地球及其他地方的冰下微生物生命

寻找地球以外的生命让许多人着迷，并引发了一些重大问题：我们在宇宙中真的是孤独的吗?我们的地球是独一无二的吗?有没有可能地球以外的生命实际上远离绿色小外星人，而更接近与我们共享地球的微生物生命?

单细胞生物是数十亿年前在地球上进化的第一个生命形式，并且比人类和其他多细胞生物存在的时间要长得多。它们的代谢也多种多样，可以在我们人类认为的极端环境中繁衍生息，例如在海底滚烫的热液喷口、极其咸的湖泊中，甚至在岩石内。

欧罗巴——一颗冰冷的木星卫星

在地球之外寻找生命的第一个地方是在我们的太阳系内，我们和潜在的宜居世界之间的距离对于航天器飞越甚至采样任务来说仍然是可控的。金星、火星以及木星和土星的许多卫星都引起了天体生物学家的兴趣，尽管木星95颗卫星之一的木卫二是一个特别有前途的候选世界。木卫二是一个冰冷的海洋世界，厚厚的冰壳下面的海洋中喷出大量的水柱。

尽管表面温度永远低于-220°F，但欧罗巴因其冰下海洋而成为太阳系中可能存在生命的场所，这让许多天体生物学家兴奋不已。正如我们所知，水对于行星的生命宜居性非常重要。像水这样的极性溶剂对于驱动地球上所有生命的生化反应至关重要，并且还可以为生物体的生存和进化提供热稳定的栖息地。

正如我们所知，与水一样，碳是生命的另一个重要组成部分。所有生命必需的大分子都以碳为基础——糖、蛋白质、DNA和脂质均由排列成各种形状(包括环、片和链)的碳原子组成。

2023年9月，两个独立的科学家小组发现，木卫二表面的固体二氧化碳(CO2)最有可能源自其冰下海洋，因为它在表面的位置与表明物质从木卫二下方输送的地质特征相吻合。冰。

一个团队还假设海洋被氧化，这是一种支持地球当前生物圈的化学条件，因此有利于我们所知的生命的宜居性。尽管科学家们无法明确确定木卫二上CO2的来源，但木卫二上存在碳的确认激起了天体生物学家的热情，他们相信木卫二上可能存在微生物生命。

有机碳和水等生命迹象被广泛称为生物特征、化学或物理标记，特别需要生物起源。尽管没有任何单一的生物特征足以证明遥远世界存在生命，但在木卫二这样的天体上发现许多互补的生物特征可以强化这样的论点：生命以某种形式可能存在于地球之外。

从欧罗巴到南极洲——研究冰下微生物

作为微生物实地考察地点，木卫二几乎是遥不可及的——它距离我们超过3.9亿英里，而且寒冷得难以想象。那么，我们如何确定生命是否能够在欧洲条件下生存呢?一个想法是研究基于地球的模拟站点——地球上的极端环境，其条件模仿遥远世界的条件。

通过表征这些生态系统中的微生物生命，我们可以深入了解生命如何在完全不适合大多数其他生命形式生存的地方生存。研究模拟站点还可以为我们提供线索，了解哪些类型的生物特征在不同环境中可能很重要，并帮助了解研究人员在来自未来欧洲任务的数据中寻找什么。

田纳西大学诺克斯维尔分校的副教授JillMikucki博士研究了一个这样的模拟地点：血瀑布，这是南极洲麦克默多干谷泰勒冰川终点处的一个特征。在那里，冰下地下水生态系统将含铁盐水泄漏到地表。铁与空气接触后会氧化，将流出的盐水染成锈红色，并赋予血瀑布怪异的外观和与之相配的名字。

“在干燥的山谷里工作和露营感觉超凡脱俗，”米库基说。“它可以非常安静……非常安静。但如果风刮起来，它就会咆哮。”

血瀑布作为类似物的吸引力部分来自于其独特的地质和水文特征。“我认为血瀑布对于海洋世界的研究来说是一个很好的类比，因为它是液体从冰层下方转移到地表的少数几个地方之一，”米库基解释道。“此外，它是咸味的，所以它就像一个迷你海洋世界，偶尔会溢出等份的冰下液体及其微生物内容物。”

这些特征让人想起从冰下喷出的欧洲羽流。米库基说：“在血瀑布，我们可以研究冰下的生命是什么样的，到地表的过渡涉及什么，以及地表的生存是什么样的。”

2009年，Mikucki和他的同事发表了一篇论文，详细介绍了泰勒冰川下方的微生物如何循环硫并使用铁作为终端电子受体，地球表面许多生物体中氧所扮演的角色。

这种新陈代谢发生在无氧条件下(当氧气有限时)，当不存在产生O2的光合作用生物体时，这种代谢可能会发生在某些环境中。这个生态系统深埋在冰层之下，可能已经与外界隔绝了超过一百万年。

Mikucki已经研究冰下环境二十多年了，但她和她的团队的一些发现仍然令她感到震惊。例如，微生物细胞在冰下生长非常缓慢，可能需要一年或更长时间才能分裂。

“一切仍然让我困惑，”她笑着说。“我想知道这些盐水被困在泰勒冰川下方多久了，以及它是如何、在哪里、在什么情况下起源的。这些微生物群落是如何在这段物理和化学旅程中持续存在的?”木卫二上的生命能否以类似的方式持续存在?目前尚无定论，但收集更多数据的工作正在进行中。

未来的欧罗巴任务

在未来的几十年里，我们将通过两项任务更好地观察木卫二：欧洲航天局的JUICE(木星冰卫星探测器)和美国宇航局的木卫二快艇。2023年4月发射的JUICE任务旨在描绘木卫二和另外两颗木星卫星的特征，而NASA的Clipper任务(计划于2024年10月发射)将重点关注木卫二。

快艇的目标是测量冰壳的厚度以及地表与海洋之间的交换，以及研究木卫二的成分和地质学。这两艘航天器应该在2030年代到达目标，然后可以开始收集和发回数据。

地球之外存在生命的可能性——而且它很可能与我们这里的生命有很大不同——既令人兴奋又令人谦卑。如果我们永远找不到地球以外的生命，那就意味着这里发生的事情非常特殊。如果我们这样做了，它可能会彻底改变我们对生命的认知，并告诉我们，在浩瀚的宇宙中，我们并不孤单。