在火星上搜尋生命並不是件容易的事。不僅僅是因為我們難以到達火星上,也是因為就我們所知,火星極度不適宜居住。然而,地球上的有些地方可以告訴我們,生命是如何可能曾經生存於火星上的,即便不是指現在,也是指火星 45 億年歷史上的某個時間點。你可能會認為這個地方是指沙漠,而你可能是對的。不過,火星環境的嚴苛程度遠超過沙漠更多。

絕對不是樂土

科學家們調查了一些以某種方式,在地球上最不宜居的地方之一中存活下來的微生物:這個地方是哥斯大黎加一個火山口中,又熱又毒又酸的湖泊。這些嗜極微生物適應極端環境的方式可能可以告訴我們,微生物是曾經如何能在較年輕、較潮溼、以及較多火山的火星上生活的。

科羅拉多大學波德分校(University of Colorado Boulder)的天體生物學家賈斯汀·王研究員(Justin Wang)說:「我們關鍵的發現之一是,在這個極端的火山湖中,我們雖然僅偵測到了幾種微生物,但是它們可能有多種方式能生存下去。我們認為,當火山爆發發生時,它們藉由在湖泊邊緣生存而做到這點。這時,擁有相對廣泛的基因序列將很有用。」

這個湖泊被稱為 Laguna Caliente(西班牙語,意思為「熱潟湖」),坐落於哥斯大黎加活躍的波阿斯火山(Poás Volcano)的火山口。它是世界上最酸的湖泊之一,有一層液態硫漂浮於湖泊底部,且通常會產生區域性酸雨與酸霧。除此之外,水中還瀰漫著有毒金屬。它並不完全是充滿生命的地方。

頑強的生命

但是,它也並非完全沒有任何生物居住。在 2013 年,一個由科羅拉多大學波德分校所領導的研究團隊發現,有單一種微生物存活於湖中。它們是來自嗜酸菌屬(Acidiphilium,意思為「愛好酸者」)的微生物,常被發現於居住在酸性環境中,且具有多種基因讓它們可以做到這點。

波阿斯火山持續在活躍著,且在 2017 年,它爆發了。很自然地,一組研究人員團隊決定要再次拜訪 Laguna Caliente,來瞧瞧進行中的火山活動,會如何地影響他們在 2013 辨認出的微生物族群,尤其是因為火山爆發很有可能對湖泊進行滅菌。

研究人員從湖泊、硫磺塊、以及湖底部的沉積物中取出樣本,並對它們進行基因定序以及總體基因體定序(shotgun metagenomic sequencing),來確認任何可能潛伏於其中的有機體。令人驚訝的是,嗜酸菌不僅僅還存在,還有其他小群微生物種亦存在。

多樣的基因

嗜酸菌是居住於湖泊中的優勢物種,但是所有的物種都有顯著的生存適應能力。研究團隊發現這些細菌具有能夠賦予抗酸能力的基因、以及賦予抗熱能力的基因,這對於生存於一個可能會達到沸騰溫度的環境下是非常重要的。

除此之外,這些有機體具有廣泛種類的基因,能夠讓它們代謝各種可能對其他生物有害的物質。這些物質包括硫、鐵、以及砷。它們也具有能夠固碳的基因,也就是讓植物能夠將碳轉變成有機化合物的基因。此外,他們似乎也能夠處理簡單及複雜的醣類、還有生物塑膠顆粒,而這能夠讓它們在能源與碳資源匱乏時進行使用。

王研究員說:「我們是期待會找到很多基因,但是有鑑於這個湖泊的低生物多樣性,我們沒有預料到會找到這麼多。這蠻令人訝異的,但就生物得如何適應環境,以存活於一個活火山口湖而言,這絕對是合理的。」

套用到其他極端環境

對天體生物學家而言,熱液環境是越來越有趣的研究主題。成功在這些極端地區蓬勃發展的有機體通常並不是倚靠陽光來存活,而是利用化學反應來產生能量。這表示說,它們可以作為某些生態系的類比,這些生態系可能在遠離太陽之處被找到,例如土星與木星的隱藏海洋冰衛星。

但科學家們也相信,地球上的生物可能是從深的熱液環境中開始的,畢竟這樣能躲避年輕太陽嚴峻的紫外線輻射,會比較安全,同時也會包含所有必要的成分,讓生命可以蓬勃發展。或許當火星還較年輕、較潮濕、以及火山更活躍時,那裡的熱液環境也可能讓生命蓬勃發展。

王研究員說:「我們的研究提供了一個框架,來解釋『地球生命』是如何可能曾經存活於火星的熱液環境中。但是,生命是否曾經存在於火星上、以及它們是否與地球上的微生物相似,這都仍然是大問題。我們希望我們的研究能夠引導對話,往優先尋找這些環境中的生命跡象邁進。」

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參考資料:

  1. Starr, M., (2022. January 29). This Extremely Toxic Lake Could Show Us How Life May Have Survived on Mars. ScienceAlert
  2. Wang, J. L. et al., (2022, January 28). Microbial Survival in an Extreme Martian Analog Ecosystem: Poás Volcano, Costa Rica. Frontiers in Astrobiology. doi.org/10.3389/fspas.2022.817900
  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/a-toxic-volcanic-lake-could-show-us-how-life-may-have-survived-on-mars(圖:Lagringa/Wikimedia Commons, public domain)
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