大西洋海底的熱液噴口。圖片來源：美國國家海洋和大氣管理局

生命最早是什么樣的？地球之外，會不會也有生命？

為了回答這些問題，科學家們不僅仰望星空，還將目光投向了漆黑寂靜的深海之底。在那里，可能就隱藏著解開生命從何而來、是否遍布宇宙的關鍵線索。

“海底火山口”孕育的生命

在地球的洋底，海水之下幾千米處，分布著大量“海底火山口”，科學家稱它們?yōu)?strong>熱液噴口。熾熱的地下流體從巖石裂縫中噴涌而出，溫度最高可達 350℃。這些流體與冰冷的海水混合，形成了一個化學能極其豐富的環(huán)境。

這里沒有陽光，但有氫、硫、鐵、二氧化碳等火山“饋贈”。正是在這樣的地方，一類特殊的微生物繁衍生息——嗜熱微生物。

嗜熱微生物德氏火球菌（Pyrodictium delaneyi），由霍爾頓實驗室從太平洋熱液噴口分離得到。它能在攝氏90度的溫度下，利用氫、硫和鐵等生長。圖片來源：《微生物學會》

它們不靠光合作用，不需要氧氣，甚至在“開水級別”的環(huán)境里依然可以生長。對它們來說，火山釋放的化學物質(zhì)，就是食物和能量來源。這樣的生存方式，幾乎打破了人類對“生命條件”的傳統(tǒng)認知。

也正因為如此，科學家開始認真思考一個問題：地球最早的生命，是否就誕生在類似的環(huán)境中？

太陽系里，也有“海底火山”嗎？

故事并沒有止步于地球。

近幾十年，科學家發(fā)現(xiàn)，太陽系中一些冰封的衛(wèi)星，內(nèi)部可能隱藏著廣闊的液態(tài)海洋，其中最著名的兩個就木衛(wèi)二（歐羅巴）和土衛(wèi)二（恩克拉多斯）。

它們表面寒冷、堅硬，但在厚厚的冰殼之下，可能是咸水海洋。土衛(wèi)二會周期性地向太空噴發(fā)水汽和冰粒，像一座“太空噴泉”；木衛(wèi)二的冰殼上布滿裂紋，暗示著下方仍在活動?？茖W家推測，它們的海底可能存在類似地球深海的海底火山活動，持續(xù)為海洋提供熱量和化學能。 

在科學家看來，如果地球的深?；鹕侥茉杏?，那么這些“冰封世界”的海底，也并非完全沒有希望。為了搞清楚這些星球上是否可能孕育生命，先后多艘探測器被派往對它們進行探測。

熱液噴口的黑煙囪噴出富含顆粒物的流體。這些顆粒物主要是極細的硫化物礦物，由高溫熱液與接近冰點的海水混合形成。圖片來源：美國國家海洋和大氣管理局

1997 年，卡西尼號（Cassini）飛船升空，并于2004年進入土星軌道。在長達 13 年的任務中，它多次近距離飛掠土衛(wèi)二 ，意外發(fā)現(xiàn)這顆土星衛(wèi)星會周期性向太空噴射出含有水蒸氣、有機分子甚至氫氣的羽狀噴流——這些成分，正是地球深海熱液噴口附近生命賴以生存的“化學燃料”。

木衛(wèi)二(歐羅巴)的冰封表面。圖片來源：NASA

而在更早之前，1989 年發(fā)射的伽利略號探測器圍繞木星運行，并對木衛(wèi)二進行了多次觀測。探測顯示，木衛(wèi)二布滿裂紋的冰殼之下，很可能是一片海洋。

進入 21 世紀后，人類對這些地外海洋愈發(fā)著迷。2011 年，朱諾號（Juno）抵達木星軌道，進一步精確測量木星及其衛(wèi)星系統(tǒng)的引力和磁場結構；而在 2024 年，最新的歐羅巴快船（Europa Clipper）正式啟程，目標直指木衛(wèi)二。

但問題隨之而來：即便探測器真的“看到”了化學信號，我們?nèi)绾闻袛?，它們是否與生命有關？

土衛(wèi)二(恩克拉多斯)。圖片來源：NASA

潛入地球的深海尋找答案

這正是地球深海研究的意義所在。在美國馬薩諸塞大學阿默斯特分校的實驗室里，科學家長期研究從深海熱液噴口采集到的嗜熱微生物。

為了采集這些神秘的極端生物，科學家們動用了高科技的載人潛水器或遠程遙控機器人。它們可以下潛到數(shù)千米的深海，在漆黑的海底像玩“抓娃娃機”一樣，用機械臂采集滾燙的巖石和熱液樣本。

當這些樣本被送回實驗室后，挑戰(zhàn)才剛剛開始。因為嗜熱微生物視氧氣為“毒藥”，科學家必須在密封的、模擬深海環(huán)境的生物反應器里培養(yǎng)它們。

隨后，科學家會觀察它們?nèi)绾卫脷洹⒘?、鐵等物質(zhì)生存，并分析它們產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物。這些代謝“痕跡”，正是未來航天器可能在其他星球?qū)ふ业纳€索。

換句話說，想在木衛(wèi)二或土衛(wèi)二找到生命的蛛絲馬跡，必須先弄清楚：在地球上，生命會留下怎樣的化學指紋。

歐羅巴快船號探測器飛臨木衛(wèi)二的想象圖。圖片來源：NASA

不過，科學家的研究并不會止步于實驗室的培養(yǎng)。他們還會建立計算機模型，模擬這些小生物在海底熱液口是如何生長、又是如何為了搶奪有限的養(yǎng)料而相互競爭的。

這就像是在電腦里玩一場“生存策略游戲”：科學家可以隨意調(diào)低溫度或改變化學成分，模擬出幾十億年前地球早期的模樣，甚至模擬出木衛(wèi)二那冰冷深海的環(huán)境。通過這種方式，我們不必親自飛往外星，就能預判這些“地球原住民”是否能在外星海洋里站穩(wěn)腳跟。 

與此同時，科學家還會分析這些嗜熱微生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)，了解它們?nèi)绾卧诟邷?、高壓、缺氧等極端條件下維持正常功能，并適應不斷變化的環(huán)境。

來自實驗、模型和分子層面的信息被整合在一起，將幫助科學家勾勒出一幅更清晰的圖景：告訴我們要去哪里、尋找什么樣的信號，才能在茫茫宇宙中找到不為人知的地外生命。 

從生命起源到現(xiàn)代科技

有意思的是，這些深海的“古老居民”，并不只是能幫助科學家回答宇宙級問題，它們還深刻地影響了現(xiàn)代科技。

你可能聽說過做核酸檢測或法醫(yī)鑒定時用到的“DNA擴增技術”。 這項改變世界的發(fā)明，其核心工具就是一種從嗜熱菌身上提取的DNA 聚合酶。如果沒有這些“抗熱英雄”，我們的基因測序和生物工程可能將舉步維艱。

此外，這些小生物還是出色的“環(huán)保小衛(wèi)士”?？茖W家發(fā)現(xiàn)，某些嗜熱菌可以降解農(nóng)場廢棄的牛奶或啤酒廠的廢水。在“吃掉”這些污染物的過程中，它們還會產(chǎn)生氫氣——一種清潔的未來能源。

嗜熱微生物在漆黑的深海火山旁，已經(jīng)靜靜地生存了數(shù)十億年。它們見證了地球最早的生命形態(tài)，也為人類提供了一把理解宇宙的鑰匙。

在不久的將來，當人類的探測器穿過地外星球的海洋冰層時，也許我們會發(fā)現(xiàn)，在那里的深處，正有著和地球海底一樣熱鬧的生命奇跡。

撰稿/劉允

參考資料：

[1]. the Conversation → Microbes in deep-sea volcanoes can help scientists learn about early life on Earth, or even life beyond our planet

[2]. 美國國家海洋和大氣管理局(NOAA) → What is a hydrothermal vent?