冰下生命尋蹤記

編譯/方陵生

夏日的斜陽照在南極冰蓋上，斯拉威克·圖拉茲克正凝視著190米外的一架飛機——這是一架“大力神”軍用運輸機，它剛剛將圖拉茲克領導的探險隊隊員和12名工人，以及重達4500千克的鉆探用具運抵巨大的南極冰蓋上。但現在，它因機身下的滑雪板被凍在雪地上而無法起飛。一些人正拼命地鏟除飛機滑雪板上的雪。飛機不能在寒冷的冰原上停留太長時間，如果引擎關閉超過幾分鐘，飛機就有可能無法啟動。

飛機轟鳴著，飛轉的螺旋槳揚起陣陣雪片。圖拉茲克十分擔心，因為這是這架飛機的第一次飛行，飛機一旦被困，他此行的任務可能被耽誤，而為了等待這個任務機會，他花了6年的時間。

科考探險隊踏上南極土地

圖拉茲克是美國加州大學的冰川學家，他領導的這支探險隊的任務是勘察地球上最后的未經人類開發之地——惠蘭斯湖，一個隱藏在冰下800米處的未曾有人親眼見過的神秘湖泊。厚厚冰層下的惠蘭斯湖可能已經有數千年時間不見天日了，登上這片冰原的圖拉茲克等人迫切地想要知道在這個冰下湖泊里究竟會有什么驚人的發現。他們打算通過鉆孔深入湖中，獲取湖水和湖泥樣本。他們還打算將攝像裝置降到湖中，以了解那里是否存在生命。如果有生命存在，他們還想知道它們會是一些什么形式的生命。自2007年被發現以來，通過雷達勘測、衛星激光探測，以及在冰上挖淺洞引爆炸藥產生地震沖擊波等勘察手段，科學家對這座地下湖的了解至今僅僅只是一個模糊的輪廓。

對于世界各地的科學家來說，南極冰下湖勘探將是人類探索史上的一個重要里程碑。地球10%的陸地都被封鎖在冰層下面，那是人類未曾踏足的地方。探索冰川下的湖泊可以幫助解答許多重要的問題，例如全球變暖是否有可能加速南極洲的冰川撤退，從湖中取得的樣本或許還可以為太陽系其他冰冷星球是否有可能存在某種生命形式提供線索。

此次探險的目的所在就在圖爾茲克腳下幾百米處，幾乎已經觸手可及。但是，正如飛機所遭遇的起飛困境，在南極的嚴寒條件下，即使是在冰層中鉆孔這一看起來相當簡單的任務，也會變得極為困難。更要命的是，南極洲的夏季很快就要結束了，這意味著鉆探工作也要盡快結束，而由于惡劣天氣的延誤，探險隊只剩下短短不到14天的時間。圖拉茲克說：“南極洲的野外勘探工作就像打一場塹壕戰，花上幾個月的時間在那挖掘，而最后決定戰爭勝負的，卻是快速結束的一場閃電戰。”

飛行員第三次發動引擎，飛機終于顫動起來，接著掙脫冰面的束縛飛上了天空。

惠蘭斯冰下湖泊發現始末

惠蘭斯湖的發現故事，可以追溯到50年多年前。在20世紀的大部分時間里，南極冰蓋都被視為永恒不變的，一些科學家甚至建議將人類產生的極具危害的核廢料永久性地儲存于冰蓋下。但到20世紀下半葉，隨著冰層穿透雷達技術的出現，科學家在厚厚的冰層下發現了高達2750千米的山脈。20世紀60年代末和整個70年代，裝備了俯視雷達的“大力神”飛機飛行數千千米，繪制出了整個南極洲大陸冰川下的地圖，這極大地改變了科學家對南極洲的認知。冰川學家同時注意到，在某些地方，通常呈鋸齒狀的冰下景觀變得平坦起來，并在雷達上顯現出異常明亮的光亮，這表明這些地方是水體而非巖石。

不過，科學家當時并沒有意識在冰層下會有湖泊。而今天他們已經知道，在南極洲厚厚的冰層下面至少有200多個湖泊——地球內部滲出的地熱給這些湖泊提供熱量，以每年幾個硬幣厚度的速度融化著冰蓋底部的冰層，最終形成了冰下湖泊。

20世紀90年代中期，科學家在南極洲東部冰下3660千米處，發現了一個相當于美國密歇根湖的大湖，含水量達5419立方千米。俄羅斯人花了數年時間鉆到冰層下面研究這個如今被稱為“沃斯托克”的湖泊。當俄羅斯人鉆到190米時，原本透明的冰樣突然變“臟”了。這些夾雜著斑斑點點泥漿的冰樣表明，沃斯托克湖中的渾水一度凍結并構成了冰蓋底部的一部分。

蒙大拿州立大學的湖泊生物學家約翰·普里斯庫獲得了一些臟冰樣本。在此之前。他在南極洲沿岸的一些小湖泊中發現了大量的細菌和藻類，這些湖泊上部3～10米的水體都凍結成了冰，湖泊中的生命通過透過冰層的陽光進行光合作用，欣欣向榮地繁衍生息。普里斯庫知道，沃斯托克湖深埋冰下，一片黑暗，如果有生命存在，它們能夠利用的能量來源顯然是完全不同的。

當時，科學家們正在尋找太陽系中的其他生命形式。因此，“沃斯托克湖中是否有生命存在”這個問題引起了廣泛關注。空間探測器在木星衛星木衛二上已經發現了被封鎖在8～16千米厚冰層下面的海洋，科學家猜測木衛二黑暗的海洋中可能有生命存在。考慮到木星可能是一個被冰覆蓋的星球，而環繞木星和土星的其他衛星上包含的水體是地球所有海洋的5～6倍這樣一個事實，沃斯托克湖的發現就十分驚人了。如果要了解木星等外星球上永不見天日的地下海洋里的生命形式，環境條件類似的沃斯托克湖就是一個理想的勘察對象。

正如所預想的那樣，普里斯庫在沃斯托克湖臟冰樣本中發現了死亡或休眠的細胞，每立方厘米的細胞數量多達上萬。不過也有一些人對此持懷疑態度，他們推測這些細胞不是來自冰樣本身，而是來自俄羅斯人為防止鉆孔封凍而使用的煤油。由于人們擔心鉆探作業有可能導致煤油泄漏污染冰下湖水體，沃斯托克湖的鉆探工作被迫擱置。而在另一個計劃中，2007年，科學家通過衛星探測，發現了南極洲西部冰下800米處的惠蘭斯湖，這個冰下湖泊被認為長12千米，寬8千米，深8米。

艱苦卓絕的冰上鉆探工作

作為一名冰川學家，圖拉茲克想調查對于地球氣候變化至關重要的一個問題：冰川下的河流湖泊對于大陸架冰層的運動是否起著某種潤滑作用，在一定程度上加快了冰川流入大海的速度，從而引發海平面的迅速上升？為此，2007年11月，圖拉茲克的研究團隊在惠蘭斯湖上方的冰面上安裝了檢測儀器，以監測冰層的運動。這一舉措為揭開惠蘭斯之謎邁出了重要的第一步。然而，要真正了解惠蘭斯湖的物理學狀況和生物學環境，還需要鉆孔到湖面。于是圖拉茲克和普里斯庫等數十位不同科學領域的科學家有了一個新的計劃：以熾熱的噴射水流代替金屬鉆孔，以避免煤油污染地下水體。這一雄心勃勃的計劃得到了美國國家科學基金會的資助。

2012年11月，圖茲拉克等30多名來自十多個研究機構的生物學家、地質學家和冰川學家聚集在南極洲海岸邊的麥克默多科考站，準備向惠蘭斯湖進發。

2013年1月17日，圖茲拉克等人乘坐“大力神”首批降落在惠蘭斯湖上方的冰面上。在隨后的幾天里，“大力神”往返三次，將其他人員和設備運達目的地。接下來的任務就是在冰面上鉆孔。雖然采取的是熱水鉆孔技術，但科學家仍然要面對很大的挑戰，因為注滿熱水的鉆孔可能很快被封凍，而且鉆出的孔洞也可能在周圍冰層的壓力下崩塌。

探險隊的營地駐扎在離南極點611千米的地方。在南極洲西部夏天的薄霧籠罩中，探險隊駐地上若隱若現許多小點。這些小點其實是一個個卡車般大小的集裝箱，被固定在一個個巨大的雪橇上。鉆探隊陣容強大，由20多個這樣的巨型雪橇組成，首尾相接地排列在雪原上，看上去就像一個巨大的金屬怪獸。最前面的第一段、第二段和第三段是這頭“巨獸”的腦袋，裝載著發電機和變壓器，將燃料轉換為電力；第四段的功能是對融化的冰水進行紫外線消毒和過濾；處理后的水通過凱夫拉爾纖維強化軟管進入第五段和第六段進行加熱加壓；經過加熱加壓處理后的水在第七段被注入長達800多米的軟管中，軟管則被纏繞在一個巨大的轉軸上。

1月23日，鉆孔作業正式開始，轉軸上的軟管漸漸松開，被放入冰上的一個孔洞中，熾熱的高壓水流從噴嘴處噴涌而下。

鉆孔設備是由七位來自內布拉斯加州大學的鉆孔人員研制出來的，他們放棄了美國宇航局或生物醫學工程領域穩定而單調的工作，來到南極洲開始他們的探險之旅。穿戴破舊的工作服和滿是油膩的手套，他們熟練地操作著鉆機，同時旋轉閥門調節水流，以保持水的溫度和流速。如果水流溫度過低或流速過慢，就可能導致軟管結冰，就像人的血栓會阻塞冠狀動脈一樣。

成功鉆透冰層抵達冰下湖泊

1月25日下午，經過兩天的鉆探工作，進入惠蘭斯湖的最后步驟開始了。鉆孔軟管在直徑50厘米的冰洞中一直下垂到冰下755米處。由于冰下條件惡劣，科學家無法在鉆頭上直接安裝攝像頭，他們只能根據傳感器傳來的信息推斷發生在冰下數百米處的事情。科學家監測著電腦上的傳感器讀數，這些數據傳送來了一個他們無法看到卻可以通過數據感知到的世界的信息。

至1月25日晚，從傳感器傳來的數據表明，鉆頭離湖面越來越近了。為了避免攪動起湖中的泥漿，操作人員放慢了鉆孔的速度。為了確認鉆頭是否鉆破冰層抵達湖面，一個攝像頭通過鉆孔被放了下去。科學家們擠在冰上的控制室里觀看錄像實況。

在顯示屏上，鉆孔的圓形冰壁就像宇宙蟲洞的輪廓一樣詭異地波動著……攝像頭最終停在了冰下800米處。一片湖景呈現在科學家們的眼前：泥濘的湖面上，絲絲縷縷的泥漿漂浮在水中。就像36年前“海盜號”登陸器登陸火星發回的有史以來第一張火星表面圖像一樣，由一排排粒狀像素構成的圖像帶給科學家們極大的震撼——它所顯示的是人類前所未見的圖景。

確定冰下湖中有生命存在

科學家們終于等到了在冰蓋下尋找生命的機會。不過，與人們預想的不同，湖水水體只有1.5米深，而不是之前雷達勘察估測的約8米——之前6米深的黏稠的湖床泥漿被誤認為是湖水，導致湖的深度被高估了。

1月28日早上，身穿白色無菌大褂的科學家聚集在鉆機平臺上，等待首次從惠蘭斯湖上取得的樣本。

一根緊繃的纜繩緩緩地從鉆孔中被提起，來自路易斯安那州立大學的微生物學家布倫特·克里斯特納用錘子從纜繩上敲下一團團凍住的冰塊，裝入一個不透明的瓶子，瓶子旋即被帶到實驗室。

在實驗室里，來自惠蘭斯湖的呈蜂蜜色的湖水樣本流進一個透明的試管中，一根電極插入試管，一串串數字開始閃現在液晶顯示屏上，顯示湖水擁有很強的導電性能。在場的科學家激動萬分，因為這表明湖水中含有可作為微生物食物的大量礦物鹽。冰下深處通常被視為對生命極端嚴苛的環境，惠蘭斯湖有可能適宜生命生存的環境，這令科學家感到振奮。湖水溫度為-0.5℃，略高于麥克默多站附近海域的水溫。在麥克默多站附近海域生活著大量的海星、重達45千克的有齒魚和其他海洋生物，而在惠蘭斯湖，來自上方冰雪的壓力使得湖水的冰點低了好幾攝氏度。

科學家還驚奇地發現，惠蘭斯湖中含有氧氣。冰蓋融化時產生的氣泡釋放的氧氣通過冰川縫隙進入地下湖中。在許多情況下，海底只要有足夠的氧氣，就可以供養大量的蠕蟲、海星和其他海洋無脊椎動物。

惠蘭斯湖如今所在的地方原先是一處淺海海底。之前有科學家在提取自湖中的沉積物中發現了這方面的證據——在1000萬～1500萬年前的中新世，一種被叫做硅藻的有殼水生微生物可能生活在湖里。

在過去2000萬年里，惠蘭斯湖經歷了多次被冰雪覆蓋和融化的過程，最近一次被冰雪覆蓋發生在大約12萬～100萬年前。科學家認為，如果湖中有生命存在，很可能就是從無冰年代幸存下來的。

那么，當湖水重新凍結之后，陽光被厚厚的冰層阻斷，作為地球表面大多數生態系統主要能量來源的光合作用無法進行，冰下湖中這些幸存下來的生命又是如何戰勝接下來的嚴酷挑戰的呢？科學家認為，如果冰川下面存在生命的話，它們將不得不以另類的方式來獲得能量來源——對礦物質進行化學分解。

科學家在蜂蜜色的湖水樣本中發現了一些比血紅細胞還小的微粒——在冰川活動中被碾磨成碎屑的礦物質顆粒。就像小麥被磨成更易于人類消化的面粉，冰川活動將礦物質碾磨成了微生物的美食。

1月28日，科學家邁出了期待已久的一步——在湖水樣本中加入一種DNA敏感染料，以嘗試檢測惠蘭斯湖中是否有生命存在。顯微鏡下，在黑色的背景色上，有一些綠色的斑點在閃閃發亮，這是細胞對DNA敏感染料作出的一種反應。科學家發現，每立方厘米的湖水樣本中有著多達10萬個細胞，這是首次確定冰下湖中生命細胞的存在。

科學家對未來的期盼和打算

為了繪制出南極洲冰下的生命圖景，微生物學家現在正利用DNA測序方法對來自惠蘭斯湖的500多種微生物進行研究，以確定它們的屬類。

對活躍在冰層下的微生物，以及它們分解礦物行為的更多了解，將有助于解答全球變暖是否會加速南極洲冰川消失等重大問題。一些科學家認為，冰層下的微生物可能產生數十億噸的甲烷，隨著海冰的消失，這些數量龐大的溫室氣體有可能逃逸出來，導致氣候變暖加速。

2月1日，圖拉茲克和他的隊員通過冰上的鉆孔放下一長串振動傳感器，這些傳感器將記錄下惠蘭斯湖中的生命活動以及湖水流動的信息，而這些信息將幫助科學家了解冰川下流動的水體是否起著潤滑作用，從而加速南極洲某些地方已經失控的冰川的滑動趨勢。最后，他們在冰洞上蓋上膠合板，并堆上積雪。

在距離鉆孔1.6千米處，陽光下蹲伏著的“巨獸”——20多架雪橇停放在那里準備過冬。隨著南極洲冬季黑暗長夜的到來，溫度將下降到-50℃，探險隊必須離開了，但停放在這里的雪橇卻代表著未來的希望：只要預算允許，圖拉茲克和普拉斯庫的團隊將在明年返回，他們繼續探索南極洲隱藏的冰下世界。