以陨石为食的微生物可能有助于我们寻找外星生命

这些奇特的微生物可能为我们在火星及更远地方寻找生命迹象提供启示。
a meteorite in space
一个生物的太空岩石是另一个生物的食物。NASA/JPL-Caltech

地外生命可能是什么样子?它们会留下什么痕迹?如果外星植物和浮游生物的类似物向其大气层中充斥氧气,或者一个先进文明充斥其天空的卫星,我们或许能够从地球上探测到这种全球性的巨变。但如果地外生命规模很小且有限,它们的印记可能很微妙,难以辨别,即使就在我们自己的宇宙后院。

考虑到太阳系中缺乏明显的绿色植被和活动,任何地外生物很可能是简单的微生物。或许它们会深埋在火星土壤之下,躲避有害的紫外线辐射。又或许有些微生物会休眠于小行星中,等待着降落到更友好的环境中。维也纳大学的一组研究人员通过研究地球上一种最顽强的微生物,试图猜测这些微生物如何在没有生命迹象的环境下生存,以及它们可能留下什么痕迹。现在,在最近的一篇《自然》期刊出版物上,他们详细介绍了给微生物喂食陨石后会发生什么。

“我想从中提炼出与寻找生命相关的宝贵信息,”论文合著者、维也纳大学生物物理化学家Tetyana Milojevic说。

但别把这种微生物称为细菌。*Metallosphaera sedula* 是一种属于古菌(archea)的生命领域,古菌最早是在高温高盐的池塘中发现的,那里对大多数生物来说都是致命的。即使在这个坚韧的群体中,*M. sedula* 也是极端生存者。它偏爱极热的酸性环境——大约160华氏度(约71摄氏度),溶液的酸度相当于胃液。它还能耐受高浓度的有毒金属,使其成为Milojevic所称的“多极端微生物”(polyextremophilic microbe)的典型代表——一种在其生存环境中具备多种极端特性的生物。她还表示,*M. sedula* 可以像水熊虫一样,长时间耐受脱水(tardigrade style),并推测它可能能够承受深空的辐射,至少如果被包裹在陨石内部的话。

但真正让*M. sedula* 成为与理论上地外微生物进行比较的“头号嫌疑犯”是它的食性。地球上的许多生物——比如植物——通过阳光代谢能量,还有些生物甚至通过深海热泉等热源来获取能量。然而,*M. sedula* 却是通过从金属中提取电子来获取养分,这使得富含金属的陨石成为了它的“自助餐”。

然而,Milojevic和她的同事们不确定这种微生物喜欢哪些金属,也不知道它们具体如何处理这些金属,于是他们从维也纳自然历史博物馆借来了一块石陨石(Milojevic说,只需礼貌地请求即可),并为此举办了一场微生物美食盛宴。他们将一些微生物培养在含有陨石粉末的溶液中,另一些则直接放在硬币大小的完整陨石薄片上。

an experimental setup where meteorites were blended into a solution and microbes feast upon its iron
微生物正在享用打碎的陨石混合物中富含铁的“美味”。图片来源:Milojevic

如何喂养它们的问题很容易解决,但该团队花了数年时间开发技术,以便在它们进食后能够切片和分析这些奇特的微生物。大多数微生物保持柔软,但*M. sedula* 吃的金属越多,它就会变得越坚硬、越像石头。“(硬化的微生物)会损坏你要用来切割它们的工具,”Milojevic说。经过数次尝试,最终 devised methods to separate the stony parts of the microbes from their soft parts as much as possible(发明了尽可能将微生物的石质部分与其软质部分分离的方法),该团队发现了*M. sedula* 改变其环境的三种主要方式——三种潜在的生命印记。

首先,这种微生物绝对以陨石为食。Milojevic开玩笑说,她的目标是“让[她的]微生物拥有有史以来最好的进食基质。”这些外星碎片含有多种金属,但该团队发现*M. sedula* 只吃铁,而且是以一种特殊的方式,在其存活期间,在其表面留下了两种特定类型的铁。如果未来的任务带回火星岩石样本,这种特定的铁混合物可能表明存在活的*M. sedula* 亲属——地外生命。

其次,在饱餐铁元素后,*M. sedula* 会将硫酸镍作为副产品排出。这种副产物的存在标志着持续的微生物活动,这将预示着一个地外微生物温床。火星探测器可以留意这些化合物,并利用它们来寻找火星生命。“有硫酸镍集中的区域,”Milojevic说,“值得进一步探索。”

最后,研究人员考虑了这种微生物会留下哪种类型的微化石。与传统化石不同,传统化石需要数百万年才能被岩石被动替代骨骼,但这些吞食矿物质的微生物在一周内就会变成它们所食用的物质。*M. sedula* 将金属积累在其细胞膜中,并在死亡后留下由特定金属和其他元素形成的、呈甜甜圈状的坚硬外壳。“它们吃石头,并在生命过程中变成石头,”Milojevic说。如果这些硬化的外壳能够经受住时间的考验,它们可能代表火星岩石或陨石上过去生命的几乎确凿迹象。

既然她知道这些微生物仅靠外星物质就能生存,Milojevic希望看到它们是否能在外星环境中生存,也许通过将它们暴露在国际空间站外的太空环境中。但实际上,她会耐心等待,直到她能够拿到一些原始的火星岩石进行检查,准备进行一些地外微体古生物学研究。“我认为我已经知道了我需要的一切,”她说。

 

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Charlie 是一名记者,报道地球内外物理科学领域的发展。除了《流行科学》,他的作品还发表在《Quanta Magazine》、《Scientific American》、《The Christian Science Monitor》等刊物上。此前,他曾在莫桑比克和日本教授物理和英语,并在布朗大学学习物理。您可以在这里查看他的网站。


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