外星生命的起源来自地球……吗？

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主译：毕逸飞

校对：suu

审核：牧夫天文校对组

美编：余家劲

后台：王启儒

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逆向宇宙起源论（Reverse Panspermia）……突然面临的艰难屏障

正如我们目前所观察到的那样，在大气中漂浮与传播的微生物，在地球生命演化史中扮演了不可忽视的重要角色。进一步而言，既然这些微生物已经克服了生命起源与进化的诸多障碍，它们是否可能离开地球，穿越宇宙，抵达其他行星，并在那里播下生命的种子？这一设想正是所谓的“逆向宇宙起源论”。

如果像“宇宙起源论”（Panspermia）所说的那样，微生物能从宇宙来到地球，那么也可能有微生物从地球走出去。但实际上，别说是地球上的微生物，就连粒子本身想要到达太空，在物理上也是极其困难的。

太空始于海拔100公里的高度，但大气粒子通常只能在海拔10公里左右的高度内上升并混合。在海拔10公里以上，气温随高度升高而增加（逆温层），且下层空气密度更高，导致粒子无法继续上升。微生物必须突破这道海拔10公里的“隐形屏障”，才能飞向宇宙。

竟然存在大气粒子突破屏障的时代

尽管如此，在地球漫长的历史中，仍有几次海拔10公里的屏障被打破、10至50公里的平流层充满大气粒子的时期。其诱因之一便是陨石撞击。

当陨石撞击地球时，不仅地表的海水和地壳，连陨石自身的成分也会飞溅而出，在空中漂浮很长一段时间。陨石中大量含有的铱元素也会散布到大气中，当它们降落并堆积在地面时，就留在了地层里。

通过测定全球含有铱元素地层的年代，可以确认地球自诞生以来曾多次遭受陨石撞击。虽然在人类历史上很少见，但通过对地球陨石坑的年代测定可知：32亿年前曾有相当于4座珠穆朗玛峰大小的巨型陨石撞击；8亿年前则出现过陨石撞击的高峰期。

被认为导致6600万年前恐龙灭绝的陨石直径约为15公里，由于它恰好落入海洋，卷起了海水和地壳成分，使平流层被粒子云覆盖。可以轻而易举地想象，当时已经从腐殖质丰富的成熟土壤中飞扬起了大量微生物。

图源：gettyimages

促使粒子越过屏障的另一个诱因

另一个诱因是大规模火山活动，喷发会将粒子带入平流层。

1991年6月15日，菲律宾皮纳图博火山发生了被称为20世纪最大规模的喷发，将菲律宾的天空染成了黑色。卫星监测确认喷烟达到了海拔10公里以上。而在能检测更高空粒子的激光雷达观测中，在海拔30公里附近发现了与微生物尺寸相当的1微米级粒子。

在生命诞生后的约38亿年间，超过皮纳图博规模的火山喷发曾多次发生，每次都会向平流层排放源自土壤和海洋的粒子。

离宇宙最近的生物，竟是地上的“少数派”……！？

随火山喷发或陨石撞击被卷起的土壤和海水中含有微生物，可以预测只要不在冲击中心，它们就能存活。如果是像耐辐射球菌（Deinococcus）或芽孢杆菌（Bacillus）那样对环境压力有耐受性的菌群，即使在平流层也能生存。

此外，在火山地带，栖息着以无机物为营养的嗜热/耐热细菌，蓝细菌和绿藻等通过光合作用形成生物薄膜。实际上，NASA的研究小组已通过飞机获取的海拔3000米的大气粒子中确认了嗜热细菌的存在。这类自养微生物即使被运送到像原始地球那样只存在无机物的其他行星，理论上也应该能够繁殖。

火山喷发还会将地壳深处的粒子推向大气。在深度1公里以下的地下也栖息着微生物，它们以甲烷或氢气为营养，以数月甚至数年一次的分裂速度生长。如果这些微生物能通过休眠维持生命，那么在仅有无机物的行星上，它们或许也能顽强地生存下去。

事实上，从宇宙视角看似乎最遥远的火山口或地底微生物，或许才是地球上“离宇宙最近”的生物。

飞向宇宙的微生物

虽然现在罕见达到平流层规模的陨石撞击或火山喷发，但实际上日常生活中也存在将微生物卷入平流层的现象。那就是“雷电”。

我们看到的闪电是落向地面的，但也有向高空延伸的雷电。这种“逆向雷电”被称为蓝色喷流（Blue Jets），云层中积累的电子以每秒数公里的速度向上冲，作为电流瞬间闪现至几十公里的高空。

当带有更强电流时，会演变为“巨大喷流”，超越平流层，到达海拔100公里以上的高空。模拟实验显示，此时伴随电流，粒径1微米的大气粒子可达50公里高空，即使是50微米的粒子也能到达数十公里高空。因此，即使在现代这个平静时期，雷电也蕴含着将微生物送入太空的可能性。

不过，虽然微生物到达海拔100公里左右的高度已通过观测和模拟得到验证，但它们能否到达数百公里以上的更高高度并真正离开地球，目前尚不明确。即便如此，在过去由于巨型陨石撞击等原因，微生物飞向高空的可能性是充分存在的。

现代的“微生物搬运工”

现在，火箭和空间站也被认为成为了微生物的运载体。火箭发射在室外进行，正如前文所述，海洋、森林、土壤中的微生物随风飘荡，也会附着在发射前的火箭上。虽然火箭以猛烈的势头升空，但形成芽孢或聚合体的强韧微生物活下来并进入火箭表面的凹凸处、从而到达太空的可能性是不容忽视的。

此外，载人航天器和空间站都载有乘组人员，他们带着各自的微生物群落飞向太空。如果在活动中哪怕有一点点含有微生物的空气泄露到太空外，微生物就可能直接开启宇宙之旅。

飞向太空之后

飞入太空的微生物在数百公里的高空依然会被地球重力捕获，仅在轨道上绕行。然而，在空气分子稀薄的太空空间，经常会有作为陨石母体的小行星或彗星碎片飞来，有时它们掠过地球，随即再次飞向宇宙深处。

如果微生物附着在这些飞行物上，就可能离开地球轨道，随之远去。如前所述，由于微生物与矿物粒子具有很强的亲和力，它们应该很容易附着在这些飞行物的矿石上。此外，在宇宙移动过程中，如果有更大的小行星或彗星靠近，微生物也可能因重力作用，从微小的矿石“转乘”到巨大的天体上。

就这样，即使进入太空后，也存在离开地球的手段，一旦离开，等待它们的将是近乎永恒的旅行。……虽然理论上可以这样推导，但平流层更高处真的漂浮着微生物吗？

宇宙的微生物采集

近年来，实际采集平流层大气微生物的超高层大气观测正开展得如火如荼。观测中会使用火箭、飞机以及大型气球。其中，由千叶工业大学和JAXA（日本宇宙航空研究开发机构）等研究团队推进的平流层微生物采集实验——“Biopause项目”（生物停滞层项目）规模宏大。

该项目将直径达34米的氦气球升至28公里的高空，随后释放微生物采集采样器，利用其惯性下落的过程中采集粒子。

当采样器下落时，空气会流过筒状的装置，将空气中包含的粒子过滤并收集在滤网上。随着接近地面，气压上升，采样器的盖子会自动关闭。

密封有粒子的采样器最终会降落在海面上。一旦从海上回收采样器，科研人员就能在实验室里分析滤网上捕捉到的平流层粒子（运气好的话还有微生物）。当然，高层大气的粒子极其稀薄，有时也会面临一无所获的窘境，这是一项极其严酷的挑战。

超高层大气观测中发现的微生物

得益于此类超高层大气观测，研究人员已在平流层中发现了耐辐射球菌（Deinococcus）和芽孢杆菌（Bacillus）等具有环境耐受性的微生物。

特别是耐辐射球菌，已分离培养出多个物种。据认为，它们在平流层中通过形成生物薄膜（Biofilm）来漂浮。与此同时，观测中还发现了矿物粒子。可以确定的是，附着在矿物粒子上的微生物，确实在平流层的严酷环境中保护着自己。

针对更高高度（400公里高空）的“飞向太空的微生物”，JAXA正在推进一项名为“蒲公英计划”（Tanpopo Mission）的项目。该项目名称寓意深远：微生物在太空中漂浮、在行星间传播生命的样子，正如蒲公英的棉絮带着种子轻盈扩散一般。

该计划在绕地高度400公里的国际宇宙空间站（ISS）“希望号”实验舱的暴露平台上安装了凝胶板，试图捕捉并收集撞击在凝胶板上的微生物细胞及其碎片。

由于国际空间站为了维持轨道以每秒8公里的速度绕地运行，利用安装在卫星上的凝胶板捕捉并收集宇宙粒子——“宇宙尘”，这种策略在物理逻辑上是非常合理的。

当然，由于粒子会高速撞入凝胶，为了防止采集到的粒子变形或生物细胞破碎（死亡），科研人员耗时多年开发出了一种能极其柔软地包覆住粒子的凝胶——“气凝胶”（Aerogel），并已投入实用。

目前，已完成宇宙粒子采集的气凝胶已经平安返回地球。由于粒子密度极低，后续的解析和分析工作难度极大且仍在持续。但随着观测的重复进行，未来一定能发现往返于宇宙空间与地球之间的矿物质或生物物质。

责任编辑：甘林

牧夫新媒体编辑部

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蓝色喷流

图源：Joshua Stevens；NASA Earth Observatory

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