南極冰下湖之謎

編譯 林聲

“俯瞰這個項目，就好像是在一個以前從來沒有到過的外星球上工作一樣，不知道下面等待我們的將是什么?！?/p>

2012年2月，國內(nèi)外媒體紛紛報道：經(jīng)過20年的鉆探，一支俄羅斯科考隊即將鉆透4000米冰層，一個水下機器人即將抵達著名的南極冰下湖——沃斯托克湖(Lake Vostok)的水面。

上世紀末，俄羅斯和英國科學家在南極沃斯托克考察站附近的冰下發(fā)現(xiàn)了地球上最大的冰下湖——沃斯托克湖，面積達14000平方千米，被封存在冰蓋之下約4000米處，與世隔絕至少1500萬年。科學家說，這是一個超大的凈水系統(tǒng)，預(yù)計有多達5400立方千米的“原始水”，其純凈度是經(jīng)過兩次蒸餾處理的水的兩倍，有可能是如今地球上最原始、最純凈的水體。科學家還估計，渾然天成的環(huán)境可能使這個冰下湖在千百萬年中未曾發(fā)生變化，這意味著其中可能蘊育著獨立進化的微生物。

太空生物學家為之振奮。冰下湖長期與世隔絕，如果科學家最終“捅破”冰蓋進入湖中并發(fā)現(xiàn)微生物，這就意味著地球人有可能在木衛(wèi)二或土衛(wèi)二上實現(xiàn)與地外生命的首次接觸?？臻g探測已經(jīng)證實，在木衛(wèi)二和土衛(wèi)二厚厚的冰層下有地下海洋存在，這些地下海洋由星球內(nèi)部的地熱或潮汐力提供熱量。沃斯托克湖的環(huán)境被認為類似于木衛(wèi)二和土衛(wèi)二的地下海洋，如果在沃斯托克湖中發(fā)現(xiàn)了生命跡象，或許就能為“木衛(wèi)二、土衛(wèi)二地下海洋中是否存在生命”的爭論提供有力的證據(jù)。

2月5日，俄羅斯科考隊已經(jīng)鉆到了冰下3769米深處，距離鉆透湖面冰層只有一步之遙。然而，在鉆探即將取得成功時，南極的夏季碰巧結(jié)束了，天氣一下子變得極其寒冷，鉆探設(shè)備無法操作，飛機無法起飛，科考隊員們不得不停止了鉆探。不過，可以期望，幾個月后，當南極洲的夏天重新到來時，俄羅斯科考隊將成為首次從湖水中取到水樣的人類，并由此揭開隱藏在沃斯托克湖中的種種奧秘。

沃斯托克湖（也稱東方湖），位于南極洲東部的俄羅斯沃斯托克站（即東方站）附近冰層下約4000米處，長約250千米，寬約50千米，湖水體積估計為5400立方千米，都是液態(tài)淡水。沃斯托克湖被水下山脊分成兩個主要的盆地狀構(gòu)造，北面的盆地深約400米，南方的盆地深約800米。

在南極洲已發(fā)現(xiàn)的140多個冰下湖和地下水體中，沃斯托克湖是最大的，同時也是迄今發(fā)現(xiàn)的世界上最古老的水體。關(guān)于沃斯托克湖的成因有一種理論：最初可能是地表拉伸形成一道裂縫，而后地表向多個方向拉伸，最終形成巨大的湖泊。在距今3000萬年前，整個地球十分暖和，包括南極地區(qū)，因此在沃斯托克湖中可能生活著昆蟲、魚類等多種生物。大約1500萬年前，全球氣溫驟降，湖面結(jié)冰，整個湖泊被冰層掩蓋，最終與外界隔絕。

沃斯托克湖的湖水平均溫度為-3℃。為什么水在0℃以下還能以液態(tài)存在？科學家認為這是三種因素共同作用的結(jié)果：地心熱力使湖底溫度上升，厚重冰層的巨大壓力使水的凝固點下降，厚實的冰層使湖水與南極寒冷的空氣隔絕。那么，這個藏身冰下的湖泊又是怎樣被發(fā)現(xiàn)的呢？ 1957年，蘇聯(lián)科學家在南極建立了一個科考站，取名為“沃斯托克”。1960年，參加蘇聯(lián)南極探險隊的地理學家安德烈·卡皮查在乘飛機飛越沃斯托克地區(qū)上空時，發(fā)現(xiàn)冰原上有一個巨大的平坦地區(qū)，他認為冰川下有一個湖。遺憾的是，他的這個看法在當時沒有引起人們的重視。

1973年，英國科學家稱，他們通過空中探測發(fā)現(xiàn)，在南極沃斯托克科考站以北的冰層下可能存在一個巨大的液態(tài)淡水湖，其頂部覆蓋著厚厚的冰層，湖水寒冷，水壓超大，并處于完全的黑暗中，是地球上罕見的極端環(huán)境。1991年，英國科學家利用ERS-1號衛(wèi)星對南極冰蓋中心進行探測，證實了1973年的發(fā)現(xiàn)。1996年，俄羅斯科學家和英國科學家利用衛(wèi)星發(fā)回的圖像勾勒出沃斯托克湖的輪廓，最終確定了沃斯托克湖的存在。這是地球歷史上最近的重大地理發(fā)現(xiàn)之一。

1998年，俄、美、法三國科學家在沃斯托克湖上鉆取冰芯，但在鉆到3623米、距離湖面不遠的地方，因擔心對湖水造成污染，停止了鉆探。一些專家指出，探查冰下湖的過程有可能污染其原始質(zhì)樸的生態(tài)系統(tǒng)，造成無法挽回的損失。直到幾年后，科學家設(shè)計了一個遠程遙控機器人，可以像大海撈針一樣在廣袤的海域搜尋生命物質(zhì)，而且環(huán)保安全，鉆探工作才重新開始。

2010年11月，科學家向南極條約環(huán)境保護委員會提交了關(guān)于這個項目的最終環(huán)境評價，被準予繼續(xù)對這個古老湖泊進行鉆探取樣。

2012年2月5日，在對沃斯托克湖進行了多年的鉆探后，俄羅斯科考隊已經(jīng)鉆到了冰下3769米處，距離冰下湖面僅約50米。然而，在這3000多米深處，冰的結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生變化，堅硬得如玻璃一般，這給鉆孔作業(yè)帶來重重困難，鉆孔進展如蝸牛般緩慢，一天只能下鉆約1.6米。而且隨著南極夏季的結(jié)束，鉆探工作被迫停止。事實上，科考隊在上一年（2011年）就錯過了打破冰層的最佳時機。南極的夏季從12月開始，到次年2月結(jié)束。因此可以期待，到2012年底，當南極的夏天重新到來時，俄羅斯科考隊將完成最后的鉆探工作。

不過，需要特別指出的是，多年來，科學界對于鉆探沃斯托克湖有著不小的爭論。持反對意見的人指出，沃斯托克湖的獨特之處在于其與外部世界隔絕千百萬年，一直沒有受到外部環(huán)境的影響，在水體中有可能存在一些前所未知的生命形式。而人類的活動如果滲透到這個獨立的生態(tài)系統(tǒng)中，有可能對它造成污染，比如在鉆探過程中引入的煤油、氟利昂等材料污染，在探測中引入的外面世界微生物污染，等等。一位科學家如是說：“要鉆探沃斯托克湖，至少要做10年的準備。作為一名科學家，你肯定不愿意自己的墓碑上寫著：‘此人污染了地球上最后的疆界之一?！?/p>

沃斯托克湖隱藏在厚厚的冰下，在人類出現(xiàn)之前，湖水一直與地球大氣分離，與外部世界沒有任何接觸，是一個封閉型的獨特的生態(tài)系統(tǒng)?？茖W家認為，沃斯托克湖不僅是我們尚未探測的地球的“最后之地”，而且還是我們探索地球生命起源和外星生命形式的巨大寶庫。

在這個與世隔絕的封閉世界里存在生命嗎？在對提取自沃斯托克湖冰蓋底部的冰樣進行研究后，美國生態(tài)學家普利斯庫指出，湖中有可能生活著微生物，它們從礦物質(zhì)中獲得能量，正如他所說“它們吃的是石頭”。那湖中是否有更高級的生命形式存在呢？對這個問題，普利斯庫的回答是：不能肯定這個冰下湖中是否有足夠的能量演化出類似尼斯湖水怪那樣的生命形式，但如果在湖底發(fā)現(xiàn)能量豐富的有著生物多樣性的熱液噴口，出現(xiàn)更高級的生物體不是沒有可能。

如果沃斯托克湖中有生命存在，它們會是什么樣子呢？研究發(fā)現(xiàn)，沃斯托克湖是一個貧養(yǎng) (缺少養(yǎng)分)的極端環(huán)境，但湖中富含氧氣，比一般的地面淡水湖泊高出50倍。科學家據(jù)此認為，如果沃斯托克湖中有生命存在，應(yīng)該是適合生存于極端環(huán)境中的生命形態(tài)，能承受高壓、持續(xù)寒冷、低養(yǎng)分攝入、高濃度氧，以及終年不見陽光等不利的生存條件，很可能以微生物的形式存在。

微生物的適應(yīng)能力極強，可適應(yīng)各種極端環(huán)境，甚至有研究認為地球上的所有生物都有可能是從微生物演化而來的。因此，科學家很想知道，那些被稱為“時間膠囊”的渺小的微生物在漫長的歲月里，在完全的嚴寒和黑暗中，沒有食物，沒有陽光，沒有來自太陽的能量，它們是如何生存下來的。

科學家相信，如果在沃斯托克湖中發(fā)現(xiàn)了原始細菌甚至更復雜的生命形式，將為我們了解地球早期生命物質(zhì)的產(chǎn)生和進化提供更多的線索；即使沃斯托克湖最終被證明是一個沒有任何生命形式存在的封閉系統(tǒng)，也將為科學家在未來太空之旅中尋找外星生命提供線索。

南極冰下湖研究對于研究地球氣候變化動態(tài)也具有重要的意義。南極洲以冰層和冰下水體的形式，擁有地球上約70%的淡水。大量淡水被困在冰層里，而氣候變暖將加速冰層融化，讓更多的水流入海洋，引起海平面上升?？茖W家認為，南極冰下湖可能隱藏著地球氣候變化的記錄，搞清楚南極冰下湖是否會發(fā)生變化，以及如何發(fā)生變化，是應(yīng)對未來可能出現(xiàn)的全球海平面上升危機的關(guān)鍵。

南極洲不是人們想象中一片貧瘠的極地沙漠，在厚厚的冰層下，很可能隱藏著一個個生機盎然的“生命綠洲”。多年來，科學家一直在進行著這方面的探索。研究人員發(fā)現(xiàn)，在數(shù)千米深的冰下，一些比亞馬孫河還要大的河流與一系列的“湖泊”連接在一起，在那里很可能生存著大量以礦物質(zhì)為食的微生物。美國地球物理學家邁克爾·斯圖丁戈說：“這是一個我們之前所不知道的全新的世界。在冰蓋下面，我們將看到和地球表面類似的景觀?！?/p>

希特勒的南極基地：傳說與現(xiàn)實

沃斯托克湖面冰蓋即將鉆穿，這原本是一則科技消息，可國外一些媒體卻故弄玄虛，紛紛轉(zhuǎn)載了一則關(guān)于“南極可能是希特勒遺骸與納粹秘密檔案埋藏地”的消息。

有俄羅斯媒體稱，沃斯托克湖附近可能是當年希特勒秘密檔案的埋藏地，希特勒及其情婦愛娃的遺骸也可能葬在這里。據(jù)俄媒體說，“二戰(zhàn)”接近尾聲時，納粹分子搬遷到南極，并在沃斯托克地區(qū)建造軍事基地。其“依據(jù)”是納粹海軍上將卡爾·鄧尼茨1943年所說的話：“德國潛艇艦隊引以自豪的是，它在世界的另一端為元首建造了難以攻克的要塞?！?/p>

另據(jù)德國海軍檔案記載，1945年4月德國戰(zhàn)敗數(shù)月后，一艘德國潛艇抵達南極。因此，就有謠傳說，德國船員在南極秘密建造了一個冰洞，將隨船帶去的幾箱檔案埋在里面。之后，另一艘潛艇又把希特勒和愛娃的遺骸送到此地，希望將來通過DNA技術(shù)克隆他們。

然而，英國劍橋大學學者科林·薩默海斯與加拿大學者彼得·比清在他們的論文《希特勒的南極基地：傳說與現(xiàn)實》中對納粹高官乘坐潛艇逃往南極的可能性進行了分析：在南半球冬季，南極冰層有幾米厚，潛艇冒出水面進入想象中的堡壘根本就是無稽之談。

極端之地生命興旺

科學家在被人們認為“不可能”有生命存在的各種極端環(huán)境中發(fā)現(xiàn)了越來越多的生物，他們越來越清晰地認識到，生命可以在地球上幾乎任何地方存在。經(jīng)過30億年的進化，生命之觸角已遍及地球的每一個地方，每一個角落，從海底到平流層上端，從熾熱之地到極寒之地，從純酸性環(huán)境到原子輻射環(huán)境，似乎沒有生命不能征服的地方。

以下一組圖片集中展示了生存能力極為頑強、生命力極為旺盛的細菌和古細菌種類。

冰封12萬年的細菌

被命名為“Herminiimonas glaciei”的細菌，是在格陵蘭冰川下方3.2千米處的冰層中發(fā)現(xiàn)的，是迄今發(fā)現(xiàn)的體積最小的微生物之一。這種細菌長有極長的類似尾巴的鞭毛，便于它在冰層的細小縫隙中自由游動。研究人員最近在報告中稱，他們已成功復活了這種沉睡了約12萬年的細菌。

極端生命中的“全能明星”

Pyrodictium abyssi細菌是科學家于1979年在富含營養(yǎng)物質(zhì)的深?；鹕娇谶吘壧幇l(fā)現(xiàn)的，被科學家視為極端生命形式中的“全能明星”。除了能承受足以將潛艇壓扁的巨大壓力之外，這種細菌還能經(jīng)受沸點以上的高溫考驗，表現(xiàn)出了驚人的生存能力。這種細菌形狀呈碟形不規(guī)則扁平狀，其中空的管狀結(jié)構(gòu)具有極強的耐熱能力。

擁有基因修復能力的細菌

Deinococcus peraridilitoris球菌是2003年在阿塔卡馬沙漠的土壤中發(fā)現(xiàn)的，曾被吉尼斯世界紀錄稱為“地球上最強悍的細菌”，能夠承受寒冷、真空環(huán)境、干旱和輻射的多重考驗。位于智利的阿塔卡馬沙漠極為干旱荒涼，是美國宇航局進行火星任務(wù)模擬的所在地。這種球菌強大的生存能力在于擁有基因組的多份拷貝，如果某個基因組被破壞，可從另一個基因組復制修復被破壞的DNA片斷。

生存于含鹽度極高環(huán)境中的細菌

Haloquadratum walsbyi細菌是在紅海附近鹽灘上發(fā)現(xiàn)的。在這種含鹽度極高的環(huán)境中，任何地球生物都會被“腌制”成一堆無生命的干粉狀。為了適應(yīng)鹽分極高的極端環(huán)境，這種嗜鹽古菌進化為極扁的方形，其表面積與體積之比是地球上所有生物中最高的。

在比硫酸腐蝕性更強環(huán)境中生存的細菌

Ferroplasma acidophilum細菌能夠在pH值為零的環(huán)境下生存，與這種腐蝕性極強的環(huán)境相比，硫酸之“酸”好比礦泉水一樣。這種細菌是在美國加州一個金礦的有毒流出物中發(fā)現(xiàn)的，它們以鐵作為幾乎所有蛋白質(zhì)的核心構(gòu)成成分。

抗輻射能力最強的細菌

Halobacterium NRC-1細菌是地球上抗輻射能力最強的有機體，能夠經(jīng)受住1.8萬戈瑞的輻射劑量，10戈瑞的輻射劑量便足以致人死亡。這種細菌的抗輻射能力幾乎是上世紀50年代發(fā)現(xiàn)的耐輻射球菌的兩倍。Halobacterium NRC-1也擁有基因修復能力。

以放射能為能量的細菌

Desulforudis audaxviator細菌可能是唯一真正意義上的“孤獨”的微生物，因為所有已知生物體都需要其他生物提供某些營養(yǎng)物質(zhì)。這種細菌是在南非地下3.2千米處的一個礦井中被發(fā)現(xiàn)的，那里是一個完全與世隔絕的世界。這種細菌利用含鈾巖石產(chǎn)生的放射能作為能量，并從周圍巖石和空氣中獲取所需的各種營養(yǎng)物質(zhì)來完成新陳代謝過程，它們是世界上已知唯一的單種群生態(tài)系統(tǒng)。