地球大氣層充滿微生物。它們能幫助我們在其他星球上找到生命嗎

非洲上空，從國際空間站看到的云（拍攝于2017年）

(圖片來源：美國宇航局/歐空局)

如果你感到孤獨(dú)，聊以慰藉：在你頭頂上方數(shù)萬英尺的高空，浮游著無數(shù)微小的生物。

隨著科學(xué)家對(duì)這種遨游太空的微生物及其與地球表面相互作用的了解越來越多，他們開始懷疑：從理論上講，或許我們無法獲知，金星的云層或更遙遠(yuǎn)星體的大氣中是否潛藏著類似的生命體。

“我們?nèi)祟?，就像生活在大氣海洋底層的底棲魚。地球生物圈的最高邊界止于何處？我們對(duì)此一無所知。”大衛(wèi)· 史密斯是加州美國宇航局(NASA)埃姆斯研究中心的一名職員，專事大氣生物研究。在美國地理協(xié)會(huì)秋季年會(huì)的一次虛擬圓桌會(huì)議中，史密斯說：”我們對(duì)美國宇航局的飛機(jī)和氣球進(jìn)行了隨機(jī)采樣，在所有樣本中都發(fā)現(xiàn)了微生物的生命特征?！?/p>

目前看來，地球大氣中的生命似乎全是短壽的微生物。它們構(gòu)成一個(gè)非獨(dú)立的生態(tài)系統(tǒng)，與地表生命密切相關(guān)。在大氣與地面的輕微接觸中，這些微小卻頑強(qiáng)的生物被裹挾著，繞過漫長的遠(yuǎn)途，最終被卷入低層大氣。

“據(jù)我們了解，微生物會(huì)在大氣中到處穿梭。”羅格斯大學(xué)微生物學(xué)準(zhǔn)博士凱文·狄龍?jiān)跁?huì)議中說，“它們差不多把大氣層當(dāng)高速公路來用，甚至可以向云朵搭個(gè)順風(fēng)車。”

埃姆斯研究中心的研究科學(xué)家戴安娜·金特里在會(huì)議上說：“微生物最終“定居”于兩層大氣中間。因?yàn)樵诘蛯訉?duì)流層，微生物大多面臨著干涸而死的風(fēng)險(xiǎn)?！边@時(shí)，云的魅力就顯而易見了。

“一旦飄上天并懸浮在大氣中，微生物水分會(huì)迅速流失殆盡?！苯鹛乩镎f，“所以低層大氣的云棒極了，它們就像移動(dòng)的補(bǔ)水站，可以在微生物四處漂浮的時(shí)候?yàn)槠浔??！痹趯?duì)流層中，有些微生物甚至可以正常生存。

由美國宇航局Aqua衛(wèi)星拍攝記錄，近十余年來的全球云層分布地圖

(圖片來源：杰西·艾倫/凱文·沃德/MODIS大氣科學(xué)團(tuán)隊(duì)/美國宇航局戈達(dá)德航天中心)

較低的對(duì)流層不行，較高的平流層更不行。平流層的微生物要與更干燥、呈酸性的惡劣環(huán)境作斗爭。因此，它們通常會(huì)蟄伏起來，進(jìn)入休眠狀態(tài)，等哪天回到地面再蘇醒過來。當(dāng)然，有些會(huì)在中途死掉，有些則在被卷入大氣層之前就死了。

然而到目前為止，即便身處最佳環(huán)境的大氣微生物，似乎也只能簡單地存活著，做不了其他有趣的事兒。史密斯說：“我們才剛知道地表的微生物是如何被卷入大氣層的。至于它們能在空中浮游多長時(shí)間、會(huì)否在空中進(jìn)行有意義的活動(dòng)、生長和繁殖——都尚未可知。關(guān)于地球大氣，還有很多研究工作等著我們?nèi)プ??！?/p>

在海底熱接縫處發(fā)現(xiàn)的熱液生物群落，激發(fā)了天體生物學(xué)家的幻想：冰凍衛(wèi)星塵封的海洋深處或許暗藏生命。同樣地，現(xiàn)在科學(xué)家們想知道，在極端環(huán)境下存活的地球大氣生命，能否作為一個(gè)模板，以確定太陽系的其他星球上，是否也存在著生命。

太陽系內(nèi)的生命

誠然，地球大氣生命已經(jīng)面臨許多不確定性。而在其他星球上，生命更是只能在大氣層中繁衍。

這里有一個(gè)關(guān)鍵的制約因素：我們完全了解地球表面是微生物大冒險(xiǎn)的天堂，但太陽系的其他行星表面則死氣沉沉，寸草不生。盡管在很久之前，有些地方還適宜居住，現(xiàn)在則不然。例如，金星被認(rèn)為是尋找生命的應(yīng)許之地，指的是它的大氣層。金星以其高酸性的高溫環(huán)境聞名，但一些科學(xué)家認(rèn)為，離地表約30到37英里(48到60公里)高處的大氣液滴，足以充當(dāng)微生物的避難所。

在金星這樣環(huán)境嚴(yán)酷的星球上，生命只能永久滯留在大氣層中，而不能像在地球上那樣周游各處。既然是“永久滯留”，意味著許多問題亟待科學(xué)家去研究，比如微生物能否在大氣中繁殖。

金特里指出，假設(shè)金星上真有微生物，也會(huì)不斷被重力拽出舒適的大氣層。她說：“這是一項(xiàng)專門針對(duì)大氣生命的挑戰(zhàn)：它們漂浮著，隨著時(shí)間推移，因重力沉降而接二連三地死去。為了生命能在大氣中長期延續(xù)下去，微生物必須快速繁殖，以彌補(bǔ)這些損失?！?/p>

還有水分的問題。地球上的云很特別：它們是太陽系中唯一一個(gè)主要由水蒸氣構(gòu)成的現(xiàn)代大氣云種，科學(xué)家們也最有可能在其中發(fā)現(xiàn)生命。可其他星球的云呢？金星上的云主要由硫酸構(gòu)成；火星的云含有大量二氧化碳；海王星的衛(wèi)星海衛(wèi)一的云則全是氮?dú)狻Ｋ鼈兏骶咛厣?，但缺乏水分，生命終究無法存活。

“天體生物學(xué)的主題之一是‘跟著水走’，因?yàn)槲覀円阎念惖厣锒茧x不開水?！苯鹛乩镎f，“這些星球的云都不是由水構(gòu)成的，所以令我們感興趣的點(diǎn)也和水構(gòu)云完全不同?！?/p>

太陽系外的生命

正如地球可以作為探索太陽系內(nèi)其他星體的模板，我們的鄰星也為探索太陽系以外的世界提供了參考——當(dāng)然，也再次意識(shí)到我們對(duì)系外行星的了解之匱乏。宇宙飛船能載著我們從地球飛往太陽系內(nèi)的其他行星，卻無法抵達(dá)系外行星；而在天文觀測中，系外行星的輪廓又大多隱匿于恒星的光芒之內(nèi)。

事實(shí)證明，即便在地球上，尋找大氣生命也很棘手?！懊慨?dāng)穿越云層，收集云水時(shí)，我們都能接收到強(qiáng)烈的地球生命信號(hào)；然而，我們無法遠(yuǎn)程探測到這些跡象。”史密斯說，“我們知道這些云里有生命，但沒有足夠靈敏的儀器，只有先收集云水樣本，才能從中檢測到生命?！?/p>

所以，不要指望科學(xué)家們在短時(shí)間內(nèi)就其他星球的大氣生命發(fā)表任何聲明。

諾姆·伊森伯格是馬里蘭州約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的一名行星科學(xué)家。他說：“要知道系外行星是否存在生命，可太難了?！?/p>

但他也說，不要停止思考和懷疑。

“如果金星上可能有生命存在，那么，在其他類金星的星球上也可能會(huì)有生命存在?！币辽裾f，“如果地球上有生命，是的，那么在其他的類地星球上也很可能存在著生命?！?/p>

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