地球平流层生命是其它星球极端生命的可能性

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群星璀璨、万物有理

地球平流层中微生物的存在不仅为研究极端微生物开辟了一个新领域，而且也增加了我们在其他行星上发现生命可能环境的范围。这是一项新研究的结论，该研究总结了迄今为止我们对平流层生命的了解。平流层是大气区域，它就在我们生活的对流层上方，但对于存在于那里的生命来说，这几乎是一个谜。马里兰大学医学院的一名微生物学家尔阿迪特·达马萨马(DasSarma)说：当你从一个平面窗(当在35000英尺的上空巡航时，飞过平流层的最低水平)时，你可能没有意识到，但是在那里，存在着很多类型的微生物。

奋进号航天飞机悬挂在地球的大气层上，平流层以白色层显示。图片：NASA

一般来说，人们并不认为微生物是通过空气传播的，但微生物学中有句谚语：万物皆有。然而，目前“很少有研究”着眼于大气生物群落。问题的一部分在于，在大量的空气中，细胞的密度很低。但如果从全球范围来看，这个数字是很重要的：10^21是目前每年进入大气层的细胞数量估计值。不过，所涉及的空间仍然是巨大的：当谈论一个行星的整个大气层时，如何对它做一个调查呢？这必须是一个有很长的时间线的社区活动，最终会产生“平流层微生物图谱”。这样的程序将会非常有效、有趣、有价值。这不仅是因为它能告诉我们地球上的生命，还因为它能告诉我们细胞如何生存，甚至适应其他星球上的生命。

这对行星保护(不让其他行星暴露于地球上的细菌)和天体生物学都有影响。加州NASA艾姆斯研究中心太空生物科学部的资深微生物学家大卫j史密斯(David J. Smith)说：当我们测量地球极端环境下陆地生命的反应时，可以了解更多关于整个太阳系的宜居性，以及在哪里寻找其他地方的生命。平流层的条件是残酷的。这是一个干燥、寒冷、低气压(即低压)、被紫外线浸透的环境，这就是为什么它很适合与其他条件相似星球进行类比。Shiladitya DasSarma说：火星的温度、紫外线和干燥度与火星很相似，所以这是一个很好的替代品。

哈勃太空望远镜在WASP-33b外行星上发现了平流层，生命可能存在于外星的同温层中吗?图片：NASA Goddard

尽管如此，生命仍然在地球的高处生存。细菌和真菌通常在这种环境中死亡，但是那些存活下来的细菌和真菌是通过一些策略存活下来的。例如形成孢子是一种行之有效的保护遗传物质的方法。然而，即使非孢子形成的极端微生物也有保护自己的机制。有各种各样的压力生存机制，对于紫外线，一些极端分子有DNA损伤修复机制。另一些则有其他更安静的方法，比如极端的嗜盐生物，它们可以在非常低的水环境下生存，因为它们的蛋白质被设计成能够抓住任何少量的水。

如果生命能够在平流层中生存，也许生命也能在太空中生存。当谈到在星际飞船上搭便车的微生物时，我们知道哪些细菌、古菌或真菌可以存活将变得越来越重要，因为我们从平流层的研究中知道，寒冷的温度、紫外线辐射和其他因素不会杀死每一个细胞。目前，包括美国国家航空和宇宙航行局(NASA)在内的太空机构都有一项任务，那就是在发射着陆器之前，不要让其他行星接触地球上的微生物群落，所以要采取预防措施。在大多数情况下，在宇宙飞船被宇宙射线浸没之后，不太可能会有多少生命存在。然而，我们从经验中知道地球上的入侵物种是多么的顽强——生命存在于地球上的“各处”是有原因的。

知道火星是一个尘土飞扬的星球，宇宙飞船上覆盖着灰尘，可能会遮蔽一些微生物。此外部分生物硼素(存活在航天器上的微生物数量)被嵌入到航天器的硬件内部，在那里它们受到辐射的保护，大大减少或完全消除了紫外线的影响。只要有最低限度的保护，微生物就可以使用同样的策略，使它们能够在同温层生存——就像修复紫外线损伤的DNA，或者水储存——以在远离地球的地方生存。重要的是要记住，生存并不一定意味着繁荣。仅仅因为一种生物能到达火星，并不意味着它能存活并繁殖。这就是为什么了解更多的极端微生物，特别是在地球的平流层，是关键。

相反，在某些时候，我们可能想要这些微生物茁壮成长，因为当我们建立人类殖民地时，好的细菌将成为我们的重要伙伴。如果我们想去火星并居住在那里，将会带来任何微生物和宏，需要在那里生存下去。但我们不想带来任何污染或破坏环境的东西。在保护我们在短期内探索的行星时，了解坚硬的生物如何以及为什么会存在于我们头顶的平流层是很重要的。与此同时，展望更远的未来，这些极端的生命形式最终将帮助我们在其他星球上生存，当我们向银河系扩张的时候。这项工作得到了NASA天体生物学通过体外生物学项目的支持。

博科园-科学科普｜文：Starre Vartan/Space｜参考期刊：天体生物学

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