什么样的生物能生活在火星？

丢掉梦想的狐狸

（邮菜菜/编译）
在火星上证实了有高盐液态水的存在后，NASA重新点燃了我们发现外星生命的希望。在NASA发布液态水在火星上存在的第一个直接证据之后，大部分人的第一反应是：“既然水存在，那么火星上会有生命存在吗？”
火星是一个大气稀薄、冷热交替比地球更极端的世界。不过相比其他的类地行星，条件似乎又要好的多了。现在我们在火星上找到了液态水存在的痕迹，这就引发了一个明显的问题：什么样的生命形式有可能能真正生活在那里？
现在的火星上，如果有生命，几乎可以肯定是微生物。不过直到我们真正找到并研究它们之前，所有东西都是不确定的。现在嘛，我们倒是可以做一些关于火星生命的本质的猜测。如果我们深入了解生活在地球上最恶劣的环境下的一些最奇怪的生物，我们也许能找到些答案——而这，也可能是未来火星探索的重要方向。
火星有水， 但环境恶劣
可能生存在火星的微生物，其生存策略也许能够从适应地球极端环境的嗜盐菌和嗜冷菌身上得到提示。但是在火星生活还有其他的一些更大的挑战，它们是任何生命形式都必须克服的。
首先，重要的事实是，火星大气缺乏臭氧层的保护。实际上，你可以认为那里一直在用紫外线照射杀菌。
其次是盐的实际性质。在火星上，到目前为止我们发现的卤水是高氯酸盐。它是种高度腐蚀性的化合物，对于大部分的地球生物来讲，这玩意是有毒的。

什么样的生物能生活在火星？

有液态水存在的火星陨石坑。暗色条纹就是高氯酸盐溶液产生的流动条纹。这样的环境，能支持生命存在吗？图片来源：NASA
火星上有盐水的环境大概是什么样的？根据NASA对火星陨石坑上暗色条纹的光谱分析显示，“强有力的证据”表明这是水化的高氯酸盐产生的流动条纹。而溶解大量盐份的水可以降低水的冰点，让其在零下的温度里也不会结冰。目前在火星上发现的高氯酸盐还包括和其他各种原子相互结合的氯和氧，这能让高氯酸盐溶液在摄氏零下70度的温度下仍然保持液态。
因此，我们认为火星上的这些盐水也许偶尔从陨石坑壁上流下来，沉积出盐纹，并将水汽蒸发到上方稀薄的大气层。这些水可能来源于地下，也可能来自高氯酸盐从空气中“拉拽”出的水蒸汽。
这些卤水“过于极端”，几乎不可能有生命。“在地球上也有些高盐分的卤水，但它们太咸了，生命没法生存。”NASA的天体生物学家、著名的“火星地球化”爱好者克里斯·麦凯（Chris McKay）说，“最有名的一个盐池是在南极洲的唐胡安池。但火星上的盐水比这个小池的氯化钙盐水更咸。”
如果我们只是凭空想象这种环境是挺困难的，不过好在我们可以在地球上找到类似的环境。在阿塔卡马沙漠，地球上最为极端的环境之一，科学家发现了一些生活在盐结晶表面液态水薄膜里的微生物。根据2011在《天体生物学》发表的一篇论文1中，这些液态水可能是由盐分从空气中“抓取”的。
然而困难在于，高氯酸盐表面这层液态水薄膜的水活性将非常低。这意味着水份难被生命所利用。“如果这些卤水是高氯酸饱和溶液，在这样的低水活性生存生活，据我们所知，反正在地球上不可能。”研究的第一作者露捷德拉·欧嘉（Lujendra Ojha）说。更别提高氯酸对地球上大多数生命都是有毒的了。

什么样的生物能生活在火星？

阿塔卡马沙漠，仍有一些微生物生活在盐层表面的液态水里。图片来源：gizmodo.com
所以，火星微生物（如果存在）将不得不克服这个事实：火星是个有毒的、充满辐射的荒凉之地。
就算环境极端，细菌仍能生存
尽管如此，这些卤水足以让我们开始想象生命在火星的栖息地，以及可能存在于火星的生命类型。那么，什么样的生命形式可以生活在这种十分冷又十分咸的水里？
多年来，科学家们已经确定了许多嗜盐（耐盐）和嗜低温（耐寒）微生物生活在地球上。最近，我们甚至发现了一些又耐寒又耐盐的微生物，它们生长在寒冷的海水里、南极的湖泊中、或着冰川冰层夹层的液体内。
目前这些生物生存的极限温度和盐度还不太清楚，我们大概知道它们能在零下12oC的时候进行细胞分裂，零下20oC的时候能够进行基础代谢。而一些嗜盐和嗜低温微生物能够生长在零下12oC的低温里，以及高达20%的盐浓度下。

什么样的生物能生活在火星？

南极的咸水湖里的微生物。图片来源：沙漠研究学院（Desert Research Institute）
为了活下去，细菌有特殊的技巧
在这样的环境中，微生物是如何生活的呢？为了防止在高盐条件下细胞脱水，嗜盐菌会在细胞内部保持较高的盐浓度。这样一来，渗透梯度会让水流入细胞，而非向环境里渗透。同时，高浓度的细胞液浓度也确保它们不会结冰——结冰不是啥好事，这让细胞没法正常代谢。
除了盐平衡，其他一些手段也能帮助嗜盐嗜冷菌适应严寒。相比于饱和脂肪酸，嗜冷菌的细胞膜往往含有更多不饱和脂肪酸；细胞膜上还包含着额外的运输蛋白，可以在细胞内外运输物质。和生活在“正常”气候下的细菌们相比，嗜冷菌的酶结构更加“灵活”，这让酶们在较低的温度下仍然能够正常作用。有些种类的细菌甚至能产生抗冻蛋白，这有助于限制冰晶在细胞内的生长。
最后，遗传分析表明，嗜冷菌常存在大量的“移动DNA分子”，这些基因编码的是细菌适应寒冷的关键特征，它们可以在微生物之间交换。如果你是一只南极盐水嗜冷菌，而且正好遗失了某些重要的保障你生存的蛋白，你可以从邻居那里获得这些相应的遗传“蓝图”。

什么样的生物能生活在火星？

嗜盐嗜冷菌有一些特殊的结构和功能来适应高盐和严寒的环境，比如更耐寒的细胞膜、更高的细胞液浓度、额外的转运蛋白和更灵活的酶结构等等。图片来源：gizmodo.com

这些细菌，能在火星生存吗？
我们应该保持开放的心态，因为如果微生物能够在阿塔卡马沙漠生存，那么一切皆有可能。
避免辐射的一种方法是住在地下。我们所看到的高氯酸盐卤水来自地表含水层，也许这些含水层就提供了一个无辐射的避难所。但我们并不知道事实是不是这样。
时间拥有令人震惊的能力，生命已经证明了它们能够适应有毒环境。在高腐蚀性的酸性矿山下水道和湖泊中，我们发现了生命的存在。我们已经观察到北极汞污染水平的上升过程里，微生物逐渐适应的现象。同时微生物学家也发现，地球上就存在一种细菌酶，也许能降低高氯酸盐的毒性。
火星上的液态水的确切证据并不意味着火星上有生命。但它确实让我们看到了些希望。正如吉姆说的那样：“哪里有液态水，哪里就很可能有生命。”在我们得到一些样品之前，可能的生命性质是没法确定的，不过探索任务就要来了。2020年，美国航空航天局已安排一个火星探测车，它将带回那里的样品，让我们寻找“化学化石”或者其他生命的证据。
如果我们找到了，那么任何结果肯定都是令人震惊的。（编辑：Jerrusalem）
参考文献
Victor Parro et al. 2011. A Microbial Oasis in the Hypersaline Atacama Subsurface Discovered by a Life Detector Chip: Implications for the Search for Life on Mars. Astrobiology.

什么样的生物能生活在火星？