天文太空

細菌太空人

隕石是否曾將生命的種子帶到地球?為了驗證這個說法,俄羅斯探測船將觀察微生物是否能在來往火星的旅程中存活。

撰文/華佛拉西(David Warmflash)

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細菌太空人

隕石是否曾將生命的種子帶到地球?為了驗證這個說法,俄羅斯探測船將觀察微生物是否能在來往火星的旅程中存活。

撰文/華佛拉西(David Warmflash)


地球上的生命是否源自火星?過去20年來,這個問題逐漸從科幻小說走進實驗科學的主流。行星科學家發現,火星岩石確實曾經來到地球,事實上每年約有一噸重的火星物質撞擊地球,其中可能夾帶微生物。造成這些岩石朝地球飛來的撞擊,是十分猛烈的高壓事件,不過實驗顯示,某些物種仍然可以存活。在通過地球大氣時,火星隕石僅有表面數毫米溫度升高,所以位於更深處的微生物不會燒死(請參閱2005年12月號〈我們都是火星人?〉)。


從升空到著陸的過程中,生物必須躲在岩石內部,才可能在太空飛行中存活下來。軌道分析指出,火星隕石大多歷經數千年,甚至數百萬年才到達地球,但有少數(大約千萬分之一)可在一年內到達。微生物能夠存活這麼久嗎?追尋答案的探索即將展開。


俄羅斯聯邦太空總署準備發射「土壤號探測船」前往火衛一。這艘探測船上有個籃球大小的太空艙,將於2014年採集火衛一的土壤再返回地球。太空艙中有行星學會開發的小型容器「行星間飛行生活實驗」(LIFE),裡面裝了地球生物。容器中央是取自以色列內蓋夫沙漠的土壤樣本,含有許多種微生物;周圍是30支裝有10種物種的小試管,代表地球生物的三大領域,分別是細菌、太古生物和真核生物,其中五種物種曾在今年5月隨奮進號太空梭最後一次任務進入太空,當做正式飛往火星前的演練。


我們選擇這些生物的原因之一是,它們可能類似想像中的火星生物,或是能幫助我們了解最能適應環境的微生物究竟有多大能耐。


細菌


第一種生物是抗輻射奇異球菌(Deinococcus radiodurans),它有名之處在於其DNA遭受高劑量輻射後仍能存活。我研究過參與奮進號任務的這種細菌樣本,相當確定它們能在來往火衛一的旅程中存活。比較基因不同個體耐受環境的能力,或許可進一步了解這種生物如何承受輻射、乾燥和極端寒冷。


抗輻射奇異球菌能承受輻射而不改變其細胞形式,其他細菌則是縮入硬化的「內孢子」(endospore)中。我們進行的實驗包含兩種這類細菌。


枯草桿菌(Bacillus subtilis)成為太空飛行實驗的測試物種已有相當長的歷史。我在火衛一LIFE計畫中的同事:德國航太中心的何內克(Gerda Horneck),從1960年代就開始將枯草桿菌送上地球軌道,發現這種細菌的內孢子可在太空中存活長達六年。那些枯草桿菌的表面只有薄薄一層塵土,以阻隔陽光中的紫外線,不過行星間的太空中還有帶電粒子輻射,這種輻射的穿透能力更強。


沙芬西桿菌(Bacillus safensis)則是10年前在NASA噴射推進實驗室的太空船組裝廠房中發現。當時技術人員正在為火星奧德賽軌道衛星消毒,防止它攜帶地球生物污染火星,否則可能影響未來在火星尋找生物,甚至導致火星當地生物死亡,但測試後發現這種生物仍然存活。(同樣是為了防止污染,我們設計的過濾器均符合國際科學理事會太空研究委員會制定的行星保護規範。)


太古生物


太古生物類似細菌,但它們的生物化學比較接近真核生物,在分類上自成一類。沃氏嗜熱甲烷桿菌(Methanothermobacter wolfeii)之所以獲選,不是因為它的適應能力特別強,而是因為它能產生甲烷。火星大氣含有少許甲烷,有些科學家則認為這些甲烷可能來自類似沃氏嗜熱甲烷桿菌的微生物。


基於類似的理由,我們選擇了親鹽桿菌屬的Haloarcula marismortui。這種菌原生在死海中,非常喜歡鹽份,火星上的生物很可能需要這種特質。為了避免結冰,火星上的水一定含有鹽份。事實上,來自火星的隕石奈克拉就有著浸泡在古代鹽水中的跡象。


快速火球菌(Pyrococcus furiosus)生活在火山加熱下的海洋沉積物中,並非火星生物的典型,不過我們選擇它當做實驗對照組。如果生物死亡,我們必須判別死亡原因是太空環境壓力或是重返大氣的高熱。如果只有快速火球菌存活,就可以確定死因是高熱。


真核生物


真核生物的細胞具有細胞核,人類就是這樣。我們很懷疑這種生物是否能從火星來到地球,但還是應該研究一下它們適應太空環境的能力。我們選擇的物種是經常當做研究對象的釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)。


小型動物和植物也會參與飛行。水熊蟲是腳部有小爪的無脊椎動物,身長約1.5毫米。這種生物抵抗輻射、極端溫度、甚至太空中真空的能力極強。代表性的植物則是阿拉伯芥的種子,阿拉伯芥和枯草桿菌一樣是資深的太空生物,曾經參與過兩次阿波羅任務。


2014年土壤號回到地球時,回收小組將取出生物艙,送往美國維吉尼亞州的生物實驗室ATCC。工程師將使用特別設計的工具開啟生物艙,將樣本分送給各研究人員。接下來,我們就會知道生物是否有辦法從一個行星跳到另一個行星。


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