或可存活火星的地球微生物:耐輻射球菌居首
鉅亨網新聞中心 2016-02-03 18:14
新浪科技訊 北京時間2月3日消息,據國外媒體報導,火星不是一個宜居行星,因其距離太陽遙遠,所以這裏極度寒冷土地貧瘠。天體生物學家猜測,在地球最極端的地區生存的簡單單細胞生物,或許能在火星上有一生機,它們分別是耐輻射球菌、嗜鹽球菌和甲烷菌。科學家對這些微生物的耐輻射能力進行了各種試驗和測試,卻仍無法確信它們能在火星的極端環境下真正生存下來。
火星的日平均氣溫大約為零下60攝氏度,在兩極冬季氣溫更是低至零下126攝氏度。此外,稀薄的火星大氣表明,這個星球浸淫在摧毀生命的密集射線中。此外,火星大氣中沒有氧氣,95%的大氣成分是二氧化碳。然而,科學家相信,在地球最極端地區,如硫磺湖和永凍土中發現的簡單單細胞生物,在這顆紅色星球上或許能有一生機。
為了檢驗這些生物的存活能力,天體生物學家在實驗室中模擬火星環境,用大量伽瑪射線和紫外線照射它們,並將其冷凍。一些微生物甚至被帶到國際空間站進行最后測試。如今,研究人員列出一系列候選微生物名單,它們或能在紅色星球上存活,經受住那裏的零下氣溫、真空環境和密集的太陽輻射。那麼,這些微生物都長什麼樣呢?
最有望在火星上生存下來的當屬耐輻射球菌,這是迄今為止發現的最能抵抗輻射的生命形態。耐輻射球菌因其堅韌性,又被戲稱為“柯南細菌”,它能經受住數千倍致人死亡的電離輻射量。此外,耐輻射球菌還能無懼極低溫度。科學家將該微生物置於零下79度的環境中,相當於火星上中緯度氣溫。同時,他們用伽瑪射線長期高強度籠罩耐輻射球菌,模擬其在火星土壤下30厘米深處可能遭受到的輻射。該微生物的極端抗性如此之強,以至於研究人員估測,即使在極端環境下生存120萬年,其物種數量的減少量也僅為原來的百萬分之一。
位居第二的火星生存者應為嗜鹽球菌家族,它們是古細菌的先例。古細菌是一類很特殊的細菌,多生活在極端的生態環境中,可能是行星上最古老的生命形態,早在35-38億年前就出現在原始的地球上。嗜鹽球菌生活在地球上鹽份高的地區,如死海。從理論上來,嗜鹽球菌能在火星上生存,因為那裏發現了鹹鹵水和液態鹽。在嗜鹽球菌家族中,有兩種菌Halococcus dombrowskii和Halobacterium sp. NRC-1已被證實,能夠在模擬的火星大氣中存活。實驗顯示,它們可以在6倍於大氣標準氣壓,大氣成分98%為二氧化碳,以及平均氣溫為零下60攝氏度的環境中生存6小時以上。此外,在礦鹽晶體中發現的存活了百萬年的耐鹽微生物也證明,它們有望在火星上生存下來。
排名第三的火星生存微生物可能是甲烷菌,它們無需吸氧,靠氫氣和二氧化碳為生,副品為甲烷。甲烷菌在自然界中廣泛生存,並在極端環境中安家,如溫泉、鹽池、酸鹼湖,以及西伯利亞永凍土。它們還可見於牛的內臟、白蟻以及死亡或腐爛的物質中。天體生物學家對這種永凍土中生存的微生物特別感興趣,因為北極永凍土與火星地表下的環境非常類似。事實上,最新研究顯示,在火星赤道與北極之間的地表下存在一片巨大的冰塊,面積相當於美國加州與德州合起來的大小。甲烷菌非常適宜火星生活,因為這種簡單微生物不需要光、氧,或者有機營養就能存活。在2007年的一次實驗中,甲烷菌被置於模擬火星環境中,最后它們活下來了。
作為德國地球科學研究中心的研究小組負責人,迪克-瓦格納最新發現,在西伯利亞薩莫伊洛夫島的永凍土中有一種堅不可摧的甲烷菌,名為Methanosarcina soligelidi。他稱這種微生物為“人類的超級英雄”,因為它能抵抗住最極端的氣候環境。在莫伊洛夫島上,平均日氣溫為零下14.7攝氏度,有時能降到零下48攝氏度。島上非常乾燥,年降水量僅為190毫米,土壤長年凍結。瓦格納已經發現,生存在這片永凍土中的微生物和其它甲烷菌能經受住嚴寒和脫水環境,而他的超級英雄則几乎是堅不可摧。他用太陽紫外線和電離伽瑪射線大量轟擊Methanosarcina soligelidi,以測試其生存極限。實驗顯示,相比另一種甲烷菌Methanosarcina barkeri,它能抵抗住的紫外線是其13.8倍,電離輻射是其46.6倍。這意味,它能吸收的輻射水平相當於地球初期環境以及火星當前環境下的輻射量。
那麼,問題來了:為什麼這些微生物如此堅韌不拔?為什麼它們進化到今天,能夠抵抗如此高的輻射量,這些輻射量常見於太空和火星環境,卻不常見於地球?例如,在永凍土中,背景電離輻射量約為每年2毫克,大致相當於單個腦CT掃描的輻射量,遠遠低於生活在該環境下的微生物的耐輻射量門檻。一種猜測是微生物古老的年齡。許多耐輻射微生物都是古細菌,它們進化伊始時地球上還沒有臭氧層,因此完全暴露於太陽的全紫外線光譜下。那時的太陽輻射比今天強烈多了,因此地球上的一些早期統治者可能需要複製某些生存機制,即使在地球形成臭氧層后這些機制依然存在。然而,多數研究人員認為,生命起源於深海,即使大氣中存在臭氧層,在那裏輻射几乎都算不上什麼問題。
另一個理論是,微生物具備對輻射的抵抗力純屬偶然,是它們適應地球極端環境的結果。瓦格納解釋:“一般而言,微生物對一種壓力耐受,也會對其它壓力耐受。耐輻射球菌能抗高強度輻射,因此也能抗乾旱,它基於的是相同的機制。”換句話,所有能在火星上生存的微生物候選者,無論是耐輻射球菌,還是嗜鹽球菌和甲烷菌,都是在其生存環境中進化出這種獨特的生存方式,耐輻射能力只是一個副品。
那麼,這些微生物到底是如何保護自已不受輻射傷害呢?一些耐鹽微生物僅僅是將自己藏起來,遠離太陽紫外線輻射。嗜鹽球菌屬鱈細胞群聚在一起,形成一層又一層微生物,表層細胞吸收太陽輻射后,深處的細胞就可免於太陽輻射。如果微生物長期自然生活在低氧、高鹽的環境中,它們不會窒息。然而,天體生物學家史蒂芬-盧克解釋,這種生存策略僅在對付紫外線時有效,一旦面對電離伽瑪輻射就難以奏效,因為伽瑪輻射能量大,能夠穿透細胞群深入抵達中心。這意味,火星上的微生物能夠藏在土壤或冰下逃避紫外線輻射,卻還是難逃電離輻射。另一些微生物則運用了不同的生存方法。輻射能觸發活性氧的釋放,而活性氧又會損傷諸如蛋白質和DNA等細胞成分。為了對付困難,耐鹽古細菌的菌紫紅質能夠清除活性氧,保護細胞免受損傷。
即使輻射和乾燥會損傷DNA,許多微生物似乎都能修復這一損傷。一項研究顯示,柯南細菌能夠利用修復蛋白質縫合斷裂的DNA。只要修復系統完備,細菌就能存活。柯南細菌還會變另一個戲法。它的不同染色體上攜帶多份基因備份,一旦一到兩個備份被輻射損傷,細胞就能使用其它基因備份活下來,同時對DNA損傷進行修復。一些微生物在體內細胞中聚集鹽份和糖份,以防止自身脫水。這似乎也是通過保護DNA雙螺旋結構的完整,防止輻射損傷。然而,鹽和糖的作用並不清楚,不過有證據顯示,海藻糖的確能提供保護,防止蛋白質和細胞壁在受熱或脫水時散開。
盡管如此,盧克和瓦格納都無法確信,這些微生物能夠在今天的火星地表上真正存活,因為那裏的環境實在是過於極端,所以即使是地球上最堅不可摧的生命在火星上能否生存也是個未知數。不過,火星地表的早期環境與地球早期環境相似,雖然如今看上去貧瘠乾燥,但許多證據顯示火星上曾經存在過河流、湖泊和海洋。或許,火星上曾有過生物進化,並隨環境的惡化而逐漸適應。瓦格納認為:“火星上或許曾存在過生命,它們可能已經滅,也可能深深掩藏在火星地殼中。”(彬彬)
- 掌握全球財經資訊點我下載APP
文章標籤
上一篇
下一篇