地球上最後一片沒有生命的地方

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Image caption 一種生活在大西洋「海底煙柱」噴口邊緣的深海蠕蟲(圖片來源:Philippe Crassous/SPL)

智利北部的阿塔卡馬沙漠是一個環境嚴酷的地方,似乎沒有任何生物能在那裏生存。那片像火星一樣的廣闊區域是全世界最乾旱的地方,部分地區甚至50年滴雨未下。正如詩人阿隆索·德·艾爾西拉(Alonso de Ercilla)1569年所說:「來到阿塔卡馬的邊緣,你會看到一片杳無人煙的沙漠,沒有鳥兒,沒有牲畜,沒有樹木,也沒有蔬菜。」

然而,阿塔卡馬並非沒有任何生命。人們在那裏發現了一種內岩生微生物(endoliths),它們會將自己隱藏在岩石的孔洞裏,從那裏獲取生存所需的水源。「它們支撐起了一整個以其新陳代謝的副產品為食的生物群落,」約翰·霍普金斯大學微生物學家喬斯林·迪魯傑羅(Jocelyne DiRuggiero)說,「它們就那樣靜靜地待在岩石裏——實在是太不可思議了。」

生命的意志無比頑強,總能找到令人難以置信的方式繁衍生息。事實上,微生物出現至今已經接近40億年,有充裕的時間來適應自然界最為嚴酷的環境。但地球上是否存在一些極度嚴酷的環境,就連微生物都無法生存?

想要回答這個問題,高溫是個不錯的切入點。一種名為超嗜熱甲烷菌(hyperthermophile methanogens)的微生物保持著最高的耐熱紀錄,它們可以在深海熱液噴口處生存。這種生物體有的可以耐受高達122攝氏度(252華氏度)的高溫。

然而,多數研究人員認為,生物體的耐受極限在150攝氏度(302華氏度)左右。在這一溫度下,蛋白質將會分解,化學反應無法發生——根據我們目前掌握的知識,地球上的生物體都要依賴這一生物化學過程才能生存。這也意味著微生物可以在熱液噴口周圍生存,但卻無法在噴口內存活,那裏的溫度高達464攝氏度(867華氏度)。陸地上的活火山內部同樣如此。「我認為溫度是最不利的因素。」新里斯本大學微生物生理學家、國際極端微生物學會主席海倫娜·桑托斯(Helena Santos)說。她認為,當溫度足夠高時,「不可能存在生物——一切都將毀滅。」

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Image caption 智利阿塔卡馬沙漠的岩石深處,孔洞裏有足夠的水供生命繁衍生息(圖片來源:Thinkstock)

相比而言,高壓對生物的影響似乎沒有那麼大。這意味著真正限制生物體在地表之下生存範圍的是溫度,而非深度。地球中心的溫度大約為6,000攝氏度(10,800華氏度),顯然沒有任何生物體可以耐受如此高溫。但科學家仍在研究生物體所能存活的最大深度。科學家在南非的金礦中發現了一種名為金礦菌(Desulforudisaudaxviator)的微生物,它們生活在地表以下接近2英里(3.2公里)的地方。這種生物體可能已經在地下生存了幾百萬年,它們從正在經歷放射性衰變的岩石中攝取營養物質。

生命也可以在溫度極低的環境中生存。某些嗜冷桿菌喜歡在-10攝氏度(14華氏度)以下的環境中生存,例如西伯利亞的永久凍土和南極的冰川泥。南極洲的冰下湖裏最近找到了活體細胞。南極洲的超鹽深湖中也生活著一些獨特的嗜鹽生物,即使那裏的溫度僅有-20攝氏度(-4華氏度)。為了在這些環境中生存,微生物進化出了一些與眾不同的特徵,包括專門適應這種環境的細胞膜和蛋白質結構,而它們的細胞中也含有防凍分子。田納西大學微生物學家吉爾·米庫基(Jill Mikucki)表示,自從生命開始進化以來,地球已經多次被冰川覆蓋,所以「南極洲冰下湖的環境算不上太極端。」

輻射通常也不會阻礙微生物的生存。只要不是在核爆炸的直接路徑上被燒掉,它們甚至能在放射性廢棄物的容器裏或者切爾諾貝利核事故的中心附近存活。作為世界上抗輻射能力最強的微生物之一,耐輻射球菌 (deinococcus radiodurans)就在太空之旅中順利生存下來,而且可以耐受1.5萬戈瑞(輻射吸收劑量的標凖單位)。如果是人類,只要5戈瑞的計量就會致死。

類似地,在人類看來十分致命的化學環境,卻會成為某些極端微生物的美麗家園。許多微生物都依靠砷、汞或其他重金屬才能生長和存活,還有一些則偏好氰化物。在俄羅斯堪察加半島的溫泉中,成群的微生物利用硫磺或一氧化碳來完成新陳代謝。「很難找到一種能夠殺死所有生物體的化學物質。」馬里蘭大學微生物學家弗蘭克·羅布(Frank Robb)說。

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Image caption 研究人員一直在沃斯托克湖裏尋找生命的跡象,那是覆蓋在南極洲冰川深處的一個湖泊。

但可能仍有一些例外。南極洲的唐胡安池是地球上鹽度最高的水域,含鹽量高達40%。(死海約為33%。)研究人員在那裏發現了微生物的跡象,但他們仍在研究這些微生物是否在那裏活躍地生長和繁衍,還是僅僅是從其他地方吹來的。賓夕法尼亞州立大學微生物學家考瑞恩·貝克曼斯(Corien Bakermans)表示,我們認為地表的某些地方可能存在生命,但卻未能證實那裏真的存在活躍的生命,唐胡安池就是一個典型例子。

目前為止,極端的高溫環境和實驗室裏的一些人工合成的環境,或許是地球上唯一有可能沒有生命跡象的地方。我們經常會發現新的微生物,從而不斷推進我們對生命極限的理解,但最終的極限究竟在哪裏,目前仍然不得而知。正如桑托斯所說,「不存在比存在更難證明。」

即使自然界存在為數不多的「生命荒地」,環境仍然在不斷變化——如果說極端微生物讓我們明白了什麼事情,那就是生物總是具備超強的適應力。「只要有足夠的時間,它們就能找到生存之道。」迪魯傑羅說。

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