深海火山可能是我们在太空中寻找外星生命的钥匙

在海洋表面之下，隐藏着一个极端海洋生态系统，那里有海底火山，海底有一个喷发岩浆形成新地壳的开口。这些偏远地区因缺乏光照和巨大的压力，依靠构造过程将气体和金属溶解到海水中。

在这些深度发现的化学物质——包括氢、硫化物、甲烷和二氧化碳——构成了科学家们认为的生命基础。

在这里，微生物细菌在这种看似不适宜的环境中茁壮成长。鉴于这些极端条件，科学家们认为生活在这里的生物可能为寻找地球以外的生命提供了线索。

生命的组成部分

James Holden，马萨诸塞大学阿默斯特分校的微生物学家，就是这样一位科学家。木星的卫星欧罗巴（Europa）和土星的卫星恩塞拉多斯（Enceladus）在其冰壳下都发现了咸水海洋的证据。正如极端海洋世界可以孕育微生物生命一样，像 Holden 这样的海洋学家相信，海洋行星也可能拥有支持生命所需的组成部分。

“从这些海底火山喷发出来的、为微生物供能的化学物质包括氢气和二氧化碳，以及硫和铁化合物，”Holden 说。“我们认为，这些化合物可能存在于早期地球，或者生命在地球上出现之前，甚至在光合作用出现之前就存在了——并且很可能从恩塞拉多斯和欧罗巴的深海热液喷口喷出。”

为了更好地解读深海研究如何应用于太空探索，Holden 正在与 NASA 合作，研究从海底火山采集和培养的生物，以模拟或复制条件，观察生物的行为，确定它们消耗的化学物质，以及它们如何响应不同的生长条件。

去年秋天，NASA 发射了其欧罗巴快船（Europa Clipper），计划在 2023 年 4 月前对木星的卫星欧罗巴进行详细研究。在绕行这颗巨行星的同时，快船将进行 49 次近距离飞掠欧罗巴的任务，收集图像以及热量和粒子测量数据，以确定欧罗巴表面下方是否存在可能支持生命的地方。

“我们现在正处于一个思考地球以外海洋学的时代，”Holden 说。“地球以外生命的秘密可能就藏在我们自己海洋的底部，而研究地球上的生命可能会为我们发现地球以外的生命打开大门。”

阅读更多：未知之旅：深海与太空探索有多相似？

太空与深海：生命的必需品

与陆地火山一样，海底火山也是由构造过程和岩浆运动驱动的，但它们不是喷入空中，而是在巨大的水压下喷发。

海洋学家，专注于热液喷口微生物学的 Moronke Harris 解释说，这改变了它们的喷发方式、冷却速度以及形成的形状。

由于绝大多数细菌生活在海洋或其沉积物中，Harris 和 Moronke 都认为，研究深海有助于描绘外星生命的特征。

“太空和海洋是平行的前沿，或者说是近亲。两者都广阔、极端，并且对生命至关重要。两者都需要能够在黑暗、高压和资源有限的环境中运行的技术，在那里通信延迟且自主性是关键。只是在不同的方向对抗压力：在海洋中，我们对抗内爆；在太空中，我们对抗膨胀，”Harris 说。

塑造海底火山

Seafloor infographic — (图片来源：VectorMine/Shutterstock)

2018 年，NASA 正是这样做的，与海洋探索信托基金（Ocean Exploration Trust）合作，开展了一个名为“系统水下生物地球化学科学与探索类比”（SUBSEA）的项目。考察期间，水下机器人探索了夏威夷海岸附近一个深海火山周围的环境，该环境被科学家认为与土星的卫星恩塞拉多斯可能存在的情况相似。

海底火山存在于深海环境中，大多数位于构造板块分离的中洋脊、地幔岩浆上升流的海底热点，或一个构造板块滑到另一个板块下方的俯冲带附近的火山弧。

Harris 说：“陆地火山和海底火山都由岩浆供给，可以形成我们所知的山脉和海山，并释放气体和矿物质。然而，海底火山形成的熔岩的形状和质地与它们的陆地对应物不同。水的存在显著改变了喷发动力学。”

Harris 继续说：“海底火山因在水中快速冷却而形成，通常形成巨大的、球状的枕状熔岩（这是一种独特的地理特征）。它们的喷发方式也不同。由于巨大的水压，水下喷发爆炸性较小。陆地上的火山会产生火山灰并对景观造成广泛破坏。”

热液喷口通常位于海底火山附近，是海底的裂缝，过热的、富含矿物质的水流从地壳下方喷涌而出。

这些矿物质通过化能合成支持着地球上其他地方找不到的独特生物群落，化能合成是一种生物体通过化学物质而非光（或光合作用）产生能量的过程。

Harris 表示，当冷海水渗入海底裂缝，被下方的岩浆加热，然后通过这些开口返回地表时，就会形成热液喷口。但热液喷口和海底火山并不相同。两者都由地热提供动力，但“海底火山喷发的是熔岩，形成新的海底，而热液喷口则释放出充满矿物质的加热水。”

阅读更多：深海采矿指南可能有助于我们解决太空碎片管制问题