外星生命可能在哪，科學(xué)家盯上了地球深海里的火山口

大西洋海底的熱液噴口。圖片來(lái)源：美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局

生命最早是什么樣的？地球之外，會(huì)不會(huì)也有生命？

為了回答這些問(wèn)題，科學(xué)家們不僅仰望星空，還將目光投向了漆黑寂靜的深海之底。在那里，可能就隱藏著解開(kāi)生命從何而來(lái)、是否遍布宇宙的關(guān)鍵線索。

“海底火山口”孕育的生命

在地球的洋底，海水之下幾千米處，分布著大量“海底火山口”，科學(xué)家稱它們?yōu)?strong>熱液噴口。熾熱的地下流體從巖石裂縫中噴涌而出，溫度最高可達(dá) 350℃。這些流體與冰冷的海水混合，形成了一個(gè)化學(xué)能極其豐富的環(huán)境。

這里沒(méi)有陽(yáng)光，但有氫、硫、鐵、二氧化碳等火山“饋贈(zèng)”。正是在這樣的地方，一類特殊的微生物繁衍生息——嗜熱微生物。

嗜熱微生物德氏火球菌能在攝氏90度的溫度下，利用氫、硫和鐵等生長(zhǎng)。圖片來(lái)源：《微生物學(xué)會(huì)》

它們不靠光合作用，不需要氧氣，甚至在“開(kāi)水級(jí)別”的環(huán)境里依然可以生長(zhǎng)。對(duì)它們來(lái)說(shuō)，火山釋放的化學(xué)物質(zhì)，就是食物和能量來(lái)源。這樣的生存方式，幾乎打破了人類對(duì)“生命條件”的傳統(tǒng)認(rèn)知。

也正因?yàn)槿绱耍茖W(xué)家開(kāi)始認(rèn)真思考一個(gè)問(wèn)題：地球最早的生命，是否就誕生在類似的環(huán)境中？

太陽(yáng)系里，也有“海底火山”嗎？

故事并沒(méi)有止步于地球。

近幾十年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)系中一些冰封的衛(wèi)星，內(nèi)部可能隱藏著廣闊的液態(tài)海洋，其中最著名的兩個(gè)就木衛(wèi)二（歐羅巴）和土衛(wèi)二（恩克拉多斯）。

它們表面寒冷、堅(jiān)硬，但在厚厚的冰殼之下，可能是咸水海洋。土衛(wèi)二會(huì)周期性地向太空噴發(fā)水汽和冰粒，像一座“太空噴泉”；木衛(wèi)二的冰殼上布滿裂紋，暗示著下方仍在活動(dòng)。科學(xué)家推測(cè)，它們的海底可能存在類似地球深海的海底火山活動(dòng)，持續(xù)為海洋提供熱量和化學(xué)能。

在科學(xué)家看來(lái)，如果地球的深海火山能孕育生命，那么這些“冰封世界”的海底，也并非完全沒(méi)有希望。為了搞清楚這些星球上是否可能孕育生命，先后多艘探測(cè)器被派往對(duì)它們進(jìn)行探測(cè)。

熱液噴口的黑煙囪噴出的顆粒物主要是極細(xì)的硫化物礦物。圖片來(lái)源：美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局

1997 年，卡西尼號(hào)（Cassini）飛船升空，并于2004年進(jìn)入土星軌道。在長(zhǎng)達(dá) 13 年的任務(wù)中，它多次近距離飛掠土衛(wèi)二 ，意外發(fā)現(xiàn)這顆土星衛(wèi)星會(huì)周期性向太空噴射出含有水蒸氣、有機(jī)分子甚至氫氣的羽狀噴流——這些成分，正是地球深海熱液噴口附近生命賴以生存的“化學(xué)燃料”。

木衛(wèi)二(歐羅巴)的冰封表面。圖片來(lái)源：NASA

而在更早之前，1989 年發(fā)射的伽利略號(hào)探測(cè)器圍繞木星運(yùn)行，并對(duì)木衛(wèi)二進(jìn)行了多次觀測(cè)。探測(cè)顯示，木衛(wèi)二布滿裂紋的冰殼之下，很可能是一片海洋。

進(jìn)入 21 世紀(jì)后，人類對(duì)這些地外海洋愈發(fā)著迷。2011 年，朱諾號(hào)（Juno）抵達(dá)木星軌道，進(jìn)一步精確測(cè)量木星及其衛(wèi)星系統(tǒng)的引力和磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)；而在 2024 年，最新的歐羅巴快船（Europa Clipper）正式啟程，目標(biāo)直指木衛(wèi)二。

但問(wèn)題隨之而來(lái)：即便探測(cè)器真的“看到”了化學(xué)信號(hào)，我們?nèi)绾闻袛啵鼈兪欠衽c生命有關(guān)？

土衛(wèi)二(恩克拉多斯)。圖片來(lái)源：NASA

潛入地球的深海尋找答案

這正是地球深海研究的意義所在。在美國(guó)馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的實(shí)驗(yàn)室里，科學(xué)家長(zhǎng)期研究從深海熱液噴口采集到的嗜熱微生物。

為了采集這些神秘的極端生物，科學(xué)家們動(dòng)用了高科技的載人潛水器或遠(yuǎn)程遙控機(jī)器人。它們可以下潛到數(shù)千米的深海，在漆黑的海底像玩“抓娃娃機(jī)”一樣，用機(jī)械臂采集滾燙的巖石和熱液樣本。

當(dāng)這些樣本被送回實(shí)驗(yàn)室后，挑戰(zhàn)才剛剛開(kāi)始。因?yàn)槭葻嵛⑸镆曆鯕鉃椤岸舅帯保茖W(xué)家必須在密封的、模擬深海環(huán)境的生物反應(yīng)器里培養(yǎng)它們。

隨后，科學(xué)家會(huì)觀察它們?nèi)绾卫脷洹⒘颉㈣F等物質(zhì)生存，并分析它們產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物。這些代謝“痕跡”，正是未來(lái)航天器可能在其他星球?qū)ふ业纳€索。

換句話說(shuō)，想在木衛(wèi)二或土衛(wèi)二找到生命的蛛絲馬跡，必須先弄清楚：在地球上，生命會(huì)留下怎樣的化學(xué)指紋。

歐羅巴快船號(hào)探測(cè)器飛臨木衛(wèi)二的想象圖。圖片來(lái)源：NASA

不過(guò)，科學(xué)家的研究并不會(huì)止步于實(shí)驗(yàn)室的培養(yǎng)。他們還會(huì)建立計(jì)算機(jī)模型，模擬這些小生物在海底熱液口是如何生長(zhǎng)、又是如何為了搶奪有限的養(yǎng)料而相互競(jìng)爭(zhēng)的。

這就像是在電腦里玩一場(chǎng)“生存策略游戲”：科學(xué)家可以隨意調(diào)低溫度或改變化學(xué)成分，模擬出幾十億年前地球早期的模樣，甚至模擬出木衛(wèi)二那冰冷深海的環(huán)境。通過(guò)這種方式，我們不必親自飛往外星，就能預(yù)判這些“地球原住民”是否能在外星海洋里站穩(wěn)腳跟。

與此同時(shí)，科學(xué)家還會(huì)分析這些嗜熱微生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)，了解它們?nèi)绾卧诟邷亍⒏邏骸⑷毖醯葮O端條件下維持正常功能，并適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。

來(lái)自實(shí)驗(yàn)、模型和分子層面的信息被整合在一起，將幫助科學(xué)家勾勒出一幅更清晰的圖景：告訴我們要去哪里、尋找什么樣的信號(hào)，才能在茫茫宇宙中找到不為人知的地外生命。

從生命起源到現(xiàn)代科技

有意思的是，這些深海的“古老居民”，并不只是能幫助科學(xué)家回答宇宙級(jí)問(wèn)題，它們還深刻地影響了現(xiàn)代科技。

你可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)做核酸檢測(cè)或法醫(yī)鑒定時(shí)用到的“DNA擴(kuò)增技術(shù)”。 這項(xiàng)改變世界的發(fā)明，其核心工具就是一種從嗜熱菌身上提取的DNA 聚合酶。如果沒(méi)有這些“抗熱英雄”，我們的基因測(cè)序和生物工程可能將舉步維艱。

此外，這些小生物還是出色的“環(huán)保小衛(wèi)士”。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，某些嗜熱菌可以降解農(nóng)場(chǎng)廢棄的牛奶或啤酒廠的廢水。在“吃掉”這些污染物的過(guò)程中，它們還會(huì)產(chǎn)生氫氣——一種清潔的未來(lái)能源。

嗜熱微生物在漆黑的深海火山旁，已經(jīng)靜靜地生存了數(shù)十億年。它們見(jiàn)證了地球最早的生命形態(tài)，也為人類提供了一把理解宇宙的鑰匙。

在不久的將來(lái)，當(dāng)人類的探測(cè)器穿過(guò)地外星球的海洋冰層時(shí)，也許我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，在那里的深處，正有著和地球海底一樣熱鬧的生命奇跡。

撰稿/劉允

參考資料：
[1]. the Conversation → Microbes in deep-sea volcanoes can help scientists learn about early life on Earth, or even life beyond our planet
[2]. 美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA) → What is a hydrothermal vent?