稱為“時(shí)間膠囊”的渺小的微生物在漫長(zhǎng)的歲月里，在完全的嚴(yán)寒和黑暗中，沒有食物，沒有陽光，沒有來自太陽的能量，它們是如何生存下來的。

科學(xué)家相信，如果在沃斯托克湖中發(fā)現(xiàn)了原始細(xì)菌甚至更復(fù)雜的生命形式，將為我們了解地球早期生命物質(zhì)的產(chǎn)生和進(jìn)化提供更多的線索；即使沃斯托克湖最終被證明是一個(gè)沒有任何生命形式存在的封閉系統(tǒng)，也將為科學(xué)家在未來太空之旅中尋找外星生命提供線索。

南極冰下湖研究對(duì)于研究地球氣候變化動(dòng)態(tài)也具有重要的意義。南極洲以冰層和冰下水體的形式，擁有地球上約70%的淡水。大量淡水被困在冰層里，而氣候變暖將加速冰層融化，讓更多的水流入海洋，引起海平面上升。科學(xué)家認(rèn)為，南極冰下湖可能隱藏著地球氣候變化的記錄，搞清楚南極冰下湖是否會(huì)發(fā)生變化，以及如何發(fā)生變化，是應(yīng)對(duì)未來可能出現(xiàn)的全球海平面上升危機(jī)的關(guān)鍵。

南極洲不是人們想象中一片貧瘠的極地沙漠，在厚厚的冰層下，很可能隱藏著一個(gè)個(gè)生機(jī)盎然的“生命綠洲”。多年來，科學(xué)家一直在進(jìn)行著這方面的探索。研究人員發(fā)現(xiàn)，在數(shù)千米深的冰下，一些比亞馬孫河還要大的河流與一系列的“湖泊”連接在一起，在那里很可能生存著大量以礦物質(zhì)為食的微生物。美國(guó)地球物理學(xué)家邁克爾·斯圖丁戈說：“這是一個(gè)我們之前所不知道的全新的世界。在冰蓋下面，我們將看到和地球表面類似的景觀。”

希特勒的南極基地：傳說與現(xiàn)實(shí)

沃斯托克湖面冰蓋即將鉆穿，這原本是一則科技消息，可國(guó)外一些媒體卻故弄玄虛，紛紛轉(zhuǎn)載了一則關(guān)于“南極可能是希特勒遺骸與納粹秘密檔案埋藏地”的消息。

有俄羅斯媒體稱，沃斯托克湖附近可能是當(dāng)年希特勒秘密檔案的埋藏地，希特勒及其情婦愛娃的遺骸也可能葬在這里。據(jù)俄媒體說，“二戰(zhàn)”接近尾聲時(shí)，納粹分子搬遷到南極，并在沃斯托克地區(qū)建造軍事基地。其“依據(jù)”是納粹海軍上將卡爾·鄧尼茨1943年所說的話：“德國(guó)潛艇艦隊(duì)引以自豪的是，它在世界的另一端為元首建造了難以攻克的要塞。”

另據(jù)德國(guó)海軍檔案記載，1945年4月德國(guó)戰(zhàn)敗數(shù)月后，一艘德國(guó)潛艇抵達(dá)南極。因此，就有謠傳說，德國(guó)船員在南極秘密建造了一個(gè)冰洞，將隨船帶去的幾箱檔案埋在里面。之后，另一艘潛艇又把希特勒和愛娃的遺骸送到此地，希望將來通過DNA技術(shù)克隆他們。

然而，英國(guó)劍橋大學(xué)學(xué)者科林·薩默海斯與加拿大學(xué)者彼得·比清在他們的論文《希特勒的南極基地：傳說與現(xiàn)實(shí)》中對(duì)納粹高官乘坐潛艇逃往南極的可能性進(jìn)行了分析：在南半球冬季，南極冰層有幾米厚，潛艇冒出水面進(jìn)入想象中的堡壘根本就是無稽之談。

極端之地生命興旺

科學(xué)家在被人們認(rèn)為“不可能”有生命存在的各種極端環(huán)境中發(fā)現(xiàn)了越來越多的生物，他們?cè)絹碓角逦卣J(rèn)識(shí)到，生命可以在地球上幾乎任何地方存在。經(jīng)過30億年的進(jìn)化，生命之觸角已遍及地球的每一個(gè)地方，每一個(gè)角落，從海底到平流層上端，從熾熱之地到極寒之地，從純酸性環(huán)境到原子輻射環(huán)境，似乎沒有生命不能征服的地方。

以下一組圖片集中展示了生存能力極為頑強(qiáng)、生命力極為旺盛的細(xì)菌和古細(xì)菌種類。

冰封12萬年的細(xì)菌

被命名為“Herminiimonas glaciei”的細(xì)菌，是在格陵蘭冰川下方3.2千米處的冰層中發(fā)現(xiàn)的，是迄今發(fā)現(xiàn)的體積最小的微生物之一。這種細(xì)菌長(zhǎng)有極長(zhǎng)的類似尾巴的鞭毛，便于它在冰層的細(xì)小縫隙中自由游動(dòng)。研究人員最近在報(bào)告中稱，他們已成功復(fù)活了這種沉睡了約12萬年的細(xì)菌。

極端生命中的“全能明星”

Pyrodictium abyssi細(xì)菌是科學(xué)家于1979年在富含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的深海火山口邊緣處發(fā)現(xiàn)的，被科學(xué)家視為極端生命形式中的“全能明星”。除了能承受足以將潛艇壓扁的巨大壓力之外，這種細(xì)菌還能經(jīng)受沸點(diǎn)以上的高溫考驗(yàn)，表現(xiàn)出了驚人的生存能力。這種細(xì)菌形狀呈碟形不規(guī)則扁平狀，其中空的管狀結(jié)構(gòu)具有極強(qiáng)的耐熱能力。

擁有基因修復(fù)能力的細(xì)菌

Deinococcus peraridilitoris球菌是2003年在阿塔卡馬沙漠的土壤中發(fā)現(xiàn)的，曾被吉尼斯世界紀(jì)錄稱為“地球上最強(qiáng)悍的細(xì)菌”，能夠承受寒冷、真空環(huán)境、干旱和輻射的多重考驗(yàn)。位于智利的阿塔卡馬沙漠極為干旱荒涼，是美國(guó)宇航局進(jìn)行火星任務(wù)模擬的所在地。這種球菌強(qiáng)大的生存能力在于擁有基因組的多份拷貝，如果某個(gè)基因組被破壞，可從另一個(gè)基因組復(fù)制修復(fù)被破壞的DNA片斷。

生存于含鹽度極高環(huán)境中的細(xì)菌

Haloquadratum walsbyi細(xì)菌是在紅海附近鹽灘上發(fā)現(xiàn)的。在這種含鹽度極高的環(huán)境中，任何地球生物都會(huì)被“腌制”成一堆無生命的干粉狀。為了適應(yīng)鹽分極高的極端環(huán)境，這種嗜鹽古菌進(jìn)化為極扁的方形，其表面積與體積之比是地球上所有生物中最高的。

在比硫酸腐蝕性更強(qiáng)環(huán)境中生存的細(xì)菌

Ferroplasma acidophilum細(xì)菌能夠在pH值為零的環(huán)境下生存，與這種腐蝕性極強(qiáng)的環(huán)境相比，硫酸之“酸”好比礦泉水一樣。這種細(xì)菌是在美國(guó)加州一個(gè)金礦的有毒流出物中發(fā)現(xiàn)的，它們以鐵作為幾乎所有蛋白質(zhì)的核心構(gòu)成成分。

抗輻射能力最強(qiáng)的細(xì)菌

Halobacterium NRC-1細(xì)菌是地球上抗輻射能力最強(qiáng)的有機(jī)體，能夠經(jīng)受住1.8萬戈瑞的輻射劑量，10戈瑞的輻射劑量便足以致人死亡。這種細(xì)菌的抗輻射能力幾乎是上世紀(jì)50年代發(fā)現(xiàn)的耐輻射球菌的兩倍。Halobacterium NRC-1也擁有基因修復(fù)能力。

以放射能為能量的細(xì)菌

Desulforudis audaxviator細(xì)菌可能是唯一真正意義上的“孤獨(dú)”的微生物，因?yàn)樗幸阎矬w都需要其他生物提供某些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。這種細(xì)菌是在南非地下3.2千米處的一個(gè)礦井中被發(fā)現(xiàn)的，那里是一個(gè)完全與世隔絕的世界。這種細(xì)菌利用含鈾巖石產(chǎn)生的放射能作為能量，并從周圍巖石和空氣中獲取所需的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來完成新陳代謝過程，它們是世界上已知唯一的單種群生態(tài)系統(tǒng)。