土卫二上存在生命的可能令人激动

摘要

土星的冰冻卫星土卫二(Enceladus)是个诱人的世界——许多科学家越来越相信土卫六或许是我们太阳系里搜寻地外生命的最佳地点。目前围绕土星运行的NASA卡西尼太空探测器已经发现到一些有趣的现象,根据土卫二喷射出冰的冰火山推测土卫二地表下有一个液态海洋,其中很有可能存在生命。

科学家们着手研究如何搜寻土星第六大卫星上的生命

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土星的冰卫星土卫二在其冰冻表面之下有一个液态海洋,可能有生命存在。图片来源:NASA

土星的冰冻卫星土卫二(Enceladus)是个诱人的世界——许多科学家越来越相信土卫六或许是我们太阳系里搜寻地外生命的最佳地点。目前围绕土星运行的NASA卡西尼太空探测器已经发现到一些有趣的现象,根据土卫二喷射出冰的冰火山推测土卫二地表下有一个液态海洋,其中很有可能存在生命。

 

卡西尼号的任务将在2017年结束,科学家们迫不及待地想发射另一个探测器去土卫二搜寻生命。事实上一些科学家已经开始认真思考如何去实施搜索土卫二上的生命这一任务——其中包括行星科学家Carolyn Porco,她是卡西尼成像团队的领导人。本月早些时候她在加州大学伯克利分校召集了一群科学家,包括海洋学家、有机化学家、太空生物学家等,来探讨如何在土卫二上寻找地外生命——Proco说:“这是一个极他妈困难的问题。”

 

虽然土卫二比较小而且表面覆盖了一层厚厚的冰壳,但土卫二看上去依然是一个适合生命栖息的世界:它有能量来源,是来自于围绕土星运行时产生的摩擦力;它还有构成生命基础材料的有机化合物以及位于表面冰层之下的液态海洋。然而土卫二的环境适合生命存在并不代表土卫二上就有生命存在,明确证实土卫二上有生命存在需要做更多的工作。在伯克利会议上,科学家们列出了卡西尼号所收集到的土卫二的数据——他们讨论分析了土卫二上的间歇喷泉、土卫二冰层的测量数据、土卫二海洋化学可能会是怎样的,以及其他一些问题。然而就算科学家们把所有的最新数据和模型结合起来,距离探测土卫二上的生物还差得远——因此需要派一个探测器过去。

 

在地外世界发现生命会是一个具有深远影响、意义非凡的事件,这将表明我们在宇宙中并不孤独。更有甚者,发现生物——或发现没有生物——可以解答一个极为微妙的谜团,即生命在地球上是如何开始的。科学家们在会议上针对地球生命起源的问题提出了两个对立的理论(海洋说和陆地说),并且讨论了如何针对这一话题而进行土卫二生命探寻。“这将会是生命起源两种观点的一次检验。”Porco说,特别是针对地球生命物种在短时间内在海洋中大量出现这一事实的检验。例如,如果土卫二海洋中有生物并且可以推测生命是起源于海洋的,那么这就会支持地球上生命起源于海底热泉这一理论(位于海底的热的、富含营养的深海喷口),而不是起源于陆地上的一块块水域。

 

土卫二还能从其它关键的方面告诉我们关于太阳系中生命的诞生。“你并不仅仅在搜寻生命,你还在搜寻对于那种生命特性的理解,以及它和地球生命的比较。” Chris McKay说,他是NASA艾姆斯研究中心的行星科学家。比如,如果我们发现土卫二上的生物一点也不像地球上的——如果它们的生物化学完全不同于地球生命——这就很可能意味着两种生命形式毫无关系,分别独立起源的,这样的话,生命在其他许多地方也很有可能存在。“如果生命在太阳系里至少发生过两次的话,那么你就知道宇宙中会充满了生命。” McKay说。或者,如果我们发现土卫二上的生命和地球上的生命完全相同,这可能表明生命是起源于某处,然后来到这两个地方。如果土卫二上不存在生命,这将会支持生命的起源需要干燥的陆地(而不是海洋)这一理论。无论到时候在土卫二上发现了什么,都会告诉我们一些令人神思的东西。

掠过间歇泉

土卫二上有九十多个喷泉,它们喷射出的烟羽中含有盐水气、有机化合物以及冰粒,这些物质来自于地下海洋。这对于远道来访的太空探测器而言是个极好的观察机会,太空探测器不必降落到土卫二上去搜寻生命(这样会困难得多也昂贵得多)而只需飞过这些喷泉来捕获样品。“喷出的烟羽直接来自于海洋。”McKay解释道,“所以我们为何要降落到土卫二的表面上呢?我们能够采集到最新鲜的直接来自于海洋的物质。”

 

然而即便土卫二上存在生命,烟羽样本中也可能显示不出来。如果把地球上的远洋环境(即,远离海岸或海底的开放水域,又称浮游生物界)来和土卫二作比较的话,那么前景会令人失望——地球上的远洋环境中生命密度非常低。“如果土卫二的海洋中也有这种远洋环境,那甚至有可能连一个生物都碰不到。”Porco说。为捕获到生物,科学家们需要采集多到不可思议的水的样本。

 

幸运的是,就在几个月前一位微生物学家告诉Porco一项几十年的科研成果,使得她对于在烟羽中发现生命持乐观态度。在伯克利会议中,Porco描述了这一研究:一个在地球海洋中发生的被称为“泡泡擦洗”的过程——这种过程也可能对土卫二的喷泉会有影响。无论在水里哪个地方产生的泡泡,这些泡泡在升起过程中会刮擦周围的水,这样生物和有机物会聚集在泡泡表面。当这些泡泡爆裂时(就像海洋浪花或土卫二上的喷射时),泡泡上的微生物会被注入进喷射物里。所以如果土卫二存在生命,其烟羽中可能含有非常高浓度的的生物,比海洋中其他地方要高得多——这都要归功于泡泡。“即便土卫二海洋像地球远洋环境那样微生物极为稀少——这是最坏的情形——我们依然有机会在烟羽中发现大量的生物。”Porco说。不过这一状况立即又产生了另一个问题:太空飞船必须要有办法在搜集样本时不会把脆弱的生物撞得粉碎,因为它会高速通过喷射物。

寻找生命的信号

一旦太空探测器搜集到了来自土卫二的样本,科学家们又将如何来测定其中是否有生命呢?这个过程比起寻找一个活的生物要复杂的多——毕竟,科学家们为如何定义生命已经争辩了许多年了。在搜寻地外生命问题上,科学家们必须要有创造性。“如果你在火星上发现一只死兔子,它不是活的,但这是无可辩驳的生命的证据。”McKay说,“所以我们不是去寻找某种活的东西,我们要去寻找的是生命要用到的分子。换句话说,我们要找的是兔子的尸体。”

 

McKay和其他科学家认为最重要的分子是氨基酸——组成蛋白质的基砖。“彗星和小行星上发现有氨基酸,所以如果如果土卫二上有原始汤的话,那一定会有氨基酸。”McKay说,“氨基酸是如此有用,在水中表现又极佳,生命不可能不会用到氨基酸的。”然而,在伯克利会议中Porco提出了一个重要问题:如果土卫二的生物不是由氨基酸组成的,那会如何?McKay半开玩笑地回答说:“那我们就惨了,大自然太不可思议了。我们都应该放弃研究自然然后去当诗人。”他的意思是科学界的共识是在搜寻生命过程中氨基酸会是个关键因素——如果这个观点是错的,那么“我们比我们所认为的那样更为愚蠢。”McKay说。

 

另一个重要的标志是脂类,细胞的膜是由脂类构成的。“这和氨基酸很类似。” Alfonso Davila解释道,他是艾姆斯研究中心SETI研究所的科学家,“它们是你在研究生命起源时你所预期一定会存在的东西,也是你所预期细胞会利用到的东西。”科学家们需要做的比仅仅探测土卫二上的氨基酸和蛋白质要更多——这两种物质的分子在许多环境中都存在,有些环境有生命,而有些则没有生命。但太空生物学家能够标靶他们认为只有生命才拥有的氨基酸和脂类的独特结构和分布。“我们正在寻找生命所造成的分子和结构,它们和化学反应所造成的随机分子结构全然不同。”

 

搜寻名单上的其他一些目标是大的有机化合物,以及烟羽样本中生物的照片。这可能是一个生物游泳或进食的图片。这种发现应该是最为直接的“活的”东西的证据,但许多科学家却怀疑是否能够得到看上去像活的生物的图片,Davila说:“这是高风险高回报的实验之一。一无所获的可能性很大。”他补充道,“要分辨出这是一个细胞还是这仅仅是一个颗粒所造成的点状物,是非常困难的。”这个话题在会议上被激烈争论,但是有些科学家却令人抱有更多的希望——他们讨论到他们正在研发新的技术,可以可靠地识别土卫二上的微生物(如果它们确实存在的话)。

 

最终,科学家们认为很有可能是由一系列组合证据来确定他们是否发现了生命。当然,资金和技术会限制他们能够进行的实验。对土卫二生命的探寻会异乎寻常的复杂,特别是考虑到土卫二上的生命有可能在外形和活动上和地球上的生命全然不同。“我们正走在一条很窄的线上,一边是我们已知的地球生命,另一边是和我们所预期的所不同的生命。”Davila说,“这是让我们无法制定好的策略的障碍之一。”

 

或者,让我们重申Porco的话——“这是一个极他妈困难的问题。”

 

作者:Annie Sneed

翻译:无穷的探索

原文链接:http://www.scientificamerican.com/article/excitement-builds-for-the-possibility-of-life-on-enceladus/?WT.mc_id=SA_TW_SPC_NEWS

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