火星上的液态水与潜在的生命形式

作者: Maddie Stone/文,邮菜菜/编译

来源: 果壳网

发布日期: 2015-10-08

NASA在火星上发现高盐液态水的存在,激发了对外星生命的探索。火星环境极端,但可能存在适应性强的微生物。科学家通过研究地球上的极端环境微生物,推测火星生命的潜在形式和生存策略。

在火星上证实了有高盐液态水的存在后,NASA重新点燃了我们发现外星生命的希望。火星是一个大气稀薄、冷热交替比地球更极端的世界。不过相比其他的类地行星,条件似乎又要好的多了。现在我们在火星上找到了液态水存在的痕迹,这就引发了一个明显的问题:什么样的生命形式有可能能真正生活在那里?

现在的火星上,如果有生命,几乎可以肯定是微生物。不过直到我们真正找到并研究它们之前,所有东西都是不确定的。火星有水,但环境恶劣。可能生存在火星的微生物,其生存策略也许能够从适应地球极端环境的嗜盐菌和嗜冷菌身上得到提示。但是在火星生活还有其他的一些更大的挑战,它们是任何生命形式都必须克服的。

首先,重要的事实是,火星大气缺乏臭氧层的保护。实际上,你可以认为那里一直在用紫外线照射杀菌。其次是盐的实际性质。在火星上,到目前为止我们发现的卤水是高氯酸盐。它是种高度腐蚀性的化合物,对于大部分的地球生物来讲,这玩意是有毒的。

火星上有盐水的环境大概是什么样的?根据NASA对火星陨石坑上暗色条纹的光谱分析显示,“强有力的证据”表明这是水化的高氯酸盐产生的流动条纹。而溶解大量盐份的水可以降低水的冰点,让其在零下的温度里也不会结冰。目前在火星上发现的高氯酸盐还包括和其他各种原子相互结合的氯和氧,这能让高氯酸盐溶液在摄氏零下70度的温度下仍然保持液态。

因此,我们认为火星上的这些盐水也许偶尔从陨石坑壁上流下来,沉积出盐纹,并将水汽蒸发到上方稀薄的大气层。这些水可能来源于地下,也可能来自高氯酸盐从空气中“拉拽”出的水蒸汽。这些卤水“过于极端”,几乎不可能有生命。

尽管如此,这些卤水足以让我们开始想象生命在火星的栖息地,以及可能存在于火星的生命类型。那么,什么样的生命形式可以生活在这种十分冷又十分咸的水里?多年来,科学家们已经确定了许多嗜盐(耐盐)和嗜低温(耐寒)微生物生活在地球上。最近,我们甚至发现了一些又耐寒又耐盐的微生物,它们生长在寒冷的海水里、南极的湖泊中、或着冰川冰层夹层的液体内。

目前这些生物生存的极限温度和盐度还不太清楚,我们大概知道它们能在零下12ºC的时候进行细胞分裂,零下20ºC的时候能够进行基础代谢。而一些嗜盐和嗜低温微生物能够生长在零下12ºC的低温里,以及高达20%的盐浓度下。

在这样的环境中,微生物是如何生活的呢?为了防止在高盐条件下细胞脱水,嗜盐菌会在细胞内部保持较高的盐浓度。这样一来,渗透梯度会让水流入细胞,而非向环境里渗透。同时,高浓度的细胞液浓度也确保它们不会结冰——结冰不是啥好事,这让细胞没法正常代谢。

除了盐平衡,其他一些手段也能帮助嗜盐嗜冷菌适应严寒。相比于饱和脂肪酸,嗜冷菌的细胞膜往往含有更多不饱和脂肪酸;细胞膜上还包含着额外的运输蛋白,可以在细胞内外运输物质。和生活在“正常”气候下的细菌们相比,嗜冷菌的酶结构更加“灵活”,这让酶们在较低的温度下仍然能够正常作用。有些种类的细菌甚至能产生抗冻蛋白,这有助于限制冰晶在细胞内的生长。

最后,遗传分析表明,嗜冷菌常存在大量的“移动DNA分子”,这些基因编码的是细菌适应寒冷的关键特征,它们可以在微生物之间交换。如果你是一只南极盐水嗜冷菌,而且正好遗失了某些重要的保障你生存的蛋白,你可以从邻居那里获得这些相应的遗传“蓝图”。

它们能在火星生存吗?我们应该保持开放的心态,因为如果微生物能够在阿塔卡马沙漠生存,那么一切皆有可能。避免辐射的一种方法是住在地下。我们所看到的高氯酸盐卤水来自地表含水层,也许这些含水层就提供了一个无辐射的避难所。但我们并不知道事实是不是这样。

时间拥有令人震惊的能力,生命已经证明了它们能够适应有毒环境。在高腐蚀性的酸性矿山下水道和湖泊中,我们发现了生命的存在。我们已经观察到北极汞污染水平的上升过程里,微生物逐渐适应的现象。同时微生物学家也发现,地球上就存在一种细菌酶,也许能降低高氯酸盐的毒性。火星上的液态水的确切证据并不意味着火星上有生命。但它确实让我们看到了些希望。

正如吉姆说的那样:“哪里有液态水,哪里就很可能有生命。”在我们得到一些样品之前,可能的生命性质是没法确定的,不过探索任务就要来了。2020年,美国航空航天局已安排一个火星探测车,它将带回那里的样品,让我们寻找“化学化石”或者其他生命的证据。如果我们找到了,那么任何结果肯定都是令人震惊的。

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