國(guó)際空間站,。圖片來(lái)源：論文

來(lái)源  Wired

作者  Daniel Oberhaus

翻譯  王千玥

編輯  魏瀟

2018 年，一艘載有著在太空環(huán)境生存多年的菌落的飛船駛離了國(guó)際空間站,。這些菌落是日本太空生物實(shí)驗(yàn)任務(wù)——“蒲公英”計(jì)劃（Tanpopo mission）送回地球的最后一批樣品,。這一任務(wù)旨在研究太空環(huán)境對(duì)簡(jiǎn)單生物的影響，假如微生物在真空環(huán)境下依然能夠長(zhǎng)期存活,，那么這對(duì)宇宙胚種論（panspermia）的支持者來(lái)說(shuō)無(wú)疑是個(gè)福音,。畢竟，這種猜想生命可以隨著流星、彗星及太空塵埃在不同星體間移動(dòng)的假說(shuō)一直飽受爭(zhēng)議,。

幸運(yùn)的是,，真的有微生物存活下來(lái)了。8 月 26 日,，“蒲公英”計(jì)劃的研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊《微生物前沿》（Frontiers in Microbiology）上發(fā)表論文,，詳細(xì)解釋了多種異常球菌屬（Deinococcus）的細(xì)菌是如何在惡劣的太空環(huán)境中頑強(qiáng)存活整整 3 年的。這類細(xì)菌以其抵抗高強(qiáng)度紫外線來(lái)防止基因損傷的非凡能力而著稱,，而這也使它與水熊蟲(chóng)一樣被稱為“極端微生物”,。然而，研究人員還不清楚異常球菌具體是怎么做到的,。

“異常球菌可以通過(guò)幾種不同的機(jī)制在嚴(yán)峻的環(huán)境下存活下來(lái),，”“蒲公英”計(jì)劃領(lǐng)銜科學(xué)家、日本東京藥科大學(xué)教授山岸明彥（Akihiko Yamagishi）介紹,，“我們檢測(cè)了不同機(jī)制,，發(fā)現(xiàn)與其他機(jī)制相比，這種細(xì)菌的 DNA 修復(fù)系統(tǒng)對(duì)在太空環(huán)境中生存至關(guān)重要,?！?/span>

作為“蒲公英”實(shí)驗(yàn)的一部分，山岸和他的同事在空間站外部的實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)將 3 種不同的已脫水的異常球菌菌落暴露在太空的真空環(huán)境中,。當(dāng)研究人員在菌落返回地球后再次將其水化,，發(fā)現(xiàn)菌落最外層的菌已經(jīng)被高強(qiáng)度紫外輻射殺死了。然而,，死菌層對(duì)內(nèi)層細(xì)菌的 DNA 起到了保護(hù)作用，使它們能存活下來(lái),。當(dāng)然,，無(wú)論菌落有多厚，隨著在太空中暴露時(shí)間的推移,，完好無(wú)損者的細(xì)菌基因數(shù)仍在逐漸下降,。不過(guò)，研究團(tuán)隊(duì)的結(jié)果顯示,，只有 0.5 毫米深的一小塊菌落最多可以在太空中存活 8 年,。

負(fù)責(zé)將細(xì)菌暴露在外太空的日本宇航員 Yugi。圖片來(lái)源：論文

這樣的結(jié)果對(duì)宇宙胚種論（panspermia）的支持者來(lái)說(shuō)是個(gè)好消息。這一假說(shuō)于上世紀(jì)七十年代被提出,，認(rèn)為生命來(lái)自銀河系外,，依靠附著在太空隕石上的微生物在星際間傳播。這個(gè)假說(shuō)與生命起源的主流觀點(diǎn)背道而馳,。然而,，宇宙胚種論最早的支持者之一,、數(shù)學(xué)家 Chandra Wickramasinghe 卻認(rèn)為，這一假說(shuō)可以解釋多個(gè)地球生命起源的棘手問(wèn)題,。

典型的主流觀點(diǎn)認(rèn)為,，地球上的生命是由非生命物質(zhì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期演化而來(lái)的。著名的 “原始湯” 實(shí)驗(yàn)就是支持這一觀點(diǎn)的有力證據(jù),?？茖W(xué)家們推測(cè)，最初的生命在原始火山巖周圍的熱泉口誕生,。熱泉口處的有機(jī)分子在有利的反應(yīng)條件下形成更復(fù)雜的分子,，最終這些分子相互結(jié)合形成類似細(xì)菌的單細(xì)胞生物。單細(xì)胞生物進(jìn)化為更復(fù)雜的多細(xì)胞生物,，進(jìn)而逐漸演化成現(xiàn)在多樣的物種,。然而，地球生命的進(jìn)化往往是間斷性的,。在漫長(zhǎng)的物種穩(wěn)定期之間,，物種進(jìn)化史上曾出現(xiàn)兩次短暫的物種大爆發(fā)。40 億年前細(xì)菌誕生后,，它們主宰了地球 20 億年,。之后，更加復(fù)雜的單細(xì)胞真核生物成為主要物種,，這種情況又持續(xù)了 10 億年,，直到更復(fù)雜更高級(jí)的物種相繼出現(xiàn)。

想要解釋這種漫長(zhǎng)的進(jìn)化“平臺(tái)期”很有挑戰(zhàn)性,。一種解釋認(rèn)為這些時(shí)期是被物種大滅絕事件打斷的,，而物種大滅絕則為物種分化創(chuàng)造了條件。宇宙胚種論的支持者則認(rèn)為,，地球獨(dú)特的進(jìn)化史可以用早期生命來(lái)自外星微生物這個(gè)理論來(lái)很好地解釋,。

胚種論中的 lithopanspermia 理論認(rèn)為，小行星和隕石在撞擊地球時(shí)可能攜帶了一些原始生物,，或者可以改變這顆行星上的生命進(jìn)化軌跡的基因材料,。單個(gè)到達(dá)的小行星攜帶細(xì)菌的量或許不足以改變整個(gè)行星的進(jìn)化史。但是如果這類富含生物材料的隕石普遍存在于銀河系內(nèi)的這片空間,，那么地球 40 億年前經(jīng)歷的大碰撞應(yīng)該很有可能改變了地球的生命進(jìn)化軌跡,。雖然這是個(gè)大膽的假設(shè)，但確實(shí)存在支持它的證據(jù),。哈佛大學(xué)物理學(xué)家 Avi Loeb 指出,，“數(shù)據(jù)計(jì)算表明，當(dāng)深藏于巖石中免于太空的強(qiáng)輻射時(shí)，細(xì)菌可以存活上百萬(wàn)年 ,?！?/span>

圖片來(lái)源：astronomytrek.com

有趣的是,，數(shù)據(jù)模擬顯示生命或許還有別的進(jìn)化軌跡,。如果幾十億年前地球被小行星劇烈撞擊時(shí)已經(jīng)有生物在繁衍生息了，那么一些地球上的微生物或許會(huì)被隕石猛烈的沖擊力撞出地表,，最終伴隨隕石或小行星來(lái)到太陽(yáng)系的其他行星上,。這聽(tīng)起來(lái)或許有些不切實(shí)際。但既然研究人員曾在地球上發(fā)現(xiàn)過(guò)來(lái)自火星的巖石,，Loeb 認(rèn)為我們有理由期待某天可以在火星上找到來(lái)自地球的古老巖石,。

因此，我們有可能都是火星人,。同樣地,，假如 NASA 可以在火星上發(fā)現(xiàn)生命，那么根據(jù)宇宙胚種論,，那里的生命也有可能源于地球,。而推斷生命的起源地將是在這之后的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。不過(guò),，還是有一些判斷依據(jù)可以參考,。比如，地球上所有 DNA 雙螺旋都朝一個(gè)方向扭轉(zhuǎn),。所以,，如果火星生命 DNA 螺旋方向與地球相反，那么可以確定這個(gè)生命獨(dú)立誕生于火星,，而非地球,。

即使你不買(mǎi)宇宙胚種論的賬，Loeb 表示“蒲公英”團(tuán)隊(duì)的研究成果仍對(duì)行星保護(hù)有重大意義,。為了確保太空飛船在飛往火星的途中不攜帶任何來(lái)自地球的生物，包括 NASA 在內(nèi)的很多航天機(jī)構(gòu)遇到了不少麻煩,。為了搜索微弱的外星生命信號(hào),，他們不想干擾原始的搜索環(huán)境。但是現(xiàn)在山岸和他在日本的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)揭示,，某些細(xì)菌可以在沒(méi)有外界保護(hù)的情況下存活足夠長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)進(jìn)行星際旅行,。

“為了消除生物物質(zhì)，我們?cè)跒樘剿骰鹦堑娜蝿?wù)做準(zhǔn)備時(shí),，所有毫米級(jí)肉眼可見(jiàn)的雜物都會(huì)從表面移除,，” Loeb 強(qiáng)調(diào)，“這些研究結(jié)果提醒我們?cè)诎l(fā)射航天器去其他行星搜索外星生命前，給飛船消毒殺菌有多么重要,?！?/span>

2018 年，山岸和他的同事利用飛機(jī)和氣象氣球在地球開(kāi)展了一系列高海拔試驗(yàn),。在大氣層上方,，高達(dá) 1 萬(wàn) 3 千米的地方，他們發(fā)現(xiàn)了異常球菌的蹤跡,。雖然這個(gè)高度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了民航客機(jī)的飛行海拔,，但這并不意味著這些頑強(qiáng)的微生物已經(jīng)從地球飄到了外太空。因?yàn)槲⑸锞湓陲L(fēng)中漂浮的速度還不足以讓它們逃離地球重力的牽引,。不過(guò) Loeb 在他今年發(fā)表的一篇論文中曾提到,，就像打水漂時(shí)石頭在水面跳躍會(huì)沾上少許水一樣，高速飛行的小行星和彗星在掃過(guò)地球大氣層時(shí),，很可能會(huì)帶上大氣層中的微生物并把它們帶到星際空間中,。

雖然宇宙胚種論依然飽受爭(zhēng)議，并未被科學(xué)界廣泛接受,。但是,，類似“蒲公英”計(jì)劃中的實(shí)驗(yàn)在不斷挑戰(zhàn)著人們對(duì)于生命起源的認(rèn)知，質(zhì)疑著科學(xué)家關(guān)于生命形成必要條件的假設(shè),。

論文信息：

DNA Damage and Survival Time Course of Deinococcal Cell Pellets During 3 Years of Exposure to Outer Space. Kawaguchi Yuko, Shibuya Mio, Kinoshita Iori, ..., Yamagishi Akihiko. Frontiers in Microbiology. 2020.

https://www./article/10.3389/fmicb.2020.02050