水與火孕育了冰下世界的生命

不管是什么原因造成的冰下的高溫現(xiàn)象，有了地熱，就意味著會有液態(tài)水，有了液態(tài)水，就意味著會有生命。在麥克默多干谷，一個巨大的無冰區(qū)，南極大陸上最奇特的地區(qū)之一，雖然地處南極，但從來都很少有冰存在，是世界上環(huán)境最惡劣的沙漠之一。它亮紅色的含有大量鹽分的水，從麥克默多干谷泰勒冰川的縫隙中流向冰凍的邦尼湖，氧化鐵的微粒在陽光下發(fā)出艷麗的紅色，形成了被稱為“血瀑”（Blood Falls）的血色冰川。

在含鹽量很高的湖水中，米庫奇和她的同事發(fā)現(xiàn)了“化學自養(yǎng)菌”存在的證據(jù)，這種細菌生活在泰勒冰川下一片完全黑暗的環(huán)境中，它們從巖石中汲取能量，鐵的微粒是它們新陳代謝的副產(chǎn)品。這種細菌完全不需要依賴陽光獲取能量，甚至不需要像生活在冰下湖底層的魚類那樣，以湖面沉落湖底的有機生物殘骸為食來間接獲取太陽能量。

南極“血瀑”

研究人員想要追根溯源，弄清楚這些細菌是從哪里來的。由于“血瀑”的水里含有鹽份，而鹽水比淡水的導電性能更好，2015年初，米庫奇和她的團隊帶著遙測冰下導電性能的儀器來到現(xiàn)場勘測，發(fā)現(xiàn)了泰勒冰川下強大的電導率。研究人員由此推斷，那里的沉積物中含有大量鹽份，并且那里棲息著一個龐大的微生物生態(tài)系統(tǒng)，其產(chǎn)生的副產(chǎn)品鐵的微粒隨水流入“血瀑”，形成了血色冰川奇觀。

雖然，在濕而軟的湖底沉積物中發(fā)現(xiàn)微生物是令人欣喜的，但科學家更希望能在冰下湖的湖水中發(fā)現(xiàn)生命存在的跡象。幾十年前，蘇聯(lián)科學家就已首次鉆透冰層探查到了冰下湖泊沃斯托克湖。在2012年2月，俄羅斯將幾乎未受到鉆孔過程帶來污染的湖泥帶到了地面上。在法國的科學家同行幫助清除了其中可能存在的少量污染之后，俄羅斯科學家在這些樣本中并沒有發(fā)現(xiàn)生命存在的跡象。

俄羅斯科學家于2015年1月再次在湖上冰層鉆孔，此次為防止樣本受到污染，更是加了十二分的小心。但是以目前使用的鉆孔設(shè)備，要完全避免污染是十分困難的。在這種情況下，很難確定冰下湖是否存在生命，研究結(jié)果也難有說服力。

冰蓋下惠蘭斯湖的水勢能圖顯示水是如何進出的。

“我們需要完全沒有污染的湖水樣本才能得出最后結(jié)論。這是我們夢寐以求的。”俄羅斯南北極研究所的伊麗娜·萊克希娜說道。她希望能從較深的湖水中獲得水樣，眼下他們只能從表層湖水中取樣，然后將樣本通過鉆孔提升到地面上。萊克希娜說：“我們認為，如果有生命存在，它們一定生活在湖水較深處。”

另一邊，圖拉茲克和他的同事從惠蘭斯湖中獲得了未受污染的原生態(tài)的水體樣本。相對來說，他們在這里的鉆探工作比較容易一些，這里的冰層較薄，氣溫也高一些，不需要更多的水來維持鉆孔開口暢通。另外，他們使用的熱水鉆孔設(shè)備可獲得煮沸的雪水，還可通過紫外線輻射消毒殺死地面雪水中可能含有的所有微生物。噴嘴和其他設(shè)備也都經(jīng)過紫外線輻射處理和過氧化氫消毒。2013年1月27日，圖拉茲克的科考隊成功完成了首次無污染的地下湖鉆探取樣任務(wù)。

在湖水樣本中，他們發(fā)現(xiàn)了冰下微生物生態(tài)系統(tǒng)興盛繁衍的大量證據(jù)。DNA測序表明，惠蘭斯湖中的微生物屬于“化學自養(yǎng)菌”，與“血瀑”中發(fā)現(xiàn)的微生物是同一個種類。它們從巖石、湖中的淤泥和冰層下的一些物質(zhì)中汲取能量。

2015年1月8日，圖拉茲克的科考隊在另一個地點——惠蘭斯湖下游處的冰層開始鉆孔，鉆孔從羅斯冰川與地面接觸的大陸架穿過，研究人員將攝像機從鉆孔中降下，拍攝到了隱藏于冰下的世界的真實面貌。他們發(fā)現(xiàn)，這里生存的不僅僅只有微生物，與攝像機相連的屏幕上還出現(xiàn)了更多的生命形式，如長得像蝦的片腳類生物，以及長得像鰻魚一樣的魚等。

一個重要問題是，這些冰下生命以什么為生？陽光終年無法透入離地面800千米的冰下水體，因此，陽光不可能成為它們的能量來源。那么，這個地下生態(tài)圈的食物鏈最頂端的片腳類生物和魚類，是以化學自養(yǎng)菌為生的嗎？

惠蘭斯湖水系示意圖

“如果是這樣的話，這里的生態(tài)系統(tǒng)將是地球上已發(fā)現(xiàn)的第二個化學合成生態(tài)系統(tǒng)，”圖拉茲克說道：“首個被發(fā)現(xiàn)的化學合成生態(tài)系統(tǒng)是海底熱液噴口。”盡管陽光絲毫滲透不進深深的幽暗海底，海底熱液口的生態(tài)圈卻一片蓬勃興旺，那里生存著包括管蠕蟲在內(nèi)的多種奇特生物，而海底熱液口的這些海洋生物賴以為生的食物鏈底層的微生物，也正是以從熱液口噴發(fā)出來的化學物質(zhì)為主要能量來源的。

南極西部冰層下的地質(zhì)活動和火山活動同樣也能為有機生物提供大量能量，這些生物并不僅僅只有微生物。圖拉茲克認為，在冰層下某個地方找到其他生物的可能性還是存在的。

從惠蘭斯湖底采集的樣本中發(fā)現(xiàn)的微生物，顯示了生命在極端環(huán)境下仍能頑強生存。

研究人員還希望能在冰下巖床上找到一條將惠蘭斯湖的湖水與出水口相連的水道，一些營養(yǎng)物質(zhì)很可能就是通過這條水道傳輸?shù)摹?/p>

勘查隊正計劃將7米長的遙控水下機器人設(shè)備從鉆孔中下降到湖水中一探究竟。進入水中后，這個雪茄般細長的圓柱體水下機器人就開始變身，展開身形游弋在湖水中獲取各種數(shù)據(jù)資料。

南極冰下湖的科學勘察活動并不僅僅只是為了尋找地球上新的生命形式，從另一方面來說，如果勘查隊在這里有所發(fā)現(xiàn)，那對于在太陽系中的其他地方尋找地外生命也很有幫助。如太陽系的兩顆行星衛(wèi)星——木衛(wèi)二和土衛(wèi)二，在其廣袤無垠的冰封世界的下面，很可能隱藏著液態(tài)的水。圖拉茲克說：“我們并不指望在那里找到能進行光合作用的生命形式，但是，既然南極大陸冰層下面有化學自養(yǎng)菌生存下來，那么太陽系其他地方也有可能存在類似的生命形式。”

圖拉茲克說：科學家在南極冰下的發(fā)現(xiàn)將永遠地改變世界第七大洲南極洲在世人腦海中的印象，南極正在從沉睡中蘇醒過來。