希望在鹵水中生長

任輝

炎炎夏日，一則發(fā)自深夜的短訊更是將天文愛好者們的熱情徹底引爆：7月25日夜，歐洲航天局對外宣布了他們關(guān)于火星的新發(fā)現(xiàn)——老當(dāng)益壯的“火星快車號”探測器，在這顆紅色星球的南極冰冠下1.5公里處，探測到了一個直徑20公里的地下湖泊！

對于咱們科幻愛好者來說，探索宇宙中其他生命的存在，一直是極富魅力的話題。對地球上生命的研究告訴我們，生命所需的最核心元素恐怕就是液態(tài)水了，但在廣袤的宇宙中，擁有液態(tài)水的環(huán)境是非常罕見的：有的行星距離恒星太近，導(dǎo)致溫度過高，水分無法留存;有的則距離恒星太遠(yuǎn)，即便有水存在，也早已冰封成刺骨的凝固天地。從這個角度來說，恒星與行星的距離是否合適，似乎是形成生命的一個先天條件，這就是我們常說的“宜居帶”的概念。對于太陽系來說，除了我們的地球，火星似乎也處在宜居帶中，所以，關(guān)于火星上是否存在生命的研究，在火星探索中一直占有極其重要的地位。

早在人類火星探測的初期，水的存在痕跡就已經(jīng)如此明顯了——在火星的地表上，有類似于水流沖刷形成的痕跡，而在20世紀(jì)70年代的探測中，人們更是直接發(fā)現(xiàn)了高氯酸鹽類，這正是一種典型的水合物。

實際上，層出不窮的證據(jù)表明，30億年前的火星，也曾有過一個溫暖濕熱的時期，那時的火星上不僅不缺乏液態(tài)水，甚至還有過汪洋大海，這片已經(jīng)消失的海洋的深度和面積都不亞于今天的北冰洋。但命運跟我們的這顆紅色鄰居開了一個玩笑，盡管它的確處在宜居帶中，盡管它曾經(jīng)擁有過適合生命誕生的環(huán)境，但它的體積太小了，當(dāng)它金屬的內(nèi)核逐漸冷卻，保護(hù)行星的磁場便漸漸消失了，失去了磁場的庇護(hù)，暴虐的太陽風(fēng)開始不斷地剝?nèi)ニ拇髿鈱?，被譽(yù)為生命之源的液態(tài)水，最終在漫長的歲月中不斷逃逸流失殆盡。

不過，直到今天，依然有一定量的水殘留在火星上：覆蓋火星南北極的厚重冰冠，正是由水形成的冰和二氧化碳形成的干冰共同組成的，而在火星其他地區(qū)的土壤中，也有大量的水冰存在。只是火星上液態(tài)水的痕跡卻的確難覓其蹤，這倒不是因為火星溫度低的緣故——在火星的赤道附近，日間氣溫也能達(dá)到35℃左右，但影響液態(tài)水的存在的因素，除了溫度之外，還有氣壓，火星上的氣壓極低，如果溫度超過0℃，許多冰會直接升華為水蒸氣，而不是融化為液態(tài)水。在這次的發(fā)現(xiàn)之前，人們只是間接地發(fā)現(xiàn)了一些液態(tài)水存在的蛛絲馬跡：2005年，NASA發(fā)現(xiàn)火星的部分地表出現(xiàn)了一些暗色的條帶，這些條帶似乎會隨著季節(jié)的變化而增長或縮小，人們不禁懷疑，這是否是火星土壤中的冰融化成的水在流淌的痕跡呢？有的學(xué)者認(rèn)為這是一個合理的解釋，盡管這些地區(qū)的溫度，還在零下70多攝氏度，但如果這些水中含有大量的高氯酸鹽，那么它們的冰點就會大大降低，如此低溫之下的部分融化也是可能的。

但對于火星上液態(tài)水的研究焦點，始終被放在了南北極的冰冠區(qū)域。早在1987年，就有學(xué)者指出南北極冰冠的下方有可能會形成液態(tài)水。這一觀點絕非異想天開，對我們地球上南極冰冠的研究發(fā)現(xiàn)，南極冰層下方有140多個大大小小的液態(tài)湖，其中最大的沃斯托克湖（Lake Vostok）和北美洲的安大略湖差不多。這些冰下湖形成的原因，很有可能是因為冰層太厚導(dǎo)致內(nèi)部壓力太大所形成的水的融化，學(xué)者們相信，火星南北極冰冠下也可能會出現(xiàn)這樣的液態(tài)湖。

2015年，“火星快車號”在軌探測器就在火星南極的冰蓋下察覺出了液態(tài)水存在的可能：在1.5公里的冰層下方，出現(xiàn)了一個導(dǎo)電性極為特殊的區(qū)域，而經(jīng)過三年的持續(xù)研究，歐空局最終排除了其他可能性，人們可以確定地宣布，在火星南極冰蓋之下，的確有液態(tài)水形成的湖泊！

我們可以猜測，這個湖泊形成的原因，和地球上南極的冰下湖是類似的，而“火星快車號”的雷達(dá)信號進(jìn)一步顯示，這里的湖水溫度極低，之所以還沒有結(jié)冰，恐怕正是因為前面我們說過高氯酸鹽的緣故，也就是說，這其實是一汪被厚重冰層覆蓋住的寒冷鹽水。

那么，這么惡劣的環(huán)境中，是否有可能會存在生命的跡象呢？

其實我們沒辦法直接給出否定的答案，因為在今天的地球上，同樣有許多不適宜生命存在的地方，最后都發(fā)現(xiàn)了生命頑強(qiáng)的身影。

我們平常所理解的生態(tài)鏈循環(huán)，總是離不開太陽的參與，在陸地上，植物進(jìn)行光合作用產(chǎn)生能量和營養(yǎng)，這就是整條食物鏈的基礎(chǔ)——初級生產(chǎn)者，一些動物消耗植物為生，其他的動物則以這些食草動物為食，這樣，一個擁有生產(chǎn)者、消費者的生態(tài)循環(huán)就形成了。在海洋中，這樣的模式依然適用，浮游植物成了進(jìn)行光合作用的生產(chǎn)者，其他的浮游動物、小型魚類，乃至大型掠食性魚類和海洋哺乳生物，都要生活在建立于浮游植物基礎(chǔ)上的海洋生態(tài)鏈中。

被1.5公里厚重冰層所覆蓋的火星地下湖，由于缺少了陽光這個關(guān)鍵的因素，似乎不能支撐起生命的生存。但這一邏輯在我們的地球上就已經(jīng)被推翻了，在20世紀(jì)70年代之前，人們還普遍認(rèn)為大洋的深處就是生命的禁區(qū)，因為陽光能夠穿透海水的深度，最多不超過一千米，在被黑暗籠罩的幾千米深處海底，當(dāng)然無法進(jìn)行光合作用，缺少了依靠光合作用產(chǎn)生營養(yǎng)的生產(chǎn)者，生態(tài)鏈自然無從建立。

但20世紀(jì)70年代首次踏足深海的我們，卻發(fā)現(xiàn)這里存在著極為繁茂的生態(tài)體系，尤其是在洋中脊區(qū)域，這里林立著許多深海熱泉，也就是我們常說的“黑煙囪”，從熱泉中噴出的滾燙熱液，其中富含硫化氫等物質(zhì)，而一些細(xì)菌，就聚集在熱泉的出口，它們居然能夠通過將硫化氫與氧結(jié)合而產(chǎn)生能量和有機(jī)物質(zhì)，這就是化學(xué)自營細(xì)菌。許多其他生物也被這些化學(xué)自營細(xì)菌吸引而來，它們有的以濾食這些細(xì)菌為生，有的則干脆和這些細(xì)菌共生—— 一些生活在熱泉附近的蠕蟲和甲殼類動物體內(nèi)，都存在這些化學(xué)自營細(xì)菌。也就是說，缺乏陽光并不能成為阻礙生命繁衍的決定性因素，甚至海底熱泉周邊極度惡劣的溫度條件，也沒能阻礙生命前進(jìn)的腳步。由于水壓和鹽濃度的影響，熱泉中噴薄而出的熱水溫度經(jīng)常會超過100℃，但在距離熱泉僅僅幾米之外，深海的冰冷海水就可以直達(dá)冰點，一種生活在熱泉周邊的龐貝蠕蟲，似乎對這樣劇烈的溫差早已適應(yīng)：它們不僅經(jīng)常會爬進(jìn)滾燙的熱泉水中，也可以“漫步”于周邊冰冷的海底，這種耐極度高溫和極度劇烈溫差的生物，讓我們對生命的頑強(qiáng)有了全新的認(rèn)識。

我們可以想象，如果在火星的南極冰冠下也存在有熱泉這樣的地質(zhì)活動，就很有可能也會孕育出這樣以化學(xué)自營方式為基礎(chǔ)的生態(tài)鏈！但是不得不承認(rèn)，這種情況在火星上恐怕是不會出現(xiàn)的，因為就像我們前面說到的那樣，火星的內(nèi)核早已冷卻，當(dāng)一顆行星躁動的內(nèi)心已經(jīng)歸于沉寂之后，火山活動也就隨之終結(jié)了。

所以對于可能存在于火星上的生物來說，它們所要面對的嚴(yán)酷環(huán)境，恐怕與海底熱泉的生物所面臨的環(huán)境有著冰與火的差別。是的，極度的寒冷是火星鹽水湖的常態(tài)，從“火星快車號”的雷達(dá)信號分析，這片地下湖泊的溫度恐怕在零下60℃以下。

我們都知道，如果溫度下降到一定程度，生物體內(nèi)的體液會凍結(jié)，對新陳代謝至關(guān)重要的酶的活性會降低，地球上的絕大多數(shù)生物都必須生活在適宜的溫度下，其中尤以適應(yīng)溫帶和熱帶氣候的生物種類最多。然而，這并不代表低溫之下就沒有生命活動，在漫長的演化過程中，有一類微生物已經(jīng)演化出了對抗低溫環(huán)境的獨門絕技。這些被統(tǒng)稱為嗜冷菌的微生物，可以通過改變細(xì)胞膜上的不飽和脂肪酸比例避免自己被凍結(jié)，還可以通過一些分子結(jié)構(gòu)比較柔軟的酶在低溫下保持較高的活性，像絲藻和粘球藻這樣的嗜冷菌，甚至必須要在環(huán)境達(dá)到一定冷的程度下才會顯得活躍，而溫度極低的地球南北兩極和極深的海底，都陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了這些嗜冷菌活動的跡象。

但是，我們不可避免地又要談及火星上這一地下湖的特殊性。在零下60℃的溫度下依然可以保持液態(tài)水的存在，這恐怕得益于這些液態(tài)水中所飽含的高氯酸鹽了。對于生命來說，過高的鹽分，就必須要面臨滲透壓所帶來的脫水問題，地球上的絕大多數(shù)物種，它體液內(nèi)的鹽分含量總是接近0.9%濃度的生理鹽水濃度，這或許是地球上現(xiàn)存生命的共同祖先曾經(jīng)就誕生在類似這一濃度的海水中的一個證據(jù)。按照這個邏輯，如果火星上曾經(jīng)誕生過生命的話，它體內(nèi)的體液濃度也應(yīng)該接近于原始火星上曾經(jīng)存在的那片大洋的濃度。當(dāng)那片大洋逐漸干涸，最終消退為南北極的兩個冰蓋時，在冰蓋之下形成的液態(tài)湖的鹽分濃度肯定已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的高過當(dāng)時的海洋濃度了。

生命有可能在如此高的滲透壓差下存活嗎？對于絕大多數(shù)的生物來說，答案當(dāng)然是否定的。許多生物連淡水與海水的滲透壓差距都無法跨越，而在像死海這樣高濃度的鹽水湖，似乎已經(jīng)是生命的禁區(qū)。然而凡事總有例外，微生物的表現(xiàn)再次超乎我們的想象！通過獨特的逆轉(zhuǎn)運蛋白，一些微生物的細(xì)胞表面形成了類似于排水泵的鈉離子泵，還有的微生物可以在體內(nèi)不斷地積累鉀離子，通過這種變相的方式，提升體內(nèi)的濃度來緩沖與體外的滲透壓差距……借助于這些精妙的結(jié)構(gòu)，此類被統(tǒng)稱為嗜鹽菌的微生物，不僅可以在死海和其他地區(qū)的鹽湖中繁衍生息，甚至在中國新疆和美國西部的鹽礦中都可以存活！

生命的頑強(qiáng)令我們驚嘆，但生命其實也異常脆弱。我們常說萬物生長靠太陽，可對地球上的生命來說，最大的危險其實也來自于太陽——強(qiáng)烈的太陽風(fēng)中所含的高能射線沖擊會導(dǎo)致遺傳基因的損壞，長期暴露在高強(qiáng)度輻射下的生命很容易出現(xiàn)癌變、畸形，甚至直接導(dǎo)致死亡。我們得以存活，完全依賴于地球強(qiáng)大的磁場和厚重的大氣層的保護(hù)，而火星上已幾乎完全消失的磁場和非常薄弱的大氣層，顯然是不足以阻擋這些輻射，即便這個湖泊之上有1.5公里厚的冰層，也無法完全替代磁場和大氣的防護(hù)作用。

為了探究太陽輻射對生命的影響，國際空間站曾經(jīng)單獨設(shè)立過一個life生命實驗室，這項實驗的方式簡單又粗暴——宇航員將培養(yǎng)有微生物的器皿安放在空間站的保護(hù)層之外，暴虐的太陽輻射直接照射在這些培養(yǎng)皿上，僅需要每隔一段時間觀察一下培養(yǎng)皿中剩余微生物的數(shù)量，就可以直觀地?fù)Q算出陽光對生命的殺傷力。

而這也讓我們最終認(rèn)識到了一些微生物對輻射的強(qiáng)大抵抗能力！

有的微生物，通過細(xì)胞內(nèi)富含的色素和氧化酶吸收輻射，甚至還有修復(fù)自己DNA的能力，其中的一種細(xì)菌，在被太陽輻射連續(xù)轟擊18個月之后，依然活蹦亂跳。

如此說來，無論是暗無天日的地下環(huán)境，還是酷熱或嚴(yán)寒的極端溫度，甚至身處高濃度的鹵水中，經(jīng)歷著高能太陽輻射的轟擊，還是會有一些生命力異常頑強(qiáng)的家伙存活下來。從這個角度上說，火星的確曾經(jīng)擁有，甚至現(xiàn)在還擁有適合生命存在的可能。

可要解答這個疑惑，僅僅依靠“可能”二字是不夠的，像“火星快車號”這樣的在軌探測器，它所攜帶的設(shè)備無法直接觀測到生命跡象，想要尋求火星上是否存在過生命的直接證據(jù)，恐怕只有一個辦法，那就是像當(dāng)年我們探測南極洲冰下湖里的生命一樣——將湖面上的冰層鉆探開抵近觀測。

不過要使用這樣的方法，必須格外謹(jǐn)慎。關(guān)注天文探索的朋友們一定記得去年“卡西尼號”土星探測器的悲壯落幕。這顆為人類土星研究立下了汗馬功勞的探測器，最終被安排主動撞擊土星自毀。這完全是出于對兩顆土星衛(wèi)星的保護(hù)：由于土星的引力攝動環(huán)境非常復(fù)雜，燃料耗盡后的卡西尼探測器的長期軌道是無法預(yù)測的，它有可能成為土星的一顆人造衛(wèi)星而長期停留在軌道上，也有可能在引力的干擾下一頭扎入土星周邊的衛(wèi)星上，在這些衛(wèi)星中，有兩顆極為特殊，其一是土衛(wèi)六泰坦，這顆衛(wèi)星擁有濃密的大氣層，而在它的地表之上，流淌著由液態(tài)甲烷構(gòu)成的海洋和河流，另一顆衛(wèi)星則是土衛(wèi)二，這顆衛(wèi)星的厚重冰層之下，是極為深厚的液態(tài)水海洋，它所擁有的水含量總量甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過地球。

在“卡西尼號”飛船發(fā)射的那個年代，還沒有形成對地外探測器進(jìn)行全面消毒殺菌的規(guī)范，“卡西尼號”飛船上有可能攜帶著地球上的這些能夠耐受極端環(huán)境的微生物，而其中的一部分，在“卡西尼號”飛離地球二十多年后的今天依然可能存活，如果“卡西尼號”不幸隕落到土衛(wèi)六或土衛(wèi)二，又沒有被大氣層完全燒毀的話，這些微生物便有可能在這樣相對適宜的環(huán)境中生根落葉。此外，“卡西尼號”所攜帶的燃料帶有毒性，為探測器上的設(shè)備供電的核電池一旦破碎也會造成輻射污染，如果這兩顆衛(wèi)星上擁有原生生命，這都會對它們帶來嚴(yán)重的威脅。

對于火星南極冰冠下的這個液態(tài)湖，我們也需要在對其進(jìn)行研究的同時，確保不會對可能存在的生物帶來傷害。實際上，在1999年，俄、法、英等國對地球南極冰蓋下的沃斯托克湖進(jìn)行研究的時候，為了潤滑鉆頭而使用的含有煤油和氟利昂的潤滑劑，就差點兒污染了這個冰封的地下湖中的水體，導(dǎo)致在鉆探到離湖水還有150米厚度的時候，鉆探一度被緊急叫停。

不難想象，在鄰近星球上存在著生命的可能，對人類來說擁有何等重要的意義！這絕不僅僅是為了滿足對未知領(lǐng)域的好奇心，更是源自哲學(xué)層面的需求——千百年來，無數(shù)的先賢仰望星空，發(fā)出叩問：在宇宙無垠的浩瀚中，我們是不是孤獨的？我們并不知道遙遠(yuǎn)火星冰蓋下的這一湖鹵水能否幫我們解決這個問題，但探索的腳步絕不會止步于此，因為，外星生命的存在這一事實，不僅將在茶余飯后為我們津津樂道，它對認(rèn)識生命、認(rèn)識我們自己，也至關(guān)重要，意義深遠(yuǎn)。

【責(zé)任編輯：劉維佳】