火星
在地球上最干燥的地方，寻找火星生命线索
科学家在南极洲和阿塔卡玛沙漠寻找类似火星的极端环境，研究生命耐寒和耐干旱的极限，探索火星是否存在生命迹象。
在智利的北部，一辆皮卡沿着尘土飞扬的旧矿路行驶，驶向阿塔卡玛沙漠。一支科学家团队正从沿海城镇安托法加斯塔开车出发，他们偶尔会遇到其他车辆——大多是寻找金属和矿物的勘探者。一个小时后，他们到达了位于一片非常干旱的沙漠中最干旱地区的一个孤零零的气象站。
科学家们来到阿塔卡玛沙漠是为了研究生命需要多少水才能生存。水是生命必需品，但在阿塔卡玛沙漠，水却极其稀少，以至于让人惊讶于这里居然还能生存任何东西。沙漠的某些地区几个世纪以来都没有见过雨。阿塔卡玛沙漠本身据信已有 10 到 1500 万年历史，是地球上最古老的沙漠。
阿塔卡玛沙漠也可能是世界上最干旱的沙漠。虽然沿海的一些地区有一些像仙人掌这样的多肉植物，但沙漠更干旱的地区则没有任何植被。这些干涸的区域甚至连蓝藻都没有——生活在大多数其他沙漠岩石或石块下的绿色光合微生物。
历经五次阿塔卡玛沙漠考察，科学家们一直在寻找沙漠岩石中任何微观生命的踪迹。
“我们正在研究的是生命极限在哪里？” 佛罗里达州立大学和美国宇航局艾姆斯研究中心微生物学家伊姆雷·弗里德曼说道，“目前，我们还不了解干旱梯度对生命极限的影响。生物可能有多种应对策略。一些生物会变得干燥；另一些则可以在极少水的情况下生存。一些生物，比如常见的霉菌，如果湿度高于一定水平，可以从大气中吸收水分。但这些策略还没有得到很好的探索，而且这些条件在实验室里也很难复制。”
研究这种生命体最好的办法就是走出实验室，去观察大自然的实验室——这比任何人工制造的实验室都要复杂得多。虽然这在阿塔卡玛沙漠是可能的，但目前这样的实地考察对于火星来说还无法进行。
但是，通过研究阿塔卡玛沙漠的生命，科学家们希望了解更多关于火星上可能存在生命的信息。火星有两个影响生命的重大因素：第一，火星非常寒冷，平均温度为零下 69 摄氏度；第二，火星非常干燥。尽管河道和盆地似乎证明火星表面曾经有过液态水，但这些可能都是很久以前形成的。如今，火星上的任何水都将以冰的形式存在——这基本上是一种“干燥”的介质。
“什么时候干燥会变得对生命来说太干燥？” 美国宇航局艾姆斯研究中心的天体物理学家克里斯·麦凯问道，“在阿塔卡玛沙漠，我们认为我们已经越过了这个阈值。”
然而，阿塔卡玛沙漠并不像火星那么干燥。它也不像火星那么寒冷，尽管它比地球上大多数其他沙漠都凉爽。阿塔卡玛沙漠拥有温和的地中海气候，气温在 0 到 23 摄氏度 (32 到 73 华氏度) 之间。
“让地球成为火星模拟物的问题在于，火星既非常冷又非常干燥——在地球上，这两种条件通常不会同时出现，” 弗里德曼说，“在南极洲，我们研究了寒冷对生命的影响。阿塔卡玛沙漠将帮助我们回答关于火星的另一个问题：干燥对生命的影响。”
南极洲的研究表明，寒冷本身并不一定会杀死生命。生命可以耐受非常低温和冷冻过程。但问题出现在低温持续很长时间时。地球上的所有生物都需要时不时地经历一段“冬眠”苏醒期。它们利用这段时间来获取能量，修复细胞因紫外线辐射造成的任何 DNA 损伤，生长和繁殖。
“南极洲有一些地方因为没有足够温暖的时数而‘死亡’，” 弗里德曼说道，“即使在休眠状态下，生物也需要能量。死亡区域是指生物消耗的能量必须大于它们能够产生的能量。”
南极洲是一个很好的火星模拟物，因为它既寒冷又基本上干燥。但南极洲会经历季节性波动，微生物环境中的冰会融化，因此无法回答有关生命水限制的问题。为了了解更多关于火星问题中“干燥”部分的信息，弗里德曼、麦凯和其他科学家现在正专注于阿塔卡玛沙漠。
“阿塔卡玛沙漠极度干旱核心地区的土壤似乎是地球上最没有生命力和最像火星的土壤，” 麦凯说道。
阿塔卡玛沙漠的大量硝酸盐沉积表明该地区几乎没有生命。硝酸盐是由电击 (闪电) 产生的：在暴风雨期间，闪电会导致大气中的氮气和氧气结合形成硝酸盐。这些硝酸盐会沉淀到沙漠地表，但数量非常少，无法察觉。
“你无法看到或感受到微量的硝酸盐，它也不会沾染到你的衣服上，” 弗里德曼说道，“然而，一年后，你可以通过化学测试证明它们存在于岩石中。”
通常情况下，细菌和植物会立即利用闪电产生的任何硝酸盐。硝酸盐的积累——例如在阿塔卡玛沙漠发现的沉积物——通常意味着没有生命存在。
虽然蓝藻似乎不存在，但科学家们确实在一些阿塔卡玛沙漠土壤中发现了少量异养细菌。与通过光合作用产生自身能量的蓝藻不同，异养细菌通过吞噬其他生物来获取能量。科学家们不知道这些阿塔卡玛细菌吃什么，也不知道它们如何获得水。他们甚至不确定为什么沙漠的某些地方有异养细菌，而其他地方似乎完全没有生命。
“我们可能需要一段时间才能理解生命的用水极限，” 弗里德曼说道，“南极洲的研究花了我们 20 年的时间，才觉得自己对低温极限有了答案。”
除了水限制之外，科学家们还希望确定生物体如何发展抵御紫外线辐射的防御机制。这种辐射将是火星上生命的另一个限制，因为火星比地球经历更强烈的辐射。
弗里德曼告诫说，虽然阿塔卡玛沙漠的研究可能在很大程度上提高我们对生命极限的认识，但它们并不能完全回答我们关于火星生命的问题。
“我们所有地球上的类比都远远弱于火星上的实际条件，” 弗里德曼说道，“火星更干燥、更寒冷，紫外线辐射更强烈。”
本文译自 Astrobiology，由 BALI 编辑发布。