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有水卻沒有生命:探索地表唯一一個沒有生命的地方


海峽都市報海峽都市報海峽都市報官方百家號在達洛爾火山穹丘頂上,存在水源,卻沒有生命……而一直以來的普遍認知是,液態水的存在與生命的出現密不可...

- 2021年8月03日05時55分
- 科學文摘 / 海峽都市報

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在達洛爾火山穹丘頂上,存在水源,卻沒有生命……而一直以來的普遍認知是,液態水的存在與生命的出現密不可分!是時候重新定義生物生存的極限了。

多年研究卻一無所獲,可以說是所有科學家的噩夢。但真是這樣嗎?

所有實驗結果,包括沒有結果,都是實驗結果——雖然這條實驗原則如今備受質疑,但微生物學家普裏菲卡西昂·洛佩茲-加西亞(Purificación López-García)帶領的法國-西班牙團隊卻讓它重現風采。

不得不說,他們的“沒有發現”是革命性的。人類第一次在地球表面找到一個存在液態水卻沒有發現生命的地方。

這絕不是因為搜尋得不夠充分。“我們采集了數十個樣品,”任職於巴黎-薩克雷大學生態學、系統分類學和進化實驗室(ESE)的洛佩茲-加西亞強調,“我們嘗試在模擬當地環境的條件下進行培植,還做了基因、顯微鏡和細胞檢測分析……最後,所有數據被匯總在一起。”

她的團隊就此得出結論:在埃塞俄比亞達洛爾的熱液區,盡管有大量液態水存在,卻找不到任何有活性的生命……

這是一場認知革命。“液態水的存在並非確定一個地方有生命存在的充分條件,盡管這是一個必要條件。”東京工業大學地球生命研究所(ELSI)的拉姆西斯·拉米雷斯(Ramses Ramirez)陳述道。

在這之前,不論環境怎樣惡劣,科學家在有液態水的地表都發現了生命。此前的發現讓我們傾向於下這樣一個結論:只要有水就有生命存在。

正是這種對地表極端條件的探索才讓科學家發現了位於達納基爾窪地的達洛爾。這片鹽質平原幾乎擁有地球上能見到的全部極端條件。

海拔低於海平面124米,是世界上最低窪的地方之一。同時這裏也是世界上最熱的地方之一,冬季氣溫長期高於40℃且降水極為稀少。

在當地,達洛爾熱液區的鹹水溫度超過100℃,且酸度常常達到pH負數,最低到-1.6。不止水體極度不適宜生存,還有毒氣從泉水和火山管中散發出來,其中一個湖泊甚至常常毒死途經的鳥類。

“那就是地獄!不僅難以進入,而且一旦深入,就必須面對常人無法承受的高溫和灼燒咽喉的氣體。”西班牙馬德裏天體生物學中心的費利佩·戈麥斯·戈麥斯(Felipe Gómez Gómez)回顧道,他於2017年到過當地采樣。

壯麗的“地獄”景觀

這個猶如地獄的地方,風景卻十分壯麗。地面上點綴著火山噴氣孔、間歇泉、小窪地以及鹽質和硫質的蒸發岩。

由於氧化鐵一類的礦物質覆蓋地表,地面呈現黃、綠、橙、赭色等鮮豔的顏色。早在生物學家之前,地質學家就已經為達洛爾所傾倒。

自更新世到距今3萬年前,紅海的水周期性地淹沒達納基爾窪地,而後蒸發,在地表留下了一層2千米厚的鹽和沉積物。鹽層下面就是達洛爾火山的岩漿庫,從而形成了一個富含礦物質的火山穹丘,以至於從周遭高地滲入的淡水都充滿了礦物質和酸性氣體。

這些水又在熱力的作用下上升穿過鹽層,最終噴出地表。“水、岩漿和鹽化石之間的相互作用是該地區所有極端化學和物理學參數的源頭。”意大利博洛尼亞大學地球生物學家芭芭拉·卡瓦拉齊(Barbara Cavalazzi)解釋說。

不過,這般對大多數生物而言致命的溫度、鹽度或酸度條件,在地球的其他地方也存在,而這些地方都發現了可以在極端惡劣的環境中生存的生命。

比如喜馬拉雅跳蛛(Euophrys omnisuperstes)就可以在海拔6000米以上的地方定居;在世界上最幹燥的阿塔卡馬沙漠,種子可以在沒有水的環境下存活數年;去年10月發現的一種水生蠕蟲能夠承受人類致死劑量500倍的砷。

還有生命力頑強的緩步動物,目前所知該門生物的弱點似乎只有高溫……在過去的幾百年間,微生物學家不斷發現新的“嗜極端菌”,特別是在南極、深海等理論上對生命極端不利的環境中找到了許多古菌。

然而在達洛爾,完全沒有生命的跡象。那些能在極端環境中生存的生物似乎都沒能成功戰勝這裏的極端條件組合,尤其是超高酸度和超高鹽度的搭配——這或許可以解釋為什麼生命無法在達洛爾火山穹丘的水塘裏現身。而穹丘腳下,沸騰的鹹水“黃湖”和“黑湖”含有太多的鎂,這種金屬會破壞生物大分子,限制生命的發展。

可以就此斬釘截鐵地說,達洛爾的水體內全然沒有生命嗎?哪怕是精確識別到一個微生物就足以推翻該觀點。而這樣的質疑已經出現:就在洛佩茲-加西亞團隊發表結果的幾個月前,戈麥斯和卡瓦拉齊就宣稱在達洛爾的眾多溫泉其中之一發現了若幹古菌。

但洛佩茲-加西亞認為這只是單純的汙染:“在熱液區外,條件沒有那麼極端,存在各種生命形態!鹽質平原上有許多古菌,風和遊客都可能使它們擴散到熱液區。”

相反,要證明一個區域完全沒有生命就必須明確證實某些東西完全不存在。“我們已經研究了很多樣本,但要完全證明沒有生命的存在確實是十分困難的。”洛佩茲-加西亞承認,“為此,需要研究當地的每片水域。這樣一來會摧毀這個美麗的地方。我們更希望研究周圍那些條件不那麼極端的湖泊,以便進一步細化發現的生命理化屏障。”

戈麥斯和卡瓦拉齊的團隊也在計劃其他研究。“如果證明該地區確實不存在生命,就可以論證達洛爾的極端條件是生命無法存在的一個標准。相反,如果那裏存在生命,就需要去理解是怎樣的生存策略在起作用。”芭芭拉·卡瓦拉齊總結道。

無論結論是哪個方向,達洛爾熱液區的每項研究都會讓我們更多地了解地球生命的極限……或者不只是地球,因為相關研究也有助於解開地外生命的謎團。

生命存在的理化極限條件可以作為太陽系其他行星研究的參考,提供外星宜居性的統計分析……達洛爾可視作一個火星模擬場地:穹丘的水質和這顆紅色星球過去的成分頗為相近。

並且類似的地質進程仍將在我們眼前上演:熱液環境不斷演變,沼澤自行蒸發,翌日又再度出現。地外生物學的未來正展露於地球上的一隅,就在埃塞俄比亞的這片無生之境。

來源:新發現雜志

編輯:遊越


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