搭便車的地球微生物能在火星上茁壯成長嗎？

本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點。

洛杉磯——當好奇號探測器升空前往火星時，該航天器攜帶了一些“偷渡者”——據 NASA 的最佳估計，有 278,000 個細菌孢子。按照航天器的標準來說，這已經是非常乾淨的了——為了大幅減少細菌數量，該任務的元件都經過了消毒、擦拭、烘烤，並在潔淨室中精心呵護。

諸如好奇號這樣的火星任務都必須遵守嚴格的行星保護政策，旨在保護太陽系中可能存在生命的原生棲息地。畢竟，入侵物種在地球上已經是一個非常嚴重的問題，我們只能推測地球微生物在火星上的生存狀況。

然而，這種推測正變得越來越有依據。在本週在此地舉行的關於當前火星宜居性的會議上，許多研究人員描述了在火星模擬艙中進行的實驗，這些模擬艙可以複製這顆紅色星球的部分環境條件。最引人入勝的是，佛羅里達大學的安德魯·舍爾格描述的一組新實驗表明，火星環境中最惡劣的三個要素——低壓、低溫和主要由二氧化碳組成且幾乎沒有氧氣的的大氣層——並不是地球生物不可逾越的障礙。相反，一些微生物不僅能蟄伏冬眠，實際上還能在這些條件下生長。

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舍爾格和他的佛羅里達大學同事韋恩·尼科爾森及其合作者收集了在航天器表面、潔淨室和佛羅里達州肯尼迪航天中心周圍發現的 24 種微生物菌株，以及兩種能耐受惡劣環境的極端微生物。這些細菌包括常見的物種，如枯草芽孢桿菌和大腸桿菌，但正如舍爾格所說，“我們這組實驗中的贏家”是液化沙雷氏菌，一種廣泛存在的通才微生物。

大多數選定的微生物物種在零攝氏度的溫度下（該溫度在火星表面溫度的上限範圍內）會停止生長，即使沒有受到低壓或缺氧條件的影響也是如此。但是液化沙雷氏菌不僅在低溫下成功生存，而且在同時暴露於以二氧化碳為主的大氣和僅為 7 毫巴的類似火星壓力下也成功生存。（地球海平面大氣壓約為 1,000 毫巴。）研究人員在 1 月份的《天體生物學》雜誌上報告了他們的發現。

雖然液化沙雷氏菌實際上在三重惡劣條件下生長，但其他物種並沒有死亡——它們只是處於休眠狀態。“所有這些細菌都沒有被暴露的條件殺死，”舍爾格說。當返回到環境實驗室條件時，所有處於非活動狀態的細菌物種都恢復了生長。

在一項單獨的研究中，預先適應在寒冷條件下生存的細菌表現得更好。在12 月發表在《美國國家科學院院刊》上的一項研究中，舍爾格、尼科爾森及其同事報告說，從西伯利亞永久凍土中分離出來的細菌在類似火星的條件下茁壯成長。這些來自肉桿菌屬的物種似乎實際上更喜歡低壓條件。“當它們在零度 [攝氏度]、二氧化碳和 7 毫巴大氣壓下生長時，它們似乎比在二氧化碳和 1,000 毫巴壓力或在氧氣和 1,000 毫巴壓力下生長得更好，生長速率更高，”舍爾格說。

但細菌不需要來自極端棲息地才能在類似火星的條件下茁壯成長。舍爾格在會議期間分享了一項初步的、未發表的研究，該研究表明，低壓或低氣壓環境實際上刺激了從一種不尋常的來源——人類唾液中採集的微生物的生長。在二氧化碳大氣下低溫培養的培養皿中，唾液菌群在類似地球的壓力下未能生長。“然而，這些低氣壓生物在火星般 7 毫巴的壓力下湧現出來，”他說。舍爾格在一封電子郵件中指出，在低氣壓條件下茁壯成長的特定生物尚未被確定，但“人類口腔並不是一個人們會期望發現會產生如此奇怪反應的微生物的地方。”

儘管如此，證明一些細菌在類似火星的壓力、溫度和大氣成分下表現良好，與證明地球生命可以在火星上茁壯成長還有很長的路要走。舍爾格和他的同事們統計了火星上可能對生命有害的 17 個環境因素，其中壓力、溫度和缺氧僅僅是三個。這兩項細菌研究中未解決的兩個重要生命威脅是來自陽光的紫外線輻射，幸運的是，在地球上，臭氧會衰減紫外線輻射，以及紅色星球表面的極端乾燥。舍爾格指出，準確地模擬火星的乾燥化會迅速降低細菌的生長培養基。“我們必須減少蒸發才能進行這些實驗，”他說。

這又讓我們回到了好奇號探測器及其飛行硬體上的數十萬個孢子。即使考慮到這項新研究，探測器的著陸點似乎也極不可能受到地球生物的汙染。舍爾格說，直接和反射的陽光可能在任務的頭一兩天內就對探測器外部進行了消毒。任何倖存者都不太可能在好奇號的著陸點蓋爾隕石坑找到立足之地。“即使紫外線輻射沒有對車輛外部或車輪上的微生物進行消毒或殺死，即使微生物被分散了，蓋爾隕石坑極端的乾燥條件也強烈反對”來自地球的“偷渡者”的擴散，他補充說。