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日本的“蒲公英”计划将来自地球的生命带到太空，在这个充满真空和辐射的宇宙环境中暴露三年。
这刷新了我们对生物如何在恶劣环境下存活的认知，而且还可能为“地球生命来自外星”这一假说提供证据。国际空间站。图片来源：论文
来源 Wired
作者 Daniel Oberhaus
翻译 王千玥
编辑 魏潇
“蒲公英”计划
2018 年，一艘载有着在太空环境生存多年的菌落的飞船驶离了国际空间站。这些菌落是日本太空生物实验任务——“蒲公英”计划（Tanpopo mission）送回地球的最后一批样品。这一任务旨在研究太空环境对简单生物的影响，假如微生物在真空环境下依然能够长期存活，那么这对宇宙胚种论（panspermia）的支持者来说无疑是个福音。毕竟，这种猜想生命可以随着流星、彗星及太空尘埃在不同星体间移动的假说一直饱受争议。
幸运的是，真的有微生物存活下来了。8 月 26 日，“蒲公英”计划的研究团队在国际期刊《微生物前沿》（Frontiers in Microbiology）上发表论文，详细解释了多种异常球菌属（Deinococcus）的细菌是如何在恶劣的太空环境中顽强存活整整 3 年的。这类细菌以其抵抗高强度紫外线来防止基因损伤的非凡能力而著称，而这也使它与水熊虫一样被称为“极端微生物”。然而，研究人员还不清楚异常球菌具体是怎么做到的。
“异常球菌可以通过几种不同的机制在严峻的环境下存活下来，”“蒲公英”计划领衔科学家、日本东京药科大学教授山岸明彦（Akihiko Yamagishi）介绍，“我们检测了不同机制，发现与其他机制相比，这种细菌的 DNA 修复系统对在太空环境中生存至关重要。”
作为“蒲公英”实验的一部分，山岸和他的同事在空间站外部的实验舱内将 3 种不同的已脱水的异常球菌菌落暴露在太空的真空环境中。当研究人员在菌落返回地球后再次将其水化，发现菌落最外层的菌已经被高强度紫外辐射杀死了。然而，死菌层对内层细菌的 DNA 起到了保护作用，使它们能存活下来。当然，无论菌落有多厚，随着在太空中暴露时间的推移，完好无损者的细菌基因数仍在逐渐下降。不过，研究团队的结果显示，只有 0.5 毫米深的一小块菌落最多可以在太空中存活 8 年。
负责将细菌暴露在外太空的日本宇航员 Yugi。图片来源：论文
地球生命，来自星际旅行？
这样的结果对宇宙胚种论（panspermia）的支持者来说是个好消息。这一假说于上世纪七十年代被提出，认为生命来自银河系外，依靠附着在太空陨石上的微生物在星际间传播。这个假说与生命起源的主流观点背道而驰。然而，宇宙胚种论最早的支持者之一、数学家 Chandra Wickramasinghe 却认为，这一假说可以解释多个地球生命起源的棘手问题。
典型的主流观点认为，地球上的生命是由非生命物质经过长期演化而来的。著名的 “原始汤” 实验就是支持这一观点的有力证据。科学家们推测，最初的生命在原始火山岩周围的热泉口诞生。热泉口处的有机分子在有利的反应条件下形成更复杂的分子，最终这些分子相互结合形成类似细菌的单细胞生物。单细胞生物进化为更复杂的多细胞生物，进而逐渐演化成现在多样的物种。然而，地球生命的进化往往是间断性的。在漫长的物种稳定期之间，物种进化史上曾出现两次短暂的物种大爆发。40 亿年前细菌诞生后，它们主宰了地球 20 亿年。之后，更加复杂的单细胞真核生物成为主要物种，这种情况又持续了 10 亿年，直到更复杂更高级的物种相继出现。
想要解释这种漫长的进化“平台期”很有挑战性。一种解释认为这些时期是被物种大灭绝事件打断的，而物种大灭绝则为物种分化创造了条件。宇宙胚种论的支持者则认为，地球独特的进化史可以用早期生命来自外星微生物这个理论来很好地解释。
胚种论中的 lithopanspermia 理论认为，小行星和陨石在撞击地球时可能携带了一些原始生物，或者可以改变这颗行星上的生命进化轨迹的基因材料。单个到达的小行星携带细菌的量或许不足以改变整个行星的进化史。但是如果这类富含生物材料的陨石普遍存在于银河系内的这片空间，那么地球 40 亿年前经历的大碰撞应该很有可能改变了地球的生命进化轨迹。虽然这是个大胆的假设，但确实存在支持它的证据。哈佛大学物理学家 Avi Loeb 指出，“数据计算表明，当深藏于岩石中免于太空的强辐射时，细菌可以存活上百万年。”
图片来源：a
我们可能来自火星？
有趣的是，数据模拟显示生命或许还有别的进化轨迹。如果几十亿年前地球被小行星剧烈撞击时已经有生物在繁衍生息了，那么一些地球上的微生物或许会被陨石猛烈的冲击力撞出地表，最终伴随陨石或小行星来到太阳系的其他行星上。这听起来或许有些不切实际。但既然研究人员曾在地球上发现过来自火星的岩石，Loeb 认为我们有理由期待某天可以在火星上找到来自地球的古老岩石。
因此，我们有可能都是火星人。同样地，假如 NASA 可以在火星上发现生命，那么根据宇宙胚种论，那里的生命也有可能源于地球。而推断生命的起源地将是在这之后的一个巨大挑战。不过，还是有一些判断依据可以参考。比如，地球上所有 DNA 双螺旋都朝一个方向扭转。所以，如果火星生命 DNA 螺旋方向与地球相反，那么可以确定这个生命独立诞生于火星，而非地球。
行星保护
即使你不买宇宙胚种论的账，Loeb 表示“蒲公英”团队的研究成果仍对行星保护有重大意义。为了确保太空飞船在飞往火星的途中不携带任何来自地球的生物，包括 NASA 在内的很多航天机构遇到了不少麻烦。为了搜索微弱的外星生命信号，他们不想干扰原始的搜索环境。但是现在山岸和他在日本的团队已经揭示，某些细菌可以在没有外界保护的情况下存活足够长的时间来进行星际旅行。
“为了消除生物物质，我们在为探索火星的任务做准备时，所有毫米级肉眼可见的杂物都会从表面移除，” Loeb 强调，“这些研究结果提醒我们在发射航天器去其他行星搜索外星生命前，给飞船消毒杀菌有多么重要。”
2018 年，山岸和他的同事利用飞机和气象气球在地球开展了一系列高海拔试验。在大气层上方，高达 1 万 3 千米的地方，他们发现了异常球菌的踪迹。虽然这个高度已经远远超过了民航客机的飞行海拔，但这并不意味着这些顽强的微生物已经从地球飘到了外太空。因为微生物菌落在风中漂浮的速度还不足以让它们逃离地球重力的牵引。不过 Loeb 在他今年发表的一篇论文中曾提到，就像打水漂时石头在水面跳跃会沾上少许水一样，高速飞行的小行星和彗星在扫过地球大气层时，很可能会带上大气层中的微生物并把它们带到星际空间中。
虽然宇宙胚种论依然饱受争议，并未被科学界广泛接受。但是，类似“蒲公英”计划中的实验在不断挑战着人们对于生命起源的认知，质疑着科学家关于生命形成必要条件的假设。
论文信息：
DNA Damage and Survival Time Course of Deinococcal Cell Pellets During 3 Years of Exposure to Outer S Yuko, Shibuya Mio, Kinoshita Iori, ..., Yamagishi Aki in Microbiology.2020.
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