地球上最后一片没有生命的地方

Image copyright
Image caption 一种生活在大西洋“海底烟柱”喷口边缘的深海蠕虫(图片来源:Philippe Crassous/SPL)

智利北部的阿塔卡马沙漠是一个环境严酷的地方,似乎没有任何生物能在那里生存。那片像火星一样的广阔区域是全世界最干旱的地方,部分地区甚至50年滴雨未下。正如诗人阿隆索·德·艾尔西拉(Alonso de Ercilla)1569年所说:“来到阿塔卡马的边缘,你会看到一片杳无人烟的沙漠,没有鸟儿,没有牲畜,没有树木,也没有蔬菜。”

然而,阿塔卡马并非没有任何生命。人们在那里发现了一种内岩生微生物(endoliths),它们会将自己隐藏在岩石的孔洞里,从那里获取生存所需的水源。“它们支撑起了一整个以其新陈代谢的副产品为食的生物群落,”约翰·霍普金斯大学微生物学家乔斯林·迪鲁杰罗(Jocelyne DiRuggiero)说,“它们就那样静静地待在岩石里——实在是太不可思议了。”

生命的意志无比顽强,总能找到令人难以置信的方式繁衍生息。事实上,微生物出现至今已经接近40亿年,有充裕的时间来适应自然界最为严酷的环境。但地球上是否存在一些极度严酷的环境,就连微生物都无法生存?

想要回答这个问题,高温是个不错的切入点。一种名为超嗜热甲烷菌(hyperthermophile methanogens)的微生物保持着最高的耐热纪录,它们可以在深海热液喷口处生存。这种生物体有的可以耐受高达122摄氏度(252华氏度)的高温。

然而,多数研究人员认为,生物体的耐受极限在150摄氏度(302华氏度)左右。在这一温度下,蛋白质将会分解,化学反应无法发生——根据我们目前掌握的知识,地球上的生物体都要依赖这一生物化学过程才能生存。这也意味着微生物可以在热液喷口周围生存,但却无法在喷口内存活,那里的温度高达464摄氏度(867华氏度)。陆地上的活火山内部同样如此。“我认为温度是最不利的因素。”新里斯本大学微生物生理学家、国际极端微生物学会主席海伦娜·桑托斯(Helena Santos)说。她认为,当温度足够高时,“不可能存在生物——一切都将毁灭。”

Image copyright
Image caption 智利阿塔卡马沙漠的岩石深处,孔洞里有足够的水供生命繁衍生息(图片来源:Thinkstock)

相比而言,高压对生物的影响似乎没有那么大。这意味着真正限制生物体在地表之下生存范围的是温度,而非深度。地球中心的温度大约为6,000摄氏度(10,800华氏度),显然没有任何生物体可以耐受如此高温。但科学家仍在研究生物体所能存活的最大深度。科学家在南非的金矿中发现了一种名为金矿菌(Desulforudisaudaxviator)的微生物,它们生活在地表以下接近2英里(3.2公里)的地方。这种生物体可能已经在地下生存了几百万年,它们从正在经历放射性衰变的岩石中摄取营养物质。

生命也可以在温度极低的环境中生存。某些嗜冷杆菌喜欢在-10摄氏度(14华氏度)以下的环境中生存,例如西伯利亚的永久冻土和南极的冰川泥。南极洲的冰下湖里最近找到了活体细胞。南极洲的超盐深湖中也生活着一些独特的嗜盐生物,即使那里的温度仅有-20摄氏度(-4华氏度)。为了在这些环境中生存,微生物进化出了一些与众不同的特征,包括专门适应这种环境的细胞膜和蛋白质结构,而它们的细胞中也含有防冻分子。田纳西大学微生物学家吉尔·米库基(Jill Mikucki)表示,自从生命开始进化以来,地球已经多次被冰川覆盖,所以“南极洲冰下湖的环境算不上太极端。”

辐射通常也不会阻碍微生物的生存。只要不是在核爆炸的直接路径上被烧掉,它们甚至能在放射性废弃物的容器里或者切尔诺贝利核事故的中心附近存活。作为世界上抗辐射能力最强的微生物之一,耐辐射球菌 (deinococcus radiodurans)就在太空之旅中顺利生存下来,而且可以耐受1.5万戈瑞(辐射吸收剂量的标准单位)。如果是人类,只要5戈瑞的计量就会致死。

类似地,在人类看来十分致命的化学环境,却会成为某些极端微生物的美丽家园。许多微生物都依靠砷、汞或其他重金属才能生长和存活,还有一些则偏好氰化物。在俄罗斯堪察加半岛的温泉中,成群的微生物利用硫磺或一氧化碳来完成新陈代谢。“很难找到一种能够杀死所有生物体的化学物质。”马里兰大学微生物学家弗兰克·罗布(Frank Robb)说。

Image copyright
Image caption 研究人员一直在沃斯托克湖里寻找生命的迹象,那是覆盖在南极洲冰川深处的一个湖泊。

但可能仍有一些例外。南极洲的唐胡安池是地球上盐度最高的水域,含盐量高达40%。(死海约为33%。)研究人员在那里发现了微生物的迹象,但他们仍在研究这些微生物是否在那里活跃地生长和繁衍,还是仅仅是从其他地方吹来的。宾夕法尼亚州立大学微生物学家考瑞恩·贝克曼斯(Corien Bakermans)表示,我们认为地表的某些地方可能存在生命,但却未能证实那里真的存在活跃的生命,唐胡安池就是一个典型例子。

目前为止,极端的高温环境和实验室里的一些人工合成的环境,或许是地球上唯一有可能没有生命迹象的地方。我们经常会发现新的微生物,从而不断推进我们对生命极限的理解,但最终的极限究竟在哪里,目前仍然不得而知。正如桑托斯所说,“不存在比存在更难证明。”

即使自然界存在为数不多的“生命荒地”,环境仍然在不断变化——如果说极端微生物让我们明白了什么事情,那就是生物总是具备超强的适应力。“只要有足够的时间,它们就能找到生存之道。”迪鲁杰罗说。

请访问 BBC Future 阅读 英文原文

更多有关此项报道的内容