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麻省理工学院:微生物可在纯氢气中繁衍,对外星生命的想法应更大胆

作者:BigLoser    阅读数:27    投票数:1   
更新时间:2020-05-29 15:20:36   

美国麻省理工学院(MIT)一项最新研究显示,虽然我们的地球大气中氢气含量微乎其微,但微生物可以在100%的氢气氛下生存和生长。因此,可能孕育外星生命的系外行星环境可能比之前认为的更加丰富多样。

 

高丰度氢一般认为对生命有益,但是关于生物在其中生存能力的研究比较匮乏。

 

MIT行星科学教授萨拉·西格尔(Sara Seager)及同事利用大肠杆菌和酵母分别代表原核生物和真核生物,在实验室内做了生长实验。虽然大肠杆菌生活在动物肠道等厌氧环境中,并且也在纯氮气环境下做过研究,但传统上不认为能适应纯氢气环境。

 

他们将培养的大肠杆菌和酵母暴露在100%的氢气氛下,发现二者可以正常繁殖,只是繁殖速度比在空气中慢。具体来说,大肠杆菌约慢2倍,酵母约慢2.5倍。作者团队认为繁殖速度偏慢的原因在于缺少氧气。

 

若大肠杆菌之类的微生物真的在富氢行星上存活,便会产生各种气体,有些可以作为潜在的生物记号,积累到可观的程度,便能通过大气光谱被检测到。

 

相关论文发表在5月4日的《自然-天文学》(Nature Astronomy)上。

 

富氢行星

 

当然,实际上的行星环境不会是100%氢气,总会混合其他气体和化学物,研究团队只是以极端情况进行演示。那么,系外行星的大气层是否可能以氢气为主导呢?答案是肯定的。

 

如果在孕育行星的行星盘中,存在大量富含铁的原始材料,在行星诞生的激烈过程中与水反应,就会产生大量气体。而想在诞生后维持这样的富氢大气,则需要满足几下条件:

 

比地球更冷,表面重力比地球更大,或者有一套维持氢气含量的补充机制。有一类比地球略大的“超级地球”恰好符合。且如果“超级地铁”的表面是甲烷冰,在高压下就会转化成乙烷、丁烷甚至碳单质,源源不断释放出氢气。

 

生物记号

 

为什么致力于寻找外新生命的·西格尔会对纯氢氛感兴趣?原来,相比起二氧化碳或者氮气,以氢气为主的岩石行星大气层更容易被望远镜发现。

 

系外行星,也就是太阳系外行星,在1994年才被首次确认存在。目前,科学家们仅在银河系中就发现了超过4000颗(太阳)系外行星,主要的功臣是2018年年底退役的开普勒望远镜。它的接任者苔丝望远镜已于2018年4月进入太空工作。

 

随着首个系外行星发现者、瑞士天文物理学家米歇尔•马约尔(Michel Mayor)及其博士生迪迪埃·奎洛兹(Didier Queloz)在去年收获诺贝尔物理学奖,该领域除了登堂入室,从冷门走向热门,研究理念也有所变革,从广撒网寻找走向个性化分析。

 

马约尔曾在接受澎湃新闻专访时表示,如今天文学最激动人心的一个研究方向就是生物记号,即暗示行星上存在生命活动时,在大气层中留下的特征性光谱信息。

 

前一代望远镜收到技术限制,无法很准确地判断出系外行星的大气细节。欧洲空间局计划在2028年左右启动大气遥感红外系外行星大调查(ARIEL),分析近千颗系外行星的大气组分和演化方式。NASA下一代主力太空望远镜詹姆斯·韦伯如果发射顺利,也会为遥远星球大气光谱研究增添一枚“史诗巨制”级别的工具。

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