外星生命的起源來自地球……嗎？

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主譯：畢逸飛

校對：suu

審核：牧夫天文校對組

美編：余家勁

后臺：王啟儒

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逆向宇宙起源論（Reverse Panspermia）……突然面臨的艱難屏障

正如我們目前所觀察到的那樣，在大氣中漂浮與傳播的微生物，在地球生命演化史中扮演了不可忽視的重要角色。進一步而言，既然這些微生物已經克服了生命起源與進化的諸多障礙，它們是否可能離開地球，穿越宇宙，抵達其他行星，并在那里播下生命的種子？這一設想正是所謂的“逆向宇宙起源論”。

如果像“宇宙起源論”（Panspermia）所說的那樣，微生物能從宇宙來到地球，那么也可能有微生物從地球走出去。但實際上，別說是地球上的微生物，就連粒子本身想要到達太空，在物理上也是極其困難的。

太空始于海拔100公里的高度，但大氣粒子通常只能在海拔10公里左右的高度內上升并混合。在海拔10公里以上，氣溫隨高度升高而增加（逆溫層），且下層空氣密度更高，導致粒子無法繼續上升。微生物必須突破這道海拔10公里的“隱形屏障”，才能飛向宇宙。

竟然存在大氣粒子突破屏障的時代

盡管如此，在地球漫長的歷史中，仍有幾次海拔10公里的屏障被打破、10至50公里的平流層充滿大氣粒子的時期。其誘因之一便是隕石撞擊。

當隕石撞擊地球時，不僅地表的海水和地殼，連隕石自身的成分也會飛濺而出，在空中漂浮很長一段時間。隕石中大量含有的銥元素也會散布到大氣中，當它們降落并堆積在地面時，就留在了地層里。

通過測定全球含有銥元素地層的年代，可以確認地球自誕生以來曾多次遭受隕石撞擊。雖然在人類歷史上很少見，但通過對地球隕石坑的年代測定可知：32億年前曾有相當于4座珠穆朗瑪峰大小的巨型隕石撞擊；8億年前則出現過隕石撞擊的高峰期。

被認為導致6600萬年前恐龍滅絕的隕石直徑約為15公里，由于它恰好落入海洋，卷起了海水和地殼成分，使平流層被粒子云覆蓋。可以輕而易舉地想象，當時已經從腐殖質豐富的成熟土壤中飛揚起了大量微生物。

圖源：gettyimages

促使粒子越過屏障的另一個誘因

另一個誘因是大規模火山活動，噴發會將粒子帶入平流層。

1991年6月15日，菲律賓皮納圖博火山發生了被稱為20世紀最大規模的噴發，將菲律賓的天空染成了黑色。衛星監測確認噴煙達到了海拔10公里以上。而在能檢測更高空粒子的激光雷達觀測中，在海拔30公里附近發現了與微生物尺寸相當的1微米級粒子。

在生命誕生后的約38億年間，超過皮納圖博規模的火山噴發曾多次發生，每次都會向平流層排放源自土壤和海洋的粒子。

離宇宙最近的生物，竟是地上的“少數派”……！？

隨火山噴發或隕石撞擊被卷起的土壤和海水中含有微生物，可以預測只要不在沖擊中心，它們就能存活。如果是像耐輻射球菌（Deinococcus）或芽孢桿菌（Bacillus）那樣對環境壓力有耐受性的菌群，即使在平流層也能生存。

此外，在火山地帶，棲息著以無機物為營養的嗜熱/耐熱細菌，藍細菌和綠藻等通過光合作用形成生物薄膜。實際上，NASA的研究小組已通過飛機獲取的海拔3000米的大氣粒子中確認了嗜熱細菌的存在。這類自養微生物即使被運送到像原始地球那樣只存在無機物的其他行星，理論上也應該能夠繁殖。

火山噴發還會將地殼深處的粒子推向大氣。在深度1公里以下的地下也棲息著微生物，它們以甲烷或氫氣為營養，以數月甚至數年一次的分裂速度生長。如果這些微生物能通過休眠維持生命，那么在僅有無機物的行星上，它們或許也能頑強地生存下去。

事實上，從宇宙視角看似乎最遙遠的火山口或地底微生物，或許才是地球上“離宇宙最近”的生物。

飛向宇宙的微生物

雖然現在罕見達到平流層規模的隕石撞擊或火山噴發，但實際上日常生活中也存在將微生物卷入平流層的現象。那就是“雷電”。

我們看到的閃電是落向地面的，但也有向高空延伸的雷電。這種“逆向雷電”被稱為藍色噴流（Blue Jets），云層中積累的電子以每秒數公里的速度向上沖，作為電流瞬間閃現至幾十公里的高空。

當帶有更強電流時，會演變為“巨大噴流”，超越平流層，到達海拔100公里以上的高空。模擬實驗顯示，此時伴隨電流，粒徑1微米的大氣粒子可達50公里高空，即使是50微米的粒子也能到達數十公里高空。因此，即使在現代這個平靜時期，雷電也蘊含著將微生物送入太空的可能性。

不過，雖然微生物到達海拔100公里左右的高度已通過觀測和模擬得到驗證，但它們能否到達數百公里以上的更高高度并真正離開地球，目前尚不明確。即便如此，在過去由于巨型隕石撞擊等原因，微生物飛向高空的可能性是充分存在的。

現代的“微生物搬運工”

現在，火箭和空間站也被認為成為了微生物的運載體。火箭發射在室外進行，正如前文所述，海洋、森林、土壤中的微生物隨風飄蕩，也會附著在發射前的火箭上。雖然火箭以猛烈的勢頭升空，但形成芽孢或聚合體的強韌微生物活下來并進入火箭表面的凹凸處、從而到達太空的可能性是不容忽視的。

此外，載人航天器和空間站都載有乘組人員，他們帶著各自的微生物群落飛向太空。如果在活動中哪怕有一點點含有微生物的空氣泄露到太空外，微生物就可能直接開啟宇宙之旅。

飛向太空之后

飛入太空的微生物在數百公里的高空依然會被地球重力捕獲，僅在軌道上繞行。然而，在空氣分子稀薄的太空空間，經常會有作為隕石母體的小行星或彗星碎片飛來，有時它們掠過地球，隨即再次飛向宇宙深處。

如果微生物附著在這些飛行物上，就可能離開地球軌道，隨之遠去。如前所述，由于微生物與礦物粒子具有很強的親和力，它們應該很容易附著在這些飛行物的礦石上。此外，在宇宙移動過程中，如果有更大的小行星或彗星靠近，微生物也可能因重力作用，從微小的礦石“轉乘”到巨大的天體上。

就這樣，即使進入太空后，也存在離開地球的手段，一旦離開，等待它們的將是近乎永恒的旅行。……雖然理論上可以這樣推導，但平流層更高處真的漂浮著微生物嗎？

宇宙的微生物采集

近年來，實際采集平流層大氣微生物的超高層大氣觀測正開展得如火如荼。觀測中會使用火箭、飛機以及大型氣球。其中，由千葉工業大學和JAXA（日本宇宙航空研究開發機構）等研究團隊推進的平流層微生物采集實驗——“Biopause項目”（生物停滯層項目）規模宏大。

該項目將直徑達34米的氦氣球升至28公里的高空，隨后釋放微生物采集采樣器，利用其慣性下落的過程中采集粒子。

當采樣器下落時，空氣會流過筒狀的裝置，將空氣中包含的粒子過濾并收集在濾網上。隨著接近地面，氣壓上升，采樣器的蓋子會自動關閉。

密封有粒子的采樣器最終會降落在海面上。一旦從海上回收采樣器，科研人員就能在實驗室里分析濾網上捕捉到的平流層粒子（運氣好的話還有微生物）。當然，高層大氣的粒子極其稀薄，有時也會面臨一無所獲的窘境，這是一項極其嚴酷的挑戰。

超高層大氣觀測中發現的微生物

得益于此類超高層大氣觀測，研究人員已在平流層中發現了耐輻射球菌（Deinococcus）和芽孢桿菌（Bacillus）等具有環境耐受性的微生物。

特別是耐輻射球菌，已分離培養出多個物種。據認為，它們在平流層中通過形成生物薄膜（Biofilm）來漂浮。與此同時，觀測中還發現了礦物粒子。可以確定的是，附著在礦物粒子上的微生物，確實在平流層的嚴酷環境中保護著自己。

針對更高高度（400公里高空）的“飛向太空的微生物”，JAXA正在推進一項名為“蒲公英計劃”（Tanpopo Mission）的項目。該項目名稱寓意深遠：微生物在太空中漂浮、在行星間傳播生命的樣子，正如蒲公英的棉絮帶著種子輕盈擴散一般。

該計劃在繞地高度400公里的國際宇宙空間站（ISS）“希望號”實驗艙的暴露平臺上安裝了凝膠板，試圖捕捉并收集撞擊在凝膠板上的微生物細胞及其碎片。

由于國際空間站為了維持軌道以每秒8公里的速度繞地運行，利用安裝在衛星上的凝膠板捕捉并收集宇宙粒子——“宇宙塵”，這種策略在物理邏輯上是非常合理的。

當然，由于粒子會高速撞入凝膠，為了防止采集到的粒子變形或生物細胞破碎（死亡），科研人員耗時多年開發出了一種能極其柔軟地包覆住粒子的凝膠——“氣凝膠”（Aerogel），并已投入實用。

目前，已完成宇宙粒子采集的氣凝膠已經平安返回地球。由于粒子密度極低，后續的解析和分析工作難度極大且仍在持續。但隨著觀測的重復進行，未來一定能發現往返于宇宙空間與地球之間的礦物質或生物物質。

責任編輯：甘林

牧夫新媒體編輯部

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藍色噴流

圖源：Joshua Stevens；NASA Earth Observatory

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