科学家揭秘地球微生物在火星的“生存极限”！

简 要

寻找火星上过去或现在的生命是我们向这颗红色星球发射的每一项任务（从轨道器到着陆器再到探测车）的唯一驱动力。然而，科学界仍然担忧地球微生物会搭乘前往火星的航天器，也就是所谓的“前向污染”。

这种担忧在于，我们可能会将地球微生物误认为是火星生命，或者地球微生物可能会影响我们可能发现的火星生命样本。虽然NASA致力于尽可能地降低这种风险，但新的方法能否帮助我们确定地球微生物在火星上能够存活多久，从而减轻人们对前向污染的担忧呢？

美国宇航局的“毅力号”火星车在火星表面。最新研究表明，大多数暴露在外的航天器表面会在一天之内完成消毒。

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现在，由加拿大约克大学领导的一个研究团队推出了火星微生物存活（MMS）模型。他们指出，该模型可用于估算地球微生物对火星造成的污染量。更具体地说，在发射前未被捕获的地球微生物抵达火星后，能在火星日内存活多久？作为参考，一个火星日等于一个火星日，比一个地球日略长，为24小时39分钟。

为了实现这一目标，研究人员分析了航天器在巡航阶段和表面阶段如何应对微生物灭菌。在巡航阶段，航天器会受到太阳风（以紫外线C (UVC) 辐射的形式）的轰击，因此研究团队分析了航天器在真空环境下，随着温度和太阳辐射的变化会如何响应。在表面阶段，由于火星缺乏像地球一样的保护性臭氧层和磁场，航天器不仅要承受火星表面的温度和压力，还要承受太阳辐射。

研究人员分析了过去火星任务（包括海盗号、探路者号、勇气号、机遇号、好奇号和毅力号）中 14 个先前使用过的火星着陆点或坠毁点，以确定未来航天器可能遇到的消毒程度。

最终，MMS模型确定航天器外部已免受太阳风的影响，而封装的探测车或着陆器也免受太阳风的影响。然而，它们仍然暴露在真空环境中，温度会发生变化，因此这些环境也能够起到杀菌作用。

对于表面阶段，MMS模型预测，朝上的航天器表面大约需要一个火星日才能完成消毒，而整个航天器完成消毒则大约需要一个火星年（687个地球日）。MMS模型还考虑了有毒的月壤、表面压力和干燥等因素对进一步消毒的影响。最后，MMS模型估计，由于内部组件的加热，航天器内部完成消毒大约需要100个火星日。然而，研究人员指出，未加热的内部组件的消毒可能需要长达25个火星年的时间。

该研究得出结论：“MMS模型预测，在所考察的14个着陆点，无论是巡航阶段的气动外壳还是着陆后的航天器，生物负荷的存活率都非常低。所有航天器外部表面可能仅通过UVC紫外线就已达到灭菌效果，其他杀菌因素的作用微乎其微。航天器内部表面的生物负荷很可能主要通过温度和低压的协同作用而降低，但仅考虑低压因素，可能需要长达25年的时间才能达到完全灭菌。虽然维持高标准的行星保护对于成功的火星科学任务至关重要，但我们估计，航天器寒冷内部表面上的少量微生物可能在火星上存活数十年。”

美国宇航局的行星保护计划，正式名称为美国宇航局喷气推进实验室（JPL）生物技术与行星保护小组（BPPG），其唯一目标是通过确保航天器在发射前进行最大程度的消毒，来防止前向污染。与所有事业一样，BPPG也在不断努力改进自身，持续开展研究以提升消毒程序，包括开发更高效、更经济的技术。

地球上的微生物如今是否还存在于火星表面？

MMS模型结合了巡航阶段和火星表面的杀菌效果，估算了14艘着陆或坠毁在火星上的航天器上的生物负荷降低率。截至本文撰写之时（2025年1月15日），火星上的航天器上是否存在任何存活的地球微生物？显示了本研究中考虑的火星航天器在发射时的估计生物负荷。发射时每艘航天器的平均生物负荷为2.12 × 10⁹个存活微生物，考虑到巡航阶段和着陆后的生物负荷降低，每艘航天器和着陆器在一个火星年内，生物负荷降低1个SAL（-12 log）即可实现无菌化。

火星微生物生存模型将在未来几年和几十年内如何为行星保护做出贡献？时间会给出答案，而这正是我们投身科学的原因！