走进科学
探索地幔：寻迹生命起源
地球表壳之下深处，隐藏着关于生命起源的重要线索。今年春天，科学家们从大西洋海底获取了一批珍贵的岩层样本，这些样本有望帮助我们拼写出地球生命故事的第一章节。
1961年3月26日午夜，一艘改装的海军驳船在大太平洋颠簸起伏，船上搭载着参加莫霍尔计划的科学家们。他们的目标是钻探地球史上最深的洞穴，穿透地壳直达地球内部炽热的岩浆层。虽然这个雄心勃勃的计划最终未能实现，但60多年后的今天，科学家们乘坐JOIDES Resolution号钻探船，完成了另一项壮举：他们从大西洋海底一个名为亚特兰蒂斯海山的薄弱地壳处，成功获取了岩层样本。
亚特兰蒂斯海山是一个海底山脉，由于板块运动，部分岩浆层裸露于海床附近。这些岩层通常埋藏在地下数公里深处，直接获取十分困难。但此次获取的岩层样本不仅可以帮助我们更好地理解板块构造，还有望揭示地球内部深处的奥秘，甚至为生命起源提供重要线索。
海水与岩浆层接触会引发一系列化学反应，产生有机物合成的原料。科学家们已经在亚特兰蒂斯海山上的失落之城热液喷口附近发现了由非生物过程产生的微小有机分子，这暗示着类似的环境可能孕育了地球最早的生命形式。JOIDES Resolution号此次钻探的深度超过1公里，直达了失落之城热液系统的核心区域，为研究生命起源提供了难得的机会。
“这为我们开启了全新的可能性，”参与此次科考的海洋生物地球化学家Susan Lang说。高浓度的氢气存在于洞穴水中，为有机物合成提供了动力。失落之城就像一个天然实验室，帮助科学家们解开生命诞生前的化学谜题，研究没有生物参与的有机物合成过程，并探索早期生命如何利用简单的化学物质存活下来。
Lang至今仍记得20多年前，她受邀参加失落之城首次详细研究项目时的激动心情。“我毫不犹豫地答应了，”当时还是华盛顿大学研究生的Lang说。
失落之城热液喷口于2000年被发现，其闪耀的半透明水柱瞬间震惊了整个科学界。与其他黑暗烟囱状的热液喷口不同，失落之城的烟囱呈乳白色，这是海水与亚特兰蒂斯海山岩石发生反应的结果。亚特兰蒂斯海山主要由橄榄岩组成，这种岩石在海水与之发生接触时会发生蛇纹石化反应，产生氢气并改变水的化学性质。这些条件与早期地球的环境相似，可能为早期生命提供了生存所需的能量和有机物。
Lang和她的同事们希望在亚特兰蒂斯海山找到没有生物参与产生的有机物，并研究微生物如何在极端环境下生存。然而，地球表面早已遍布生命，想要区分生物和非生物产生的有机物并非易事。“到处都能看到黏糊糊的生物膜，”犹他大学微生物学家William Brazelton说。
因此，研究人员将目光投向了海底深处，那里的微生物稀少，氧气匮乏，更接近早期地球的条件。“我们需要深入探索，”Brazelton说。
寻找天然实验室
20世纪60年代的莫霍尔计划标志着人类探索地球深处的开端。当时，地球科学处于“英雄科学”的时代，南安普顿大学地球化学家戴蒙·蒂格尔说。尽管莫霍尔计划没有达到钻穿地壳的目标，但却发现了海床沉积物下隐藏着年轻的火山岩，这一发现后来成为板块构造理论的重要证据。莫霍尔计划还催生了至今仍在使用的技术，其中一些被应用于JOIDES Resolution号上的科考设备。
即使在今天，深海钻探仍然是一项巨大的挑战。坚硬的岩石会迅速磨损钻头，需要频繁更换，这对于在波涛汹涌的海面上操作钻探设备来说是一项艰巨的任务。今年春天的科考之旅更是遇到了意外的波折。在钻探第一个试孔时，钻头卡住了，为了防止船只与亚特兰蒂斯海山永远相连，研究人员不得不使用炸药切断钻头。钻探团队最终在U1601C地点成功钻探到岩浆层，取得了突破性的成果。他们发现，洞穴水中含有大量的氢气，最高浓度可达122℃，这为非生物有机物合成提供了充足的能量。此外，他们还发现了微量的甲烷，这是一种可能在早期生命中发挥重要作用的化合物。
这些发现为研究生命起源提供了新的线索。科学家们认为，失落之城热液系统可能是一个天然实验室，帮助我们了解生命起源之前的化学反应，以及早期生命如何利用简单的化学物质存活下来。
“这是一个非常重要的发现，”参与此次科考的上海交通大学地球微生物学家Fengping Wang说。
目前，研究人员正在对这些岩层样本进行深入分析，以期获得更多关于生命起源的线索。JOIDES Resolution号也将在未来继续开展深海钻探，为我们揭开地球生命奥秘提供更多的证据。
本文译自 Quanta Magazine，由 BALI 编辑发布。