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為何生命可能無法在火星上生存?

2017/07/26 ,

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Photo Credit: ESO/M. Kornmesser CC BY 4.0
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火星曾經也跟我們生活的地球一樣充滿著水分,有著海洋以及奔騰的河谷。科學家們推論,那時誕生的微生物可能仍局部零碎的存活至今。但根據《科學報告》的新研究,火星土壤可能對細菌來說是有毒的。即使在過去有出現任何微生物,到了今天都已經被毒死了。

文:Jeffrey Kluger
譯:胡庭瑞

對於生存來說,火星是一個糟糕的地方——它有著使人麻痺的寒冷、激烈的輻射以及稀薄的二氧化碳大氣層。不過這些因素都沒有阻止我們,不管是尋找火星上可能存在的生命,或是希望有一天我們自己也能在那裏生活。畢竟,這個紅色星球曾經也跟我們的世界一樣充滿著水分,有著海洋以及奔騰的河谷。科學家們推論,那時誕生的微生物可能仍局部零碎的存活至今。

這可能是個不錯的理論,但是可能性就在最近大幅縮減。根據《科學報告(Scientific Reports)》期刊上的一篇新研究,火星土壤本身可能對細菌來說是有毒的。即使在過去有出現任何微生物,到了今天都已經被毒死了。

當維京一號及維京二號(Viking 1 & 2)太空船於1976年在火星登陸時,他們在火星土中偵測到似乎是過氯酸鹽(perchlorates)的物質,而三艘後續的太空船,包括現在仍在紅色星球上努力工作的好奇號(Curiosity rover),都確認了這項發現。作為一種高度氧化型態的氯,過氯酸鹽能夠作為細菌的能量來源——一種幫助他們生存的簡單食物。除此之外,過氯酸鹽跟一般的鹽相同,都會降低水的液化點,使得水能夠以適合生命存續的液態存在。然而問題在於,紫外線輻射的存在,使得過氯酸鹽同時也可能對細菌產生毒性——而不幸的是,火星常年都沐浴在紫外線中。

為了確認這個化合物對生命來說到底有益還是有害,愛丁堡大學物理與天文學院(School of Physics and Astronomy, University of Edinburgh)研究生珍妮佛瓦德史沃斯(Jennifer Wadsworth)以及查爾斯卡克爾(Charles Cockell)教授決定在實驗室創造一小片「火星」,來確認一種地球上常見的細菌——枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis) ——是否能夠存活。

瓦德史沃斯和卡克爾先將該菌浸泡在一種火星上最常見,並以約略相同濃度調製的高氯酸鎂(magnesium perchlorate)的水溶液中。之後,他們再將之暴露於與照射火星大致相同波長的紫外線輻射中。他們以盡可能寬宥的標準來衡量細菌的表現:只要有沒死亡的細胞就視為具有生存能力。

即使以如此低下的門檻作為標竿,模擬的火星仍無法通關。在過氯酸鹽溶液中受輻射照射的細胞,在三十秒內就完全被消滅。沒與過氯酸鹽接觸的受輻射細胞雖然表現較好,但也不具太多意義:整個菌落也在六十秒內就被掃除了。

然而,在真實火星上的真實細胞可能具有一項優勢,因為液態水並不會在火星表面聚積。為了更準確的模擬火星,研究者接著在一個乾燥的過氯酸鹽環境下,將細胞置入模擬的石塊——實際上是矽酸鹽盤(Silicate disk) ——中。在輻射的照射下,這些細胞表現得更好,存活細菌的數量掉了百分之九十一——糟糕,但至少比百分之百全滅好。不含過氯酸鹽的細胞對照組在輻射的照射下,甚至只下滑了一半的數量。矽酸鹽本身在化學性質上並沒有甚麼保護作用,研究者認為,這單純只是因為輻射更難穿透這些固態鹽盤。

總體來說,瓦德史沃斯和卡克爾寫道:「火星的表面對於植物性細胞是致命的,使得大部分的表面以及近表層地區不適合生存。」

不過,「大部分」的表面並不等於全部的表面,而仍有幾項因素能協助細菌的生存。首先是寒冷。研究人員最初在華氏77度 (攝氏25度)的舒服溫度進行實驗,而細菌在這個溫度死得相當快。但當他們恰好把溫度下修到華氏39度(攝氏4度)時,損失的細菌數量就減少了十倍。火星上的地表最高溫度可達近華氏76度(攝氏22度),但星球上的平均溫度是相對極冷的華氏-67度(攝氏-55度)。

在溫度不會高到使過氯酸鎂致命以及低到直接把細菌凍死之間,應該存在一個舒適帶。其他變數,像是過氯酸鹽的濃度(在火星上並不固定)、地表下細菌所能得到的紫外線輻射保護等,都可能導致生命可以小聚落的方式存續。

如果在這項研究中有任何好的一面,那就是瓦德史沃斯和卡克爾所使用的細胞種類。枯草芽孢桿菌是一種最普遍、能夠在發射前汙染太空船的細菌。一直以來,人們恐懼如果這些細菌能夠撐過整趟星際旅行,它們可能也會汙染火星,或許透過競爭淘汰掉原生的有機生物。火星對於至少這個種類的生命極不友善的事實是個非常好的消息。不過火星可能對所有生命都具備相似程度的敵意的事實,可能就不是那麼好的消息了。

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責任編輯:潘柏翰
核稿編輯:翁世航

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