在地球上尋找外星生命

■ 任秋凌

天文學(xué)研究并不意味著一定要擁有一架太空望遠鏡。在研究過程中，天體生物學(xué)家借助的設(shè)備便不是太空望遠鏡，而是顯微鏡。天體生物學(xué)研究宇宙中生命的起源、進化、分布和未來。這一涉及多學(xué)科的研究領(lǐng)域?qū)⒛抗饩劢褂趯ふ姨栂档倪m居環(huán)境和系外適居行星，尋找火星及太陽系其他天體生命起源前的化學(xué)跡象和生命存在證據(jù)，對地球生命的起源和早期進化進行實驗室和實地研究，同時研究生命適應(yīng)地球和太空環(huán)境的潛力。

很多天體生物學(xué)家經(jīng)常要造訪地球上一些最美麗的地方，尋找極端怪異的細菌、古代化石以及可能為了解外星生物以及生命如何在其他行星進化提供線索的其他生命跡象。以下是地球上九大天體生物學(xué)研究熱區(qū)，對這些地區(qū)進行研究能夠幫助天體生物學(xué)家加深對太陽系生命的了解。

澳大利亞鯊魚灣疊層石

在地球的生命史上，有大約85%的時間都有微生物的身影，有關(guān)它們活動的唯一大規(guī)模證據(jù)保存在疊層石中。疊層石是古代地球生命結(jié)構(gòu)的記錄，保存著造就疊層石的微生物墊社區(qū)的生物學(xué)及生長環(huán)境特征的證據(jù)。它們是多巖圓頂外形結(jié)構(gòu)，形成于淺水中，通過微生物社區(qū)捕獲沉積的顆粒。當捕獲到大量物質(zhì)，限制了對陽光的過濾能力時，微生物便會遷移，在老社區(qū)上方形成一個新社區(qū)。

疊層石通常在湖泊和海洋礁湖中被發(fā)現(xiàn)，那里的極端環(huán)境可以阻止動物活動。西澳大利亞鯊魚灣的哈美林池海洋自然保護區(qū)便是這樣一個所在，活標本直到現(xiàn)在仍舊存在。

美國黃石國家公園溫泉

到底是什么因素導(dǎo)致美國黃石國家公園的溫泉擁有如此美麗的顏色？答案是生命。很多微生物生活在溫泉中，由于溫泉溫度較高（一般超過37.7℃），它們被稱為“極端微生物”。它們的分子能夠吸收具有破壞性的光線以保護自身的DNA。此外，這些分子同樣扮演色素的角色，讓溫泉擁有不同的色彩。

不同的極端微生物在不同溫度環(huán)境下繁衍生息，也就是說，特定區(qū)域的顏色由生活在那里的微生物決定。由于水流距離熱源越來越遠，溫度不斷下降，溫泉呈現(xiàn)出彩虹色。

美國加利福尼亞州莫諾湖

被稱為“石灰華”的碳酸鈣結(jié)構(gòu)讓美國加利福尼亞州的莫諾湖給人一種地外世界的感覺。湖泊周圍的山脈形成一個閉合的水文盆地——水流入后不會流出。由于水離開莫諾湖的唯一方式就是通過蒸發(fā)，這里成為一個天然的超鹽性所在，鹽度是海洋的二三倍。在漫長的歲月變遷中，淡水流和地下泉水將包括砷在內(nèi)的礦物質(zhì)帶入湖泊。

最近，科學(xué)家在莫諾湖發(fā)現(xiàn)了基本生物分子，它們由細菌與砷——而不是磷——結(jié)合形成。這一令人吃驚的發(fā)現(xiàn)可能促使我們重新改寫生物學(xué)教科書，同時擴大生命可以在宇宙其他地區(qū)存在的可能性。如果地球外的世界存在生命，它們可能利用環(huán)境中的類似資源。

南美洲安第斯山脈的高海拔湖泊

世界上海拔最高的火山湖坐落于南美洲的安第斯山脈。它們的海拔高度和與世隔絕的存在狀態(tài)使其成為地球上最不為人知的湖泊，此外，它們也與35億年前存在于火星上的湖泊較為相似。希姆巴湖海拔約5872米，因藻類用于保護自身免遭強紫外線輻射侵襲的色素而呈現(xiàn)出紅色。天體生物學(xué)家在這里研究快速氣候變化對湖泊棲息地和生命適應(yīng)性的影響，以進一步了解火星和地球早期環(huán)境的演化。

西澳大利亞皮爾巴拉的疊層石

在30余億年前的早期地球，這些疊層石在一個淺水池中形成，保存著地球上最古老生命的記錄。它們因微生物“殖民”而形成：隨著不斷生長，微生物與水中的沉積物結(jié)合，形成巖石結(jié)構(gòu)。這些疊層石是在西澳大利亞發(fā)現(xiàn)的，共有多種不同形態(tài)，其中包括照片中展示的錐形。一塊塊錐形疊層石排列在一起，好似一個蛋格。照片中展示的每一個結(jié)構(gòu)的高度在1.2厘米左右。天體生物學(xué)家對這些謎一般的結(jié)構(gòu)進行研究，以進一步了解早期地球生命產(chǎn)生和進化過程中所處的環(huán)境。

西班牙紅酒河

西班牙西南部的紅酒河長度超過100千米，河水中含有大量微粒，沿著土壤中含有氧化鐵的梯田流動，最后流入大西洋。盡管河水呈酸性并且含有濃度較高的鐵和其他重金屬，紅酒河卻擁有令人難以置信的極端微生物多樣性，其中包括藻類和真菌。微生物生物膜在河床上拓展，上面覆蓋著黃色的氧化鐵沉淀物。由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)與火星類似，火星天體生物學(xué)研究和技術(shù)實驗項目的科學(xué)家，于2005年在紅酒河測試用于在火星上鉆探以尋找地表下方生命存在跡象的設(shè)備。鉆探完全采用遠程遙控，研究小組認為，在火星上成功進行類似作業(yè)完全具有可行性。

挪威斯瓦爾巴特群島

斯瓦爾巴特群島坐落于挪威北部，北極圈深處。在這個群島上，參加斯瓦爾巴特群島“北極火星模擬遠征”計劃（以下簡稱AMASE）的科學(xué)家測試了用于探測火星有機化學(xué)跡象和可能生命的方案、程序及設(shè)備。

斯瓦爾巴特群島擁有一系列獨特的火山、溫泉和永久凍結(jié)帶，是地球上唯一含有與在著名火星隕石ALH84001中發(fā)現(xiàn)的碳酸鹽沉積物相同物質(zhì)的地區(qū)。這個類似火星的環(huán)境為科學(xué)家提供了獨特的機會，用于研究水、巖石和原始生命形態(tài)之間的相互作用。

南澳大利亞弗林德斯山脈砂巖

在南澳大利亞弗林德斯山脈地區(qū)，一塊尖端向上的砂巖上面殘留著古代海床留下的波痕。這一地區(qū)擁有地球上首批復(fù)雜多細胞生物的化石，這些生物大約6億年前開始在地球上出現(xiàn)。這些早期化石被稱為“埃迪卡拉動物群”，對它們進行研究能夠幫助天體生物學(xué)家進一步了解地球上的復(fù)雜生命如何起源和進化，以及類似生物如何在其他行星上進化。

加拿大波魯普峽灣通道冰河

波魯普峽灣通道冰河坐落于加拿大高緯度地區(qū)的艾利斯摩爾島，天體生物學(xué)家在這里研究木衛(wèi)二（也稱歐羅巴）上存在生命的可能性。這條冰河的厚度約200米，頂部水流中含有能夠支持微生物存在的含硫化合物。木衛(wèi)二的多冰表面與波魯普峽灣通道冰河類似，含有硫酸鹽。如果這顆衛(wèi)星上有生命存在，對這條冰河的研究有助于科學(xué)家確定如何更好地利用探測器帶回地球的數(shù)量有限的樣本。