地球上的细菌也能在土卫二茁壮繁衍？

RobertRaree · 发表于 2021-9-17 18:05:06

【博科园-科学科普（关注“博科园”看更多）】几十年来，自从先驱者和旅行者号探测器通过外太阳系，科学家们推测生命可能存在于像木星的卫星欧罗巴这样的冰体中。然而感谢卡西尼号的任务，科学家们现在相信太阳系外的其他卫星——比如土星的卫星土卫二可能也会有生命存在。

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科学家们最近确定，在土卫二发现的条件下，一种土壤细菌能够茁壮成长。图片版权：NASA/JPL/Space Science Institute
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例如卡西尼观察到来自土卫二南部极地区域的羽流活动，表明内部存在水热活动。更重要的是这些羽状物含有有机分子和水合矿物，这是生命的潜在迹象。为了验证这颗卫星的生命是否能够茁壮成长，一组科学家进行了一项测试，在该测试中，地球上的细菌被置于类似土卫二内部的环境中。

这项研究的详细内容最近发表在《自然通讯》杂志上，标题是“在假定土卫二条件下的生物甲烷生产”。该研究由维也纳大学的Ruth-Sophie Taubner领导，其中包括来自Johannes Kepler University Linz、Ecotechnology奥地利、不来梅大学和汉堡大学的成员。

! ~' Z1 i. C4 N, e8 ^在土卫二海底可能发生的水热活动。图片版权：NASA/JPL
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研究小组选择了三种产甲烷菌的菌株，也就是我们所知的甲烷球菌。这种微生物在低氧环境中生长，并消耗在土卫二上存在的化学物质，如甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)和氢分子(H2)，并释放出甲烷作为代谢副产物。研究Enceladus-like条件下产甲烷菌的生长，三个高温厌氧产甲烷菌株，Methanothermococcus okinawensis(65°C),Methanothermobacter marburgensis(65°C)和产甲烷球菌属绒毛(80°C)都能够通过减少固定碳和获得能量的CH4 CO2和H2形式，研究了关于经济增长和生物甲烷生产在不同的顶部空间气体成分。

这些菌株之所以被选中，是因为它们能够在热液喷口附近的温度范围内生长，在化学介质中，以及在氢分子的低分压下。这与在土卫二的羽状物中所观察到的情况相一致，并且相信在卫星内部存在着什么。这些类型的古菌仍然可以在地球上找到，在深层的裂隙和热液喷口附近徘徊。特别地，冲绳海槽内的深海热液喷口附近只有一个位置，而冲绳岛上的冲绳人的应变是确定的。由于这个排气口位于海平面以下972米(3189英尺)的深度，这表明这种应变对高压具有耐受性。

地球洋底的热液喷口，图片版权：NOAA

多年来科学家们一直怀疑，地球的热液喷口在生命的出现中起着至关重要的作用，类似的情况可能存在于卫星内部，如欧罗巴、木卫三、土卫六、土卫二以及太阳系外的其他天体。因此研究小组认为，在这些体内也可能存在产甲烷的古菌。在实验环境中对土的温度、压力和化学条件等因素进行研究后发现三种菌株中有一种能够生长并产生甲烷。

该菌株甚至在研究小组介绍了恩克拉多斯(Enceladus)上存在的化学物质后存活下来，这些化学物质被认为可以抑制微生物的生长。正如他们在研究中得出的结论：在本研究中证明了产甲烷菌株M.冲绳人能够繁殖和/或在假定的enceladus条件下生产CH4。

在确定的生长介质和气相条件下，在高压(高达50巴)条件下培养了冲绳人，包括在恩克拉多斯的羽流中发现的几种潜在的抑制剂。由此断定在土卫二的羽状物中发现的甲烷很可能是由甲烷菌产生的。正如该研究的主要作者维也纳大学微生物学家西蒙·里特曼(Simon Rittmann)在一次采访中解释的：这种生物很可能是生活在其他行星上的，在未来的任务中进行调查可能会非常有趣。

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土卫二地壳内部横截面的概念图，显示了水热活动可能是如何导致表面的水柱。图片版权：NASA-GSFC/SVS, NASA/JPL-Caltech/Southwest Research Institute% `% z) T. r1 R+ k

在未来的几十年里，美国国家航空航天局和其他太空机构计划向木星和土星系统发射多重任务探测器，以探测他们的“海洋世界”，寻找生命的潜在迹象。在土卫二的情况下，这很可能会涉及到一个着陆器，它将在南极的南北极附近，从地表采集样本，以确定生物特征的存在。

另一方面，轨道飞行器的任务可以通过土卫二的羽流飞行，直接从月球的喷出物中收集生物矿，从而在卡西尼号离开的地方找到。无论任务的形式如何，这些发现都将是一个重大突破。最后人类将终于可以证明地球不是太阳系中唯一存在生命的地方。

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