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细菌在浓度盐水中也能生存 火星存在生命有望?

网易科技 2018-07-11

  一支跨大西洋科学家小组最新研究表明,细菌能够幸存于火星、土卫二、木卫二、冥王星等星球上的盐水化学物中。这将为未来发现神秘地外生命带来希望! 近年来,科学家在木卫二发现表面羽流和地下海洋,在火星表面发现有机物质,在土卫二海洋中发现热液喷口的存在性,这似乎使人类距离发现地外生命更近一步。

  这样的地外生命必须承受极端环境,之前研究表明许多种类细菌都可以存活在极端条件。

  系内远离太阳的星球的液态海洋冰点非常低,因为化学物质和盐可以起到冷冻剂的作用,所以微生物应当生活在温度适宜、生命元素充足的环境中。为了研究微生物生存能力参数,来自柏林工业大学、塔夫斯大学、伦敦帝国理工学院和华盛顿大学的研究人员使用Planococcus halocryophilus细菌进行了测试实验,这种细菌生活在北极永久冻土带。

  他们将细菌放置在钠、镁、氧化钙混合物及其高氯酸盐溶液中,高氯酸盐是一种化学化合物,有助于火星夏季表面维持液态水。研究报告作者、柏林科技大学天文和天体物理中心雅各布⋅海因茨(Jacob Heinz)称,我们的研究已扩大超越了传统的氯化钠,因为火星上有更多的化学物质。

  高氯酸盐对生命有毒

  由于高氯酸盐在高浓度下是有毒的,研究人员希望确定是否高氯酸盐会抑制细菌生存,以及高氯酸盐的数量和浓度等级会抑制细菌生存能力。事实上,高氯酸盐中细菌幸存率远低于其它所有溶液,尽管在零下30摄氏度的低温条件下,细菌存活率会略高一些。

  海因茨解释称,最低冰点降低——溶质将降低溶液融化温度,高氯酸盐占溶液总质量的50%,这比其它氯化物冰点降低浓度要高出许多。考虑到它的毒性,细菌在高氯酸盐溶液中的低存活率并不令人感到惊讶。

  这是否意味着火星不再支持微生物存活?海因茨指出,生命仍有可能存活在火星。高氯酸盐的存在并不排除火星或者其它星球上存在生命,百分之十浓度的高氯酸盐溶液中细菌仍然可以生长存活,火星表面土壤高氯酸盐浓度不足1%,但是海因茨表示,溶液中盐浓度与土壤中盐浓度不同。

  适应生存

  液体高氯酸盐溶液可以被稀释,从而增加细菌生存能力,但是需要保持浓度与温度的平衡性。美国亚利桑那州立大学地球与空间探索分院博士生特丽萨⋅费希尔(Theresa Fisher)关注微生物生态学和行星可居住性研究,她表示,这项研究结果并不能排除细菌在火星上存活的可能性,事实上,火星表面可能孕育微生物。

  特丽萨在接受《天体生物学》杂志记者采访时表示,像智利阿塔卡马沙漠(世界上最干燥环境)和南极部分地区的高氯酸盐含量相对较高。我非常惊奇,如果微生物并未进化出形成处理有毒物质的方法将会怎样?

  通常情况下,较寒冷温度促进了微生物的生存能力,但是温度条件并不是“通用型”因素——微生物种类和化学溶液成分将决定微生物生存能力的“最佳点”。研究人员发现氯化钠溶液(NaCl)中的细菌在室温条件下大约两周内就会死亡。在4摄氏度条件下,细菌存活率将增强,一旦温度达到零下15摄氏度,几乎所有的细菌都存活下来。氯化钠溶液的冰点(零下21摄氏度)高于其它盐类物质,镁溶液和氯化钙溶液中的细菌在零下30摄氏度存活率非常高。

  海因茨说:“这并不奇怪,因为所有化学反应,包括杀死细菌的反应,在低温条件下都进行得较缓慢。但是在高氯酸盐溶液较低温度条件下,细菌幸存率并不会增强多少,而在氯化钙溶液中较低温度条件下,细菌幸存率可以显著增强。”

  结果表明,另外三种传统盐水溶液的细菌存活率也各不相同。在4-25摄氏度条件下,氯化钙(CaCl2)溶液中的细菌存活率低于氯化钠(NaCl)和氯化镁(MgCl2)溶液,但是温度进一步降低,将提高这三种溶液中细菌的存活率。

  研究人员对这些细菌进行了多次冷冻/融解循环实验,温度范围在25-50摄氏度之间。海因茨表示,依据火星表面不同位置,将经历一些显著的表面温度变化,以及昼夜和季节性变化。火星表面平均温度大约是零下60摄氏度,两极的温度下降至零下125摄氏度。因此,细菌为了生存下来,必须承受极端温度波动变化。

  一般来讲,含盐溶液可以增强冷冻/融解过程中细菌存活率。特丽萨说:“细菌在承压情况下会处于休克状态,它们制造特定的蛋白质,帮助它们调整、生存和应对有害环境。”添加10%浓度的氯化钠会使微生物死亡率从20%降至7%,并增加冻融循环次数,使细菌数量可维持在70-200个之间。当细菌应对极端环境处于休克状态时,能够制造稳定的蛋白质,但是细菌仅能制造一定数量的“休克蛋白质”。

  对于细菌在3种不同溶液(氯化钠、氯化镁和氯化钙)中的存活率,一般而言,温度越低,它们存活的时间就越长。

  生存与发展

  虽然这项研究提供了外星微生物存活的可能性,但是海因茨强调了细菌生存和繁荣发展之间的区别。细菌在某些条件下生存,并不意味着它们真实在生长,目前他正在进行另一项研究工作,确定不同温度条件下,不同盐浓度环境对细菌繁殖的影响程度。

  特丽萨肯定地说:“生存与发展具有明确的差别,但是生命仍然令我们感到惊奇,有些细菌不仅能在低温条件下生存,而且还可以进行新陈代谢和繁殖后代。我们应当尽可能公正地提出假设条件,确定微生物需要什么条件才能茁壮成长,而不是仅存活下来。”

  科学家探索不同浓度和温度的各种盐溶液,将有助于科学家聚焦搜寻生命形式,或者至少不排除生命存活的可能性,例如:微生物幸存在有毒高氯酸盐溶液中。

  同时,其它的变量因素也影响着生命探索发现,例如:细菌有能力抵御辐射或者极端大气压。甚至某些细菌还有一些我们未发现的重要因素,但随着每项研究的开展,我们将获得更多的重要线索。

责任编辑:王超

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