地球平流層生命是其它星球極端生命的可能性

地球平流層中微生物的存在不僅為研究極端微生物開闢了一個新領域，而且也增加了我們在其他行星上發現生命可能環境的範圍。這是一項新研究的結論，該研究總結了迄今為止我們對平流層生命的了解。平流層是大氣區域，它就在我們生活的對流層上方，但對於存在於那裡的生命來說，這幾乎是一個謎。馬里蘭大學醫學院的一名微生物學家爾阿迪特·達馬薩馬(DasSarma)說：當你從一個平面窗(當在35000英尺的上空巡航時，飛過平流層的最低水平)時，你可能沒有意識到，但是在那裡，存在著很多類型的微生物。

奮進號太空梭懸掛在地球的大氣層上，平流層以白色層顯示。圖片：NASA

一般來說，人們並不認為微生物是通過空氣傳播的，但微生物學中有句諺語：萬物皆有。然而，目前「很少有研究」著眼於大氣生物群落。問題的一部分在於，在大量的空氣中，細胞的密度很低。但如果從全球範圍來看，這個數字是很重要的：10^21是目前每年進入大氣層的細胞數量估計值。不過，所涉及的空間仍然是巨大的：當談論一個行星的整個大氣層時，如何對它做一個調查呢？這必須是一個有很長的時間線的社區活動，最終會產生「平流層微生物圖譜」。這樣的程序將會非常有效、有趣、有價值。這不僅是因為它能告訴我們地球上的生命，還因為它能告訴我們細胞如何生存，甚至適應其他星球上的生命。

這對行星保護(不讓其他行星暴露於地球上的細菌)和天體生物學都有影響。加州NASA艾姆斯研究中心太空生物科學部的資深微生物學家大衛j史密斯(David J. Smith)說：當我們測量地球極端環境下陸地生命的反應時，可以了解更多關於整個太陽系的宜居性，以及在哪裡尋找其他地方的生命。平流層的條件是殘酷的。這是一個乾燥、寒冷、低氣壓(即低壓)、被紫外線浸透的環境，這就是為什麼它很適合與其他條件相似星球進行類比。Shiladitya DasSarma說：火星的溫度、紫外線和乾燥度與火星很相似，所以這是一個很好的替代品。

哈勃太空望遠鏡在WASP-33b外行星上發現了平流層，生命可能存在於外星的同溫層中嗎?圖片：NASA Goddard

儘管如此，生命仍然在地球的高處生存。細菌和真菌通常在這種環境中死亡，但是那些存活下來的細菌和真菌是通過一些策略存活下來的。例如形成孢子是一種行之有效的保護遺傳物質的方法。然而，即使非孢子形成的極端微生物也有保護自己的機制。有各種各樣的壓力生存機制，對於紫外線，一些極端分子有DNA損傷修復機制。另一些則有其他更安靜的方法，比如極端的嗜鹽生物，它們可以在非常低的水環境下生存，因為它們的蛋白質被設計成能夠抓住任何少量的水。

如果生命能夠在平流層中生存，也許生命也能在太空中生存。當談到在星際飛船上搭便車的微生物時，我們知道哪些細菌、古菌或真菌可以存活將變得越來越重要，因為我們從平流層的研究中知道，寒冷的溫度、紫外線輻射和其他因素不會殺死每一個細胞。目前，包括美國國家航空和宇宙航行局(NASA)在內的太空機構都有一項任務，那就是在發射著陸器之前，不要讓其他行星接觸地球上的微生物群落，所以要採取預防措施。在大多數情況下，在宇宙飛船被宇宙射線浸沒之後，不太可能會有多少生命存在。然而，我們從經驗中知道地球上的入侵物種是多麼的頑強——生命存在於地球上的「各處」是有原因的。

知道火星是一個塵土飛揚的星球，宇宙飛船上覆蓋著灰塵，可能會遮蔽一些微生物。此外部分生物硼素(存活在航天器上的微生物數量)被嵌入到航天器的硬體內部，在那裡它們受到輻射的保護，大大減少或完全消除了紫外線的影響。只要有最低限度的保護，微生物就可以使用同樣的策略，使它們能夠在同溫層生存——就像修復紫外線損傷的DNA，或者水儲存——以在遠離地球的地方生存。重要的是要記住，生存並不一定意味著繁榮。僅僅因為一種生物能到達火星，並不意味著它能存活並繁殖。這就是為什麼了解更多的極端微生物，特別是在地球的平流層，是關鍵。

相反，在某些時候，我們可能想要這些微生物茁壯成長，因為當我們建立人類殖民地時，好的細菌將成為我們的重要夥伴。如果我們想去火星並居住在那裡，將會帶來任何微生物和宏，需要在那裡生存下去。但我們不想帶來任何污染或破壞環境的東西。在保護我們在短期內探索的行星時，了解堅硬的生物如何以及為什麼會存在於我們頭頂的平流層是很重要的。與此同時，展望更遠的未來，這些極端的生命形式最終將幫助我們在其他星球上生存，當我們向銀河系擴張的時候。這項工作得到了NASA天體生物學通過體外生物學項目的支持。

博科園-科學科普｜文：Starre Vartan/Space｜參考期刊：天體生物學

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