土衛二上存在生命的可能令人激動

　　發布日期：2016年08月12日     科學公園

　　土星的冰凍衛星土衛二（Enceladus）是個誘人的世界——許多科學家越來越相信土衛六或許是我們太陽系裡搜尋地外生命的最佳地點。目前圍繞土星運行的NASA卡西尼太空探測器已經發現到一些有趣的現象，根據土衛二噴射出冰的冰火山推測土衛二地表下有一個液態海洋，其中很有可能存在生命。

　　科學家們著手研究如何搜尋土星第六大衛星上的生命

　　

　　土星的冰衛星土衛二在其冰凍表面之下有一個液態海洋，可能有生命存在。圖片來源：NASA

　　土星的冰凍衛星土衛二（Enceladus）是個誘人的世界——許多科學家越來越相信土衛六或許是我們太陽系裡搜尋地外生命的最佳地點。目前圍繞土星運行的NASA卡西尼太空探測器已經發現到一些有趣的現象，根據土衛二噴射出冰的冰火山推測土衛二地表下有一個液態海洋，其中很有可能存在生命。

　　卡西尼號的任務將在2017年結束，科學家們迫不及待地想發射另一個探測器去土衛二搜尋生命。事實上一些科學家已經開始認真思考如何去實施搜索土衛二上的生命這一任務——其中包括行星科學家Carolyn Porco，她是卡西尼成像團隊的領導人。本月早些時候她在加州大學伯克利分校召集了一群科學家，包括海洋學家、有機化學家、太空生物學家等，來探討如何在土衛二上尋找地外生命——Proco說：「這是一個極他媽困難的問題。」

　　雖然土衛二比較小而且表面覆蓋了一層厚厚的冰殼，但土衛二看上去依然是一個適合生命棲息的世界：它有能量來源，是來自於圍繞土星運行時產生的摩擦力；它還有構成生命基礎材料的有機化合物以及位於表面冰層之下的液態海洋。然而土衛二的環境適合生命存在並不代表土衛二上就有生命存在，明確證實土衛二上有生命存在需要做更多的工作。在伯克利會議上，科學家們列出了卡西尼號所收集到的土衛二的數據——他們討論分析了土衛二上的間歇噴泉、土衛二冰層的測量數據、土衛二海洋化學可能會是怎樣的，以及其他一些問題。然而就算科學家們把所有的最新數據和模型結合起來，距離探測土衛二上的生物還差得遠——因此需要派一個探測器過去。

　　在地外世界發現生命會是一個具有深遠影響、意義非凡的事件，這將表明我們在宇宙中並不孤獨。更有甚者，發現生物——或發現沒有生物——可以解答一個極為微妙的謎團，即生命在地球上是如何開始的。科學家們在會議上針對地球生命起源的問題提出了兩個對立的理論（海洋說和陸地說），並且討論了如何針對這一話題而進行土衛二生命探尋。「這將會是生命起源兩種觀點的一次檢驗。」Porco說，特別是針對地球生命物種在短時間內在海洋中大量出現這一事實的檢驗。例如，如果土衛二海洋中有生物並且可以推測生命是起源於海洋的，那麼這就會支持地球上生命起源於海底熱泉這一理論（位於海底的熱的、富含營養的深海噴口），而不是起源於陸地上的一塊塊水域。

　　土衛二還能從其它關鍵的方面告訴我們關於太陽系中生命的誕生。「你並不僅僅在搜尋生命，你還在搜尋對於那種生命特性的理解，以及它和地球生命的比較。」 Chris McKay說，他是NASA艾姆斯研究中心的行星科學家。比如，如果我們發現土衛二上的生物一點也不像地球上的——如果它們的生物化學完全不同於地球生命——這就很可能意味著兩種生命形式毫無關係，分別獨立起源的，這樣的話，生命在其他許多地方也很有可能存在。「如果生命在太陽系裡至少發生過兩次的話，那麼你就知道宇宙中會充滿了生命。」 McKay說。或者，如果我們發現土衛二上的生命和地球上的生命完全相同，這可能表明生命是起源於某處，然後來到這兩個地方。如果土衛二上不存在生命，這將會支持生命的起源需要乾燥的陸地（而不是海洋）這一理論。無論到時候在土衛二上發現了什麼，都會告訴我們一些令人神思的東西。

　　掠過間歇泉

　　土衛二上有九十多個噴泉，它們噴射出的煙羽中含有鹽水氣、有機化合物以及冰粒，這些物質來自於地下海洋。這對於遠道來訪的太空探測器而言是個極好的觀察機會，太空探測器不必降落到土衛二上去搜尋生命（這樣會困難得多也昂貴得多）而只需飛過這些噴泉來捕獲樣品。「噴出的煙羽直接來自於海洋。」McKay解釋道，「所以我們為何要降落到土衛二的表面上呢？我們能夠採集到最新鮮的直接來自於海洋的物質。」

　　然而即便土衛二上存在生命，煙羽樣本中也可能顯示不出來。如果把地球上的遠洋環境（即，遠離海岸或海底的開放水域，又稱浮游生物界）來和土衛二作比較的話，那麼前景會令人失望——地球上的遠洋環境中生命密度非常低。「如果土衛二的海洋中也有這種遠洋環境，那甚至有可能連一個生物都碰不到。」Porco說。為捕獲到生物，科學家們需要採集多到不可思議的水的樣本。

　　幸運的是，就在幾個月前一位微生物學家告訴Porco一項幾十年的科研成果，使得她對於在煙羽中發現生命持樂觀態度。在伯克利會議中，Porco描述了這一研究：一個在地球海洋中發生的被稱為「泡泡擦洗」的過程——這種過程也可能對土衛二的噴泉會有影響。無論在水裡哪個地方產生的泡泡，這些泡泡在升起過程中會刮擦周圍的水，這樣生物和有機物會聚集在泡泡表面。當這些泡泡爆裂時（就像海洋浪花或土衛二上的噴射時），泡泡上的微生物會被注入進噴射物里。所以如果土衛二存在生命，其煙羽中可能含有非常高濃度的的生物，比海洋中其他地方要高得多——這都要歸功於泡泡。「即便土衛二海洋像地球遠洋環境那樣微生物極為稀少——這是最壞的情形——我們依然有機會在煙羽中發現大量的生物。」Porco說。不過這一狀況立即又產生了另一個問題：太空飛船必須要有辦法在搜集樣本時不會把脆弱的生物撞得粉碎，因為它會高速通過噴射物。

　　尋找生命的信號

　　一旦太空探測器搜集到了來自土衛二的樣本，科學家們又將如何來測定其中是否有生命呢？這個過程比起尋找一個活的生物要複雜的多——畢竟，科學家們為如何定義生命已經爭辯了許多年了。在搜尋地外生命問題上，科學家們必須要有創造性。「如果你在火星上發現一隻死兔子，它不是活的，但這是無可辯駁的生命的證據。」McKay說，「所以我們不是去尋找某種活的東西，我們要去尋找的是生命要用到的分子。換句話說，我們要找的是兔子的屍體。」

　　McKay和其他科學家認為最重要的分子是氨基酸——組成蛋白質的基磚。「彗星和小行星上發現有氨基酸，所以如果如果土衛二上有原始湯的話，那一定會有氨基酸。」McKay說，「氨基酸是如此有用，在水中表現又極佳，生命不可能不會用到氨基酸的。」然而，在伯克利會議中Porco提出了一個重要問題：如果土衛二的生物不是由氨基酸組成的，那會如何？McKay半開玩笑地回答說：「那我們就慘了，大自然太不可思議了。我們都應該放棄研究自然然後去當詩人。」他的意思是科學界的共識是在搜尋生命過程中氨基酸會是個關鍵因素——如果這個觀點是錯的，那麼「我們比我們所認為的那樣更為愚蠢。」McKay說。

　　另一個重要的標誌是脂類，細胞的膜是由脂類構成的。「這和氨基酸很類似。」 Alfonso Davila解釋道，他是艾姆斯研究中心SETI研究所的科學家，「它們是你在研究生命起源時你所預期一定會存在的東西，也是你所預期細胞會利用到的東西。」科學家們需要做的比僅僅探測土衛二上的氨基酸和蛋白質要更多——這兩種物質的分子在許多環境中都存在，有些環境有生命，而有些則沒有生命。但太空生物學家能夠標靶他們認為只有生命才擁有的氨基酸和脂類的獨特結構和分佈。「我們正在尋找生命所造成的分子和結構，它們和化學反應所造成的隨機分子結構全然不同。」

　　搜尋名單上的其他一些目標是大的有機化合物，以及煙羽樣本中生物的照片。這可能是一個生物游泳或進食的圖片。這種發現應該是最為直接的「活的」東西的證據，但許多科學家卻懷疑是否能夠得到看上去像活的生物的圖片，Davila說：「這是高風險高回報的實驗之一。一無所獲的可能性很大。」他補充道，「要分辨出這是一個細胞還是這僅僅是一個顆粒所造成的點狀物，是非常困難的。」這個話題在會議上被激烈爭論，但是有些科學家卻令人抱有更多的希望——他們討論到他們正在研發新的技術，可以可靠地識別土衛二上的微生物（如果它們確實存在的話）。

　　最終，科學家們認為很有可能是由一系列組合證據來確定他們是否發現了生命。當然，資金和技術會限制他們能夠進行的實驗。對土衛二生命的探尋會異乎尋常的複雜，特別是考慮到土衛二上的生命有可能在外形和活動上和地球上的生命全然不同。「我們正走在一條很窄的線上，一邊是我們已知的地球生命，另一邊是和我們所預期的所不同的生命。」Davila說，「這是讓我們無法制定好的策略的障礙之一。」

　　或者，讓我們重申Porco的話——「這是一個極他媽困難的問題。」

　　作者：Annie Sneed